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第四章 第三节 金属的腐蚀与防护
A组·基础达标
1．下列与金属腐蚀有关的说法中，不正确的是( )
A．钢铁在潮湿空气中生锈属于电化学腐蚀
B．电化学腐蚀一般可分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀
C．金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化
D．铝具有很强的抗腐蚀能力是因为其不易与氧气发生反应
2．（2023天河二模）文物在出土前常常由于自然的侵蚀而被破坏了原貌，电化学腐蚀也是造成文物损坏的重要因素之一。下列三星堆遗址的出土文物可能涉及电化学腐蚀的是( )
A B C D
青铜神树 玉璋 陶瓷马头 黄金面罩
3．（2023·江苏苏州中学期中）我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应
B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．断电时，锌环上的电极反应为Zn－2e－===Zn2+
D．断电时，则不能防止铁帽被腐蚀
4．为探究钢铁的吸氧腐蚀原理，设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是( )
A．正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成
C．若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈
D．分别向铁、石墨电极附近吹入O2，前者铁锈出现得快
5．将一根较纯铁棒垂直没入水中，由于深水处溶氧量较少，一段时间后发现AB段产生较多铁锈，BC段腐蚀严重。下列关于此现象的说法错误的是( )
A．铁棒AB段发生的反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．腐蚀过程中在铁棒上会产生微电流，且方向是从AB段到BC段
C．向水中加入一定量硫酸钾固体后，对铁棒的生锈速率几乎无影响
D．产生这种现象的本质原因是铁棒所处的化学环境不同
6．相同材质的铁在图中的四种情形下最不易被腐蚀的是( )
7．下列关于钢铁的防护方法，说法不正确的是( )
A．图①所示方法是外加电流的阴极保护法，石墨棒作阳极
B．图②所示方法是牺牲阳极的阴极保护法，镁作负极，钢铁输水管作正极
C．图③所示方法是化学防护法，不属于电化学防护法
D．图④所示方法是覆盖保护层法，不属于电化学防护法
8．（2021·广东卷）钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是( )
A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B．生成1 mol Co，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C．移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变
D．电解总反应：2Co2+＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋
9．（2023·北京第五十中学期中）某小组学生研究常见的金属腐蚀现象，分析其原理。按要求回答下列问题。
(1)乙同学将锥形瓶内壁用酸化的饱和食盐水润洗后，放入混合均匀的铁粉和碳粉，塞紧瓶塞，同时用压强传感器测得锥形瓶内压强的变化，如图所示。
①0～t1时，碳粉表面生成的气体为________。
②t1～t2时，碳粉表面发生的电极反应式为______________________________。
③0～t2电化学腐蚀过程中，铁极的电极反应式为________________________。
(2)丙同学研读如下一次性保暖贴说明书，并分析暖贴工作原理。
品名：一次性保暖贴
主要成分：铁粉、水、食盐、活性炭、蛭石、吸水性树脂
产品性能：平均温度55 ℃，最高温度63 ℃，发热时间12小时以上
①暖贴工作时，铁粉发生的反应为________（填“氧化反应”或“还原反应”）。
②当暖贴放热结束时，铁粉转化成的物质中可能含有__________________________。
B组·能力提升
10．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是( )
A．在酸性环境下，钢铁只能发生析氢腐蚀
B．金属腐蚀的实质是金属失去电子被还原
C．轮船的船壳吃水线以下常装有一些锌块，这是采用了牺牲阳极法
D．铜铁交接处，在潮湿的空气中直接发生反应：Fe－3e－===Fe3+，继而形成铁锈
11．埋在地下的钢管常用如图所示方法加以保护，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法正确的是( )
A．金属棒X的材料可能为铜
B．金属棒X的材料可能为钠
C．钢管附近土壤的pH增大
D．这种方法称为外加电流法
12．验证牺牲阳极法，实验如下（烧杯内均为经过酸化的3% NaCl溶液）。
① ②
在Fe表面生 成蓝色沉淀 试管内无 明显变化
③
试管内生成蓝色沉淀
下列说法不正确的是( )
A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe
B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
13．（2023·广东广州广雅中学期中）将裹有锌片的铁钉放入溶有琼脂的饱和NaCl溶液中，滴入少量酚酞（如图甲所示），回答下列问题。
(1)一段时间后a处可能出现的现象是____________________，请结合电化学原理解释原因________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)某同学为验证选择的铁钉未被腐蚀，取少量溶液于试管，分别进行如表实验，能证明铁钉未被腐蚀的实验是__________（填序号）。
序号 ① ② ③ ④
滴入 试剂 AgNO3 溶液 淀粉-KI 溶液 KSCN 溶液 K3[Fe(CN)6] 溶液
实验 现象 产生 沉淀 无蓝色 出现 无红色 出现 无蓝色 沉淀
(3)钢铁的吸氧腐蚀简单示意图如图乙所示，该图某处稍作修改即可成为钢铁电化学防护的简单示意图，请作出修改并标出电子流动方向。
14．如图所示的是某研究性学习小组探究金属腐蚀条件的实验装置图，试分析实验并回答下列问题：
(1)若起始时甲、乙、丙三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________。铁粉腐蚀的速率由大到小的排列顺序为________（用甲、乙、丙填写）。
(2)通过甲、乙装置的对比说明铁粉中碳的含量越________（填“高”或“低”）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______________________。
(4)针对乙、丙装置实验的结果分析，可采用何种防护措施来减缓金属的腐蚀：________________________________________（写出一点即可）。
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第四章 第三节 金属的腐蚀与防护
A组·基础达标
1．下列与金属腐蚀有关的说法中，不正确的是( )
A．钢铁在潮湿空气中生锈属于电化学腐蚀
B．电化学腐蚀一般可分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀
C．金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化
D．铝具有很强的抗腐蚀能力是因为其不易与氧气发生反应
【答案】D
2．（2023天河二模）文物在出土前常常由于自然的侵蚀而被破坏了原貌，电化学腐蚀也是造成文物损坏的重要因素之一。下列三星堆遗址的出土文物可能涉及电化学腐蚀的是( )
A B C D
青铜神树 玉璋 陶瓷马头 黄金面罩
【答案】A 【解析】青铜神树中含有Sn和Cu，可能涉及电化学腐蚀，A符合题意；玉璋属于玉器，主要成分为无机物，不涉及电化学腐蚀，B不符合题意；陶瓷马头以黏土为主要原料制成，不涉及电化学腐蚀，C不符合题意；黄金面罩由黄金制成，只含有金，不涉及电化学腐蚀，D不符合题意。
3．（2023·江苏苏州中学期中）我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应
B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．断电时，锌环上的电极反应为Zn－2e－===Zn2+
D．断电时，则不能防止铁帽被腐蚀
【答案】D 【解析】通电时，锌环连接电源正极，所以锌为阳极，阳极发生氧化反应，A正确； 阴极发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B正确；断电时发生原电池反应，锌环失电子作负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2+，C正确；断电时锌作负极，属于牺牲阳极的阴极保护法，可以防止铁帽被腐蚀，D错误。
4．为探究钢铁的吸氧腐蚀原理，设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是( )
A．正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成
C．若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈
D．分别向铁、石墨电极附近吹入O2，前者铁锈出现得快
【答案】D 【解析】铁是负极，失电子被氧化成Fe2+；在正极氧气得电子发生还原反应生成OH－，故向石墨电极附近吹入O2的腐蚀速率比向铁电极附近吹入O2的腐蚀速率快。
5．将一根较纯铁棒垂直没入水中，由于深水处溶氧量较少，一段时间后发现AB段产生较多铁锈，BC段腐蚀严重。下列关于此现象的说法错误的是( )
A．铁棒AB段发生的反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．腐蚀过程中在铁棒上会产生微电流，且方向是从AB段到BC段
C．向水中加入一定量硫酸钾固体后，对铁棒的生锈速率几乎无影响
D．产生这种现象的本质原因是铁棒所处的化学环境不同
【答案】C 【解析】铁在水中发生吸氧腐蚀，BC段作原电池负极，AB段作原电池正极，正极发生反应O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A正确；腐蚀过程中电子从BC段流向AB段，电流方向为从AB段到BC段，B正确；向水中加入一定量的硫酸钾固体后，离子浓度增大，铁棒的生锈速率增大，C错误；此原电池的形成是由于铁棒所处的化学环境不同，D正确。
6．相同材质的铁在图中的四种情形下最不易被腐蚀的是( )
【答案】C
7．下列关于钢铁的防护方法，说法不正确的是( )
A．图①所示方法是外加电流的阴极保护法，石墨棒作阳极
B．图②所示方法是牺牲阳极的阴极保护法，镁作负极，钢铁输水管作正极
C．图③所示方法是化学防护法，不属于电化学防护法
D．图④所示方法是覆盖保护层法，不属于电化学防护法
【答案】C 【解析】图①中C与正极相连，作为阳极，铁管道作阴极，是外加电流的阴极保护法，A正确；Mg与钢铁输水管道相连，Mg比Fe活泼，形成原电池时，镁作负极，钢铁输水管作正极，是牺牲阳极的阴极保护法，B正确；Zn比铁活泼，形成原电池时，Zn作负极，铁输水管作正极，是牺牲阳极的阴极保护法，属于电化学防护法，C错误；喷油漆是覆盖保护层法，不属于电化学防护法，D正确。
8．（2021·广东卷）钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是( )
A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B．生成1 mol Co，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C．移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变
D．电解总反应：2Co2+＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋
【答案】D 【解析】由图可知，该装置为电解池，石墨电极为阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，Ⅰ室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，钴电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴，电极反应式为Co2+＋2e－===Co，Ⅲ室中阴离子电荷数大于阳离子电荷数，氯离子通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，电解的总反应的离子方程式为2Co2+＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋。
9．（2023·北京第五十中学期中）某小组学生研究常见的金属腐蚀现象，分析其原理。按要求回答下列问题。
(1)乙同学将锥形瓶内壁用酸化的饱和食盐水润洗后，放入混合均匀的铁粉和碳粉，塞紧瓶塞，同时用压强传感器测得锥形瓶内压强的变化，如图所示。
①0～t1时，碳粉表面生成的气体为________。
②t1～t2时，碳粉表面发生的电极反应式为______________________________。
③0～t2电化学腐蚀过程中，铁极的电极反应式为________________________。
(2)丙同学研读如下一次性保暖贴说明书，并分析暖贴工作原理。
品名：一次性保暖贴
主要成分：铁粉、水、食盐、活性炭、蛭石、吸水性树脂
产品性能：平均温度55 ℃，最高温度63 ℃，发热时间12小时以上
①暖贴工作时，铁粉发生的反应为________（填“氧化反应”或“还原反应”）。
②当暖贴放热结束时，铁粉转化成的物质中可能含有__________________________。
【答案】(1)①H2 ②O2＋2H2O＋4e－===4OH－ ③Fe－2e－===Fe2+ (2)①氧化反应 ②Fe(OH)2、Fe(OH)3、Fe2O3·xH2O
【解析】(1)①0～t1时段压强逐渐增大，可能是发生了析氢腐蚀使气体的总物质的量增大，则0～t1时，碳粉表面生成的气体为H2。②t1～t2时段，容器中压强逐渐减小，说明锥形瓶中气体体积减小，一定发生了吸氧腐蚀，碳为正极，则t1～t2时，碳粉表面发生的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。③0～t2电化学腐蚀过程中，铁发生电化学腐蚀时，铁作负极，其电极反应为Fe－2e－===Fe2+。(2)根据保暖贴的成分可知，铁粉和活性炭在氯化钠溶液中形成原电池，铁作负极，碳作正极，铁发生吸氧腐蚀，铁电极反应为Fe－2e－===Fe2+，碳极的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，总反应为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，Fe(OH)2具有还原性，很容易被空气中的O2氧化，反应的化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，且氢氧化铁受热能转化为铁锈2Fe(OH)3＋(x－3)H2O===Fe2O3·xH2O（红褐色固体），故当暖贴放热结束时，铁粉转化成的物质中可能含有Fe(OH)2、Fe(OH)3、Fe2O3·xH2O。
B组·能力提升
10．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是( )
A．在酸性环境下，钢铁只能发生析氢腐蚀
B．金属腐蚀的实质是金属失去电子被还原
C．轮船的船壳吃水线以下常装有一些锌块，这是采用了牺牲阳极法
D．铜铁交接处，在潮湿的空气中直接发生反应：Fe－3e－===Fe3+，继而形成铁锈
【答案】C 【解析】弱酸性条件下可发生吸氧腐蚀，A错误；金属腐蚀的实质是金属失去电子被氧化，B错误；钢铁发生电化学腐蚀时，负极上Fe失去电子生成Fe2+，D错误。
11．埋在地下的钢管常用如图所示方法加以保护，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法正确的是( )
A．金属棒X的材料可能为铜
B．金属棒X的材料可能为钠
C．钢管附近土壤的pH增大
D．这种方法称为外加电流法
【答案】C
12．验证牺牲阳极法，实验如下（烧杯内均为经过酸化的3% NaCl溶液）。
① ②
在Fe表面生 成蓝色沉淀 试管内无 明显变化
③
试管内生成蓝色沉淀
下列说法不正确的是( )
A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe
B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
【答案】D 【解析】对比②③可知，没有连接锌的Fe附近溶液在加入K3[Fe(CN)6]溶液后产生了蓝色沉淀，说明Zn保护了Fe，A正确；对比①②可知，铁氰化钾可能把Fe氧化为Fe2+，并进一步与Fe2+反应生成蓝色沉淀，B正确；①生成蓝色沉淀，说明有Fe2+生成，因而不能用于验证Zn保护Fe，C正确；实验①中无论Fe作正极还是负极，Fe附近均产生蓝色沉淀，故将Zn换成Cu，无法证明Fe比Cu活泼，D错误。
13．（2023·广东广州广雅中学期中）将裹有锌片的铁钉放入溶有琼脂的饱和NaCl溶液中，滴入少量酚酞（如图甲所示），回答下列问题。
(1)一段时间后a处可能出现的现象是____________________，请结合电化学原理解释原因________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)某同学为验证选择的铁钉未被腐蚀，取少量溶液于试管，分别进行如表实验，能证明铁钉未被腐蚀的实验是__________（填序号）。
序号 ① ② ③ ④
滴入 试剂 AgNO3 溶液 淀粉-KI 溶液 KSCN 溶液 K3[Fe(CN)6] 溶液
实验 现象 产生 沉淀 无蓝色 出现 无红色 出现 无蓝色 沉淀
(3)钢铁的吸氧腐蚀简单示意图如图乙所示，该图某处稍作修改即可成为钢铁电化学防护的简单示意图，请作出修改并标出电子流动方向。
【答案】(1)溶液变为红色 铁作正极，发生反应O2＋4e－＋2H2O===4OH－，使酚酞溶液变红 (2)④ (3)如图所示
【解析】(1)锌比铁活泼，锌作负极发生氧化反应，铁作正极，氧气得到电子发生还原反应生成氢氧根离子：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，使得a处溶液显碱性，酚酞溶液变红色。(2)若铁被腐蚀，则会生成亚铁离子；①溶液中含有氯化钠，氯离子和银离子生成氯化银白色沉淀，不能说明铁未被腐蚀，不符合题意；②亚铁离子和碘离子不反应，无蓝色沉淀不能说明铁未被腐蚀，不符合题意；③亚铁离子和KSCN溶液不反应，无红色出现不能说明铁未被腐蚀，不符合题意；④K3[Fe(CN)6]溶液和亚铁离子生成蓝色沉淀，无蓝色沉淀说明铁未被腐蚀，符合题意。(3)若要保护钢铁，可改成外加电流的阴极保护法，在连接铁和C棒的导线之间加电源，其中铁与电源负极相连，C棒与电源正极相连，电子经导线由负极流向C棒，再由铁经导线流回正极。
14．如图所示的是某研究性学习小组探究金属腐蚀条件的实验装置图，试分析实验并回答下列问题：
(1)若起始时甲、乙、丙三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________。铁粉腐蚀的速率由大到小的排列顺序为________（用甲、乙、丙填写）。
(2)通过甲、乙装置的对比说明铁粉中碳的含量越________（填“高”或“低”）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______________________。
(4)针对乙、丙装置实验的结果分析，可采用何种防护措施来减缓金属的腐蚀：________________________________________（写出一点即可）。
【答案】(1)乙 乙>甲>丙
(2)高
(3)2H2O＋O2＋4e－===4OH－
(4)将金属放在油脂或有机溶剂中（合理即可）
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