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金属的电化学腐蚀与防护一、选择题1．下列现象与电化学腐蚀无关的是()A．生铁比纯铁易生锈B．纯银饰品久置表面变暗C．黄铜(铜锌合金)制品不易产生铜绿D．与铜管连接的铁管易生锈解析：选B。B项，纯银不符合构成原电池的条件，故它表面变暗与电化学腐蚀无关。2．如图表示的是钢铁在海水中的锈蚀过程，以下有关说法正确的是()A．该金属腐蚀过程为析氢腐蚀B．正极为C，发生的反应为氧化反应C．在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀D．正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－解析：选D。钢铁中含有铁和碳，在海水中构成原电池，铁做负极，碳做正极。A.从图中看出，氧气参与反应，所以发生了吸氧腐蚀，故A错误；B.碳做正极，发生的反应为还原反应，故B错误；C.在酸性环境下，原电池的正极发生氢离子得电子的还原反应，析出氢气，即在酸性条件下发生的是析氢腐蚀，故C错误；D.钢铁发生吸氧腐蚀时，氧气在正极发生得电子的还原反应，即O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故D正确。3．钢铁的锈蚀过程中，下列五种变化可能发生的是()①Fe由＋2价转化为＋3价②O2被还原③H＋被还原④有Fe2O3·xH2O生成⑤杂质碳被氧化除去A．①②B．③④C．①②③④D．①②③④⑤解析：选C。钢铁在发生电化学腐蚀时，依据介质的不同可以发生两类原电池反应：(1)当钢铁表面的电解质溶液的酸性较强时，钢铁发生析氢腐蚀，其电极反应式是正极为2H＋＋2e－===H2↑，负极为Fe－2e－===Fe2＋；(2)当钢铁表面的电解质溶液的酸性较弱或呈中性时，钢铁发生吸氧腐蚀，其电极反应式是正极为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，负极为Fe－2e－===Fe2＋。钢铁发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀，导致钢铁表面生成铁锈，发生的一系列反应为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水生成Fe2O3·xH2O。4．下列各种方法中，能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是()①金属表面涂抹油漆②改变金属内部结构③保持金属表面清洁干燥④金属表面进行电镀⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜A．①②③④B．①③④⑤C．①②④⑤D．①②③④⑤解析：选D。金属的腐蚀主要是电化学腐蚀，题目中①③④⑤中的方法都可以起到避免金属和电解质溶液接触形成原电池的目的；②中如在金属中加入某些其他元素改变金属内部结构也可以起到防腐蚀的效果。5.缠有金属丝的铁钉插在含有酚酞的NaCl溶液中，如图所示，可以看到在贴近金属丝一边的溶液中出现粉红色。则该金属丝可能是()A．镁B．铝C．锌D．铜解析：选D。贴近金属丝一边的溶液出现粉红色，说明金属丝附近产生OH－，即正极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，因此金属丝的活泼性比Fe差，铜符合题目要求。6．埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下被腐蚀速率最慢的是()A．在含铁元素较多的酸性土壤中B．在潮湿疏松的碱性土壤中C．在干燥致密不透气的土壤中D．在含碳粒较多、潮湿透气的中性土壤中解析：选C。钢铁在自然界中的腐蚀以电化学腐蚀为主，C项最不易形成原电池，所以腐蚀速率最慢。7.研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是()A．若d为石墨，则铁片腐蚀加快B．若d为石墨，则石墨上电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．若d为锌块，则铁片不易被腐蚀D．若d为锌块，则铁片上电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑解析：选D。A.由于活动性Fe石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化变为Fe2＋进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，与没有形成原电池时相比，铁片的腐蚀速率加快，正确。B.d为石墨，由于电解质溶液为中性环境，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨电极上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，正确。C.d为锌块，由于金属活动性ZnFe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，Fe得到保护，铁片不易被腐蚀，正确。D.d为锌块，由于电解质溶液为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，铁片上电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误。8．据最近报道，中国生产的首艘国产航母“山东”号已经下水。为保护航母、延长服役寿命可采用两种电化学方法。方法1：舰体镶嵌一些金属块；方法2：航母舰体与电源相连。下列有关说法正确的是()A．方法1叫外加电流的阴极保护法B．方法2叫牺牲阳极的阴极保护法C．方法1中金属块可能是锌、锡和铜D．方法2中舰体连接电源的负极解析：选D。舰体是由钢板做的。方法1中舰体镶嵌的金属块必须是比铁活泼的金属，如锌等(锡和铜不行)，这种方法叫牺牲阳极的阴极保护法；方法2中航母舰体必须与电源负极相连，这种方法叫外加电流的阴极保护法。综上所述，D正确。9．镀锌铁在发生析氢腐蚀时，若有0.2mol电子发生转移，下列说法正确的是()①有5.6g金属被腐蚀②有6.5g金属被腐蚀③在标准状况下有2.24L气体放出④在标准状况下有1.12L气体放出A．①②B．②③C．①④D．③④解析：选B。在镀锌铁的析氢腐蚀中，负极(Zn)：Zn－2e－===Zn2＋，有0.2mole－转移时，有0.1molZn溶解，质量为6.5g；正极(Fe)：2H＋＋2e－===H2↑，有0.2mole－转移时，生成0.1molH2，标准状况下的体积为2.24L。10．如下图所示，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解析：选B。a、b两装置中金属接触中性电解质溶液，都发生吸氧腐蚀。a中铁钉做负极，铜丝做正极，正极上的反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，碱性增强，铜丝附近呈红色；b中形成的原电池Al做负极，电极反应为Al－3e－===Al3＋，铁钉做正极，发生还原反应。11．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，再放置于玻璃钟罩里保存一星期后，下列对实验结束时的现象描述不正确的是()A．装置Ⅰ左侧的液面一定会下降B．装置Ⅰ左侧液面比装置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解析：选B。装置Ⅱ中铁钉与铜丝相连，金属活动性相差较大，且用挥发性盐酸，因此装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重，C选项正确。装置Ⅰ中虽然也用了盐酸，但铁钉与铁丝相连，腐蚀程度不及装置Ⅱ，由于均发生了反应2H＋＋2e－===H2↑，装置Ⅰ和装置Ⅱ中左侧均生成了气体，左侧液面都会下降，装置Ⅱ的左侧液面比装置Ⅰ的左侧液面低，A选项正确，B选项错误。装置Ⅲ中浓硫酸吸水，从而使铁钉处在干燥空气中几乎没被腐蚀，D选项正确。12.(2019·重庆高二检测)利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法不正确的是()A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应解析：选B。若X为锌棒，开关K置于M处，则Zn、Fe可以形成原电池，首先被腐蚀的是Zn，因此可减缓铁的腐蚀，铁极发生还原反应，A正确，B错误。若X为碳棒，开关K置于N处，形成电解池，Fe做电解池的阴极而被保护，故可减缓铁的腐蚀，X极是阳极，发生氧化反应，C、D正确。二、非选择题13．金属腐蚀的电化学原理可用如图模拟。(1)请写出有关电极反应式。①铁棒上电极反应式：___________________________________________________。②碳棒上电极反应式：__________________________________________________。(2)该图所表示的是________(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀。(3)若将O2撤走，并将NaCl溶液改为稀硫酸溶液，则此图可表示________(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀原理；若用牺牲阳极的阴极保护法来保护铁棒不被腐蚀溶解，则可将碳棒改为________棒。解析：电解质是氯化钠，溶液呈中性，发生吸氧腐蚀，负极反应式是2Fe－4e－===2Fe2＋，正极反应式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－。若将O2撤走，并将NaCl溶液改为稀硫酸溶液，此时发生析氢腐蚀；若用牺牲阳极的阴极保护法来保护铁棒不被腐蚀溶解，此时构成的原电池中铁棒做正极，负极是比铁活泼的金属，因此可将碳棒改为锌棒。答案：(1)①2Fe－4e－===2Fe2＋②O2＋2H2O＋4e－===4OH－(2)吸氧(3)析氢锌(或其他比Fe活泼的金属)14．根据下图装置，回答下列问题。(1)C中Fe极的电极反应式为________________________________________________。(2)B中Fe极的电极反应式为____________________，Cu极附近溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。比较A、B、C中铁被腐蚀的速率，由快到慢的顺序是_________________________。解析：(1)C中ZnFe稀H2SO4构成原电池，其中Zn做负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，Fe做正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。(2)B中FeCu海水构成原电池，其中Fe做负极，电极反应式为2Fe－4e－===2Fe2＋，Cu做正极，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故Cu极附近c(OH－)增大，pH增大。经比较，铁被腐蚀的快慢顺序为B＞A＞C。答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑(2)Fe－2e－===Fe2＋增大B＞A＞C15．某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)：编号实验目的碳粉/g铁粉/g醋酸/%①为以下实验做参照0.52.090.0②醋酸浓度的影响0.536.0③0.22.090.0(2)编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了________腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了________(填“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式是________________________________________________________________________。(3)该小组对图2中O～t1时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二。假设一：发生析氢腐蚀产生了气体；假设二：_________________________________________________________。解析：(1)对比编号①，编号②中碳粉的质量与编号①相同，醋酸的浓度与编号①不同，所以铁粉的质量应与编号①相同，即2.0g；编号③中碳粉的质量与编号①不同，铁粉的质量和醋酸的浓度均与编号①相同，显然编号③目的是探究碳粉含量的影响。(2)t2时，容器中压强明显小于起始压强，说明容器中气体减少，所以铁发生的是吸氧腐蚀。在铁发生吸氧腐蚀的过程中，铁为负极，发生氧化反应，形成Fe2＋；碳为正极，发生还原反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。(3)O～t1时压强增大，应从两方面考虑，一是生成气体，二是温度升高，则假设二应是反应放热，温度升高。答案：(1)编号实验目的碳粉/g铁粉/g醋酸/%②2.0③碳粉含量的影响(2)吸氧如图还原2H2O＋O2＋4e－===4OH－(3)反应放热，温度升高