2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 第04章 電化學(xué)基礎(chǔ) 專題4.4 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)試題 新人教版選修4.doc

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4-4 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù) 一、金屬的電化學(xué)腐蝕 1．金屬腐蝕： （1）概念：金屬與周圍的__________________物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。 （2）本質(zhì)：金屬本身失去電子變成陽離子的過程（發(fā)生________反應(yīng)）：M ?ne?Mn+ 。 （3）金屬腐蝕的類型。 ①化學(xué)腐蝕 金屬跟接觸到的_______________(如SO2、Cl2、O2等）或_______________液體（如石油）等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。 ②電化學(xué)腐蝕 不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生________反應(yīng)，比較活潑的金屬失去電子被________的腐蝕。電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍，危害更大。 2．鋼鐵的電化學(xué)腐蝕： （1）腐蝕類型 鋼鐵的析氫腐蝕示意圖 鋼鐵的吸氧腐蝕示意圖 類型 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 發(fā)生條件 水膜酸性較強(qiáng) 水膜弱酸性、中性或堿性 正極反應(yīng) 2H++2e?H2↑ O2+2H2O+4e?4OH? 負(fù)極反應(yīng) Fe?2e?Fe2+ 2Fe?4e?2Fe2+ 總反應(yīng) Fe+2H+Fe2++H2↑ 2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2 最終生成鐵銹（主要成分為Fe2O3?xH2O)，反應(yīng)如下：_______________________， 2Fe(OH)3Fe2O3?xH2O+(3?x)H2O （2）鋼鐵的吸氧腐蝕實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)操作 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 導(dǎo)管中____________________，鐵釘表面有________生成 裝置中鐵、碳和飽和食鹽水構(gòu)成原電池，鐵釘發(fā)生________腐蝕 二、金屬的防護(hù) 1．金屬的電化學(xué)防護(hù)： （1）犧牲陽極的陰極保護(hù)法：利用________原理，讓被保護(hù)金屬作________，另找一種活潑性較強(qiáng)的金屬作________。如圖所示： 用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證犧牲陽極的陰極保護(hù)法： 實(shí)驗(yàn)名稱 驗(yàn)證犧牲陽極的陰極保護(hù)法 實(shí)驗(yàn)裝置 實(shí)驗(yàn)原理 鋅電極：Zn－2e－Zn2+； 鐵電極：2H++2e－H2↑。 實(shí)驗(yàn)用品 K3[Fe(CN)6]溶液、經(jīng)過酸化的3%NaCl溶液；Zn電極、Fe電極、電壓表、燒杯。 實(shí)驗(yàn)步驟 按圖連接好裝置，觀察電壓表和鐵電極上的現(xiàn)象。往鐵電極區(qū)滴入2滴黃色K3[Fe(CN)6]（鐵氰化鉀）溶液，觀察燒杯內(nèi)溶液顏色的變化。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 電壓表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，鐵電極上有氣泡產(chǎn)生；往鐵電極區(qū)滴入K3[Fe(CN)6]溶液后，溶液不變藍(lán)色。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 圖示裝置構(gòu)成了原電池，較活潑金屬鋅被腐蝕，鐵未被腐蝕（被保護(hù)） （2）外加電流的陰極保護(hù)法：利用________原理，把被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備作為________極，用惰性電極作為輔助________極，在電解質(zhì)溶液里，接外加________。 如圖所示： 2．金屬防護(hù)的其他方法： （1）改變金屬的結(jié)構(gòu)：如把金屬制成防腐蝕能力強(qiáng)的合金，如不銹鋼。 （2）加覆蓋保護(hù)層：如可采用噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等其他方法使金屬與空氣、水等物質(zhì)隔離，以防止金屬被腐蝕。 【答案】一、1．（1）氣體或液體 （2）氧化 （3）①干燥氣體 非電解質(zhì) ②原電池 氧化 2．（1）4Fe(OH)2+O2 + 2H2O4Fe(OH)3 （2）有水柱上升 鐵銹 吸氧 二、1．（1）原電池 正極 負(fù)極 （2）電解池 陰 陽 直流電源 一、化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕比較 化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕(主要) 定義 金屬跟接觸到的物質(zhì)(一般是非電解質(zhì))直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕 不純金屬(或合金)跟接觸到的電解質(zhì)溶液所發(fā)生的原電池反應(yīng)，較活潑金屬原子失去電子而被氧化引起的腐蝕 吸氧腐蝕(主要) 析氫腐蝕 條件 金屬與非電解質(zhì)直接接觸 水膜中溶有O2，呈極弱酸性或中性 水膜酸性較強(qiáng) 現(xiàn)象 無電流產(chǎn)生 有微弱電流產(chǎn)生 反應(yīng)式 例：2Fe＋3Cl22FeCl3 負(fù)極：Fe－2e－Fe2＋ 正極：2H2O＋O2＋4e－4OH－ 正極： 2H＋＋2e－H2↑ 聯(lián)系 兩種腐蝕往往同時(shí)發(fā)生，只是電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍、危害更大 提醒：只有在金屬活動(dòng)性順序中位于氫前面的金屬才可能發(fā)生析氫腐蝕，而位于氫之后的金屬只能發(fā)生吸氧腐蝕。 我們在學(xué)習(xí)和生活過程中所觀察到的以下現(xiàn)象與電化學(xué)腐蝕有關(guān)的是 A．光亮的自行車鋼圈不易生銹 B．炒過菜的鐵鍋未及時(shí)洗凈出現(xiàn)紅褐色銹斑 C．光亮的銅絲在火焰上灼燒后變黑 D．實(shí)驗(yàn)室鎂帶拆封放置一段時(shí)間后表面變灰暗 【解析】自行車鋼圈表面有一層電鍍保護(hù)層使鋼圈不易生銹；炒過菜的鐵鍋殘余菜汁中有NaCl形成電解質(zhì)溶液，發(fā)生吸氧腐蝕，而出現(xiàn)銹斑；C、D選項(xiàng)中都是金屬Cu、Mg與O2直接反應(yīng)，是化學(xué)腐蝕。 【答案】B 二、金屬腐蝕快慢的判斷以及金屬的防護(hù) 1．金屬腐蝕快慢的判斷方法 （1）在同一電解質(zhì)溶液中：電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學(xué)腐蝕＞有防護(hù)措施的腐蝕。 （2）同一種金屬在不同介質(zhì)中腐蝕由快到慢的順序?yàn)椋簭?qiáng)電解質(zhì)溶液＞弱電解質(zhì)溶液＞非電解質(zhì)溶液。 （3）有無保護(hù)措施的：無保護(hù)措施的金屬腐蝕＞有一定保護(hù)措施的金屬腐蝕＞犧牲陽極的陰極的金屬腐蝕＞有外接電源的陰極金屬腐蝕。 （4）對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕越快。 提醒：對于活動(dòng)性不同的兩金屬，活動(dòng)性越強(qiáng)，氧化還原反應(yīng)的速率越快，活潑金屬腐蝕越快；純度越高的金屬，腐蝕速率越慢。 2．金屬腐蝕的防護(hù)方法 （1）改變金屬的組成結(jié)構(gòu)。如鐵中加入一定比例的鉻煉制得鉻鋼，具有很高的耐腐蝕性。含鉻又含鎳的鉻鎳不銹鋼，其耐腐蝕性更好。 （2）在金屬表面覆蓋一層保護(hù)層，使金屬與周圍具有腐蝕性的氣體和電解質(zhì)溶液隔離，便可保護(hù)金屬，防止金屬腐蝕。如在金屬表面上噴漆、電鍍或覆蓋搪瓷，使表面鈍化等。 （3）電化學(xué)保護(hù)法。如把金屬連接在電源的負(fù)極上，用陰極保護(hù)法，這樣就能消除引起金屬腐蝕的原電池反應(yīng)；也可在金屬上鉚接比它更活潑的另一種金屬，用犧牲陽極保護(hù)法，發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)是較活潑的金屬被腐蝕而本身受到保護(hù)。 下列措施不能防止或減緩鋼鐵腐蝕的是 A．在鋼鐵制品表面鍍一層金屬鋅 B．將鋼鐵制品放置在潮濕處 C．在鋼鐵中加入錳、鉻等金屬，以改變鋼鐵結(jié)構(gòu) D．將鋼鐵制品與電源負(fù)極相連 【答案】B 【解析】鋼鐵表面鍍鋅，可使內(nèi)部金屬被保護(hù)；鋼鐵在潮濕空氣中會(huì)發(fā)生吸氧腐蝕；鋼鐵中加入錳、鉻金屬，制成不銹鋼，能有效防止鋼鐵被腐蝕；電源負(fù)極能為鋼鐵制品輸入電子，防止Fe失電子被腐蝕。 1．下列有關(guān)金屬腐蝕的說法正確的是 A．金屬的腐蝕一定伴有電流產(chǎn)生 B．鋼鐵在干燥的空氣里比在潮濕的空氣里更易被腐蝕 C．發(fā)生化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母g時(shí)，較活潑的金屬總是作正極而被腐蝕 D．發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)有能量的轉(zhuǎn)變，且被腐蝕的金屬總是失電子 2．下列措施不能防止或減緩鋼鐵腐蝕的是 A．在鋼鐵制品表面鍍一層金屬鋅 B．將鋼鐵制品放置在潮濕處 C．在鋼鐵中加入錳、鉻等金屬，以改變鋼鐵結(jié)構(gòu) D．將鋼鐵制品與電源負(fù)極相連 3．下列有關(guān)金屬保護(hù)的說法中正確的是 A．快餐杯表面有一層搪瓷，搪瓷層破損后仍能起到防止鐵生銹的作用 B．白鐵(鍍鋅鐵)鍍層破損后，鐵皮的腐蝕速率很小 C．輪船的船殼水線以下常裝有一些鋅塊，這是利用了犧牲陰極的陽極保護(hù)法 D．鋼鐵制成的暖氣管道外常涂有一層瀝青，這是利用了鋼鐵的電化學(xué)保護(hù)法 4．把鋅片和鐵片放在盛有稀食鹽水和酚酞的混合溶液的玻璃皿中(如圖所示)，經(jīng)一段時(shí)間后，首先觀察到溶液變紅的區(qū)域是 A．Ⅰ和Ⅲ附近 B．Ⅰ和Ⅳ附近 C．Ⅱ和Ⅲ附近 D．Ⅱ和Ⅳ附近 5．如圖，小試管內(nèi)為紅墨水，具支試管內(nèi)盛有pH=4的雨水和生鐵片。實(shí)驗(yàn)觀察到:開始時(shí)導(dǎo)管內(nèi)液面下降，一段時(shí)間后導(dǎo)管內(nèi)液面回升，略高于小試管內(nèi)液面。下列說法正確的是 A．生鐵片中的碳是原電池的負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng) B．雨水酸性較強(qiáng)，生鐵片始終發(fā)生析氫腐蝕 C．墨水回升時(shí)，碳電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-4OH- D．具支試管中溶液酸性增強(qiáng) 6．下列關(guān)于如圖所示四個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的說法正確的是 A．裝置甲能防止鐵釘生銹 B．裝置乙為電鍍銅裝置 C．裝置丙中陽離子交換膜能避免氯氣與堿反應(yīng)，且b端產(chǎn)生的氣體能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{(lán) D．裝置丁能測定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱 7．鋼鐵是目前應(yīng)用最廣泛的金屬材料，了解鋼鐵腐蝕的原因與防護(hù)方法具有重要意義，對鋼鐵制品進(jìn)行抗腐蝕處理，可適當(dāng)延長其使用壽命。 （1）抗腐蝕處理前，生產(chǎn)中常用鹽酸來除鐵銹。現(xiàn)將一表面生銹的鐵件放入鹽酸中，當(dāng)鐵銹除盡后，溶液中發(fā)生的化合反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　　。 （2）利用如圖裝置，可以模擬鐵的電化學(xué)防護(hù)。 ①若X為碳棒，則為減緩鐵件的腐蝕，開關(guān)K應(yīng)置于　　　　處。 ②若X為鋅，開關(guān)K置于M處，則該電化學(xué)防護(hù)法稱為　　　　　　　　　　　　。 8．[2017新課標(biāo)Ⅰ]支撐海港碼頭基礎(chǔ)的鋼管樁，常用外加電流的陰極保護(hù)法進(jìn)行防腐，工作原理如圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關(guān)表述不正確的是 A．通入保護(hù)電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零 B．通電后外電路電子被強(qiáng)制從高硅鑄鐵流向鋼管樁 C．高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流 D．通入的保護(hù)電流應(yīng)該根據(jù)環(huán)境條件變化進(jìn)行調(diào)整 9．[2016天津]下列敘述正確的是 A．使用催化劑能夠降低化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱(ΔH) B．金屬發(fā)生吸氧腐蝕時(shí)，被腐蝕的速率和氧氣濃度無關(guān) C．原電池中發(fā)生的反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，該電池仍有電流產(chǎn)生 D．在同濃度的鹽酸中，ZnS可溶而CuS不溶，說明CuS的溶解度比ZnS的小 1．【答案】D 2．【答案】B 【解析】鋼鐵表面鍍鋅，可使內(nèi)部金屬被保護(hù)；鋼鐵在潮濕空氣中會(huì)發(fā)生吸氧腐蝕；鋼鐵中加入錳、鉻金屬，制成不銹鋼，能有效防止鋼鐵被腐蝕；電源負(fù)極能為鋼鐵制品輸入電子，防止Fe失電子被腐蝕。 3．【答案】B 【解析】A項(xiàng)中搪瓷層破損后，鐵直接暴露在空氣中，因而搪瓷層破損后不能起到防止鐵生銹的作用，錯(cuò)誤；B項(xiàng)中鍍層破損后，鋅與鐵構(gòu)成原電池，由于鋅的金屬性比鐵的強(qiáng)，鋅作負(fù)極，保護(hù)鐵不被腐蝕，正確；C項(xiàng)是犧牲陽極的陰極保護(hù)法，錯(cuò)誤；D項(xiàng)是用瀝青作涂層的涂層保護(hù)法，錯(cuò)誤。 4．【答案】B 【解析】a是電解池，Zn為陰極，電極產(chǎn)物為H2和NaOH，b是原電池，Zn發(fā)生吸氧腐蝕，F(xiàn)e為正極，電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-4OH-。 5．【答案】C 6．【答案】D 【解析】A項(xiàng)鐵做陽極，更容易被氧化。B項(xiàng)為銅的電解精煉。C項(xiàng)b端產(chǎn)生的氣體為氫氣，不能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{(lán)。 7．【答案】（1）2FeCl3+Fe3FeCl2　（2）①N?、跔奚枠O的陰極保護(hù)法 【解析】（1）鐵銹的主要成分是Fe2O3，與鹽酸反應(yīng)生成Fe3+，F(xiàn)e3+會(huì)與Fe反應(yīng)生成Fe2+。（2）①若X為碳棒，則需將鐵件接電源的負(fù)極，即開關(guān)K置于N處。②若X為Zn，開關(guān)K置于M處，則Zn-Fe-海水構(gòu)成原電池，其中Zn作負(fù)極，F(xiàn)e作正極，此方法稱為犧牲陽極的陰極保護(hù)法。 8．【答案】C 【解析】本題使用的是外加電流的陰極保護(hù)法，鋼管柱與電源的負(fù)極相連，被保護(hù)。A．外加強(qiáng)大的電流可以抑制金屬電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的電流，從而保護(hù)鋼管柱，A正確；B．通電后，被保護(hù)的鋼管柱作陰極，高硅鑄鐵作陽極，因此外電路電子被強(qiáng)制從高硅鑄鐵流向鋼管樁，B正確；C．高硅鑄鐵為惰性輔助陽極，所以高硅鑄鐵不損耗，C錯(cuò)誤；D．通過外加電流抑制金屬電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的電流，因此通入的保護(hù)電流應(yīng)該根據(jù)環(huán)境條件變化進(jìn)行調(diào)整，D正確。答案選C。 9．【答案】D 【解析】A．使用催化劑不能改變化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱(ΔH) ，錯(cuò)誤；B．金屬發(fā)生吸氧腐蝕時(shí)，被腐蝕的速率和氧氣濃度有關(guān)，氧氣的濃度越大，腐蝕速率越快，錯(cuò)誤；C．原電池中發(fā)生的反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，兩端就不存在電勢差了，無法形成電壓驅(qū)動(dòng)電子移動(dòng)，無法形成電流，錯(cuò)誤；D．根據(jù)Ksp的計(jì)算公式，二者化學(xué)式形式相似，在同濃度的鹽酸中，ZnS可溶而CuS不溶，說明CuS的溶解度比ZnS的小，正確；故選D。