2021版高考化学一轮复习核心素养测评二十三金属的腐蚀与防护含解析新人教版

2021版高考化学一轮复习核心素养测评二十三金属的腐蚀与防护含解析新人教版

金属的腐蚀与防护 一、选择题(本题包括4小题，每题6分，共24分)‎ ‎1.下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是(　　)‎ A.钢铁在弱碱性条件下发生电化学腐蚀的正极反应是O2+2H2O+4e-4OH-‎ B.当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用 C.在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法 D.可将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀 ‎【解析】选B。弱碱性条件下，钢铁发生吸氧腐蚀，A正确；当镀层破损时，Sn、Fe可形成原电池，Fe作负极，加快了Fe的腐蚀，B错误；Fe、Zn、海水形成原电池，Zn失去电子作负极，从而保护了Fe，C正确；采用外加电流的阴极保护法时，被保护金属与直流电源的负极相连，D正确。‎ ‎2.(双选)(2020·太原模拟改编)深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根离子腐蚀，其电化学腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是 (　　)‎ A.铁管道发生的是吸氧腐蚀 B.输送暖气的管道也易发生此类腐蚀 C.这种情况下，土壤的pH增大 D.管道上刷富铜油漆可以加快管道的腐蚀 ‎【解析】选C、D。由图可知，负极反应为Fe-2e-Fe2+，正极反应为S+5H2O+8e-HS-+9OH-。铁管道的腐蚀过程中，氧气并未参与反应，所以不是吸氧腐蚀，故A错误；硫酸盐还原菌是蛋白质，在高温下易变性，失去催化效率，则输送暖气的管道不易发生此类腐蚀，故B错误；由正负极的电极反应可知，铁管道腐蚀过程中，OH-浓度增大，土壤pH增大，故C正确；管道上刷富铜油漆，形成Cu-Fe原电池，Fe作负极，可以加快管道的腐蚀，故D正确。‎ - 10 -‎ ‎3.(2020·邯郸模拟)据报道，中国的首艘国产航母已经下水。为保护航母、延长其服役寿命可采用两种电化学防腐方法。方法1：舰体镶嵌一些金属块；方法2：航母舰体与电源相连。下列有关说法正确的是 (　　)‎ A.方法1叫外加电流的阴极保护法 B.方法2叫牺牲阳极的阴极保护法 C.方法1中金属块可能是锌、锡或铜 D.方法2中舰体连接电源的负极 ‎【解析】选D。方法1：舰体镶嵌一些比铁活泼性强的金属块，形成原电池，舰体作原电池的正极而受到保护，这种方法叫牺牲阳极的阴极保护法，A、C错误。方法2：航母舰体与外加直流电源的负极相连，形成电解池，舰体作电解池的阴极而受到保护，这种方法叫外加电流的阴极保护法，B错误，D正确。‎ ‎【补偿训练】‎ ‎　　(2020·北京海淀高三模拟)家用暖气片大多用低碳钢材料制成，一旦生锈不仅影响美观，也会造成安全隐患。下列防止生锈的方法中，存在安全隐患的是 (　　)‎ A.在暖气片表面镀锡 B.在暖气片表面涂漆 C.在暖气片表面涂铝粉 D.非供暖期在暖气内充满弱碱性的无氧水 ‎【解析】选A。根据金属活动性顺序表，铁比锡活泼，一旦破损后构成原电池，铁作负极，加速铁的腐蚀，存在安全隐患，故A符合题意；表面涂漆，避免铁与空气接触，可以防止铁生锈，不存在安全隐患，故B不符合题意；铝比铁活泼，保护铁不生锈，对铁起保护作用，不存在安全隐患，故C不符合题意；充满弱碱性的无氧水，避免构成原电池，保护铁不生锈，不存在安全隐患，故D不符合题意。‎ ‎4.全世界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失。某城市拟用如图所示方法保护埋在酸性土壤中的钢质管道，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法不正确的 是 (　　)‎ - 10 -‎ A.土壤中的钢铁易被腐蚀是因为在潮湿的土壤中形成了原电池 B.金属棒X的材料应该是比镁活泼的金属 C.金属棒X上发生反应：M-ne-Mn+‎ D.这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法 ‎【解析】选B。钢铁在潮湿的酸性土壤中能形成原电池因而易发生电化学腐蚀，金属铁是负极，易被腐蚀，A正确；金属棒X的材料若是比镁活泼的金属钾、钙、钠时，能和水之间发生剧烈的反应，它们不能作电极材料，B错误；金属棒X极的活泼性强于金属铁，作负极，发生失电子的氧化反应，C正确；原电池的负极被腐蚀，正极被保护的方法称为牺牲阳极的阴极保护法，D正确。‎ ‎【补偿训练】‎ ‎　　研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是(　　)‎ A.d为石墨，铁片腐蚀加快 B.d为石墨，石墨上电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-‎ C.d为锌块，铁片不易被腐蚀 D.d为锌块，铁片上电极反应为2H++2e-H2↑‎ ‎【解析】选D。A项，由于活动性：Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化变为Fe2+进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时的速率快，正确；B项，d为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-，正确；C项，若d为锌块，则由于金属活动性：Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，正确；D项，d为锌块，由于电解质为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-，错误。‎ - 10 -‎ 二、非选择题(本题包括2小题，共26分)‎ ‎5.(16分)(2020·保定模拟)电化学原理在防止金属腐蚀、能量转换、物质合成等方面应用广泛。‎ ‎(1)图1中，为了减缓海水对钢闸门A的腐蚀，材料B可以选择________(填字母序号)。  ‎ a.碳棒　　　b.锌板　　　c.铜板 用电化学原理解释材料B需定期拆换的原因：______________。  ‎ ‎(2)图2中，钢闸门C作________极。用氯化钠溶液模拟海水进行实验，D为石墨块，则D上的电极反应式为__ ______________， 检测该电极反应产物的方法是____________________。  ‎ ‎(3)镁燃料电池在可移动电子设备电源和备用电源等方面应用前景广阔。图3为“镁-次氯酸盐”燃料电池原理示意图，电极为镁合金和铂合金。‎ ‎①E电极为该燃料电池的________极(填“正”或“负”)。F电极上的电极反应式为______________。  ‎ ‎②镁燃料电池负极容易发生腐蚀产生氢气，使负极利用率降低，用化学方程式解释其原因：________________。  ‎ ‎【解析】(1)形成原电池时，Fe作正极被保护，则要选择活泼性比Fe强的金属作负极，所以选锌；锌的活泼性比Fe强作负极，不断遭受腐蚀，需定期拆换。‎ - 10 -‎ ‎(2)Fe作阴极被保护，则钢闸门C作阴极；电解氯化钠溶液时阳极上氯离子失电子生成氯气，其电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑，检验氯气用湿润的淀粉碘化钾试纸。‎ ‎(3)①“镁-次氯酸盐”燃料电池中失电子的为负极，则Mg为负极；正极上ClO-得电子生成氯离子，则正极的电极反应式为ClO-+2e-+H2OCl-+2OH-；‎ ‎②Mg的活泼性较强能与水反应生成氢气，其反应为Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑。‎ 答案：(1)b　锌作原电池的负极(失电子，Zn-2e-Zn2+)，不断遭受腐蚀，需定期拆换 ‎(2)阴　2Cl--2e-Cl2↑　将湿润的淀粉碘化钾试纸放在阳极附近，试纸变蓝，证明生成氯气 ‎(3)①负　ClO-+2e-+H2OCl-+2OH-‎ ‎②Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑‎ ‎6.(10分)如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。 ‎ ‎(1)腐蚀过程中，负极是________(填图中字母“a”“b”或“c”)； ‎ ‎(2)环境中的Cl-扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为______________________________； ‎ ‎(3)若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为________L(标准状况)。 ‎ ‎【解析】(1)对于“青铜器的腐蚀”，题图中铜为负极，被腐蚀生成Cu2+，正极氧气生成OH-。‎ ‎(2)正极反应产物为OH-，负极反应产物为Cu2+，与Cl-作用生成Cu2(OH)3Cl。‎ ‎(3)n[Cu2(OH)3Cl]==0.02 mol，‎ 所以有0.04 mol Cu被氧化，‎ 根据得失电子守恒n(O2)==0.02 mol，‎ 标准状况下 - 10 -‎ V(O2)=0.02 mol×22.4 L·mol-1=0.448 L。‎ 答案：(1)c ‎(2)2C+3OH-+Cl-Cu2(OH)3Cl↓‎ ‎(3)0.448‎ 一、选择题(本题包括3小题，每题6分，共18分)‎ ‎1. (双选)在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式：2Fe+2H2O+O22Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图。下列说法正确的是 (　　)‎ A.铁片发生还原反应而被腐蚀 B.铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域 C.铁片腐蚀中正极发生的电极反应式：2H2O+O2+4e-4OH-‎ D.铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀 ‎【解析】选C、D。铁生锈的原理是铁片中的铁和碳形成无数微小的原电池，发生电化学腐蚀，D正确。铁作负极发生氧化反应：Fe-2e-Fe2+，A错误。因为生成的Fe2+移向正极和OH-结合成Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，所以铁锈在正极区域产生，而铁在负极被腐蚀，所以铁片腐蚀最严重区域是负极区，而生锈最多的区域则是正极区，B错误。铁片腐蚀中正极发生的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-，C正确。‎ ‎2.(2020·襄阳模拟)某同学进行下列实验： ‎ 操作 现象 - 10 -‎ 取一块打磨过的生铁片，在其表面滴1滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食盐水 放置一段时间后，生铁片上出现如图所示“斑痕”。其边缘处为红色，中心区域为蓝色，在两色环交界处出现铁锈 下列说法不合理的是 (　　)‎ A.生铁片发生吸氧腐蚀 B.中心区：Fe-2e-Fe2+‎ C.边缘处：O2+2H2O+4e-4OH-‎ D.交界处：4Fe2++O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+‎ ‎【解析】选D。食盐水呈中性，生铁片在食盐中发生吸氧腐蚀，A正确；中心区域为蓝色，说明有Fe2+生成，则中心区发生的反应为Fe-2e-Fe2+，B正确；边缘处为红色，说明有OH-生成，使酚酞显红色，则边缘处发生的反应为O2+2H2O+4e-4OH-，C正确；在两色环交界处出现铁锈，则交界处：4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3，Fe(OH)3分解生成铁锈，D错误。‎ ‎3.某同学做如下实验： ‎ 装 置 现 象 电流计指针 未发生偏转 电流计指针发生偏转 下列说法正确的是 (　　)‎ A.“电流计指针未发生偏转”，说明铁片Ⅰ、Ⅱ均未被腐蚀 B.用K3[Fe(CN)6]溶液检验铁片Ⅲ、Ⅳ附近溶液，可判断电池的正、负极 C.铁片Ⅰ、Ⅲ所处的电解质溶液浓度相同，二者的腐蚀速率相等 - 10 -‎ D.铁片Ⅳ的电极反应式为Fe-2e-Fe2+‎ ‎【解析】选B。图1中因两溶液中氯化钠的浓度相等，因此发生的是普通的电化学腐蚀，且腐蚀速率相等，电流计指针未发生偏转，铁片Ⅰ、铁片Ⅱ均被腐蚀，A错误；图2中因两溶液中氯化钠的浓度不相等，因此发生的是电化学腐蚀，且负极发生的反应是Fe-2e-Fe2+，可以用K3[Fe(CN)6]溶液检验亚铁离子的存在，进而判断电池的正、负极，B正确；铁片Ⅰ、Ⅲ不在同一个原电池中，即使所处的电解质溶液浓度相同，也无法直接判断二者的腐蚀速率是否相等，C错误；图2左侧NaCl溶液浓度大，铁片Ⅲ为负极，铁片Ⅳ为正极，铁片Ⅳ的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-，D错误。‎ 二、非选择题(本题包括2小题，共32分)‎ ‎4.(16分)Ⅰ.如图所示为探究金属腐蚀条件的实验装置图，请分析实验并回答下列问题： ‎ ‎(1)若起始时甲、乙、丙3套装置的导管中液面高度相同，过一段时间后液面最高的是________。 ‎ ‎(2)通过甲、乙装置的对比说明钢铁中碳的含量越________(填“高”或“低”)，钢铁越易腐蚀。 ‎ ‎(3)乙装置中发生电化学腐蚀时正极的电极反应式为  __。 ‎ Ⅱ.利用化学反应：2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2，请你选择合适的电极材料和电解质溶液，设计一个原电池。可供选择的电极材料：铁棒、铜棒、石墨棒。‎ 可供选择的电解质溶液：CuCl2溶液、FeCl2溶液、FeCl3溶液。‎ 请填写下列空白：‎ ‎(1)选择________作正极材料，________作负极材料；选择________作电解质溶液。 ‎ ‎(2)写出有关的电极反应式：‎ 正极： ______________________________________________________； ‎ 负极： ______________________________________________________。 ‎ ‎【解析】Ⅰ.(1)甲、乙、丙3套装置中的乙装置形成了原电池，铁作负极失电子，碳作正极，氧气得电子被消耗，使试管内压强降低，所以乙中导管中液面上升最高。‎ - 10 -‎ ‎(2)通过甲、乙装置的对比说明钢铁中碳的含量越高，越易形成原电池，钢铁越易腐蚀。‎ ‎(3)乙装置形成了原电池，碳作正极，氧气得电子，电极反应式：2H2O+O2+4e-4OH-。‎ Ⅱ.把氧化还原反应2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2拆成两个半反应：2Fe3++2e-2Fe2+(还原反应)，是正极的反应式；Cu-2e-Cu2+(氧化反应)，是负极的反应式；含Fe3+的溶液作电解液，活泼性不同的金属或非金属作两极，其中铜棒作负极，石墨棒作正极。‎ 答案：Ⅰ.(1)乙　(2)高 ‎(3)2H2O+O2+4e-4OH-‎ Ⅱ.(1)石墨棒　铜棒　FeCl3溶液 ‎(2)2Fe3++2e-2Fe2+　Cu-2e-Cu2+‎ ‎5.(16分)历史上铝制皇冠曾被法国皇帝当作自己富有的象征炫耀过，但现在各种铝制品已走进寻常百姓家，这得益于电解法冶炼铝技术的发明。‎ ‎(1)现代工业在1 273 K的温度下电解熔融氧化铝(熔点2 323 K)与冰晶石(Na3AlF6)的混合物，可得到金属铝与氧气。阴极上的电极反应式为 ______________， ‎ 其中冰晶石的作用可能是________。  ‎ a.作催化剂 b.作熔剂以降低氧化铝的熔化温度 c.作电解质增强导电性 ‎(2)为使铝制品经久耐用，现代工业生产中常对铝材进行表面处理，具体过程通常为 ‎①铝材脱脂：先用碱液洗涤，然后水洗，以除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗过程中常有气泡产生，原因是 ____________ (用离子方程式表示)。 ‎ ‎②电解氧化：以铝材为阳极，在稀硫酸中进行电解，铝材表面形成氧化膜，则阳极的电极反应方程式为 __________________， 电解过程中必须使电解质溶液的pH保持相对稳定的原因是  __。  ‎ ‎【解析】(1)因电解温度远低于氧化铝的熔点，故冰晶石的作用就是降低氧化铝的熔化温度；电解过程中Al3+在阴极上得到电子转化为Al。‎ ‎(2)碱洗过程中，有少量的铝单质与碱液反应而生成H2；电解中，铝失去电子转化为Al2O3，由此知有H2O参加电极反应，故还有H+生成。‎ 答案：(1)Al3++3e-Al　b ‎(2)①2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2↑‎ - 10 -‎ ‎②2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+‎ pH过大或过小均会导致铝、Al2O3溶解 - 10 -‎