鲁科版高中化学选修四第3课时金属的腐蚀与防护.docx

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第3课时金属的腐蚀与防护
[经典基础题]
1．下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是
() A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护
B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀
C．钢管与铜管露天堆放在一起，钢管不易被腐蚀
D．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
答案 B
解析钢管与电源正极相连接，钢管作电解池的阳极，更易失电子；铁遇冷浓硝酸时，铁表面被氧化成致密的氧化膜，阻止金属与氧化剂接触，可防止内部不被腐蚀；钢管与铜管堆放，形成原电池时钢管为负极，作原电池负极易被腐蚀；钢柱与水接触处的氧气浓度大，易被腐蚀。

故选B。

2．如下图所示各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀，腐蚀的速率由快到慢的顺序为
()
A．⑤②①③④B．④③①②⑤
C．⑤④②①③D．③②④①⑤
答案 C
解析判断金属腐蚀快慢，首先判断该金属是充当原电池还是电解池的电极，若是电解池的阳极，金属腐蚀速率最快，其次是充当原电池的负极腐蚀较快，而作为电解池的阴极和原电池的正极不被腐蚀。

其中⑤中，Fe作为电解池的阳极，腐蚀最快，②③④均为原电池，③中，Fe为正极，不被腐蚀，②④中Fe均为负极，被腐蚀，Fe和Cu的金属活动性差别比Fe和Sn大，④中铁腐蚀较快，其腐蚀速率由快到慢的顺序为⑤④②①③。

3．在钢铁腐蚀过程中，下列五种变化可能发生的是
()
①Fe2＋转化为Fe3＋②O2被还原③产生H2
④Fe(OH)3失水形成Fe2O3·x H2O⑤杂质碳被氧化
A．只①②B．只②③④
C．①②③④D．①②③④⑤
答案 C
解析在腐蚀过程中，负极Fe－2e－===Fe2＋，正极O2或2H＋得电子，Fe2＋与OH－结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2被氧化生成Fe(OH)3，Fe(OH)3失水形成铁锈。

4．根据下图，下列判断中正确的是
()
A．烧杯a中的溶液pH升高
B．烧杯b中发生还原反应
C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2
D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2
答案 A
解析题中给出的物质表明，该电池的总反应是2Zn＋O2＋2H2O===2Zn(OH)2，a烧杯中电极反应为O2＋2H2O ＋4e－===4OH－，b中Zn－2e－===Zn2＋，所以应
选A。

5．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是
()
①纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗②当镀锡铁制品的镀层破损
时，镀层仍能对铁制品起保护作用③在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法④可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
A．①③B．②③C．①④D．②④
答案 A
解析纯银器表面在空气中易生成硫化物失去光泽，属化学腐蚀；当镀锡铁制品镀层破损时，由于铁比锡活泼，形成原电池时，铁做原电池的负极，加快铁的腐蚀；锌比铁活泼，当在海轮外壳上连接锌块后，锌失电子而使海轮外壳被保护；应将金属与电源的负极相连，即做电解池的阴极，才能得到保护。

6．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相同的一段时间。

下列对实验结束时现象的描述不正确的是
()
A．装置Ⅰ左侧的液面一定会下降
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
解析装置Ⅰ中铁钉处于盐酸的蒸气中，被腐蚀而释放出H2，使左侧液面下降，右侧液面上升；装置Ⅱ中铁钉同样处于盐酸的蒸气中，不同的是悬挂铁钉的金属丝由铁丝换成了铜丝，由于Fe比Cu活泼，构成原电池会加速铁钉
的侵蚀而放出更多的H 2，使左侧液面下降得更多，右侧液面上升得更多；装置Ⅲ中虽然悬挂铁钉的还是铜丝，但由于浓硫酸有吸水性而无挥发性，使铁钉处于一种较为干燥的空气中，因而在短时间内几乎没有被腐蚀。

7．糕点包装中常见的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。

下列分析正确的是
( )
A ．脱氧过程是吸热反应，可降低温度，延长糕点保质期
B ．脱氧过程中铁作原电池正极，电极反应为：Fe －3e －===Fe 3＋C.脱氧过程中碳做原电池负极，电极反应为：2H 2O ＋O 2＋4e －===4OH －
D ．含有1.12 g 铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气336 mL(标准状况) 答案 D
解析 在脱氧过程中，由铁、碳做电极，氯化钠溶液做电解质溶液形成原电池，发生吸氧腐蚀，该过程为放热反应；在脱氧过程中，碳做正极，铁做负极，失电子发生氧化反应生成Fe 2＋；在脱氧过程中，Fe 失电子氧化为Fe 2＋，Fe 2＋最终还是被氧气氧化为Fe 3＋，由电子守恒知消耗氧化剂氧气的体积(标准
状况下)V (O 2)＝22.4L·mol －1×(3×1.12 g/56 g·mol －1)4＝336 mL 。

8. 将铁片和锌片放在盛有NaCl 溶液(其中滴有酚酞)的表面皿中，如图所示，最先观察到变为红色的区域为
( )
A ．Ⅰ和Ⅱ
B ．Ⅰ和Ⅳ
C ．Ⅱ和Ⅲ
D ．Ⅱ和Ⅳ
答案 B
解析 甲为原电池装置，Zn 为负极，该条件下，Zn 被腐蚀，电极反应为负极：Zn －2e －===Zn 2＋，正极：2H 2O ＋O 2＋4e －===4OH －，故Ⅰ极区域c (OH －)增大使酚酞变红。

乙为电解装置，电极反应为：阳极Fe －2e －===Fe 2＋，阴极2H ＋＋2e －===H 2↑，Ⅳ极区域c (OH －)增大，使酚酞变红。

9．铁棒与石墨用导线连接后，浸入0.01 mol·L－1的食盐溶液中，可能出现的现象是
() A．铁棒附近产生OH－B．铁棒被腐蚀
C．石墨棒上放出Cl2D．石墨棒上放出O2
答案 B
解析铁棒与石墨用导线连接后，浸入0.01 mol·L－1的食盐溶液中形成原电池，铁棒为负极：Fe－2e－===Fe2＋，铁棒被腐蚀；石墨棒为正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，石墨棒周围c(OH－)增大，石墨棒上并不放出Cl2和O2。

10．如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有
食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。

下
列有关描述错误的是
()
A．生铁块中的碳是原电池的正极
B．红墨水柱两边的液面变为左低右高
C．两试管中相同的电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋
D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
答案 B
解析Fe与C及电解质溶液形成原电池，Fe是负极：Fe－2e－===Fe2＋，C是正极。

a为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b中酸性较强，发生析氢腐蚀，有氢气放出，气体压强增大，所以红墨水柱两边的液面变为左高右低。

[能力提升题]
11．请回答下列问题：
(1)右图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有
pH＝4的雨水和生铁片。

观察：开始导管内液面下降，
一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。

以下有关解释合理的是________。

A．生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应
B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀
C．墨水回升时，碳极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．具支试管中溶液pH逐渐减小
(2)下列哪些装置可防止铁棒被腐蚀_________________________________。

(3) 在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被
腐蚀。

装置如图：
①A电极对应的金属是________(写元素名称)，B
电极的电极反应式是_______________。

②若电镀前A、B两金属片质量相同，电镀完成后
将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12 g，则电镀时电路中通过的电子为________mol。

③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因
___________________________________________________________。

答案(1)C(2) BD(3) ①铜Cu2＋＋2e－===Cu
②0.08③铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，
加速铁的腐蚀
解析(1)生铁中的碳和铁与雨水构成微小原电池，铁为负极，碳为正极，开始发生析氢腐蚀，随着酸性减弱，又发生吸氧腐蚀。

碳极为正极，故A错；
B项，随雨水酸性的减弱，而发生吸氧腐蚀，故B错；C项，墨水回升是因为开始铁钉析氢腐蚀生成氢气，后来铁钉吸氧腐蚀时消耗氧气。

铁钉两种腐蚀分别是消耗H＋，生成OH－，所以溶液的pH升高。

(2)B装置中铁作原电池正极、D装置中铁与外接电源负极相连作阴极，均得到保护。

(3)电镀铜时纯铜作阳极，接电源正极，A为铜，B极反应为Cu2＋＋2e－===Cu；电镀时阳极质量减少的量与阴极质量增加的量相等，故阳极消耗铜为2.56 g，即0.04 mol Cu，转移电子为0.08 mol。

③铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀。

12．请运用原电池原理解释生活中的一些问题：
(1)家用炒菜的铁锅用水清洗放置数天后，出现红棕色锈斑，在此变化过程中
不发生的反应是
() A．4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
B．2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
C．O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．Fe－3e－===Fe3＋
(2)为处理银器表面的黑斑(Ag2S)，将银器置于铝制容器里的食盐水中并与铝
接触，Ag2S转化为Ag，食盐水的作用为________，银器为________极，电极反应式为________。

(3)铝－空气－海水电池作为新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的
氧气使铝不断氧化而产生电流。

只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光。

则该电源负极材料为________，正极材料为________，正极反应为______________________________________________________________。

(4)在海洋工程上，通常用铝合金(Al－Zn－Cd)保护海底钢铁设施，其原理如
图所示：
其中负极发生的电极反应为___________________________________；
在实际应用中，用铝合金而不选用纯铝，纯铝不能很好地起到保护作用，其原因是___________________________________________________________。

答案(1)D(2) 做电解质溶液，形成原电池正3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－
(3)铝石墨O2＋2H2O＋4e－===4OH－(4)Al－3e－===Al3＋铝表面易被氧
化，生成一层致密而坚固的氧化物薄膜，不能充当原电池的负极
13．如图所示3套实验装置，分别回答下列问题。

(1)装置1为铁的吸氧腐蚀实验。

一段时间后，铁被________(填“ 氧化”或“还原”); 向插入碳棒的玻璃筒内滴入酚酞溶液，可观察到碳棒附近的溶液变红，该电极反应为_______________________________________________。

(2)装置2中的石墨是________极(填“正”或“负”)，该装置发生的总反应的离子方程式为______________________________________________。

(3)装置3中甲烧杯盛放100 mL 0.2 mol·L －1的NaCl 溶液，乙烧杯盛放100 mL 0.5 mol·L －1的CuSO 4溶液。

反应一段时间后，停止通电。

向甲烧杯中滴入几滴酚酞溶液，观察到石墨电极附近首先变红。

①电源的M 端为________极，甲烧杯中铁电极的电极反应为________。

②乙烧杯中电解反应的化学方程式为________。

③ 停止电解，取出Cu 电极，洗涤、干燥、称量、电极增重0.64 g ，甲烧杯中产生的气体标准状况下体积为________mL 。

答案 (1)氧化 O 2＋4e －＋2H 2O===4OH －
(2)正 2Fe 3＋＋Cu===2Fe 2＋＋Cu 2＋ (3)① 正 Fe －2e －===Fe 2＋ ②2CuSO 4
＋2H 2O =====通电
2Cu ＋O 2↑＋2H 2SO 4 ③224
14．将NaCl 溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。

导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。

回答下列问题：
(1)液滴边缘是________(填“正”或“负”)极区，发生的电极反应为：
________________________________________________________________。

(2)液滴中的Cl －由________区向________区迁移(填“b”或“a”)。

(3)在b区出现铁锈环的原因是液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀，生成
的Fe2＋________进一步氧化、脱水形成铁锈。

(4)若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发
生的电极反应为：_____________________________________________。

答案(1)正O2＋2H2O＋4e－===4OH－(2)b a(3)由a区向b区迁移，与b 区的OH－形成Fe(OH)2(4)Fe－2e－===Fe2＋
解析(1)液滴边缘O2浓度大，为原电池的正极区，正极电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

中心区a为原电池的负极区。

(2)根据在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极的规律，Cl－应由b区向a区迁移。

(3)Fe2＋由a 区向b区迁移，与b区的OH－形成Fe(OH)2，被氧化为Fe(OH)3，再脱水形成铁锈。

(4)若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，由于Fe的金属活动性比铜强，Fe仍为负极，负极发生的电极反应为：Fe－2e－===Fe2＋。

备用题目
1．铁是用途最广的金属材料之一，但生铁易生锈。

请讨论电化学实验中有关铁的性质。

(1)①某原电池装置如下图所示，右侧烧杯中的电极反应式为
_________________________________________________________________，左侧烧杯中的c(Cl－)________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

②已知下图甲、乙两池的总反应式均为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，且在同侧
电极(指均在“左电极”或“右电极”)产生H2。

请在两池上标出电极材料(填“Fe”或“C”)。

(2)装置丙中，易生锈的是________点(填“a”或“b”)。

装置丁中可观察到的实验
现象是_________________________________________________________。

答案(1)①2H＋＋2e－===H2↑增大
②甲池中：左——Fe，右——C
乙池中：左——Fe，右——C
(2)a生铁表面生成红棕色锈斑，试管内液面上升
解析(1)①电池反应中Fe作负极，石墨棒作正极，右侧电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。

由于平衡电荷的需要，盐桥中的Cl－向负极迁移，故左侧烧杯溶液中c(Cl－)增大。

②装置乙是电解装置，阴极(右侧)产生H2，同时根据总反应式可知Fe只能作阳极(左侧)。

由已知条件知，在装置甲中，Fe作原电池的负极，在左侧，C作原电池的正极，在右侧。

(2)装置丙中由于a点既与电解质溶液接触，又与空气接触，故易生锈。

装置丁中铁屑发生吸氧腐蚀，负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，生成的离子继续反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，
2Fe(OH)3===Fe2O3·x H2O＋(3－x)H2O，由整个反应来看，最终铁屑表面会生成红棕色的铁锈，由于反应消耗氧气，因此试管内液面上升。

2．下列叙述不正确的是
() A．铁表面镀锌，铁作阳极
B．船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀
C．钢铁吸氧腐蚀的正极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．工业上电解饱和食盐水的阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑
答案 A
解析本题考查电化学知识的应用。

选项A，铁作阳极，铁要溶解，铁应该作阴极。

选项B，Zn的活泼性比Fe强，Zn失去电子而保护了船体。

选项C，钢铁吸氧腐蚀时，O2在正极获得电子。

选项D，Cl－失电子能力大于OH－，
电解饱和食盐水时，Cl－在阳极失去电子变为Cl2。

3．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四分之一。

(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为
____________________________________________________________。

(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中
焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________(填字母)。

A．铜B．钠
C．锌D．石墨
(3)图乙所示的方案也可以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)负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)C(3)负
解析(1)发生吸氧腐蚀时，负极上Fe失电子，正极上O2得到电子。

(2)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌，就可由锌失去电子，锌被溶解而铁被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法。

(3)属于外加电流的阴极保护法，需把被保护的铁闸门连接在电源的负极上。

4．为了避免青铜器生成铜绿，以下方法正确的是
()
①将青铜器放在银质托盘上②将青铜器保存在干燥的环境中③将青铜器
保存在潮湿的空气中④在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜
A．①③B．②③
C．②④D．①④
答案 C
解析Cu比Ag活泼，放在银质托盘上更易受腐蚀，①错；将其保存在干燥的环境中避免与空气中的水分和CO2等物质接触，可避免腐蚀，②正确，则
③错误；覆盖防渗的高分子膜也可以隔绝潮湿空气，④正确。

5．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＋n H2O===M(OH)n＋n
2H2↑
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
解析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－n e－===M n＋；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。