9-3金属的电化学腐蚀与防护一、选择题1．下列叙述中不正确的是( )A．金属的电化学腐蚀比化学腐蚀普遍B．钢铁在干燥的空气里不易腐蚀C．用铝质铆钉铆接铁板，铁板易被腐蚀D．原电池外电路电子由负极流入正极解析：A项，不纯的金属在潮湿的空气中易发生电化学腐蚀，所以电化学腐蚀比化学腐蚀普遍，A项正确；B项，钢铁在干燥的空气中，不易腐蚀，B项正确；C项，铝和铁形成原电池，铝作负极易被腐蚀，C项错误；D项，原电池负极发生氧化反应，失去的电子通过导线流向正极。答案：C2．下列反应一定属于氧化反应的是( )A．金属的腐蚀 B．原电池的正极反应C．放热反应D．电镀池镀件一极的反应解析：金属腐蚀的本质就是被氧化的过程，A正确；B、D发生的均为还原反应；C项放热反应与是否发生氧化还原反应无直接关系。答案：A3．(2011·北京西城区期末考试)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：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。答案：B4．相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是( )13\n解析：A、B、D均可构成原电池而加速铁的腐蚀，C中铜镀层把铁完全覆盖，构不成原电池，不易被腐蚀。答案：C5．(2012·陕西省长安一中高三质检(二))某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是( )A．铅笔端作阳极，发生还原反应B．铂片端作阴极，发生氧化反应C．铅笔端有少量的氯气产生D．a极是负极，b极是正极解析：出现红色字迹，说明笔尖生成氢氧根离子，所以铅笔端是阴极，铂片端是阳极，A、B项错误；铅笔端产生氢气，不是氯气，C项错误；a极是负极，D项正确。答案：D(2012·潍坊模拟)下面两套实验装置，都涉及金属的腐蚀反应，假设其中的金属块和金属丝都是足量的。请同学们仔细观察，完成6～7题。13\n6．下列叙述正确的是( )A．装置Ⅰ在反应过程中自始至终只生成红棕色气体B．装置Ⅱ开始阶段铁丝只发生析氢腐蚀C．装置Ⅱ在反应过程中能产生氢气D．装置Ⅰ在反应结束时溶液中的金属阳离子只有Cu2＋解析：装置Ⅰ形成原电池，铜作负极、铁作正极，反应的实质是铜与硝酸发生氧化还原反应，开始生成二氧化氮，硝酸变稀后生成一氧化氮；浓硝酸变稀后，铁和铜两个电极转换，溶液中会有亚铁离子生成；装置Ⅱ开始阶段发生的是化学腐蚀不是电化学腐蚀，铁、氧气和水反应生成铁锈，氧气消耗后压强变小液面左移，接触后发生析氢腐蚀，有氢气放出。答案：C7.下列与反应原理相关的叙述不正确的是( )A．装置Ⅰ中不可能发生如下反应：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋B．装置Ⅱ在反应结束时溶液中存在Fe2＋C．装置Ⅰ的溶液若换为稀硝酸，则腐蚀过程与原装置不同D．装置Ⅱ中的铁丝能发生电化学腐蚀解析：浓硝酸变稀，稀硝酸与钝化生成的氧化物反应有铁离子生成，铁单质与铁离子发生反应：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，溶液中最终只含有Fe2＋；稀硝酸存在时，铁作负极，铜作正极，铁被腐蚀过程发生变化；装置Ⅱ开始阶段发生的是化学腐蚀不是电化学腐蚀，铁、氧气和水反应生成铁锈，氧气消耗后压强变小液面左移，接触后发生析氢腐蚀。答案：A8．如图所示装置中都盛有0.1mol/L的NaCl溶液，放置一定时间后，装置中的四块相同锌片，腐蚀速率由快到慢的正确顺序是( )13\nA．③①④②B．①②④③C．①②③④D．②①④③解析：①为原电池，活泼金属Zn为负极，发生氧化反应，腐蚀速率比④快，②③为电解池，②中的Zn作阳极，失电子，被腐蚀。③中Zn作阴极，被保护，比④中的Zn腐蚀更慢，故由快到慢的顺序是②①④③。答案：D9．(2012·西安中学高三第三次月考)关于下列各装置图的叙述中，不正确的是( )A．用甲装置精炼铜，则a极为粗铜，电解质溶液为CuSO4溶液B．乙装置的总反应是Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋C．丙装置中钢闸门应与外接电源的负极相连D．丁装置中的铁钉几乎没被腐蚀解析：本题综合考查电化学知识。难度中等。在原电池中，较活泼的金属作负极，发生氧化反应，不活泼的金属作正极，不参与反应，B错误。答案：B10．(2011·东北高三联考)按如图所示装置进行下列不同的操作，其中不正确的是( )13\nA．铁腐蚀的速度由大到小的顺序是：只接通K1>只闭合K3>都断开>只闭合K2B．只接通K1，一段时间后，U形管中出现白色沉淀C．只接通K2，U形管左、右两端液面均下降D．先只接通K1，一段时间后，漏斗液面上升，然后再只接通K2，漏斗液面下降解析：只闭合K1，铁作阳极，电解氯化钠溶液，铁失电子生成Fe2＋，H2O在阴极得电子生成H2和OH－，Fe2＋和OH－扩散到U形管底部相遇生成白色氢氧化亚铁沉淀，B项正确。只接通K2，铁作阴极，不能失电子，阴极生成氢气，石墨电极上生成氯气。C项正确，综上分析只接通K1铁腐蚀速率最快；只闭合K3，形成原电池，铁腐蚀的速率次之；都断开时铁自然腐蚀；而只接通K2时铁作阴极被保护，腐蚀速率最慢，故A项正确。答案：D11．(2012·长沙市高考模拟考试(一))下列用来表示物质变化的化学反应中，正确的是( )A．Na与水反应的化学方程式：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑B．钢铁腐蚀时可能发生的负极反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑C．NH4HCO3溶液与足量NaOH溶液反应的离子方程式：NH＋OH－===NH3↑＋H2OD．表示中和热的热化学方程式：HCl＋NaOH===NaCl＋H2O ΔH＝－57.3kJ/mol解析：本题考查化学用语。难度中等。B中负极为Fe，失电子发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋，错误；C中HCO也与OH－反应，错误；D中热化学方程式缺少了物质的状态，错误。13\n答案：A12．用惰性电极电解物质的量浓度为13的CuSO4和NaCl的混合溶液，可能发生的反应有( )①2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑②Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑③2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑④2H2O2H2↑＋O2↑A．①②③ B．①②④ C．②③④ D．②④解析：设CuSO4和NaCl的物质的量分别为1mol和3mol，根据离子的放电顺序和电子守恒可知电解过程应分为如下阶段。(1)电解CuCl2溶液阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑2mol2mol阴极：Cu2＋＋2e－===Cu1mol2mol总反应式：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑(2)电解NaCl溶液阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑1mol1mol阴极：2H＋＋2e－===H2↑1mol1mol总反应式：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－(3)电解Na2SO4溶液阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑阴极：4H＋＋4e－===2H2↑总反应式：2H2O2H2↑＋O2↑。答案：C13．(2012·北京市海淀区高三第一次模拟)下列有关金属的腐蚀与防护的说法中不正确的是( )13\nA．温度越高，金属腐蚀速率越快B．在铁管外壁上镀锌可防止其被腐蚀C．金属被腐蚀的本质是金属发生了氧化反应D．将钢闸门与直流电源的正极相连可防止其被腐蚀解析：本题考查的是金属的腐蚀与防护。温度越高，化学反应速率就越快，A正确；Zn比Fe活泼，在铁管外壁上镀锌可防止其被腐蚀，B正确；金属被腐蚀的本质是金属失电子，发生了氧化反应，C正确；钢闸门防止其被腐蚀，应该接到电源的负极上，D错。答案：D14．(2011·上海)用电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是( )A．用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片B．用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片C．用氢氧化钠溶液吸收阴极产物D．用带火星的木条检验阳极产物解析：铜片作阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。答案：B15．(2012·江苏单科)下列有关说法正确的是( )A．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0B．镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈C．N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH<0，其他条件不变时升高温度，反应速率v(H2)和H2的平衡转化率均增大D．水的离子积常数KW随着温度的升高而增大，说明水的电离是放热反应解析：A项，该反应的ΔS>0，室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH>0；B项，镀层受损后，铁、铜在潮湿的环境中形成原电池，铁作负极被腐蚀；C项，正反应的ΔH<0，升高温度，平衡逆向移动，H2的平衡转化率减小；D项，温度升高，KW增大，平衡正向移动，说明水的电离是吸热反应。答案：B二、非选择题16．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。13\n(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________。(填序号)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。(4)生产中可用盐酸来除铁锈。现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式______________________________________________________________。(5)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意如图：①A电极对应的金属________(写元素名称)，B电极的电极反应是____________________。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5.12g，则电镀时电路中通过的电子为________mol。③13\n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____________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)发生吸氧腐蚀时，负极上Fe失去电子，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Zn，就可由Zn失去电子，Zn被溶解，而Fe被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法。(3)属于外加电流的保护法，需把被保护的铁闸门连接在电源的负极上。(4)铁锈的主要成分为氧化铁的水合物，与盐酸反应后生成了三价铁离子，而后铁与三价铁离子会化合生成亚铁离子。(5)为在铁表面镀铜需将铁作阴极、铜作阳极，当析出1mol铜时，两电极的质量差为64＋64＝128(g)，转移2mol电子，当质量差为5.12g，电路中通过的电子为0.08mol。答案：(1)负极：2Fe－4e－===2Fe2＋正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)C (3)负(4)2FeCl3＋Fe===3FeCl2(5)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(其他答案合理也可)17．请你参与某学习小组的探究活动，并回答相关问题：发现问题：甲同学发现盛水的铁锅在与水面接触的部位最易生锈；乙同学发现自己的铜制眼镜框表面出现了绿色的铜锈；丙同学发现苹果切开不久，果肉上会产生一层咖啡色物质，好像生了“锈”一般。提出问题：这三种物质“生锈”的原因是什么？收集证据：(1)回忆已有知识：铁生锈的条件是________。(2)查阅有关资料：“铜锈”主要成分是Cu2(OH)2CO3(俗称铜绿)；苹果“生锈”是果肉里的物质(酚和酶)与空气中的氧气发生了一系列的反应，生成咖啡色的物质。(3)实验探究：将四小块铜片分别按下图所示放置一个月，观察现象如下：装置现象铜片不生锈铜片不生锈13\n铜片不生锈铜片生锈且水面附近锈蚀最严重实验结论：①据A装置推知，铜生锈需要_____________________________。②据B装置推知，铜生锈需要____________________________。③据C装置推知，铜生锈需要____________________________。④据D装置推知，铜生锈主要是发生了________腐蚀(填“析氢”或“吸氧”)。负极反应为________。反思与应用：⑤写出一种防止铁或铜生锈的具体方法_______________。解析：(1)回忆已有知识或结合实验结论可得出铁生锈的条件为与O2和H2O同时接触。(3)通过A、B、C、D四套装置比较看出，A证明无H2O，铜片不生锈，B证明无CO2，铜片不生锈，C证明无O2铜片不生锈，而据D现象可知，铜发生了吸氧腐蚀，负极Cu失去电子。据实验结论不难想出⑤的做法与方案。答案：(1)铁与氧气、水同时接触(3)①H2O ②CO2 ③O2④吸氧 Cu－2e－===Cu2＋⑤保持金属制品表面的洁净和干燥(或金属制品表面涂上保护膜)(答案合理即可)18．(2013·浙江省名校新高考研究联盟高三第一次联考)某化学兴趣小组对电化学问题进行了实验探究。Ⅰ.利用右图装置探究金属的防护措施，实验现象是锌电极不断溶解，铁电极表面有气泡产生。13\n(1)写出负极的电极反应式____________。(2)某学生认为，铁电极可能参与反应，并对产物作出假设：假设1：铁参与反应，被氧化生成Fe2＋假设2：铁参与反应，被氧化生成Fe3＋假设3：____________________________________。(3)为了探究假设1、2，他采取如下操作：①取0.01mol/LFeCl3溶液2mol于试管中，加入过量铁粉；②取操作①试管的上层清夜加入2滴K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀；③取少量正极附近溶液加入2滴K3[Fe(CN)6]溶液，未见蓝色沉淀生成；④取少量正极附近溶液加入2滴KSCN溶液，未见溶液变红；据②、③、④现象得出的结论是______________________。(4)该实验原理可应用于防护钢铁腐蚀，请再举一例防护钢铁腐蚀的措施__________________________。Ⅱ.利用右图装置作电解50mL0.5mol/L的CuCl2溶液实验。实验记录：A．阳极上有黄绿色气体产生，该气体使湿润的淀粉碘化钾试纸先变蓝后褪色(提示：Cl2氧化性大于IO)；B．电解一段时间以后，阴极表面除有铜吸附外，还出现了少量气泡和浅蓝色固体。(1)分析实验记录A中试纸颜色变化，用离子方程式解释：________________________________________________________；②__________________________________________________。(2)分析实验记录B中浅蓝色固体可能是__________________(写化学式)，试分析生成该物质的原因____________________。答案：Ⅰ.(1)Zn－2e－＝Zn2＋；(2)铁参与反应，被氧化生成Fe2＋和Fe3＋；(3)正极附近溶液不含Fe2＋和Fe3＋；(4)油漆(其他合理答案均可)Ⅱ.(1)2I－＋Cl2===I2＋2Cl－；5Cl2＋I2＋6H2O===10Cl－＋2IO＋12H＋；(2)Cu(OH)2，电解较长时间后，Cu2＋浓度下降，H＋开始放电，溶液pH增大，Cu2＋13\n转化为Cu(OH)219．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。(1)以下为铝材表面处理的一种方法：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形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的________。a．NH3 b．CO2 c．NaOH d．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______________________。取少量废电解液，加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是________。(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是________。(3)利用右图装置，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________________。解析：本题以金属铝和电化学知识为载体，意在考查学生解决实际问题的能力。(1)①题中指出在碱洗时有气泡产生，则只有金属铝和碱反应才符合条件，故碱洗过程中发生反应的离子方程式为Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O、2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑。碱洗后溶液中含有大量AlO，故最好通入CO2气体使AlO转化为Al(OH)3沉淀以回收铝。②活泼金属作阳极，阳极材料本身失电子被氧化，其氧化产物为Al2O3，由此可得阳极反应式为2Al＋3H2O===Al2O3＋6H＋＋6e－。加入NaHCO3溶液后，Al3＋与HCO发生水解相互促进反应，离子方程式可表示为Al3＋＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑。(2)电镀时若用石墨作阳极，则电解过程中电解液中Cu2＋13\n浓度不断减小，导致铁表面不能镀上均匀的铜。(3)若X为碳棒，则只能用外加电源的阴极保护法，此时开关K应置于N处，若X为Zn，K置于M处，其保护原理称为牺牲阳极的阴极保护法。答案：(1)①2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑(或：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑) b②2Al＋3H2O===Al2O3＋6H＋＋6e－ HCO与H＋反应使H＋的浓度减小，产生Al(OH)3沉淀(2)补充溶液中消耗的Cu2＋，保持溶液中Cu2＋浓度恒定(3)N 牺牲阳极的阴极保护法(或：牺牲阳极保护法)13
