【金版学案】2014-2015学年高中化学 人教版选修4 同步课时检测：第四章 第四节　金属的电化学腐蚀与防护（含详细解析）

化学·选修4(人教版)
第四节　金属的电化学腐蚀与防护
日常生活中经常看到铁制品生锈，铝制品表面出现白斑，铜制品表面产生铜绿，一些美观的金属制品使用一段时间后表面失去光泽，这些都属于金属的腐蚀。原本银光闪闪的铁变得锈迹斑斑，铁锈的主要成分是三氧化二铁，金属为什么会生锈呢？怎样才能防止金属生锈呢？
?水平测试
1．埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种情况下，被腐蚀的速度最慢的是(　　)
A．在含铁元素较多的酸性土壤中
B．在潮湿、疏松、透气的土壤中
C．在干燥、致密、不透气的土壤中
D．在含碳粒较多，潮湿透气的土壤中
解析：本题的铸铁管道被腐蚀需具备活动性不同的电极和电解质溶液。A项是酸性土壤，腐蚀速率快；B项是潮湿环境中，O2、H2O都有，则铁易发生吸氧腐蚀；C项是缺O2又缺H2O环境中，故Fe腐蚀速率最慢；D项是碳粒多且潮湿透气(有O2、H2O)，因而铸铁易被腐蚀。
答案：C
2．(2014·珠海金鼎中学高二期末考)下列现象与电化学腐蚀无关的是(　　)
A．镀锡铁不易生锈
B．生铁比纯铁容易生锈
B．铁质器件附件铜质配件，在接触处易生生锈
D．银质物品久置表面变暗
解析：银被空气中少量的H2S气体侵蚀而变暗，选项D符合要求，其它选项显然不合。
答案：D
3．电化学在日常生活中有广泛的应用，下列说法或做法正确的是 (　　)
A．2013年5～6月，广东多地出现暴雨，铁门因被洪水浸泡而生锈，铁门生锈是因为发生化学腐蚀
B．白铁皮(铁镀锌)表面有划损时，不能阻止铁被腐蚀
C．钢管与电源正极连接，钢管可被保护
D．不能将铁制自来水管与铜制水龙头连接
解析：洪水浸泡的铁门发生的是电化学腐蚀，A项错；白铁表面有划损时，先腐蚀的是表面的锌，能阻止铁被腐蚀，B项错；钢管与电源正极连接，作电解池的阳极，被氧化而腐蚀， C项错；铁和铜是两种活泼性不同的金属，易形成原电池，会加速铁制自来水管的腐蚀，故D项正确。
答案：D
4．
铁生锈是一种常见的自然现象，其主要的化学反应方程式为：4Fe＋3O2＋xH2O===2Fe2O3·xH2O。右图为一放在水槽中的铁架，水位高度如图。最容易生锈的铁架横杆是(　　)
A．①　　　 B．②
C．③ D．④
解析：此处铁生锈属于吸氧腐蚀。④处没有和电解质溶液接触，不能构成原电池，锈腐速率较慢；①②③处已与电解质溶液接触，但①②处含O2较少，所以③处腐蚀最快。
答案：C
5．(2014·潮南区东山中学高二期末考)下列防止钢铁锈蚀的措施中，不合理的是(　　)
A．在自行车的钢圈表面镀镍
B．在地下钢铁管道上连接铜块
C．改变金属内部结构制成不锈钢
D．健身器材刷油漆或包上一层塑料层
解析：应该在地下钢铁管道上连接镁块，金属镁比铁活泼，属于牺牲阳极的阴极保护法，显然B不合理，其它选项明显合理，故答案为B。
答案：B
6．如下图所示，水槽中的试管内有一枚铁钉，放置数天后观察：
(1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于________腐蚀。
(2)若试管内液面上升，则原溶液呈__________性，发生________腐蚀。电极反应：负极__________________，正极__________________。
(3)若试管内液面下降，则原溶液呈__________性，发生________腐蚀。电极反应：负极__________________，正极__________________。
解析：根据原电池的构成条件，两种不同的材料在有电解质溶液时，若形成闭合回路，即可构成原电池。铁钉实际上含有杂质碳，在这种情况下具备形成原电池的条件，此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件、原理及实验结果可知：试管内液面上升，说明试管内压强减小，由气体被吸收所致，则铁钉发生了吸氧腐蚀，电解质溶液为弱酸性或中性，电极反应式为2Fe－4e－===2Fe2＋，O2＋4e－＋2H2O===4OH－；试管内液面下降，说明试管内气体压强变大，由试管内产生了新气体所致，即铁钉发生了析氢腐蚀，电解质溶液为较强的酸，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，2H＋＋2e－===H2↑。
答案：(1)电化学
(2)弱酸性或中　吸氧　2Fe－4e－===2Fe2＋
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
(3)酸　析氢　Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑
?能力提升
7．某课外活动小组，将剪下的一块镀锌铁放入试剂瓶中，并滴入少量食盐水将其浸湿，再加数滴酚酞溶液，按下图装置进行实验，数分钟后观察，下列现象不可能出现的是(　　)
A．乙中导气管中产生气泡
B．乙中导气管里形成一段水柱
C．金属片剪口处溶液变红
D．锌被腐蚀
解析：在食盐水中锌、铁形成原电池，发生吸氧腐蚀消耗甲中的氧气，甲中压强变小，乙中导气管受大气压强作用形成一段水柱；在金属剪口处形成Zn－Fe原电池，正极发生反应2H2O＋O2＋4e－===4OH－，溶液呈碱性，溶液变红，Zn比铁活泼，Zn作负极，2Zn－4e－===2Zn2＋而被腐蚀。
答案：A
8．下图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是(　　)
A．生铁块中的碳是原电池的正极
B．红墨水柱两边的液面变为左低右高
C．两试管中相同的电极反应式是：Fe－2e－===Fe2＋
D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
解析：生铁块中的碳是原电池的正极，A正确；a为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b中酸性较强，发生析氢腐蚀，有氢气放出，气体压强增大，所以红墨水柱两边的液面变为左高右低，故B项错、D项正确。两试管中铁都是原电池的负极，电极反应式是：Fe－2e－===Fe2＋，C正确。
答案：B
9．A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸，如下图所示：
(1)A中反应的离子方程式是________________________________________________________________________。
(2)B中Sn极的电极反应式为______________________，Sn极附近溶液的pH__________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)C中被腐蚀的金属是________，总反应离子方程式是________________________，比较A、B、C中铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是________。
答案：(1)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
(2)2H＋＋2e－===H2↑　增大
(3)Zn　Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑　B＞A＞C
10．如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：
序号
内容
实验现象
1
常温下将铁丝放在干燥空气中一个月
干燥的铁丝表面依然光亮
2
常温下将铁丝放在潮湿空气中一小时
铁丝表面依然光亮
3
常温下将铁丝放在潮湿空气中一个月
铁丝表面已变得灰暗
4
将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时
铁丝表面略显灰暗
5
将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时
铁丝表面已变得灰暗
6
将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时
铁丝表面灰暗程度比实验5严重
回答以下问题：
(1)上述实验中发生了电化学腐蚀的是(填实验序号)________；在电化学腐蚀中，负极反应是____________；正极反应是__________________________。
(2)由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素是
________________________________________________________________________。
(3)为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是
________________________________________________________________________
__________________(答两种方法)。
解析：解答第(1)题应注意联系金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的区别，不纯的金属与电解质溶液接触，因发生原电池反应，较活泼的金属失电子而被氧化，分析题中实验可知，实验3、4、5、6发生了电化学腐蚀，其中负极反应是2Fe－4e－===2Fe2＋，正极反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
解答第(2)题时，对比实验1和3可得出湿度增大，可使铁锈蚀速率加快；对比实验2、4可知增大O2浓度可加快铁锈蚀的速率；对比实验4、5可知升高温度可加快铁锈蚀的速率；对比5、6可知电解质的存在会使铁锈蚀的速率加快。
第(3)题，为防止铁锈蚀，根据铁锈蚀的类型，可采用牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法，还可把铁制成不锈钢(合金)，亦可采用喷油漆、涂油脂、电镀、表面钝化等方法使铁与空气、水等物质隔离，以防止其腐蚀。
答案：(1)3、4、5、6　Fe－2e－===Fe2＋(或2Fe－4e－===2Fe2＋)　2H2O＋O2＋4e－===4OH－
(2)湿度、温度、O2的浓度、电解质存在
(3)电镀、发蓝等表面覆盖保护层；牺牲阳极的阴极保护法等