新教材适用2024-2025学年高中化学第4章化学反应与电能第3节金属的腐蚀与防护提能作业新人教版选择性必修1

第四章第三节A级·基础达标练一、选择题1．如图，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的依次为(C)A．②①③④ B．④③①②C．④②①③ D．③②④①解析：②③④实质均为原电池装置。③中Fe为正极被爱护；②④中Fe为负极，均被腐蚀，但相对来说，Fe和Cu的金属活动性的差别比Fe和Sn的大，故Fe－Cu原电池中Fe被腐蚀得快；①中为一般的腐蚀。2．铁锅用水清洗放置后出现红褐色的锈斑，在此改变过程中不发生的反应是(A)A．Fe－3e－=Fe3＋B．O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3D．2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2解析：铁锅用水清洗放置后出现红褐色的锈斑，发生电化学腐蚀，负极上铁失去电子生成Fe2＋，正极上氧气得到电子，且Fe(OH)2易被氧化，负极反应为Fe－2e－=Fe2＋，B、C、D均可发生，故选A。3．下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是(A)A．纯银器的表面在空气中因电化学腐蚀慢慢变暗B．当镀锌铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起爱护作用C．金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更为普遍D．相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更简单被腐蚀解析：银和空气中H2S反应生成黑色Ag2S，发生化学腐蚀慢慢变暗，A项错误；由于锌比铁活泼，形成原电池，锌作负极，铁作正极仍被爱护，B项正确；金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更常见，C项正确；相对于内河河水，海水中电解质浓度大，海轮更易被腐蚀，D项正确。4．如图表示钢铁在海水中的锈蚀过程的模型，以下有关说法正确的是(D)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．在强酸性条件下发生的是吸氧腐蚀D．正极反应为2H2O＋O2＋4e－=4OH－解析：钢铁中含有铁和碳，在潮湿环境中构成原电池，铁作负极，碳作正极，由图示看发生的是吸氧腐蚀，即在强酸性条件下发生析氢腐蚀，中性或弱酸性条件下发生吸氧腐蚀，正极发生还原反应，反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，故选D。5．中国在南极建设的第四个科学考察站——泰山站，如图所示。为了延长考察站基础设施运用寿命，在钢铁设备表面镶嵌一些金属块(M)下列说法正确的是(B)A．金属块M可能是铜，发生氧化反应B．这种爱护方法叫牺牲阳极法C．科学考察站里的设备在潮湿空气中主要发生化学腐蚀D．若采纳外加电流法，设备应与电源正极相连解析：M应比铁活泼，如M为锌、镁等，M不能为铜，A错误；利用原电池原理爱护金属，这种方法叫牺牲阳极法，B正确；金属在空气中主要发生电化学腐蚀，C错误；利用外加电流法，设备应与电源负极相连，D错误。6．北溪1号和2号自然气管道被炸毁，导致管道中被包袱的金属材料Fe被腐蚀。下列有关说法正确的是(C)A．钢铁在海水中主要发生析氢腐蚀B．钢铁在海水中构成原电池，负极反应为Fe－3e－=Fe3＋C．可利用外加电流法爱护输气管道D．可以在钢铁表面镀一层铜，当铜破损时，仍能爱护钢铁解析：海水为中性，钢铁在海水中主要发生吸氧腐蚀，A错误；铁失去电子生成亚铁离子，负极反应为Fe－2e－=Fe2＋，B错误；可利用外加电流的阴极爱护法爱护输气管道，C正确；铜不如铁活泼，导致铁做负极加速铁的腐蚀，D错误。故选C。二、非选择题7．回答下列问题：(1)如图是试验室探讨海水对铁闸不同部位腐蚀状况的剖面示意图。①该电化学腐蚀称为_吸氧腐蚀__。②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是_B__(填字母)。③以锌为负极，采纳牺牲阳极的阴极爱护法防止铁闸的腐蚀，图中锌块的固定位置最好应在_C__处(填字母)。(2)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成如图防腐示意图，并作相应标注：答案：(3)下图所示的各容器中均盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的依次是_④>②>①>③__。(4)如图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中，下列分析正确的是_B__(填字母)。A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H＋＋2e－=H2↑B．K1闭合，石墨棒四周溶液pH渐渐上升C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极爱护法D．K2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001mol气体解析：(1)①由图可知，海水溶液为弱酸性，则Fe失去电子，正极上氧气得到电子，发生吸氧腐蚀，故答案为吸氧腐蚀。②A处没有接触电解质，C、D两处没有接触空气，故产生铁锈最多的是B，故答案为B。③锌块应固定在腐蚀最严峻的C处形成原电池，锌作负极，铁闸作正极，得到爱护，故答案为C。(2)铜比石墨活泼，所以应用外加电流的阴极爱护法爱护铜，所以石墨作阳极，铜作阴极，故答案为。(3)①发生化学腐蚀，②发生电化学腐蚀，铁作负极，被腐蚀，③发生电化学腐蚀，铁作正极，被爱护，④为电解池装置，Fe做阳极，腐蚀最快，铁被腐蚀时由快到慢的依次是④>②>①>③，故答案为④>②>①>③。(4)K1闭合，该装置是原电池，中性条件下，铁发生吸氧腐蚀，Fe易失电子生成亚铁离子而作负极，负极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，故A错误；K1闭合，该装置是原电池，中性条件下，Fe发生吸氧腐蚀，Fe作负极、C作正极，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，正极旁边有OH－生成导致溶液pH增大，故B正确；K2闭合，该装置是电解池，C作阳极、Fe作阴极，Fe被爱护，因为有外加电源，所以属于外加电源的阴极爱护法，故C错误；K2闭合，该装置是电解池，C作阳极、Fe作阴极，Fe被爱护，阳极上Cl－放电生成氯气、阴极上水得电子生成氢气和OH－，阳极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑、阴极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，依据电极反应式知，电路中通过0.002NA个电子即0.002mol电子，阳极上生成n(Cl2)＝0.002mol/2×1＝0.001mol，阴极上生成n(H2)＝0.002mol/2×1＝0.001mol，所以两个电极共产生0.002mol气体，故D错误。故选B。8．电化学原理在防止金属腐蚀、能量转换等方面应用广泛。(1)①钢铁在海水中简单发生电化学腐蚀，负极反应式是Fe－2e－=Fe2＋。②图1中，为减缓钢闸门的腐蚀，材料B可以选择_Zn__(填“Zn”或“Cu”)。(2)图2为钢铁防护模拟试验装置，则铁作_阴__极，检测钢铁爱护效果的方法是取少量铁电极旁边的溶液于试管中，_滴加铁氰化钾(或K3Fe(CN)6)溶液，若无蓝色沉淀产生__，则说明爱护效果好。(3)氢氧燃料电池是一种新型的化学电源，其构造如图3所示：a、b为多孔石墨电极，通入的气体由孔隙中逸出，并在电极表面放电。①a的电极反应式是H2＋2OH－－2e－=2H2O；②若电池共产生20mol水，则电路中通过了_40__mol的电子。解析：(1)①负极失去电子发生氧化反应，留意电极反应中，铁失去电子肯定生成二价铁，反应式为Fe－2e－=Fe2＋；②为了减缓海水对钢闸门的腐蚀，材料B的活泼性应当强于铁，作负极，才能满意牺牲阳极的爱护法，故选Zn。(2)外加电流的阴极爱护法，铁应当与电源的负极相连，作阴极。溶液中没有亚铁离子则爱护效果好，检验无亚铁离子的方法和现象是滴加铁氰化钾(或K3Fe(CN)6)溶液，若无蓝色沉淀产生，则说明爱护效果好。(3)①a极氢气失电子作负极，反应式为H2＋2OH－－2e－=2H2O。②由总反应2H2＋O2=2H2O可得：2H2O～4e－，则当产生20mol水时，电路中通过了40mol的电子。B级·实力提升练一、选择题1．肯定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下：pH2466.5813.514腐蚀快慢较快慢较快主要产物Fe2＋Fe3O4Fe2O3FeOeq\o\al(－,2)下列说法不正确的是(C)A．在pH<4溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀B．在pH>6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀C．在pH>14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2OD．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减慢解析：当pH＜4，酸性强，碳钢主要发生析氢腐蚀，A项正确；pH＞6，酸性较弱，碳钢主要发生吸氧腐蚀，B项正确；pH＞14强碱性溶液中发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，C项错误；煮沸除氧的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率减慢，D项正确。2．铜板上铁铆钉长期暴露在潮湿的空气中，形成一层酸性水膜后铁铆钉会被腐蚀，如图。下列说法不正确的是(A)A．腐蚀过程中铜极上始终只发生：2H＋＋2e－=H2↑B．若水膜中溶有食盐将加快铁铆钉的腐蚀C．若在金属表面涂一层油脂能防止铁铆钉被腐蚀D．若将该铜板与直流电源负极相连，则铁铜均难被腐蚀解析：A项，依据图示可知左侧Cu上发生吸氧腐蚀，右侧Cu上发生析氢腐蚀，则两个铜极上的反应是O2＋4e－＋4H＋=2H2O,2H＋＋2e－=H2↑，错误；B项，若水膜中溶有食盐，增加吸氧腐蚀介质的导电性，将加快铁铆钉的腐蚀，正确；C项，在金属表面涂一层油脂，能使金属与氧气隔离，不能构成原电池，所以能防止铁铆钉被腐蚀，正确；D项，若将该铜板与电源负极相连，相当于外界电子由铜电极强制转送给铁，从而抑制铁失电子而不易被腐蚀，正确。3．探讨金属腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法不正确的是(B)A．图1：a点溶液变红B．图1：a点的铁比b点的铁腐蚀严峻C．图2：若d为锌，则铁不易被腐蚀D．图2：正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－解析：食盐水的边缘处与空气接触，氧气得电子，故a处电极方程式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，a点溶液变红，A正确；a点与空气接触，氧气得电子发生还原反应，a点为正极，b点为负极，负极被腐蚀，所以b点的铁比a点的铁腐蚀严峻，B错误；Fe和Zn形成原电池，Zn为负极，铁为正极，正极被爱护，则铁不易被腐蚀，C正确；图2中发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，D正确。4．利用物质由高浓度向低浓度自发扩散的能量可制成浓差电池。在海水中的不锈钢制品，缝隙处氧浓度比海水低，易形成浓差电池而发生缝隙腐蚀。缝隙处腐蚀机理如图所示。下列说法不正确的是(B)A．金属缝隙内表面为负极，外自由表面为正极B．缝隙内溶液pH增大，加快了缝隙内腐蚀速率C．为了维持电中性，海水中大量Cl－进入缝隙D．正极的电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－解析：依据氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子，所以金属缝隙外自由表面为正极，金属缝隙内表面为负极，A正确；金属缝隙外自由表面为正极，生成氢氧根离子，缝隙外溶液pH增大，加快了缝隙内腐蚀速率，B错误；阴离子由正极向负极移动，所以大量Cl－进入缝隙维持电中性，C正确；正极为氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，D正确。故选B。5．某探讨小组为探究铁发生电化学腐蚀的影响因素，将混合匀称的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图甲)从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强改变结果如图乙，下列叙述错误的是(C)A．图丙中，发生腐蚀时电子转移方向如箭头所示B．图乙中，t2时容器中压强明显小于起始压强是因为铁粉发生了吸氧腐蚀C．碳粉表面的电极反应式只有O2＋4e－＋2H2O=4OH－D．若将丙图中的C换成Zn，铁的腐蚀速率会大大降低，这是利用了牺牲阳极的爱护法解析：铁粉和碳粉形成原电池，碳作正极，起先时发生析氢腐蚀，正极反应为2H＋＋2e－=H2↑，后来发生吸氧腐蚀，正极反应为2H2O＋O2＋4e－=4OH－，故C项错误。二、非选择题6．以NaCl为主要成分的融雪剂会腐蚀桥梁、铁轨等钢铁设备。某探讨小组探究NaCl溶液对钢铁腐蚀的影响。(1)将滤纸用3.5%的NaCl溶液润湿，涂上铁粉、碳粉的混合物，贴在表面皿上。在滤纸上加几滴检验试剂，再缓慢加入NaCl溶液至没过滤纸，操作如下所示：①试验ⅰ的现象说明，得电子的物质是_O2__。②碳粉的作用是_与铁组成原电池，作原电池的正极__。③为了说明NaCl的作用，须要补充的比照试验是_用水代替NaCl溶液进行上述试验__。(2)向如图示装置的烧杯a、b中各加入30mL3.5%的NaCl溶液，闭合K，指针未发生偏转。加热烧杯a，指针向右偏转。①取a、b中溶液少量，滴加K3Fe(CN)6溶液，a中出现蓝色沉淀，b中无改变，b中铁片作_正__极。②加热后，指针发生偏转的缘由可能是_温度上升，Fe还原性增加，反应速率加快__。(3)用(2)中图示装置探究不同浓度NaCl溶液对钢铁腐蚀的影响，向烧杯a、b中各加入30mL不同质量分数的NaCl溶液，试验记录如下表所示。试验ab指针偏转方向I0.1%0.01%向右Ⅱ0.1%3.5%向左Ⅲ3.5%饱和溶液向右①Ⅱ中，b中电极发生的电极反应式是Fe－2e－=Fe2＋。②Ⅲ中，铁在饱和NaCl溶液中不易被腐蚀。查阅资料可知：在饱和NaCl溶液中O2浓度较低，钢铁不易被腐蚀。设计试验证明：_另取两个烧杯，分别往其中加入铁片和肯定量的饱和NaCl溶液，再分别滴加几滴K3Fe(CN)6溶液，然后往其中一个烧杯中通入O2，视察现象__。(4)依据上述试验，对钢铁腐蚀有影响的因素是_温度、NaCl溶液的浓度、O2的浓度__。解析：(1)①铁、碳以氯化钠溶液为电解质形成原电池，酚酞变红说明生成氢氧根离子，发生吸氧腐蚀，故得电子的物质是O2；②铁与碳以氯化钠溶液为电解质形成原电池，铁作原电池负极，碳作正极；③为了说明NaCl的作用，须要补充的比照试验是，用水作电解质，代替氯化钠进行上述试验；(2)①K3Fe(CN)6溶液与二价铁离子反应生成蓝色沉淀，而取a、b中溶液少量，滴加K3Fe(CN