2024鲁科版新教材高中化学选择性必修1同步练习--第4节　金属的腐蚀与防护（含解析）

2024鲁科版新教材高中化学选择性必修1
第4节　金属的腐蚀与防护
基础过关练
题组一　金属的腐蚀
1.(2022山东枣庄三中月考)在世界海运史上曾发生过这样一个悲剧:一艘名叫“阿那吉纳”的货轮满载着精铜砂,在向日本海岸行驶时突然发生大面积漏水,最终沉没。坚硬的钢制船体为什么会突然漏水呢 事后的事故调查结果表明导致沉船的原因与船上的精铜砂密切相关。下列对此调查结论的理解正确的是(　　)
A.精铜砂装载过多导致沉船
B.运输途中铜与空气中的氧气发生氧化反应导致质量增大超过船的承载能力
C.在潮湿的环境中,船体与铜构成了原电池,加速了作为负极的船体的腐蚀
D.在潮湿的环境中,船体与铜构成了电解池,钢制船体作阳极而被氧化腐蚀
2.将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液润湿后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)
A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e- Fe3+
B.铁的腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀
3.如图装置中,观察到:开始导管内液面下降,一段时间后导管内液面回升,略高于小试管内液面。以下有关解释合理的是(　　)
A.生铁片中的碳是原电池的负极,发生还原反应
B.雨水酸性较强,生铁片仅发生析氢腐蚀
C.具支试管中溶液pH逐渐减小
D.墨水回升时,碳极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-
题组二　金属的防护
4.(2021北京石景山期末)下列叙述错误的是(　　)
A.生铁中含有碳,抗腐蚀能力比纯铁弱
B.用锡焊接的铁质器件,焊接处易生锈
C.在铁制品上镀铜时,镀件为阳极,铜盐为电镀液
D.铁管上镶嵌锌块,铁管不易被腐蚀
5.图Ⅰ的目的是精炼铜,图Ⅱ的目的是保护钢闸门。下列说法正确的是(　　)
A.图Ⅰ中b为纯铜,电解过程中质量减轻,发生的反应为Cu2++2e- Cu
B.图Ⅰ中S向a极移动,但不放电
C.图Ⅱ中如果a、b间用导线连接时,钢闸门作正极
D.图Ⅱ中如果a、b间连接直流电源利用外加电流阴极保护法保护钢闸门时,则X必须用锌
6.(2022北京石景山九中期中)最长跨海大桥“港珠澳大桥”全长50多公里,海中桥墩由钢管复合桩组成。下列有关钢管复合桩的腐蚀与防护的说法不正确的是(　　)
A.在钢管复合桩表面涂上环氧树脂涂料可以减缓钢管复合桩的腐蚀速率
B.钢管复合桩在海水中的腐蚀速率比在淡水湖中的腐蚀速率慢
C.将钢管复合桩与外加直流电源的负极相连,可以减缓钢管复合桩的腐蚀速率
D.在钢管复合桩水下区域装上若干镁铝合金,可以减缓钢管复合桩的腐蚀速率
7.钢铁很容易生锈而被腐蚀,每年因腐蚀而损失的钢材大约占世界钢铁年产量的四分之一。
图1
图2
Ⅰ.如图1装置中,U形管内为红墨水,a、b试管内分别盛有氯化铵(显酸性)溶液和食盐水,各加入生铁块,放置一段时间均被腐蚀,这两种腐蚀都属于电化学腐蚀。
(1)U形管内红墨水的液面变为左低右高,则　　　(填“a”或“b”)试管内盛有食盐水。
(2)b试管中铁发生的是　　　腐蚀。
Ⅱ.图2都是金属防护的例子。
(3)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率,可以采用图2中甲所示的方法,其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用　　　(从下面选项中选择),此方法叫作　　　　　　保护法。
A.铜　　　B.钠　　　C.锌　　　D.石墨
(4)图2中乙也可以降低铁闸门腐蚀的速率,其中铁闸门应该连接在直流电源的　　　极。
(5)采取图2中的两种方法,采用　　　(填“甲”或“乙”)种方法能使铁闸门保护得更好。
题组三　金属腐蚀速率大小的比较
8.如图各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是(　　)
A.③>②>④>①　　B.④>②>①>③
C.②>①>③>④　　D.④>②>③>①
题组四　金属腐蚀的影响因素
9.为研究金属腐蚀的条件和速率,某课外兴趣活动小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在如图所示的三个装置中,再同时放置于玻璃钟罩里相同的一段时间,下列对实验结束时现象的描述不正确的是(　　)
A.实验结束时,装置Ⅰ左侧的液面会下降
B.实验结束时,左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低
C.实验结束时,装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重
D.实验结束时,装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀
能力提升练
题组一　金属腐蚀及分类
1.宝鸡被誉为“青铜器之乡”,出土了大盂鼎、毛公鼎、散氏盘等五万余件青铜器。研究青铜器(含Cu、Sn等)在潮湿环境中发生的腐蚀对于文物保护和修复有重要意义。下图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图,下列说法不正确的是(　　)
A.青铜器发生电化学腐蚀,图中青铜基体作负极,被氧化
B.正极发生的电极反应为O2+4e-+2H2O 4OH-
C.环境中的Cl-与正、负极反应的产物作用生成Cu2(OH)3Cl的离子方程式为2Cu2++3OH-+Cl- Cu2(OH)3Cl↓
D.若生成0.2 mol Cu2(OH)3Cl,则理论上消耗的O2体积为4.48 L
2.(2022山东泰安肥城期中)常温下用压强传感器探究生铁在pH=2和pH=4的醋酸溶液中发生腐蚀的装置以及得到的图像如图所示。下列结论错误的是(　　)
A.常温下溶液pH≤2时,生铁发生析氢腐蚀
B.在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀
C.该条件下,析氢腐蚀和吸氧腐蚀的速率一样快
D.两溶液中负极反应均为Fe-2e- Fe2+
题组二　金属的防护方法
3.铜板上铁铆钉长期暴露在潮湿的空气中,形成一层酸性水膜后铁铆钉会被腐蚀,示意图如下。
下列说法不正确的是(　　)
A.腐蚀过程中铜极上始终只发生反应:2H++2e- H2↑
B.若水膜中溶有食盐将加快铁铆钉的腐蚀
C.若在金属表面涂一层油脂能防止铁铆钉被腐蚀
D.若将该铜板与直流电源的负极相连,则铁、铜均难被腐蚀
4.(2022安徽蚌埠三中质量检测)利用如图装置,可以模拟铁的电化学防护。下列说法正确的是(　　)
A.若X为碳棒,为减缓铁的腐蚀,开关K应置于N处
B.若X为锌,开关K置于M处,该电化学防护法称为外加电流阴极保护法
C.若X为碳棒,为减缓铁的腐蚀,开关K应置于M处,该电化学防护法称为牺牲阳极保护法
D.若X为锌,开关K置于N处,对铁不能起到防护作用
5.(2021北京朝阳期中)中国传统的农具、兵器曾大量使用铁,铁器的修复是文物保护的重要课题。
(1)潮湿环境中,铁器发生电化学腐蚀的负极反应是　　　　 　　
　　　　　　　。
(2)铁器表面氧化层的成分有多种,性质如下:
成分 Fe3O4 FeO(OH) FeOCl
性质 致密 疏松 疏松
①Fe(OH)2被空气中的氧气氧化为Fe3O4的化学方程式是　　　　　　。
②在有氧条件下,Fe3O4在含Cl-的溶液中会转化为FeOCl,将相关反应的离子方程式补充完整:
4Fe3O4+O2+　　　　　　+　　H2O 　　FeOCl+　　　　　　。
(3)化学修复可以使FeOCl转化为Fe3O4致密保护层:用Na2SO3和NaOH混合溶液浸泡锈蚀的铁器,一段时间后取出,再用NaOH溶液反复洗涤。
①FeOCl在NaOH的作用下转变为FeO(OH),推测溶解度FeOCl　 (填“>”或“<”)FeO(OH)。
②Na2SO3的作用是　　　　　　　　　　　　　　　。
③检验FeOCl转化完全的操作和现象是　　　　　　　　 　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
题组三　金属腐蚀与防护的综合运用
6.请回答下列问题:
(1)在实际生产中,可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀(如图X)。
①电镀时,镀件与电源的　　　(填“正”或“负”)极连接,A电极对应的金属是　　　(填金属名称),B电极的电极反应式是　　　　　　　　　　　。
②图Y是一种钠硫高能电池的结构示意图,M由Na2O和Al2O3制得,其作用是导电和作隔膜,该电池总反应为2Na+xS Na2Sx。该电池的正极反应式为　　　　　　　　　　　。用该电池作电源对①中铁件镀铜时,若电镀池中两电极的质量开始相同,电镀完成后取出洗净、烘干、称量,二者质量相差25.6 g,则理论上该钠硫电池负极消耗的质量为　　　　　g。
(2)装置甲、乙、丙的烧杯中都盛有稀硫酸。
①装置丙中的Fe电极上的电极反应式是　　　　　　　。
②装置乙中被腐蚀的金属是　　　　　(填元素符号),装置甲、乙、丙中纯铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是　　　　　。
答案全解全析
基础过关练
1.C 2.C 3.D 4.C 5.C 6.B 8.B 9.B
1.C　由题干可知,沉船是由船体漏水导致的,不是由于精铜砂装载过多,故A错误;精铜即使在潮湿的环境中与空气中的氧气反应也很慢,所以不可能是铜与氧气直接反应导致质量增大超过船的承载能力,故B错误;在潮湿的环境中铜与船体构成了原电池,船体作负极,被腐蚀,导致漏水,故C正确,D错误。
2.C　在铁的电化学腐蚀中,铁单质失去电子转化为Fe2+,即铁被氧化的电极反应式为Fe-2e- Fe2+,故A错误;铁的腐蚀过程中化学能除了转化为电能,还有一部分转化为热能,故B错误;活性炭与铁粉混合,在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池,加速铁的腐蚀,故C正确;以水代替氯化钠溶液,水呈中性,铁在中性条件下易发生吸氧腐蚀,故D错误。
3.D　雨水呈酸性,生铁片中含有碳和铁,酸性条件下,生铁片发生析氢腐蚀生成氢气,导致具支试管内气体压强大于大气压,导管内液面下降,当溶液呈弱酸性或中性时,生铁片发生吸氧腐蚀,导致具支试管中气体压强小于大气压,导管内液面回升,略高于小试管内液面。
4.C　在铁制品上镀铜时,镀件为阴极,铜盐为电镀液,C错误。
5.C　粗铜的精炼中,粗铜作阳极,纯铜作阴极,所以a为纯铜,b为粗铜,A错误;电解时,电解质溶液中的阴离子向阳极移动,所以硫酸根离子向b极移动,B错误;牺牲阳极保护法中,被保护的金属作原电池正极,图Ⅱ中如果a、b间用导线连接,钢闸门作正极,C正确;外加电流阴极保护法中,被保护的钢闸门连接直流电源的负极,所以图Ⅱ中如果a、b间连接直流电源,钢闸门作阴极,但X不一定用锌,D错误。
6.B　在钢管复合桩表面涂上环氧树脂涂料,可以隔绝空气和水,减缓钢管复合桩的腐蚀速率,A正确;海水中电解质溶液的离子浓度大于淡水湖,钢管复合桩在海水中的腐蚀速率大于在淡水湖中的腐蚀速率,B错误;若钢管复合桩与外加直流电源的负极相连,钢管复合桩作电解池的阴极,被保护,可以减缓钢管复合桩的腐蚀速率,C正确;镁和铝的金属性强于铁,钢管复合桩与镁铝合金在海水中形成原电池,钢管复合桩为原电池的正极,被保护,D正确。
7.答案　(1)b　(2)吸氧　(3)C　牺牲阳极　(4)负　(5)乙
解析　(1)U形管内红墨水的液面变为左低右高,则a试管中发生析氢腐蚀,b试管中发生吸氧腐蚀,所以b试管中盛有食盐水。(2)b试管中铁发生的是吸氧腐蚀。(3)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率,可以让金属铁作原电池的正极,焊接在铁闸门上的固体材料R应是比金属铁的活泼性强的金属,钠不能做电极材料,所以选锌,此方法叫作牺牲阳极保护法。(4)电解池的阴极被保护,为降低铁闸门的腐蚀速率,铁闸门应该连接在直流电源的负极。(5)因为采用电解池保护比原电池保护更好,所以乙种方法能使铁闸门保护得更好。
8.B　根据题图可知,①发生化学腐蚀,腐蚀速率较慢,②③装置是原电池,在③中锌比铁活泼,金属铁为正极受保护,腐蚀速率最慢,②中金属铁比锡活泼,金属铁为负极,④装置是电解池,金属铁为阳极,腐蚀速率最快,所以腐蚀速率:④>②>①>③,故选B。
9.B　装置Ⅰ中的铁钉与挥发出的HCl反应生成H2,使左侧液面下降;由于Fe比Cu活泼,Fe、Cu、盐酸构成了原电池,会加速铁钉的腐蚀,装置Ⅱ比装置Ⅰ放出更多的H2,左侧液面下降更多;浓硫酸是难挥发性酸,具有吸水性,装置Ⅲ中的铁钉处于较为干燥的环境中,因此短时间内几乎没有被腐蚀。
能力提升练
1.D 2.C 3.A 4.A
1.D　根据题图知,氧气得电子生成氢氧根离子,Cu失电子生成铜离子,铜发生吸氧腐蚀,则Cu作负极被氧化,A正确;氧气在正极上得电子生成氢氧根离子,电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-,B正确;生成Cu2(OH)3Cl的离子方程式为2Cu2++3OH-+Cl- Cu2(OH)3Cl↓,C正确;未指明所处状况,不能计算消耗氧气的体积,D错误。
2.C　由图a可知,常温下溶液pH=2时,压强随着反应的进行而逐渐增大,说明装置中发生的是析氢腐蚀,故可推知常温下溶液pH≤2时,生铁发生析氢腐蚀,A项正确;由图b可知,常温下溶液pH=4时,压强随着反应的进行而逐渐减小,说明装置中发生了吸氧腐蚀,常温下pH=4的醋酸溶液呈酸性,所以在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀,B项正确;根据锥形瓶中气体压强与时间关系图可知,pH=2的醋酸溶液和pH=4的醋酸溶液中,压强变化相同时,前者比后者所用时间长,说明该条件下,吸氧腐蚀的速率大于析氢腐蚀的速率,C项错误;常温下,铁在pH=2的醋酸溶液中发生析氢腐蚀,在pH=4的醋酸溶液中发生吸氧腐蚀,铁均作负极,电极反应式为Fe-2e- Fe2+,D项正确。
3.A　根据题图可知,左侧Cu上发生吸氧腐蚀,右侧Cu上发生析氢腐蚀,则右侧铜极上发生的反应是2H++2e- H2↑,左侧铜极上发生的反应是O2+4e-+4H+ 2H2O,A错误;若水膜中溶有食盐,溶液的导电性增强,将加快铁铆钉的腐蚀,B正确;在金属表面涂一层油脂,使金属与氧气和水隔离,能防止铁铆钉被腐蚀,C正确;若将该铜板与直流电源的负极相连,作阴极,铁、铜均受到保护而不易被腐蚀,D正确。
4.A　
若X为碳棒,开关K置于N处,金属铁作电解池的阴极,铁被保护,可减缓铁的腐蚀,A项正确;若X为锌,开关K置于M处,锌作原电池的负极,铁作原电池的正极,该电化学防护法称为牺牲阳极保护法,B项错误;若X为碳棒,开关K置于M处,铁作原电池的负极,加快了铁的腐蚀,C项错误;若X为锌,开关K置于N处,锌作电解池的阳极,铁作电解池的阴极,可以减缓铁的腐蚀,D项错误。
5.答案　(1)Fe-2e- Fe2+
(2)①6Fe(OH)2+O2 2Fe3O4+6H2O　②12Cl-　6　12　12OH-
(3)①>　②作还原剂,将FeOCl还原为Fe3O4　③取最后一次的洗涤液于试管中,加入HNO3酸化,再加入AgNO3溶液,无白色沉淀产生,证明FeOCl转化完全
解析　(1)铁器发生电化学腐蚀时,铁是负极,发生氧化反应,负极反应式是Fe-2e- Fe2+。
(2)①Fe(OH)2被空气中的氧气氧化生成四氧化三铁和水,反应的化学方程式为6Fe(OH)2+O2 2Fe3O4+6H2O。②该反应的离子方程式为4Fe3O4+O2+12Cl-+6H2O 12FeOCl+12OH-。
(3)①化学反应中,一般溶解度小的物质转化为溶解度更小的物质,由FeOCl在NaOH的作用下转变为FeO(OH),可知FeOCl的溶解度大于FeO(OH)。②Na2SO3具有还原性,可将FeOCl还原为Fe3O4。③检验FeOCl转化完全可检验Cl-,操作和现象是:取最后一次的洗涤液于试管中,加入HNO3酸化,再加入AgNO3溶液,无白色沉淀产生,证明FeOCl转化完全。
6.答案　(1)①负　铜　Cu2++2e- Cu　②xS+2e- 　9.2
(2)①2H++2e- H2↑　②Fe　乙>甲>丙
解析　(1)①根据电镀原理,镀层金属作阳极,镀件作阴极,电解液一般为含有镀层金属阳离子的盐溶液,在铁件的表面镀铜时,镀件与电源的负极连接,A电极对应的金属是铜,B电极的电极反应式是Cu2++2e- Cu。②根据电池总反应分析,硫元素的化合价降低,S发生还原反应,作正极,电极反应式为xS+2e- ;电镀时,阳极反应式为Cu-2e- Cu2+,阴极反应式为Cu2++2e- Cu,若电镀池中两电极的质量开始相同,当相差64 g·mol-1×2 mol=128 g时,转移2 mol电子,实际电镀完成后二者质量相差25.6 g,则转移的电子为0.4 mol,该钠硫电池的负极反应式为Na-e- Na+,根据转移电子数相等知,负极消耗Na的物质的量为0.4 mol,质量为9.2 g。
(2)①装置丙中Zn、Fe、稀硫酸构成了原电池,由于金属活动性:Zn>Fe,故Fe为正极,在正极上H+得电子生成H2,电极反应式是2H++2e- H2↑。②装置乙中Fe、Sn、稀硫酸构成了原电池,由于金属活动性:Fe>Sn,所以装置乙中被腐蚀的金属是活动性较强的Fe。装置甲是Fe与稀硫酸直接发生反应;装置乙中Fe为原电池的负极,腐蚀速率比甲快;装置丙中Zn为原电池的负极,Fe为原电池的正极,被保护,所以装置甲、乙、丙中纯铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是乙>甲>丙。
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