2025人教版高中化学选择性必修1
分层作业25 金属的腐蚀与防护
A级 必备知识基础练
题组1.金属的腐蚀
1.下列事实中,与电化学腐蚀无关的是( )
A.用铜质铆钉铆接铁板,铁板易被腐蚀
B.为了保护海轮的船壳,常在船壳上附加锌块
C.在空气中,铝表面会生成一层致密氧化膜
D.埋在潮湿土壤里的铁管比埋在干燥土壤里的铁管更容易被腐蚀
2.某实验小组拟探究食品袋里抗氧剂的抗氧化能力,装置如图所示:
向两支注射器中分别放入抗氧剂甲(1 g Fe粉、0.5 g炭粉和0.5 g NaCl)和抗氧剂乙(1 g Fe粉),向右拉动注射器活塞,各吸入50 mL 空气,关闭注射器针头的止水夹,均放置一周后,装置1活塞向左移动的距离比装置2长。下列说法错误的是( )
A.抗氧剂甲的抗氧化能力比抗氧剂乙的强
B.用生石灰替代铁粉,二者功能完全相同
C.装置1中发生吸氧腐蚀,炭粉作正极
D.食品袋里抗氧剂能延长食品的保质期
3.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( )
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-
4.下列对生铁片锈蚀对比实验的分析正确的是( )
序号 ① ② ③
实验
现象 8小时未观察到明显锈蚀 8小时未观察到明显锈蚀 1小时观察到明显的红褐色锈蚀
A.对比实验①②③,说明苯能隔绝O2
B.实验①中,生铁片未见明显锈蚀的主要原因是缺少O2
C.实验②中,NaCl溶液中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀
D.实验③中,属于铁的吸氧腐蚀,正极发生氧化反应,电极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-
题组2.金属的防护
5.(2024·福建莆田五校联考)支撑海港码头基础的钢管桩,常用电化学原理进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( )
A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近零
B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C.此方法在化学上称为牺牲阳极法
D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
6.(2024·福建福州六校联考)我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象,在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀,防护原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.通电时,锌环是阳极,发生氧化反应
B.通电时,阴极上的电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-
C.断电时,锌环上的电极反应为Zn-2e-===Zn2+
D.断电时,不能防止铁帽被腐蚀
7.关于下列各装置图的叙述不正确的是( )
A.图①装置盐桥中KCl的Cl-移向甲烧杯
B.图②装置中钢闸门应与外接电源的负极相连获得保护
C.图③装置中开关由M置于N时,Cu-Zn合金的腐蚀速率减小
D.图④装置精炼铜,a为精铜,b为粗铜,电解质溶液为CuSO4溶液
B级 关键能力提升练
8.在城市中地下常埋有纵横交错的管道和输电线路,有些地面上还铺有地铁或城铁的铁轨,当有电流泄漏入潮湿的土壤中,并与金属管道或铁轨形成回路时,就会引起后者的腐蚀。该原理简化如图1所示。下列有关说法不正确的是( )
A.图1装置可看作两个串联电解装置,图2所示环境中,铁被腐蚀速率:Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ
B.图1溶液中铁丝被腐蚀时,左侧有无色气体产生,附近产生少量白色沉淀,随后变为灰绿色
C.图1溶液中铁丝左端电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,图2中Ⅱ的铁主要发生了析氢腐蚀
D.地下管线被腐蚀,不易发现,维修也不便,故应将埋在地下的金属管道表面涂绝缘膜(或油漆等)
9.(2024·湖北四地七校联考)利用如下实验探究铁钉在不同溶液中的吸氧腐蚀。
实验 装置
实验 编号 ① ② ③ ④ ⑤
浸泡液 H2O 1.0 mol·L-1 NH4Cl 0.5 mol·L-1 (NH4)2SO4 1.0 mol·L-1 NaCl 0.5 mol·L-1 Na2SO4
pH 7 5 5 7 7
氧气 浓度 随时 间的 变化
下列说法不正确的是( )
A.①与④、⑤比较说明盐溶液可以加快吸氧腐蚀速率
B.②与③、④与⑤比较说明吸氧腐蚀速率可能与阴离子种类有关
C.向实验⑤溶液中加入少量(NH4)2SO4固体,吸氧腐蚀速率加快
D.向实验②溶液中加等体积的0.5 mol·L-1 (NH4)2SO4,吸氧腐蚀速率一定加快
10.(2024·湖南衡阳三校联考)利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列叙述正确的是( )
A.铁被腐蚀过程实质是金属铁失电子发生还原反应
B.当K置于N处时,将减缓铁的腐蚀
C.若X为碳棒,开关K置于M处,可减缓铁的腐蚀
D.若X为锌片,开关K置于M处,可减缓铁的腐蚀
11.某种Fe合金在硫酸盐还原菌(SRB)存在条件下腐蚀的机理如图所示。
涉及的部分反应:H2O→H++OH-、H++e-→H、S+8H→S2-+4H2O。
下列说法正确的是( )
A.电化学腐蚀中正极的电极反应为Fe-2e-===Fe2+
B.SRB对金属的腐蚀作用是在有氧环境下进行的
C.在SRB作用下,Fe腐蚀后最终会生成Fe2O3·xH2O
D.当1 mol S在SRB作用下转化为S2-时,理论上净消耗水4 mol
12.(2024·河南许平汝联考)某研究小组向锥形瓶内加入混合均匀的新制铁粉和炭粉,塞紧瓶塞,从胶头滴管中滴入醋酸溶液,同时测量锥形瓶内压强的变化,如图所示。下列说法正确的是( )
A.0~t1 s内,压强增大的原因是铁发生了吸氧腐蚀
B.炭粉表面的电极反应式只有2H++2e-===H2↑
C.整个过程中铁粉发生了氧化反应
D.若将铁粉换为铜粉,锥形瓶内的压强变化仍为如图
C级 学科素养拔高练
13.(2024·福建福州六校联考)古代青铜器的修复涉及化学知识。“修旧如旧”是文物保护的主旨。
(1)铜锈的成分比较复杂,主要成分有Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl。考古学家将铜锈分为无害锈和有害锈,结构如图1所示:
图1
Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl分别属于无害锈和有害锈,请解释原因: 。
(2)图2为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀生成有害锈Cu2(OH)3Cl的原理示意图。
图2
写出正极的电极反应式: 。若生成2.145 g Cu2(OH)3Cl,理论上消耗标准状况下氧气的体积为 L。
(3)文献显示有害锈的形成过程中会产生CuCl(白色不溶于水的固体),请结合图3回答:
图3
①过程Ⅰ的正极反应物是 。
②过程Ⅰ负极的电极反应式是 。
(4)青铜器的修复有以下三种方法:
ⅰ.柠檬酸浸法:将腐蚀文物直接放在2%~3%的柠檬酸溶液中浸泡除锈;
ⅱ.碳酸钠法:将腐蚀文物置于含Na2CO3的缓冲溶液中浸泡,使CuCl转化为难溶的Cu2(OH)2CO3;
ⅲ.BTA保护法:
请回答下列问题:
①写出碳酸钠法的离子方程式: 。
②三种方法中,BTA保护法应用最为普遍,分析其可能的优点有 (填字母)。
A.在青铜器表面形成一层致密的透明保护膜
B.替换出锈层中的Cl-,能够高效地除去有害锈
C.和酸浸法相比,不破坏无害锈,可以保护青铜器的艺术价值,做到“修旧如旧”
分层作业25 金属的腐蚀与防护
1.C 解析 用铜质铆钉铆接铁板时,铁、铜及周围的电解质溶液构成原电池,由于Fe的活动性比Cu强,Fe为原电池的负极,发生氧化反应,A正确;为了保护海轮的船壳,常根据原电池反应原理,在船壳上附加活动性比铁强的锌块,铁、锌及周围的海水构成原电池,锌为负极,首先被氧化腐蚀,轮船得到了保护,B正确;在空气中,铝与空气中的O2发生氧化还原反应产生一层致密氧化膜Al2O3,阻止金属进一步氧化,故铝具有一定的抗腐蚀性能,与电化学腐蚀无关,C错误;埋在潮湿土壤里的铁管,Fe、其中的杂质C及周围的电解质溶液会构成原电池,铁作原电池的负极,发生电化学腐蚀,因而比埋在干燥土壤里的铁管更容易被腐蚀,D正确。
2.B 解析 相同条件下装置1活塞向左移动的距离比装置2长,说明装置1消耗氧气多,抗氧化剂甲抗氧化能力比乙强,A正确;生石灰只能作为干燥剂,不能吸收氧气,生石灰不能替代铁粉,二者功能不相同,B错误;装置1中发生吸氧腐蚀,铁是较活泼的金属,作负极,炭粉作正极,C正确;食品变坏腐败主要是与氧气发生氧化还原反应,加入抗氧剂能延长食品的保质期,D正确。
3.B 解析 根据氧气得电子发生还原反应生成OH-,故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OH-,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,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OH-,电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-,D正确。
4.C 解析 对比①②③,说明生铁腐蚀,碳为正极,铁为负极,需足量O2和水,由实验③可知,苯不能隔绝O2,A错误。原电池的形成条件:有两个活动性不同的电极、电解质溶液、闭合回路,金属腐蚀时还要有空气和水,实验①中,生铁片未明显锈蚀的原因之一是缺少H2O,B错误。实验②中,铁能发生电化学腐蚀,但氧气难溶于水,NaCl溶液中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀,C正确。实验③中,铁是负极,发生氧化反应,生成Fe2+,负极反应为Fe-2e-===Fe2+,在正极上发生还原反应,电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-,D错误。
5.C 解析 通入保护电流,使钢管桩与电源负极相连作阴极,使其表面腐蚀电流接近零,从而达到保护钢管桩的目的,A正确;通电后,钢管桩作阴极得到电子发生还原反应,高硅铸铁与电源正极相连为阳极失去电子发生氧化反应,则通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩,B正确;此方法接有外接电源,称为外加电流法而不是牺牲阳极法,C错误;在保护过程中要使被保护金属结构电位低于周围环境,则通入的保护电流应根据环境条件变化进行调整,D正确。
6.D 解析 通电时,锌环连接电源正极,则锌为阳极,阳极发生氧化反应,A正确;阴极为溶液中氢离子得电子,电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,B正确;断电时发生原电池反应,锌环失电子作负极,电极反应为Zn-2e-===Zn2+,C正确;断电时锌作负极,属于牺牲阳极法,可以防止铁帽被腐蚀,D错误。
7.D 解析 图①装置Zn化合价升高,失去电子,作原电池负极,盐桥中KCl的Cl-移向甲烧杯,A正确;根据外加电流法,得到图②装置中钢闸门应与外接电源的负极相连获得保护,B正确;图③装置中开关由M置于N时,Zn作负极,Cu-Zn合金作正极,因此Cu-Zn合金的腐蚀速率减小,C正确;图④装置精炼铜,根据电流移动方向,得到a为阳极,b为阴极,因此a为粗铜,b为纯铜,电解质溶液为CuSO4溶液,D错误。
8.C 解析 图1装置可看作两个串联电解装置,左边铁与正极相连为阳极,铁丝左边应为阴极,形成电解装置,铁丝右边为阳极,右边的铁为阴极又组成电解装置,所以可理解为两个串联电解装置;图2所示环境中,Ⅰ形成原电池,铁作负极,加快腐蚀速率,Ⅱ中形成原电池,锌作负极,铁得到保护,铁被腐蚀速率:Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ,A正确。左边铁与正极相连为阳极,发生反应Fe-2e-===Fe2+,铁丝左边应为阴极,反应式为2H++2e-===H2↑,消耗氢离子导致碱性增强与阳极生成的Fe2+结合成白色Fe(OH)2沉淀,后被氧化成灰绿色,B正确。图1溶液中铁丝右端电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,图2中Ⅱ的铁作正极得到保护,C错误。地下管线被腐蚀,不易发现,故应将埋在地下的金属管道表面涂绝缘膜(或油漆等),将金属与土壤隔开,D正确。
9.D 解析 NaCl和Na2SO4都是强酸强碱盐,①与④、⑤比较,水中加入盐,增强了溶液的导电性,加快了吸氧腐蚀速率,A正确;②与③都是铵盐,④与⑤都是钠盐,二者所含阴离子种类不同,说明吸氧腐蚀速率可能与阴离子种类有关,B正确;③与⑤相比,等浓度(NH4)2SO4溶液中吸氧腐蚀速率快,故⑤中加入少量(NH4)2SO4固体,吸氧腐蚀速率加快,C正确;②和③相比,所含阴离子种类不同,Cl-对吸氧腐蚀速率影响更大,故②中加等体积的0.5 mol·L-1(NH4)2SO4溶液,吸氧腐蚀速率不一定加快,D错误。
10.D 解析 铁被腐蚀过程实质是金属铁失电子发生氧化反应,A错误;当K置于N处时,该装置为电解池,X为阴极,铁为阳极,铁失去电子发生氧化反应被腐蚀,B错误;若X为碳棒,开关K置于M处,则该装置为原电池,Fe为负极,失去电子发生氧化反应被腐蚀,C错误;若X为锌片,开关K置于M处,则该装置为原电池,Fe为正极,锌失去电子发生氧化反应被腐蚀,铁被保护,故可减缓铁的腐蚀,D正确。
11.D 解析 由图可知该电化学腐蚀负极电极反应为Fe-2e-===Fe2+,A错误;硫酸根离子在硫酸盐还原菌SRB作用下转化成硫离子,硫离子再与Fe2+结合成FeS,若有氧气存在会将SRB氧化,不利于硫酸根离子转化成硫离子,B错误;由图中信息可知在SRB作用下,Fe腐蚀后最终会生成FeS,C错误;1 mol S在SRB作用下转化为S2-时,转移电子的物质的量为8 mol,结合已知反应可知消耗水的物质的量为8 mol,而1 mol S发生已知反应3时生成4 mol 水,则净消耗水4 mol,D正确。
12.C 解析 铁在酸性条件下发生的是析氢腐蚀,不是吸氧腐蚀,且0~t1 s内压强增大,说明气体的物质的量增加,则铁可能发生了析氢腐蚀,A错误;H+在正极上得到电子发生还原反应生成H2,电极反应式为2H++2e-===H2↑,t1 s后压强减小,铁粉发生吸氧腐蚀,O2在正极上得到电子发生还原反应生成OH-,电极反应式为2H2O+O2+4e-===4OH-,B错误;不管是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀,整个过程中铁粉失电子生成亚铁离子,发生氧化反应,C正确;若将铁粉换为铜粉,锥形瓶中只发生吸氧腐蚀,锥形瓶内的压强逐渐减小,D错误。
13.答案 (1)碱式碳酸铜为致密结构,可以阻止潮湿空气进入内部进一步腐蚀铜;而碱式氯化铜为疏松结构,潮湿空气可以进入空隙将内部的铜进一步腐蚀 (2)O2+4e-+2H2O===4OH- 0.224 (3)①氧气、H2O ②Cu-e-+Cl-===CuCl (4)①4CuCl+O2+2H2O+2C===2Cu2(OH)2CO3+4Cl- ②ABC
解析 (2)结合图2可知,正极得电子发生还原反应,正极反应物是氧气,电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-;按得失电子守恒,则有关系式:2Cu2(OH)3Cl~4e-~O2,214.5 g Cu2(OH)3Cl消耗1 mol 氧气,标准状况下体积为22.4 L,则2.145 g Cu2(OH)3Cl消耗0.01 mol 氧气,标准状况下体积为0.224 L。
(3)结合图3可知,正极得电子发生还原反应,过程Ⅰ的正极反应物是氧气、H2O,电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-;②由图3知:过程Ⅰ负极铜失去电子被氧化后转变为CuCl,故电极反应式是Cu-e-+Cl-===CuCl。
(4)碳酸钠法中,Na2CO3的缓冲溶液使CuCl转化为难溶的Cu2(OH)2CO3,应用元素守恒、电荷守恒知,离子方程式为4CuCl+O2+2H2O+2C===2Cu2(OH)2CO3+4Cl-。
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