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第4节金属的电化学腐蚀与防护一、单项选择题1．(2019年广东珠海一诊)港珠澳大桥设计寿命120年，对桥体钢构件采用了多种防腐方法。下列分析错误的是()A．防腐原理主要是避免发生反应2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2B．钢构件表面喷涂环氧树脂涂层，是为了隔绝空气、水等防止形成原电池C．采用外加电流的阴极保护时需外接镁、锌等作辅助阳极D．钢构件可采用不锈钢材料以减缓电化学腐蚀【答案】C2．为了使埋在地下的钢管不易生锈，设计了如下几种方案，将钢管：①用导线与铅板连接、②用导线与锌板连接、③用导线与碳棒连接、④与直流电源负极连接、⑤直流电源正极连接，其中可采取的方法是()A．①④B．②④C．②③D．①⑤【答案】B【解析】采用化学方法防止金属被腐蚀时可以采用电化学方法，作原电池正极或电解池阴极的金属能防止被腐蚀，作原电池负极或电解池阳极的金属加速被腐蚀，①用导线与铅板连接，构成的原电池中Fe比Pb易失电子，所以Fe作负极而加速铁被腐蚀，错误；②用导线与锌板连接，构成的原电池中Zn比Fe易失电子，所以Fe作正极而被保护，正确；③用导线与碳棒连接，构成的原电池中Fe易失电子作负极，所以铁加速被腐蚀，错误；④与直流电源负极连接，构成的原电池中，Fe作阴极而被保护，正确；⑤与直流电源正极连接，构成的原电池中Fe作阳极而加速被腐蚀，错误。3．一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下：pH2466.5813.514腐蚀快慢较快慢较快主要产物Fe2＋Fe3O4Fe2O3FeO－2下列说法不正确的是()A．在pH＜4溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀B．在pH＞6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀C．在pH＞14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2OD．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓【答案】C【解析】A项，酸性较强条件下，碳钢主要发生析氢腐蚀，正确；B项，在pH＞6的溶液中，酸性较弱，主要发生吸氧腐蚀，正确；C项，碳钢腐蚀的正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误；D项，除O2后，腐蚀速率减缓，正确。4．(2018年河北冀州中学期中)下列说法正确的是()A．金属腐蚀就是金属原子失去电子被还原的过程B．钢铁吸氧腐蚀时，负极的电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－C．在铁上镀锌时，应让锌作阴极，铁作阳极D．铝制品不需要特殊的防腐措施原因是铝易于被氧气氧化形成致密的氧化物保护膜【答案】D【解析】金属无负价，故金属腐蚀是金属失电子被氧化的过程，故A项错误；钢铁的吸氧腐蚀时，氧气在正极上放电，即正极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故B项错误；在铁上镀锌，要先让锌溶解，然后在铁上析出，故让锌作阳极，铁作阴极，故C项错误；铝在空气中被氧化出一层致密的氧化物薄膜，将内部的铝保护起来，故铝比较耐腐蚀，故D项正确。5．铜板上的铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如右图所示，下列有关说法中，不正确的是()A．正极电极反应：2H＋＋2e－===H2↑B．此过程中还涉及的反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3C．此过程中铜并不被腐蚀D．此过程中电子从Fe流向Cu【答案】A【解析】吸氧腐蚀的电极反应：负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，溶液中发生反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓，Fe(OH)2继续被氧化：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水形成铁锈。6．如图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动)，下列叙述正确的是()A．a中铁钉附近呈现红色B．b中铁钉上发生还原反应C．a中铜丝上发生氧化反应D．b中铝条附近有气泡产生【答案】B【解析】a中铁比铜活泼，铁作负极，发生氧化反应，铜作正极，发生还原反应，电极反应式分别为负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，因此A、C不正确。b中铝比铁活泼，铝作负极，发生氧化反应，铁作正极，发生还原反应，电极反应式分别为：负极：4Al－12e－===4Al3＋，正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－，因此B正确，D不正确。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，按右图装置进行实验，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【答案】A【解析】在食盐水中Zn－Fe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，Zn－2e－===Zn2＋而被腐蚀。8．如下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．4＞2＞1＞3＞5B．2＞1＞5＞3＞4C．5＞4＞2＞3＞1D．3＞5＞2＞4＞1【答案】A【解析】根据图知，2、3装置是原电池，在2中，金属铁做负极，3中金属铁作正极，作负极的腐蚀速率快，所以2＞3,4、5装置是电解池；4中金属铁为阳极，加快腐蚀，腐蚀最快，5中金属铁为阴极，Fe被保护，腐蚀最慢，所以腐蚀速率是4＞2＞1＞3＞5，故选A。9．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是()A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重B．图b中，开关由M改置于N时，Cu－Zn合金的腐蚀速率减小C．图c中，接通开关时Zn的腐蚀速率增大，Zn上放出的气体的速率也增大D．图d中，Zn－MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的【答案】B【解析】图a，铁棒在海水表面腐蚀最严重，A错；图b，开关由M改置于N时，Zn片为负极，B正确；图c，接通开关Zn为负极，正极产生气泡，C错；图d，Zn－MnO2干电池自放电腐蚀主要是NH4Cl产生的H＋氧化Zn引起的，D错。10．(2018年河南洛阳高二期末)青铜器的制造是中华民族劳动人民智慧的结晶，成为一个时代的象征，但出土的青铜器大多受到环境腐蚀。如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。环境中的Cl－扩散到孔口，并与各电极产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl。下列说法正确的是()A．腐蚀过程中，负极b被氧化B．环境中的Cl－扩散到孔口，发生反应方程式为2Cu2＋＋3OH－===Cu2(OH)＋3C．若生成4.2gCu2(OH)3Cl，则理论上消耗标准状况氧气体积为0.448LD．正极的电极反应式：O2－4e－＋2H＋===2OH－【答案】C【解析】根据图知，氧气得电子生成氢氧根离子、Cu失电子生成铜离子，发生吸氧腐蚀，则Cu作负极被氧化，腐蚀过程中，负极是c，故A错误；多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl为固体，故生成Cu2(OH)3Cl的离子方程式为2Cu2＋＋Cl－＋3OH－===Cu2(OH)3Cl，故B错误；n[Cu2(OH)3Cl]＝4.29g214.5g/mol＝0.02mol，根据转移电子得n(O2)＝0.02mol×2×24＝0.02mol，故在标准状态体积为V＝0.02mol×22.4L/mol＝0.448L，故C正确；氧气在正极得电子生成氢氧根离子，电极反应式：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故D错误。二、非选择题11．下图是几种电化学装置，请回答下列问题。(1)图一被保护的钢闸门应与外接电源的________极相连，这种方法称之为____________。(2)图二往Fe极区滴入2滴黄色的K3[Fe(CN)6]溶液，一段时间后的现象是________________________________________________________________________。(3)图三烧杯中盛放足量的CuSO4溶液总反应的离子方程式为______________________。【答案】(1)负外加电流的阴极保护法(2)生成有特征蓝色的沉淀(3)2Cu2＋＋2H2O=====通电2Cu＋O2↑＋4H＋【解析】(1)根据图一所示可知，此电化学防护的方法为外加电源的阴极保护法，即钢闸门、辅助电极和外接电源构成电解池，其中钢闸门做电解池的阴极被保护，辅助电极做阳极，钢闸门做阴极，故应与外接电源的负极相连，该装置的原理是外加电源的阴极保护法；(2)滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液时，发生反应：3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓，产生蓝色沉淀；(3)图三中阳极上氢氧根离子失电子生成氧气，阴极上铜离子得电子生成Cu，其电解反应的离子方程式为2Cu2＋＋2H2O=====通电2Cu＋O2↑＋4H＋。12．某研究性学习课题组为探究影响钢铁生锈的因素，设计了如下的方案：在A、B、C、D四只小烧瓶中分别放入下列物质：干燥的细铁丝、浸过食盐水的细铁丝、浸过清水的细铁丝、食盐水及细铁丝，并使铁丝完全浸没在食盐水中。然后装配成如下图所示的四套装置。每隔一段时间测量导管中水面上升的高度，结果如下表(表中所列数据为导管中水面上升的高度/cm)所示。时间/h高度/cm00.51.01.52.02.53.0瓶号A瓶(盛干燥细铁丝)0000000B瓶(盛浸过食盐水的细铁丝)00.41.23.45.67.69.8C瓶(盛沾了清水的铁丝)0000.30.82.03.5D瓶(盛完全浸没在食盐水中的细铁丝)0000000请回答以下问题：(1)导管中水面为什么会上升？________________________________________________________________________。(2)上述实验中，细铁丝生锈的速率由大到小的顺序为______________(填小烧瓶号)。(3)影响钢铁生锈的主要因素有________________________________________。(4)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)铁生锈时跟空气中的氧气反应，消耗了氧气而使小烧瓶中气体压强降低，水经导管进入烧瓶中(2)BCA＝D(3)①跟氧气接触，②有水存在，③有电解质(或食盐)存在，三者同时具备时铁生锈速率最快(或从构成原电池的条件分析)(4)电镀等表面覆盖保护层法，牺牲阳极的阴极保护法等【解析】细铁丝在清水或食盐水中，发生吸氧腐蚀，故导管中液面要上升。但要发生吸氧腐蚀的原电池反应，必须符合构成原电池的基本条件：①活动性不同的电极互相接触，②两电极插在电解质溶液，③有空气(或O2)且尽量与细铁丝和电解质溶液接触。为了防止铁的锈蚀，工业上普遍采用电化学保护法，可以将铁作原电池的正极或电解池的阴极，也可以用覆盖保护层的方法。13．(1)已知298K时，1molCH4在氧气中完全燃烧生成二氧化碳和液态水，放出热量890.3kJ。写出该反应的热化学方程式：____________________。(2)利用该反应设计一个燃料电池：用氢氧化钾溶液作电解质溶液，用多孔石墨作电极，在电极上分别充入CH4和氧气。写出负极的电极反应式：___________________________________________________________________。(3)在如下图实验装置中，石墨棒上的电极反应式为________________________；铁棒上的电极反应式为________________________。(4)如果起始时烧杯中盛有1000mL，某浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后溶液中的Cu2＋恰好消耗掉(假设没有其他离子干扰)，此时收集到气体3.36L(标准状况下)，则原硫酸铜溶液的浓度是________mol/L，电路中通过的电子的物质的量是________mol；若要使溶液恢复到起始