2024-2025学年高中化学第四章电化学基础4金属的电化学腐蚀与防护课后作业含解析新人教版选修4

PAGEPAGE8金属的电化学腐蚀与防护eq\o(\s\up7(作业时限：45分钟作业满分：100分),\s\do15())一、选择题(每小题4分，每小题有1个正确选项，共44分)1．以下现象与电化学腐蚀无关的是(D)A．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿B．生铁比软铁芯(几乎是纯铁)简单生锈C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈D．银质奖牌久置后表面变暗解析：A选项中黄铜(铜锌合金)若发生电化学腐蚀时，被腐蚀的金属应是金属性较活泼的锌而不是铜；B选项生铁中含较多的碳，比软铁芯(几乎是纯铁)在电解质作用下更简单形成原电池，也更简单生锈；C选项若铁质器件附有铜质配件，在接触电解质溶液时，铁是原电池的负极，被腐蚀生成铁锈；D选项中银质奖牌久置后可能与氧气生成氧化银的化合物而表面变暗，这是化学腐蚀，与电化学腐蚀无关。2．下列说法中，正确的是(A)①镀层破损后，白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易被腐蚀；②钢铁表面常易锈蚀生成Fe2O3·nH2O；③锌和铁构成原电池时，铁作负极；④铅蓄电池中铅作负极，PbO2作正极，两极浸到H2SO4中。A．只有②④ B．只有①③C．①②③ D．①②③④解析：镀层破损后，白铁形成原电池时，因为锌比铁活泼，易失电子，从而爱护了铁，而马口铁破损后，因为形成原电池时，铁比锡活泼，铁被腐蚀，所以在镀层破损后，马口铁比白铁更易被腐蚀，①说法错误。钢铁无论发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀，铁都是失电子变成Fe2＋，吸氧腐蚀更普遍，O2得电子变成OH－，与Fe2＋结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2在空气中很易被氧化成Fe(OH)3，因此铁锈的成分常用Fe2O3·nH2O表示，②说法正确。锌和铁构成原电池时，锌比铁活泼，应当是锌作负极，③说法不正确。铅蓄电池的构成，④说法正确，故A为正确选项。3．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依次为(C)A．⑤②①③④B．④③①②⑤C．⑤④②①③D．③②④①⑤解析：推断金属腐蚀快慢，首先推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易被腐蚀。其中第⑤，Fe作为电解池的阳极，腐蚀最快，②③④均为原电池，第③中，Fe为正极，不被腐蚀，②④中Fe均为负极被腐蚀，Fe和Cu的金属活动性差别较Fe和Sn大，④中铁腐蚀较快，其腐蚀速率由快到慢的依次为⑤④②①③。4．下列叙述中，正确的是(C)A．钢铁腐蚀的负极反应为Fe－3e－=Fe3＋B．Mg－Al及NaOH溶液构成的原电池中负极材料为MgC．无隔膜电解饱和NaCl溶液所得产物之一是“84”消毒液中的有效成分NaClOD．H2－O2燃料电池中电解液为H2SO4，则正极反应式为O2＋4e－=2O2－解析：A.钢铁腐蚀的负极反应为Fe－2e－=Fe2＋，A不正确；B.Mg—Al及NaOH溶液构成的原电池中负极材料为Al，因为铝可以溶于氢氧化钠溶液，镁不能，B不正确；C.无隔膜电解饱和NaCl溶液，阳极生成的氯气和阴极生成的氢氧化钠可以反应，生成次氯酸钠和氯化钠，NaClO是“84”消毒液中的有效成分，C正确；D.H2－O2燃料电池中电解液为H2SO4，则正极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O，D不正确。本题选C。5．铜板上的铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法中不正确的是(A)A．正极的电极反应：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接着被氧化：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2=4Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水形成铁锈。6.下图是一种常见的电化学装置。有关说法正确的是(D)A．a为阴极，铁皮受到爱护B．盐酸中的Cl－向b定向移动C．在两个电极反应中，锌元素分别被氧化或被还原D．锌镀层完全溶解之后，电流计指针几乎没有偏转解析：此装置为原电池，镀锌铁皮为负极，即a为负极，去锌镀层后的铁皮作正极，铁皮受到爱护，A项错误；原电池中阴离子向负极移动，即Cl－向a极定向移动，B项错误；在a电极，锌被氧化，b电极不参与电极反应，C项错误；锌镀层完全溶解之后，则a、b两电极均为铁皮，不能形成原电池，电流计指针几乎不发生偏转，D项正确。7.利用如图所示装置，可以模拟铁的电化学腐蚀，下列说法不正确的是(D)A．若X为碳棒，为减慢铁的腐蚀，开关K应置于N处B．若X为锌棒，K置于M或N处，均能减慢铁的腐蚀C．若X为碳棒，将开关K置于M处时铁棒上发生的反应为Fe－2e－=Fe2＋D．若X为锌棒，将开关K置于N处时铁棒上发生的反应为Fe－2e－=Fe2＋解析：若X为碳棒，开关K置于N处时构成电解池，铁棒作阴极，被爱护；开关K置于M处时构成原电池，铁棒作负极，铁棒上的反应为Fe－2e－=Fe2＋，故A、C均正确；若X为锌棒，开关K置于N处时构成电解池，铁棒作阴极，被爱护，开关K置于M处时构成原电池，铁棒作正极，被爱护，故B正确，D错误。8．为探究金属腐蚀的条件和速率，某课外爱好活动小组的学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在如图所示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩里保存相同的一段时间，下列对试验结束时现象的描述不正确的是(B)A．试验结束时，装置Ⅰ左侧的液面肯定会下降B．试验结束时，装置Ⅰ左侧的液面比装置Ⅱ的低C．试验结束时，装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严峻D．试验结束时，装置Ⅲ中的铁钉几乎没有被腐蚀解析：这是一道将原电池原理应用于推断金属腐蚀快慢的题。装置Ⅰ中的铁钉处于盐酸的蒸气中，发生析氢腐蚀，使左侧液面下降；装置Ⅱ中的铁钉同样处于盐酸的蒸气中，所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，在这种氛围中构成的原电池会加快铁钉的腐蚀而放出更多的H2，使左侧液面下降更多；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、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。9.全世界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失。某城拟用如图方法爱护埋在酸性土壤中的钢质管道，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法不正确的是(B)A．土壤中的钢铁易被腐蚀是因为在潮湿的土壤中形成了原电池B．金属棒X的材料应当是比镁活泼的金属C．金属棒X上发生反应：M－ne－=Mn＋D．这种方法称为牺牲阳极的阴极爱护法解析：潮湿的土壤中有水和氧气，形成原电池环境，易被腐蚀，A项正确；只要金属棒X的材料比铁活泼，则在形成原电池时，X就作负极被腐蚀，Fe作正极被爱护，比镁活泼的金属在空气、土壤中易被氧化，不能起到防腐作用，B项错误；金属棒X作负极，发生氧化反应，电极反应式为：M－ne－=Mn＋，C项正确；牺牲阳极的阴极爱护法实质上是牺牲了原电池的负极，爱护了原电池的正极，D项正确。10．镀锌钢管具有广泛的用途，镀锌钢管有冷镀锌管和热镀锌管，冷镀即电镀，热镀是指熔融状态的锌与铁生成合金层。下列说法正确的是(C)A．铁锌形成的合金层是纯净物，耐酸碱腐蚀B．钢管镀锌的目的是使铁与锌形成原电池，消耗锌而爱护钢管免受腐蚀C．钢管冷镀时，钢管作阴极，锌棒作阳极，锌盐溶液作电解质溶液D．镀锌钢管破损后，负极反应式为Fe－2e－=Fe2＋解析：合金层是由Fe和Zn两种物质组成的，属于混合物，A项错误；Zn比Fe活泼，但锌在大气腐蚀条件下锌层表面有ZnO、Zn(OH)2及碱式碳酸锌爱护膜，肯定程度上减缓锌的腐蚀，在铁制品上镀锌，首先是为了爱护铁不受腐蚀，只有当锌被破坏后，才会形成原电池，B项错误；电镀时镀层金属作阳极，则Zn为阳极，待镀金属作阴极，即Fe为阴极，含有锌离子的溶液为电解质溶液，C项正确；Zn比Fe活泼，形成原电池时，Zn作负极，镀锌钢管破损后，负极反应式为Zn－2e－=Zn2＋，D项错误。11．验证牺牲阳极的阴极爱护法，试验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。①②③在Fe表面生成蓝色沉淀试管内无明显改变试管内生成蓝色沉淀下列说法不正确的是(D)A．对比②③，可以判定Zn爱护了FeB．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化C．验证Zn爱护Fe时不能用①的方法D．将Zn换成Cu，用①的方法可推断Fe比Cu活泼解析：D错：K3[Fe(CN)6]可将单质铁氧化为Fe2＋，Fe2＋与K3[Fe(CN)6]生成蓝色沉淀，附着在Fe表面，无法推断铁比铜活泼。A对：试验②中加入K3[Fe(CN)6]，溶液无改变，说明溶液中没有Fe2＋；试验③中加入K3[Fe(CN)6]生成蓝色沉淀，说明溶液中有Fe2＋。B对：对比①②可知，①中K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2＋，Fe2＋再与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀。C对：由以上分析可知，验证Zn爱护Fe时，不能用①的方法。二、非选择题(共56分)12．(14分)铁生锈是比较常见的现象，某试验小组为探讨铁生锈的条件，设计了以下快速、易行的方法：首先检查制氧装置的气密性，然后按上图连接好装置，点燃酒精灯给药品加热，持续3min左右，视察到的试验现象为：①直试管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗，发生锈蚀；②直试管中干燥的铁丝表面依旧光亮，没有发生锈蚀；③烧杯中潮湿的铁丝表面依旧光亮。试完成下列问题：(1)由于与金属接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本试验中铁生锈属于电化学腐蚀，能表示其原理的反应方程式为负极：2Fe－4e－=2Fe2＋；正极：2H2O＋O2＋4e－=4OH－[也可写总化学方程式，多写Fe(OH)2→Fe(OH)3的化学方程式也不算错]。(2)仪器A的名称为球形干燥管，其中装的药品可以是碱石灰(或无水CaCl2)，其作用是干燥O2。(3)由此试验可知，该类铁生锈的条件为与O2、H2O接触。确定铁生锈快慢的一个重要因素是氧气浓度。解析：钢铁在潮湿环境下形成原电池，发生电化学腐蚀。此试验在直试管中的现象说明，潮湿是铁生锈的必需前提，直试管试验与烧杯试验的对比，则说明氧气浓度是影响铁生锈快慢的一个重要因素。13.(14分)A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸，如下图所示：(1)A中反应的离子方程式是Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。(2)B中Sn极的电极的反应式为2H＋＋2e－=H2↑，Sn极旁边溶液的pH增大(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)C中被腐蚀的金属是Zn，总反应离子方程式是Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑，比较A、B、C中铁被腐蚀的速率由快到慢的依次是B>A>C。14．(12分)化学是一门以试验为基础的自然科学，化学试验在化学学习中具有极其重要的作用。(1)下列试验操作能实现或胜利的是(C)(2)下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀BD(填字母)。(3)在试验生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意图如右图：请回答：①A电极对应的金属是铜(填元素名称)，B电极的电极反应式是Cu2＋＋2e－=Cu。②若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，两者质量差为5.12g，则电镀时电路中通过的电子数目为0.08NA。解析：(1)A项，不能用酸式滴定管盛装碱液；B项，向容量瓶里倒入液体时，应用玻璃棒引流；D项，应用粗铜作阳极。(2)装置B，因铁棒作正极，故受爱护不被腐蚀；装置D中铁棒作电解池的阴极，故受爱护不被腐蚀。(3)②涉及的电极反应，阳极：Cu－2e－=Cu2＋，阴极：Cu2＋＋2e－=Cu，设两极原来的质量分别为mg，阳极溶解的铜的物质的量为x，则阴极上析出的铜的质量为64x，由电镀完成后两者质量差为5.12g，64x＋64x＝5.12，则x＝0.04mol，故参与反应的铜的物质的量为0.04mol，电路中通过的电子为0.08NA。15．(16分)用试验验证牺牲阳极的阴极爱护法，右图所示是某同学验证牺牲阳极的阴极爱护法的试验装置。已知K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液遇Fe2＋会变成特征的蓝色：3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－=Fe3[Fe(CN)6]2↓。回答下列问题：(1)电压表、电流表改变为电压表、电流表的指针都发生偏转。(2)在Fe电极区滴入2滴黄色的K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，会视察到没有铁氰化亚铁的特征的蓝色出现，而是在铁电极上有气体产生。(3)通过和同学探讨，说明如图所示装置中铁被爱护的原理：通过牺牲阳极(负极)Zn，为被爱护的金属铁[阴极(正极)]供应足量的电子，使被爱护的金属铁不会失