4.3金属的腐蚀与防护 （含解析）同步练习题 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

4.3金属的腐蚀与防护同步练习题
一、选择题
1．化学与生活密切相关，下列说法错误的是
A．疫苗一般应冷藏存放，以避免蛋白质变性
B．北京冬奥会使用氢燃料电池汽车有利于实现碳达峰和碳中和
C．泡沫灭火器可用于一般的起火，也适用于电器起火
D．电热水器用镁棒防止内胆腐蚀，原理是牺牲阳极的阴极保护法
2．学校化学兴趣小组模拟铝的电化学腐蚀实验从而探究铝制品表面出现白斑的原因，装置如图所示，下列说法错误的是
A．铝在发生腐蚀的过程中将化学能转变成电能和热能
B．电流从铝箔通过电流表流向活性炭
C．活性炭粉的存在加速了铝箔的腐蚀
D．该反应总反应为，生成的进一步脱水形成白斑
3．实验室模拟工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸(HOOC-CHO)，原理如下图1所示，该装置中M、N均为惰性电极，两极室均可产生乙醛酸。直流电源可用普通锌锰干电池，简图如下图2所示，该电池工作时的总反应为Zn+2+2MnO2=[Zn(NH3)2]2++Mn2O3+H2O。下列说法正确的是
A．干电池提供电流很弱时，可接入电源充电后再使用
B．以干电池为电源进行粗铜电解精炼时，金属锌质量减少6.5g时，理论上精炼池阳极质量减少6.4g
C．N电极上的电极反应式：HOOC-COOH+2e-+2H+=HOOC-CHO+H2O
D．若有2molH+通过质子交换膜并完全参与反应，则电解生成的乙醛酸为1mol
4．在潮湿的空气中，钢铁很快发生电化学腐蚀，在此过程中一定不存在的电极反应是
A．2H++2e-=H2↑ B．Fe-3e-=Fe3+ C．Fe-2e-=Fe2+ D．O2+2H2O+4e-=4OH-
5．中学化学教材中，常借助于图象这一表现手段清晰地突出实验装置的要点、形象地阐述化学过程的原理。下列有关化学图象表现的内容不正确的是
A．图1表示牺牲阳极的阴极保护法
B．图2所示装置中的铁钉几乎没被腐蚀
C．图3表示电镀
D．用图4装置表示精炼铜，则a极为粗铜，电解质溶液为CuSO4溶液
6．银制器皿表面日久因生成Ag2S而变黑，可进行如下处理：将表面发黑的银器浸入盛有食盐水的铝质容器中(如图)，一段时间后黑色褪去。有关说法正确的是
A．该处理过程中电能转化为化学能
B．银器为正极，Ag2S还原为单质银
C．Ag2S溶解于食盐水生成了AgCl
D．铝质容器为阳极，其质量变轻
7．下列装置中(杯中均盛有海水)能使铁受到保护不被腐蚀的是
A． B． C． D．
8．在潮湿的深层土壤中，钢管主要发生厌氧腐蚀，有关厌氧腐蚀的机理有多种，其中一种理论为厌氧细菌可促使与反应生成，加速钢管的腐蚀，其反应原理如图所示。下列说法正确的是
A．正极的电极反应式为
B．钢管腐蚀的直接产物中含有、
C．与的反应可表示为
D．在钢管表面镀锌或铜可减缓钢管的腐蚀
9．实验是学习化学的重要途径。下列所示装置图能达到实验目的的是
A B C D
测定未知NaOH溶液的浓度 探究铁的析氢腐蚀 铜银原电池装置 中和热的测定
A．A B．B C．C D．D
10．铁碳微电解技术是处理酸性废水的一种工艺，装置如下图所示。若上端口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性中间体羟基自由基；若上端口关闭，可得到强还原性中间体氢原子。下列说法正确的是
A．无论上端口是关闭还是打开，正极反应式均为：
B．完全转化为羟基自由基时转移了电子
C．若处理含酚类的酸性废水，则上端口应关闭
D．若处理含的酸性废水，则上端口应打开并鼓入空气
11．钢铁发生析氢腐蚀时，正极上发生的电极反应是
A．2H++2e-=H2↑ B．Fe2++2e-=Fe
C．2H2O+O2+4e-=4OH- D．Fe3++e-=Fe2+
12．下列实验装置图正确且能达到相应实验目的的是
A．图甲装置验证铁的吸氧腐蚀 B．图乙装置可在待镀铁件表面镀铜
C．图丙测定盐酸的浓度 D．图丁是牺牲阳极法防止钢闸门生锈
13．化学和生活、社会发展息息相关。下列说法正确的是
A．将铬、锰加入普通钢中制成不锈钢，使钢铁制品永不生锈
B．核酸检测时用到的“拭子”由尼龙纤维制成，属于有吸附性的天然有机高分子材料
C．化石燃料脱硫与碳达峰、碳中和无关
D．广汉三星堆出土的青铜器深埋于地下而生锈，是因为发生了析氢腐蚀
14．用如图所示装置进行实验，盐桥中装有含饱和溶液的琼脂。下列说法错误的是
A．铜棒为正极，其电极反应式为
B．采用多孔碳棒的目的是为了增大电极与电解质溶液的接触面积
C．盐桥中的氯离子移向溶液
D．当电路中通过电子时，消耗锌的质量为
15．科学家近年发明了一种新型水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法正确的是
A．放电时，负极区pH升高
B．放电时，1mol转化为HCOOH，转移的电子数为4mol
C．充电时，Zn电极连电源正极
D．充电时，产生22.4L(标准状况下)，生成的Zn为130g
二、填空题
16．利用NaCl溶液可以进行多种电化学实验或工业生产，完成下列题目。
Ⅰ：某同学在实验室中组装下列实验装置并进行实验探究。
(1)该同学观察到甲装置中的液面变化情况为___________。反应过程中观察到乙装置中左边液面降低，右边液面升高，装置中发生原电池反应，正极的电极反应式为___________。
Ⅱ．工业上使用离子交换膜电解槽电解饱和食盐水生产氯气等重要化工产品。
(2)电解槽左侧为___________(填“阳极室”或“阴极室”)。
(3)写出电解饱和食盐水的总反应___________。
17．原电池反应一般是氧化还原反应，但区别于一般的氧化还原反应的是，电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的，而是还原剂在负极上失电子，电子通过外电路输送到正极上，氧化剂在正极上得电子，使两个电极反应不断进行，发生有序的电子转移过程，产生电流，实现化学能向电能的转化。
(1)甲醇燃料电池结构简单、能量转化率高，工作原理如图所示。加入的a是_______(填名称)，其电极反应式为_______，b极电极反应式为_______
(2)我国科学工作者从环境污染物中分离出一株假单胞菌，该菌株能够在分解有机物的同时产生电能，其原理如图所示。
①该电池的电流方向：由_______(填“左”或“右”，下同)侧电极经过负载流向_______侧电极。
②当1molO2参与电极反应时，从左侧穿过质子交换膜进入右侧的H+数目为_______NA。
18．能源、资源问题是当前人类社会面临的一项重大课题。
(1)直接利用物质燃烧提供热能在当今社会仍然占很大比重，但存在利用率低的问题。CH4、H2、CO、CH3OH都是重要的能源物质，甲烷燃烧的化学方程式为：____。
(2)燃料电池将能量转化效率比直接燃烧效率高，如图为某种燃料电池的工作原理示意图，a、b均为惰性电极。
①使用时，空气从____口通入(填“A”或“B”)；
②假设使用的“燃料”是甲醇，a极的电极反应式为：____。
(3)钢铁的腐蚀现象非常普遍，电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因，某同学按下图进行钢铁腐蚀的模拟，则正极的电极反应式为：____，当导线中有3.01×1023个电子流过，被腐蚀的铁元素为____g。[ 提示：电化学的总反应式为2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2]
(4)海水化学资源的开发利用具有重要的意义和作用，下图是海带中提取碘的示意图：
①中操作的名称是____；反应②的离子方程式是____，下述物质中不可做试剂③的是____。
A．乙醇 B．苯 C．乙酸 D．四氯化碳
19．某实验小组金属的电化学腐蚀实验探究
(1)完成下列问题。
实验序号 实验装置 实验方案 实验现象
实验一 1.将琼脂加入烧杯中，再加入饱和食盐水和水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解，转入培养皿中。滴入5～6滴酚酞溶液和溶液
2.将一个铁钉用砂纸打磨光滑，一端缠有铜丝，放入培养皿中一段时间。 铜丝的区域溶液变红色；铁钉区域出现蓝色沉淀。
①请解释铜丝区域溶液变红的原因是_______。
②写出生成蓝色沉淀的离子方程式_______。
(2)完成下列问题。
实验序号 实验方案 实验现象
实验二 取饱和溶液于试管中，滴加几滴淀粉，振荡。继续滴加5～6滴溶液，振荡。 滴入溶液后，溶液变蓝色。
根据实验二的现象，推测可能具有_______“填氧化性或还原性”。
(3)依据实验二的现象，甲同学认为实验一不一定能说明发生了电化学腐蚀，设计如下实验证明其结论。
实验序号 实验装置 实验方案 实验现象
实验三 1.取煮沸过的的溶液于试管中，向试管中加入一小段铁片，再加入煤油液封。 溶液无明显变化
2.继续向试管中加入少许固体。 一段时间后，铁片表面产生大量的蓝
根据实验现象推出实验三的结论是：在溶液中情况下，_______。
(4)结合实验一～实验三，乙同学设计如下装置进行实验四，证明金属可以发生电化学腐蚀，当电极X为时，实验四的两个实验方案均可以证明发生电化学腐蚀
①补全实验方案2中的空格部分
实验序号 实验装置 实验方案 实验现象
实验四 1.按图连接好装置，准确读取电流表读数。 电流表指针偏转，读数为I
2.取_______于试管中，加入_______溶液，振荡。 产生蓝色沉淀。
②思考：若电极X为时，电流表读数为，推测电极X为时电流表读数的范围是_____。
【参考答案】
一、选择题
1．C
解析：A．疫苗主要成分是蛋白质，蛋白质在温度较高时易变性，因此疫苗一般应冷藏存放，以避免蛋白质变性，故A正确；
B．北京冬奥会使用氢燃料电池汽车减少二氧化碳的排放，有利于实现碳达峰和碳中和，故B正确；
C．泡沫灭火器可用于一般的起火，电器着火时，电器中的金属会与二氧化碳反应，因此泡沫灭火器不适用于电器起火，故C错误；
D．电热水器主要是铁制容器，镁活泼性比铁强，用镁棒防止内胆腐蚀，镁作负极，铁作正极受到一定保护，因此其原理是牺牲阳极的阴极保护法，故D正确。
综上所述，答案为C。
2．B
【分析】由图可知，该腐蚀为电化学腐蚀，该过程将化学能转变成电能和热能，铝箔作负极，活性炭作正极，电流从正极流向负极；
解析：A．铝在发生腐蚀的过程中将化学能转变成电能和热能，选项A正确；
B．电流应该从活性炭通过电流表流向铝箔，选项B错误；
C．活性炭粉的存在使铝箔发生电化学腐蚀，加速了铝箔的腐蚀，选项C正确；
D．该反应总反应为，生成的进一步脱水形成白斑，选项D正确；
答案选B。
3．C
【分析】电解池中阳离子向阴极移动，“双极室成对电解法”装置中根据H+ 的移向可判断M电极是阳极，而N电极是阴极；根据Zn+2+2MnO2=[Zn(NH3)2]2++Mn2O3+H2O，判断得出Zn 失去电子发生氧化反应，该电极为负极，石墨电极上二氧化锰得到电子发生还原反应，该电极为正极，以此解题。
解析：A．干电池属于一次电池，发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后，不能再使用，故A错误
B．金属锌质量减少6.5g，即减少0.1molZn，转移0.2mol电子，而电解精炼铜时，阳极上金属铜和比铜活泼的金属杂质都失去电子，则消耗的Cu不是0.1mol，阳极质量减少不一定是6.4g，故B错误；
C．N电极为阴极，发生还原反应，即HOOC COOH 得电子生成HOOC CHO ，电极反应式为HOOC-COOH+2e-+2H+=HOOC-CHO+H2O ，故C正确；
D．根据电解池的总反应OHC-CHO+ HOOC-COOH=2HOOC-CHO可推知，若有2molH+通过质子交换膜并完全参与反应时，电路中有2mole-发生转移，可生成2mol乙醛酸，故D错误；
答案选C。
4．B
解析：A．钢铁的电化学腐蚀，包括吸氧腐蚀和析氢腐蚀，如发生析氢腐蚀，则正极发生2H++2e-=H2↑，故A不符合题意；
B．钢铁的电化学腐蚀，不管发生吸氧腐蚀还是析氢腐蚀，负极上都是金属发生失电子的氧化反应，即铁失电子被氧化生产亚铁离子，则负极发生Fe-2e-=Fe2+，故B符合题意；
C．由B可知负极发生Fe-2e-=Fe2+，故C不符合题意；
D．钢铁的电化学腐蚀，包括吸氧腐蚀和析氢腐蚀，如发生吸氧腐蚀，正极发生O2+2H2O+4e-=4OH-，故D不符合题意；
答案为B。
5．C
解析：A．图1中锌比铁活泼，锌失电子，被氧化，从而保护了铁不被腐蚀，故表示牺牲阳极的阴极保护法，A正确；
B．由于常温下铁遇到浓硫酸发生钝化现象，所以图2所示装置中的铁钉几乎没被腐蚀，B正确；
C．电镀时待镀物品(镀件)应该与电源的负极相连作阴极，故图3表示电镀的正、负极接反了，C错误；
D．用图4装置表示精炼铜，则a极与电源的正极相连，作阳极，应接粗铜，电解质溶液为CuSO4溶液，D正确；
故答案为：C。
6．B
解析：A．将表面发黑的银器浸入盛有食盐水的铝质容器中，形成原电池反应，能量变化是化学能转化为电能，故A错误；
B．依据原电池原理分析，铝和硫化银在食盐水中形成原电池反应，铝做负极，银器做正极，硫化银被还原为银，故B正确；
C．原电池反应中硫化银被还原为银单质，不是Ag2S溶解于食盐水生成了AgCl，故C错误；
D．铝在原电池中做负极质量减轻，电极名称错误，故D错误；
答案选B。
7．B
【分析】在含有金属材料作电极的原电池中，负极加速被腐蚀、正极被保护；在电解池中，如果金属材料作阳极，则加速被腐蚀，阴极被保护，且金属材料作阳极被腐蚀速率大于作原电池负极的金属材料，据此分析解答。
解析：A．该电解池中Fe作阳极而加速被腐蚀，A不符合题意；
B．该电解池中Fe作阴极而保护，B符合题意；
C．该原电池中Fe作负极而加速被腐蚀，C不符合题意；
D．该装置没有形成原电池或电解池，正常腐蚀，D不符合题意；
故选B。
8．B
解析：A．由题图可知，生成，H的化合价降低，得电子，故正极的电极反应式为，A项错误；
B．反应生成的、与可生成、，B项正确；
C．根据题中所给信息可知，与反应生成，根据元素守恒可知，生成物中还有，故反应式为，C项错误；
D．钢管表面镀锌，锌会与铁形成原电池，锌比铁活泼，铁作正极，可减缓钢管的腐蚀；钢管表面镀铜，铜会与铁形成原电池，铁比铜活泼，铁作负极，从而加速钢管的腐蚀，D项错误；
故选：B。
9．A
解析：A．盐酸应盛装在酸式滴定管中，操作正确，故A正确；
B．食盐水浸泡过的铁钉会发生吸氧腐蚀，故B错误；
C．含有盐桥的原电池中，电极材料和电解质溶液中金属离子必须是相同元素，该图中金属材料和电解质溶液中金属阳离子不是相同元素，所以不能构成原电池，故C错误；
D．缺少玻璃搅拌棒，如果不搅拌溶液会导致溶液温度不均匀，测量中和热不准确，故D错误；
故选A。
10．B
解析：A．正极发生得电子的反应，负极发生失电子的氧化反应，所以无论是否鼓入空气，Fe易失去电子生成Fe2+，作负极，电极反应为：Fe-2e-=Fe2+，A错误；
B．若上端口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性的羟基自由基，电极反应为2H++2e-+O2=2OH·，所以完全转化为羟基自由基时转移了电子，B正确；
C．除去含酚类的酸性废水，需要氧化性的物质，所以上端口需要打开，可生成羟基自由基氧化酚类，C错误；
D． 在酸性条件下具有强氧化性，需要还原剂，所以需要上端口需要关闭，可得到强还原性中间体氢原子，D错误；
答案选B。
11．A
解析：钢铁是铁碳合金，电解质溶液酸性时发生析氢腐蚀，铁作负极，发生氧化反应，电极反应为Fe-2e-=Fe2+，碳作正极，发生还原反应，电极反应为：2H++2e-=H2↑，答案选A。
12．A
解析：A．食盐水为中性溶液，易发生吸氧腐蚀，A正确；
B．电镀时，镀层应该在阳极，镀件在阴极，图中待镀件应该连在电源负极，B错误；
C．氢氧化钠为碱性溶液，应该放在碱式滴定管中，C错误；
D．要保护钢闸门，应该将其与外接电源负极相连，做阴极以实现外加电源的阴极保护，该方法为外加电流的阴极保护法，D错误；
故答案为：A。
13．C
解析：A．将铬、加入普通钢中制成不锈钢，能大大增强钢铁的抗腐蚀能力，但并不能使钢铁制品永不生锈，A错误；
B．尼龙纤维属于合成纤维，属于有机高分子材料，但不属于天然有机高分子材料，B错误；
C．化石燃料脱硫不能减少二氧化碳排放，与碳达峰、碳中和无关，C正确；
D．铜的金属活动性排在H之后，不会发生析氢腐蚀，D错误；
故选C。
14．C
解析：A．根据图象分析，左边是盐桥原电池，锌为负极，铜棒为正极，其电极反应式为，故A正确；
B．采用多孔碳棒的目的是为了增大电极与电解质溶液的接触面积，故B正确；
C．根据原电池“同性相吸”，则盐桥中的氯离子移向负极即溶液，故C错误；
D．根据，则当电路中通过电子时，消耗锌的物质的量为0.1mol，其质量为，故D正确。
综上所述，答案为C。
15．D
解析：A．负极上Zn失电子，生成Zn2+，Zn2+结合OH-生成，消耗了溶液中的氢氧根离子，负极区pH下降，A错误；
B．放电时，正极反应为，1molCO2转化为HCOOH，转移的电子数为2mol，B错误；
C．充电时，Zn电极连接电源负极，阴极反应为，C错误；
D．充电时总反应式为，生成1mol氧气的同时，生成Zn2mol，即生成的Zn为130g，D正确；
故答案选D。
二、填空题
16．(1) 左端液面升高，右边液面降低 2H＋＋2e－＝H2↑
(2)阳极室
(3)2NaCl＋2H2OH2↑＋H2↑＋2NaOH
解析：(1)甲装置中铁钉和铜丝食盐水形成了原电池，发生了吸氧腐蚀，左端气体减少，压强减小，因此该同学观察到甲装置中的液面变化情况为左端液面升高，右边液面降低。反应过程中观察到乙装置中左边液面降低，右边液面升高，装置中发生原电池反应，酸性环境下发生了析氢腐蚀，因此正极的电极反应式为2H＋＋2e－＝H2↑；故答案为：左端液面升高，右边液面降低；2H＋＋2e－＝H2↑。
(2)左边加入饱和NaCl溶液，在左边氯离子失去电子变为氯气，因此左侧是阳极室，右侧是水中氢离子得到电子变为氢气，水中剩余的氢氧根和左侧穿过阳离子交换膜的钠离子结合生成NaOH，因此电解槽左侧为阳极室；故答案为：阳极室。
(3)电解饱和食盐水是氯化钠和水电解生成氢气、氯气和氢氧化钠，其总反应2NaCl＋2H2OH2↑＋H2↑＋2NaOH；故答案为：2NaCl＋2H2OH2↑＋H2↑＋2NaOH。
17．(1) 甲醇 2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2↑+12H+ 3O2+12e-+12H+=6H2O
(2) 右 左 4
解析：（1）根据甲醇燃料电池工作原理图，左边加入a，在电极上失去电子，发生氧化反应，作电源的负极，所以加入的a是甲醇，甲醇失电子产物与电解质反应，生成二氧化碳等，电极反应式为：2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2↑+12H+，右侧为电源的正极，O2得电子产物与电解质反应生成水，电极反应式为3O2+12e-+12H+=6H2O。答案为：甲醇；2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2↑+12H+；3O2+12e-+12H+=6H2O；
（2）从图中可以看出，右侧O2得电子，转化为H2O，所以右侧为正极，左侧为负极，电流由右侧电极(正极)经过负载后流向左侧电极(负极)；在正极，O2得电子产物与电解质反应生成水，电极反应为O2+4H++ 4e-=2H2O，当1molO2参与反应时消耗4molH+，故有4molH+从左侧穿过质子交换膜进入右侧。答案为：右；左；4。
18． CH4 +2O2 CO2 +2H2O B CH3OH -6e－+8OH-=+6H2O O2 +2H2O+ 4e－ = 4OH－ 14 溶解、过滤 H2O2 +2I－+2H＋ = 2H2O + I2 AC
解析：(1) 甲烷燃烧生成CO2和水，发生反应的化学方程式为CH4 +2O2 CO2 +2H2O；
(2)①由电子转移方向可知a为负极，发生氧化反应，应通入燃料，b为正极，发生还原反应，应通入空气，故答案为B；
②假设使用的“燃料”是甲醇，a极为负极，发生的电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=+6H2O，b为正极，发生还原反应，电极方程式为O2+4e-+2H2O=4OH-；
(3)该装置属于原电池，铁作负极，碳作正极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应式为：2Fe-4e-=2Fe2+，正极上得电子发生还原反应，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，当导线中有3.01×1023个电子，即0.5mol电子转移时，被腐蚀的铁元素为56g/mol×=14g；
(4)分离不溶性固体和溶液的方法是溶解、过滤，碘离子和双氧水发生氧化还原反应生成碘单质和水，离子方程式为：H2O2+2I-+2H+=2H2O+I2，萃取剂的选取标准为：溶质在萃取剂中的溶解度大于在原溶剂中的溶解度，两种溶剂不能互溶，萃取剂和溶质不反应，乙醇和乙酸能与水互溶，所以不能作萃取剂，苯和四氯化碳符合萃取剂的选取标准，所以可以作萃取剂，故选AC。
19．(1) 铜丝发生电极反应：，反应生成，溶液显碱性，遇酚酞变红色
(2)氧化性
(3)可将Fe氧化为
(4) 少量烧杯中溶液
解析：（1）铁与铜丝连接，在氯化钠溶液中形成原电池装置，其中铜作正极，铜丝发生电极反应：，反应生成，使铜丝附近溶液显碱性，遇酚酞变红色；铁作负极，失电子生成，与反应生成蓝色沉淀，故答案为：铜丝发生电极反应：，反应生成，溶液显碱性，遇酚酞变红色；；
（2）加入溶液后出现溶液变蓝，可知KI被氧化生成碘单质，由此判断具有氧化性，故答案为：氧化性；
（3）由实验现象可知，未加氯化钠时，没有明显现象，加入氯化钠后铁片与发生氧化还原反应生成，与反应生成蓝色沉淀，故答案为：可将Fe氧化为；
（4）①验证产物是否有，应取反应后烧杯中的溶液少量于试管中，滴加溶液，观察是否生成蓝色沉淀；故答案为：少量烧杯中溶液；；
②该装置中铁作负极时电流强度为I，换成比铁活泼的镁时电流强度增大到1.5I，由此判断随金属的活泼性增强电流强度增大，则Zn的活泼性介于Fe和Mg之间，其作负极时电流强度应介于I和1.5I之间，故答案为：