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4-4金属的电化学腐蚀与防护一、选择题1．关于金属腐蚀的叙述中，正确的是()A．金属被腐蚀的本质是M＋nH2O===M(OH)n＋n2H2↑B．马口铁镀(锡铁)镀层破损后被腐蚀时，首先是镀层被氧化C．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀答案：C点拨：金属腐蚀的本质，主要是金属原子失电子被氧化，腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，外因是金属与空气、水和其他腐蚀性的物质相接触，腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。A中金属腐蚀的本质应包括化学腐蚀和电化学腐蚀，为M－ne－===Mn＋；B选项中Sn、Fe构成电化学腐蚀，主要是Fe－2e－===Fe2＋，铁先被腐蚀。常温下，空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，难以和非金属氧化剂(Cl2、S)等反应，发生化学腐蚀。2．钢铁发生腐蚀时，正极上发生的反应是()A．2Fe－2e－===2Fe2＋B．2Fe2＋＋4e－===2FeC．2H2O＋O2＋4e－===4OH－D．Fe3＋＋e－===Fe2＋答案：C点拨：钢铁发生的腐蚀主要是吸氧腐蚀，其正极氧气得电子，发生还原反应，电极反应式为：2H2O＋O2＋4e－===4OH－3．下列各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时，由快到慢的顺序是()A．421356B．462135C．542316D．635241答案：B点拨：铁被腐蚀由快到慢顺序：电解池的阳极(4)原电池的负极(2与6，金属活泼性相差越大，负极腐蚀速率越快，则62)吸氧腐蚀(1)原电池的正极(3)电解池的阴极(5)，故选B。4．光亮的铁钉在下列情况下最易生锈的是()答案：B点拨：雨水酸性较强，铁钉更容易被腐蚀。植物油为非电解质，保护了铁钉，最不容易被腐蚀。5．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。如右图为放在水槽中的铁架，水位高度如图。最容易生锈的铁架横杆是()A．①B．②C．③D．④答案：C点拨：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。6．(2012·试题调研)下列说法正确的是()A．铅蓄电池放电时铅电极发生还原反应B．电解饱和食盐水在阳极得到氯气，阴极得到金属钠C．给铁钉镀铜可采用CuSO4作电镀液D．生铁浸泡在食盐水中发生析氢腐蚀答案：C点拨：铅蓄电池放电时铅电极作负极，负极发生氧化反应，A错误；电解饱和食盐水的方程式为2NaCl＋2H2O=====通电H2↑＋2NaOH阴极产物＋Cl2↑，B错误；食盐水是中性溶液，该条件下发生铁的吸氧腐蚀，D错误。7．下列关于铁器的使用注意事项不正确的是()A．避免长期接触潮湿空气B．避免与酸性物质接触C．不能接触干燥的空气D．用水经常冲洗自行车防锈答案：CD点拨：铁制品的腐蚀主要是电化学腐蚀，包括析氢腐蚀(在酸性条件下)，吸氧腐蚀(在中性条件下)，但主要是吸氧腐蚀。为了防止腐蚀，就要切断发生电化学腐蚀的条件，隔绝空气(如在金属表面涂油漆、矿物油等或镀层进行保护)，使金属制品表示保持干燥。A中防腐方法正确；B中如果与酸性物质接触，会发生化学腐蚀，所以要避免与酸性物质接触；C项错误；D项中经常用水冲洗自行车，如果不及时擦干也容易生锈。8．钢铁生锈过程发生如下反应：①2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2；②4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；③2Fe(OH)3===Fe2O3＋3H2O。下列说法正确的是()A．反应①②中电子转移数目相等B．反应①中氧化剂是氧气和水C．与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀D．钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀答案：A点拨：反应①中水既不是氧化剂，也不是还原剂，B项错。选项C中钢质(主要成分是Fe)水管与铜质(主要成分是Cu)水龙头构成原电池，较活泼的钢质水管腐蚀速率加快，C项错。钢铁可认为是铁碳合金，在潮湿的空气中构成了原电池，易发生电化学腐蚀而使铁生锈。9．为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩内保存一星期后，下列对实验结束时现象描述不正确的是()A．装置Ⅰ左侧的液面一定会上升B．左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低C．装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重D．装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀答案：B点拨：Ⅰ中铁钉发生吸氧腐蚀，左端液面上升；Ⅱ中盐酸挥发，和铁钉反应生成H2，腐蚀最严重，Ⅱ中左端下降；Ⅲ中浓硫酸吸水，而铁钉在干燥空气中几乎不腐蚀。10．钢铁制品露置在潮湿的空气中，下列变化不可能发生的是()A．Fe－2e－===Fe2＋B．2H＋＋2e－===H2↑C．4OH－－4e－===2H2O＋O2↑D．4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3答案：C点拨：钢铁制品露置在潮湿的空气中既可能发生析氢腐蚀，也可能发生吸氧腐蚀，但负极反应都是Fe－2e－===Fe2＋(氧化反应)。析氧腐蚀的正极反应2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)，吸氧腐蚀的正极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，最后生成Fe(OH)2，Fe(OH)2继续与空气中O2作用生成Fe(OH)3；4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3。二、非选择题11．钢铁工业是国家工业的基础。请回答钢铁冶炼、腐蚀、防护过程中的有关问题。(1)工业用热还原法炼铁，写出由CO还原赤铁矿(主要成分为Fe2O3)的化学方程式：___________________________________。(2)铁在潮湿的空气中容易被腐蚀为铁锈(Fe2O3·xH2O)，反应的化学方程式为：__________________________________________。(3)生产中可用盐酸来除铁锈。现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被完全除尽后，溶液中继续发生的化合反应的化学方程式为：____________________________________________________。答案：(1)3CO＋Fe2O3=====高温2Fe＋3CO2(2)4Fe＋3O2＋2xH2O===2Fe2O3·xH2O(3)2FeCl3＋Fe===3FeCl2点拨：铁在潮湿的空气中生锈既有氧气参加又有水参加，发生的反应较为复杂，可以写出总的化学方程式；盐酸除去铁锈后，溶液中的氯化铁与铁可以继续发生反应。12．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的1/4。(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，写出该腐蚀过程中的电极反应式。正极：______________________________________________；负极：______________________________________________。(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用下图所示的甲方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________。(请写出具体金属名称)(3)下图中乙方案也可降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的________极。答案：(1)O2＋2H2O＋4e－===4OH－Fe－2e－===Fe2＋(2)锌(3)负点拨：甲是利用原电池原理对金属防护，被保护的铁闸门必须作正极，焊接在铁闸门上的固体材料R作负极，必须比铁活泼且不与水反应。乙是利用电解池原理对金属防护，被保护的金属作阴极。13．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的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有：_____________________________________________________；(3)为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是________(答两种方法)。答案：(1)3、4、5、6Fe－2e－===Fe2＋(或2Fe－4e－===2Fe2＋)2H2O＋O2＋4e－===4OH－(2)湿度、温度、O2的浓度、电解质溶液存在(3)电镀、发蓝等表面覆盖保护层，牺牲阳极的阴极保护法等点拨：(1)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，3、4、5、6发生了电化学腐蚀。负极反应Fe－2e－===Fe2＋，正极反应O2＋2H2O＋4e－===4OH－。(2)1和3可得出湿度增大，可使铁锈蚀速率加快；对比实验3、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；对比实验5、6可知电解质溶液的存在会使铁锈蚀的速率加快。第(3)题，为防止铁的锈蚀，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，以防止金属腐蚀。14．(2012·试题调研)(1)对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是________(用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀的形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的________。a.NH3b．CO2c.NaOHd．HNO3②以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为____________________________________。(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极材料的原因是________________________________________________。(3)利用下图装置，可以模拟铁的电化学防护。若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________处。若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为______________________________________________________________________。答案：①2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO－2＋3H2↑b②2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋(2)阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2＋，使电解质溶液中的Cu2＋保持不变(3)N牺牲阳极的阴极保护法点拨：(1)①冒气泡的原因是Al与NaOH发生反应，离子方程式为：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO－2＋3H2↑；使AlO－2转变成Al(OH)3沉淀，最好是通入CO2，若加HNO3沉淀容易溶解。②阳极是Al发生氧化反应，要生成氧化膜还必须有H2O参加，故电极反应式为：2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋；(2)电镀时，阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2＋。(3)铁被保护，可以是作原电池的正极，或者电解池的阴极，故若X为碳棒，开关K应置于N处，Fe作阴极受到保护；若X为锌，开关K置于M处，铁作正极，称为牺牲阳极的阴极保护法。15．(2012·经典习题选萃)金属由于其优良的物理化学性能，在工农业生产以及国防中大量使用。钢铁是应用最广的金属材料，但是钢铁材料的腐蚀也使我们损失惨重。因此对其的防护是十分必要的。防止或减少钢铁的腐蚀有多种方法：如制成耐腐蚀合金，表面“烤蓝”，电镀另一种金属以及电化学保护等方法。(1)钢铁的腐蚀主要是吸氧腐蚀，请写出钢铁吸氧腐蚀的电极反应：负极：___________