4.3金属的腐蚀与防护同步练习题2023-2024学年高二上学期人教版（2019）化学选择性必修1

4.3金属的腐蚀与防护同步练习题 一、选择题 1．化学与生产、生活密切相关。下列说法错误的是 A．电热水器用镁棒防止内胆腐蚀是牺牲阳极保护法 B．侯氏制碱法利用物质溶解度的不同，在液相中析出纯碱固体 C．冰箱中的食品保质期较长，与温度对反应速率的影响有关 D．由C(石墨，s)→C(金刚石，s)可知石墨比金刚石稳定 2．双极膜是一种复合膜，在直流电场的作用下，复合层间的解离成和，并实现定向移动。该技术对海水淡化有重大的意义，如图为利用双极膜组合电解法模拟海水淡化的示意图，下列说法正确的是 A．Y极接电源的正极 B．电路中通过0.1电子时，则Ⅲ室溶液质量减少5.85g C．双极膜a中解离出的移向Ⅱ室 D．X极的电极反应式为 3．如图所示装置中，在U形管底部盛有CCl4，分别在U形管两端小心倒入饱和食盐水和稀硫酸，并使a、b两端液面相平，然后分别塞上插有生铁丝的塞子，密封好，放置一段时间后，下列有关叙述中正确的是 A．铁丝在两处的腐蚀速率：a＜b B．a、b两端相同的电极反应式为Fe-3e-=Fe3+ C．一段时间后，a端液面低于b端液面 D．a中正极反应式为2H2O+4e-=O2↑+4H+ 4．化学与生活息息相关，下列说法正确的是 A．SO2、CO2和NO2都是可形成酸雨的气体 B．铝合金表面有致密氧化膜遇强碱不会被腐蚀 C．高纯SiO2由于可导电因此用作光导纤维 D．海轮外壳上装锌块可减缓腐蚀 5．化学与生活、生产息息相关。下列说法正确的组合是 ①在海轮外壳上镶入锌块，可减缓船体的腐蚀速率 ②溶液的稳定性决定了大气污染的长期性 ③硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料 ④从牛奶中提取酪素，可用来制造食品和塑料 ⑤现在探索的新能源有太阳能，氢能，风能，地热能，海洋能和生物质能等 A．①②③④⑤ B．①③④⑤ C．①②③ D．①②③⑤ 6．化学与生活联系紧密，下列说法正确的是 A．废弃电池可用掩埋法处理 B．镀锌铁破损后腐蚀速率加快 C．钢铁在弱酸性条件下常发生吸氧腐蚀 D．工业上常通过电解熔融来获得金属 7．关于下列装置的说法正确的是 A．图甲装置工作时，能防止钢闸门被腐蚀 B．图乙装置工作时，阳极石墨上析出红色固体 C．图丙装置工作时，铁制品应与电源正极相连，实现铁上镀铜 D．图丁装置工作时，外电路电子由a极沿导线流向b极 8．如图所示，装置甲为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)，通过装置乙实现铁棒上镀铜，下列说法中正确的是 A．b处应通入，发生氧化反应 B．装置乙中阴极质量变化12.8 g，则装置甲中理论上消耗甲烷1.12 L(标准状况) C．电镀结束后，装置乙中的物质的量浓度变小 D．装置甲中通甲烷的一极电极反应式为 二、填空题 9．利用电化学原理，将和熔融制成燃料电池，模拟工业电解法来处理含的废水，如图所示；电解过程中溶液发生反应：。 (1)甲池工作时，转变成绿色硝化剂Y，Y是，可循环使用。则石墨II是电池的_______(填“正”或“负”)极；石墨I附近发生的电极反应式为_______。 (2)工作时，甲池内的向_______(填“石墨I”或“石墨II”)极移动；在相同条件下，消耗的和的体积比为_______。 (3)乙池中(I)棒上发生的电极反应为_______。 (4)若溶液中减少了，则电路中至少转移了_______电子。 10．金属由于其优良的物理化学性能，在工农业生产以及国防中被大量使用。钢铁是应用最广的金属材料，但是钢铁材料的腐蚀也使我们损失惨重，因此对其进行防护是十分必要的。防止或减少钢铁的腐蚀有多种方法，如制成耐腐蚀合金，表面“烤蓝”，电镀另一种金属以及电化学保护等方法。 （1）钢铁的腐蚀主要是吸氧腐蚀，请写出钢铁吸氧腐蚀的电极反应：负极的电极反应式为________________，正极的电极反应式为_________________________。 （2）合金的性能多种多样，人们根据需要生产出种类繁多的合金材料。请回答 ①作为建筑材料的铝合金的特性有____________________________________________________________（至少回答两点）。 ②由于摄入较多的Al对人的健康有害，所以现在不主张使用铝制炊具。你认为生产炊具的材料最好是_________，理由是__________________________________。 （3）钢铁表面常电镀一层Cr达到防腐蚀的目的，这是由于Cr具有优良的抗腐蚀性能。请回答： 电镀过程中，阴极是________，电解质中一定含有________，阳极材料是________；电镀Cr时，不能使用或作为镀液，请说明原因：___________________________________________________。 11．CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如下图所示： (1)阴极上的反应式为_______。 (2)若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为_______。 12．某兴趣小组为研究原电池原理,设计如图装置。 (1)a和b用导线连接，Fe电极的电极反应式为：________，Cu 极发生_____反应，溶液中SO42-移向______(填“Cu”或“Fe”)极。 (2)无论a和b是否连接，Fe片均被腐蚀。若转移了0. 4mol电子，则理论.上Fe片质量减轻____g。 (3)设计一个实验方案，使如图装置中的铁棒上析出铜，而铁不溶解(作图表示)。 _____ (4)依据Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体的反应原理设计原电池，你认为是否可行?理由是______。 13．研究金属的腐蚀过程及防腐蚀对人们的日常生活有重大意义。完成下列填空： (1)已知：海水的pH约为8.1，图1的腐蚀过程属于___________(选填“吸氧腐蚀”或“析氢腐蚀”)。图1插入海水中的铁棒(含碳量为10.8%)越靠近烧杯底部发生电化学腐蚀就越___________(选填“轻微”、“严重”)。该实验说明___________因素会影响铁的腐蚀速率。写出腐蚀时正极的电极反应式___________。 (2)用图2研究铁的腐蚀过程。预测恒温条件下反应一段时间后，U形管内液面的变化情况。(已知：起始时两管内液面相平，实验过程中铁丝始终不接触溶液，选填“左高右低”、“左低右高”或“相平”) 溶液X 浓硫酸 浓盐酸 稀硫酸 液面情况 该组实验的目的是：研究___________、___________等因素会对铁的腐蚀过程产生影响。 (3)用图3所示装置研究铁的防腐蚀过程： ①、、只关闭一个，则铁腐蚀的速度最快的是只闭合___________(填“”、“”或“”，下同)； ②为减缓铁的腐蚀，应只闭合___________，该防护法称为___________； ③只闭合，石墨电极附近的pH将___________(填“变大”、“变小”或“不变”)。 (4)图4为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。 ①腐蚀过程中，负极是___________(填“a”、“b”或“c”)。 ②环境中的扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈，总的离子方程式为___________。 (5)深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根离子腐蚀，其电化学腐蚀原理下图所示，此腐蚀过程中，正极的电极反应式是___________。 【参考答案】 一、选择题 1．B 解析：A．镁比铁活泼，易形成原电池负极，可防止电热水器内胆腐蚀，故电热水器用镁棒防止内胆腐蚀是牺牲阳极保护法，A正确； B．侯氏制碱法是依次将NH3、CO2通入饱和的氯化钠溶液中，发生以下的反应：NH3 +CO2 +H2O = NH4HCO3，NH4HCO3 + NaCl = NH4Cl + NaHCO3↓，其中NaHCO3溶解度最小，故有NaHCO3的晶体析出，利用了物质溶解度的差异， B错误； C． 温度越低反应速率越小，冰箱中的食品保质期较长，与温度对反应速率的影响有关，C正确； D． 由C(石墨，s)→C(金刚石，s)可知石墨能量比等质量的金刚石低，则石墨比金刚石稳定，D正确； 故选B。 2．B 解析：A．Y极生成，发生还原反应，为阴极，则Y极接电源的负极，故A错误； B．电路中通过0.1电子时，Ⅲ室中向左侧转移0.1、向右侧转移0.1，则Ⅲ室溶液质量减少5.85g，故B正确； C．阴离子移向阳极方向，双极膜a中解离出的移向Ⅰ室，故C错误； D．X极为阳极，失电子发生氧化反应，电极反应式为，故D错误； 故选B。 3．A 【分析】a、b两端都会发生生铁丝的电化学腐蚀；a端溶液为饱和NaCl溶液，a端生铁丝发生吸氧腐蚀；b端溶液为稀硫酸，b端生铁丝主要发生析氢腐蚀；据此分析作答。 解析：A．a端溶液为饱和NaCl溶液，溶液呈中性，a端生铁丝发生吸氧腐蚀，b端溶液为稀硫酸，溶液呈酸性，溶液中c(H+)大于a端，b端生铁丝主要发生析氢腐蚀，析氢腐蚀的速率大于吸氧腐蚀的速率，故铁丝在两处的腐蚀速率：a＜b，A项正确； B．a、b两端都是Fe为负极，相同的负极反应式为Fe-2e-=Fe2+，B项错误； C．a端发生吸氧腐蚀，消耗O2，a端气体压强减小，b端发生析氢腐蚀，生成H2，b端气体压强增大，故一段时间后，a端液面高于b端液面，C项错误； D．a中正极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，D项错误； 答案选A。 4．D 解析：A．二氧化碳不是形成酸雨的气体，故A错误； B．铝合金表面有致密氧化膜，氧化铝能够与强碱反应，不耐强碱腐蚀，故B错误； C．二氧化硅为绝缘体，不导电，故C错误； D．锌活泼性强于铁，形成原电池时，锌作负极失电子被氧化，铁作正极被保护，故D正确； 故选：D。 5．A 解析：①在海轮外壳上镶入锌块，是牺牲阳极的阴极保护法，可减缓船体的腐蚀速率，故正确； ②SO2、NO2等均为空气污染物，在大气中达到一定浓度造成大气污染，因为溶液的稳定性决定了污染的长期性，故正确； ③硅为半导体，是人类将太阳能转换为电能的常用材料，故正确； ④酪素是从动物奶液中提取的一种蛋白质，从牛奶中提取酪素可用来制造食品和塑料故正确； ⑤现在探索的新能源有太阳能，氢能，风能，地热能，海洋能和生物质能等都是多为清洁能源，故正确； 故答案为：A 6．C 解析：A．废弃电池用掩埋法处理会污染环境，故A错误； B．镀锌铁破损后，铁作原电池正极被保护，腐蚀速率不会加快，故B错误； C．钢铁在中性、弱酸性条件下常发生吸氧腐蚀，故C正确； D．熔点比较高，工业上常通过电解熔融来获得金属，故D错误； 答案C。 7．D 解析：A．图甲中钢闸门与外接电源的正极相连，钢闸门为阳极，钢闸门腐蚀速率加快，A项错误； B．图乙装置工作时，阳极石墨上的电极反应式为2Cl- -2e-=Cl2↑，阳极石墨上产生黄绿色气体，阴极石墨上的电极反应式为Cu2++2e-=Cu，阴极石墨上析出红色固体，B项错误； C．图丙装置工作时，应将铁制品与电源的负极相连，铜片与电源的正极相连，实现铁上镀铜，C项错误； D．图丁装置工作时，通入H2的a电极为负极，通入O2（空气）的b电极为正极，外电路电子由a极（负极）沿导线流向b极（正极），D项正确； 答案选D。 8．B 【分析】装置甲为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)，通过装置乙实现铁棒上镀铜，则铜为阳极，铁棒为阴极，则a通入甲烷，b通入氧气。 解析：A．根据前面分析b处应通入，发生还原反应，故A错误； B．装置乙中阴极质量变化12.8 g即生成0.2mol铜，转移0.4mol电子，，根据电路中电子转移数目相同，则装置甲中理论上消耗甲烷0.05mol即1.12 L(标准状况)，故B正确； C．阳极铜失去电子变为铜离子，阴极铜离子得到电子变为铜单质，电镀结束后，装置乙中的物质的量浓度不变，故C错误； D．装置甲中通甲烷的一极电极反应式为，故D错误。 综上所述，答案为B。 二、填空题 9．(1) 正 (2) 石墨I 1:4 (3) (4)0.12 解析：（1）甲池工作时，NO2转变成N2O5，氮元素的化合价升高，失去电子发生氧化反应生成，则石墨Ⅰ为负极，电极反应式为，那么石墨Ⅱ为正极； （2）由于石墨Ⅰ为负极，原电池中阴离子向负极移动，故向石墨I移动；根据得失电子守恒计算1molO2反应中转移4mol电子，4molNO2转变成N2O5转移4mol电子，相同状况下气体的体积比等于物质的量之比，故O2和NO2的体积比为1:4； （3）由于石墨Ⅰ为负极，故Fe(Ⅰ)为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，电极反应为Fe-2e-=Fe2+； （4）根据，0.01mol 能够氧化0.06mol Fe2＋，即电解过程中需要生成0.06mol Fe2＋，Fe(I)为阳极，电极反应式为Fe-2e-= Fe2＋，故转移电子的物质的量为0.06mol×2= 0.12mol。 10． 强度较高、密度小、耐腐蚀 不锈钢 强度高、耐腐蚀，无有害健康的物质进入食物 镀件 铬 、均带有负电荷，电镀过程中向阳极移动，不能在阴极上放电析出Cr 解析：(1)钢铁是铁和碳的合金，吸氧腐蚀中，铁作负极失去电子，负极电极反应式为：，碳作正极，溶解于水中的O2得到电子，正极的电极反应式为：； (2)①铝合金是生活中最常见的金属材料，其特性有：强度较高、密度小、耐腐蚀； ②生产炊具的材料最好是不锈钢。因为不锈钢强度高、耐腐蚀，无有害健康的物质进入食物； (3)钢铁表面镀铬，钢铁作镀件，电镀时镀件作阴极，铬作阳极，失去电子生成Cr3+，进入溶液，溶液中的Cr3+在阴极得到电子生成Cr单质，覆盖在钢铁上，因而电解液中必须含有Cr3+。、均带有负电荷，电镀过程中向阳极移动，不能在阴极上放电析出Cr。 11．(1)CO2+2e-=CO+O2- (2)6∶5 解析：（1）由装置图知为电解装置，电极A为阴极，由球棍模型可知反应物为CO2，产物为CO，固体电解质传递O2-，则电极反应式为CO2+2e-＝CO+O2-。 （2）由球棍模型知，阳极的反应物为甲烷，生成物为乙烷、乙烯和水。生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，即物质的量之比为2∶1，设物质的量分别为2mol、1mol，由原子守恒知消耗的CH4的物质的量为(2mol+1mol)×2=6mol，转移电子的物质的量为2mol×2×2+1mol×2×1=10mol，则消耗的CO2的物质的量为10mol÷2=5mol，则消耗的CH4和CO2的物质的量之比为6∶5，即体积比为6∶5。 12． Fe－2e－＝Fe2+ 还原 Fe 11.2 不可行，因为此反应为非氧化还原反应，无电子转移 解析：分析：本题主要考查原电池的工作原理。在Cu-Fe-稀硫酸原电池中，铁单质的活泼性大于铜单质，所以铁电极上铁单质失去电子被氧化成Fe2+，作负极；铜电极上溶液中的H+得到电子被还原成H2，作正极。电子从负极经外借导线流向正极。电解质溶液中，阳离子H+向正极移动，阴离子SO42-向负极移动。 详解：（1）Fe电极作负极，失去电子，发生氧化反应，被氧化，电极反应式为：Fe－2e－＝Fe2+；Cu电极作正极，得到电子，发生还原反应，被还原，电极反应为：H++2e－=H2;（2）a和b不连接，铁片与稀硫酸反应，发生化学腐蚀；a和b连接，形成原电池，发生电化学腐蚀。两种腐蚀结果均是铁元素的化合价由0价上升到+2价，如果转移0. 4mol电子，则理论有0.2mol铁单质被腐蚀，则Fe片质量减轻0.2mol×56g/mol=11.2g。（3）使如图装置中的铁棒上析出铜，而铁不溶解，则说明铁电极作正极，得到电子，那么应该选取比铁单质活泼的金属单质作正极，比如锌电极。（4）原电池的形成条件①活泼性不同的两个电极；②电解质溶液；③闭合电路；④有自发进行的氧化还原反应；Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体的反应不是氧化还原反应，没有电子转移，因此不能设计为原电池。 点睛：本题重点考查原电池的工作原理及形成条件。原电池形成的条件①活泼性不同的两个电极；②电解质溶液；③闭合电路；④有自发进行的氧化还原反应。在原电池中，活泼电极作负极，失去电子，发生氧化反应，被氧化；不活泼电极作正极，得到电子，发生还原反应，被还原。电子从负极经外借导线流向正极。电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 13．(1) 吸氧腐蚀 轻微 氧气的浓度 O2+4e-+2H2O=4OH- (2) 溶液X 浓硫酸 浓盐酸 稀硫酸 液面情况 相平 左低右高 左高右低 电解质酸碱性 (3) 外加电流保护法 变大 (4) c 2Cu2++3OH-+Cl-= (5) 解析：（1）酸性条件下，铁的腐蚀是析氢腐蚀，碱性或中性条件下，铁的腐蚀是吸氧腐蚀，海水的pH约为8.1，呈弱碱性，所以图1的腐蚀过程属于吸氧腐蚀；铁的吸氧腐蚀中，氧气的浓度越大，其腐蚀速率越快，插入海水中的铁棒越靠近水面，蚀越严重，越靠近烧杯底部发生电化学腐蚀就越轻微；该实验说明氧气的浓度会影响腐蚀的速率；氧气在正极得电子生成OH-，正极的电极反应式：O2+4e-+2H2O=4OH-； （2）该铁丝中含有碳，则铁、碳以及周围潮湿的空气环境会形成原电池装置。浓硫酸具有吸水性，铁丝周围空气较干燥，所以铁丝不容易发生腐蚀，U形管两端液面无明显变化，相平；浓盐酸具有挥发性，使铁丝周围空气呈酸性，发生析氢腐蚀，导致U形管内左侧的压强变大，液面左低右高；加入稀硫酸的，周围潮湿的空气环境会使铁丝发生吸氧腐蚀，导致U形管内左侧的压强变小，液面左高右低；所以答案为： 溶液X 浓硫酸 浓盐酸 稀硫酸 液面情况 相平 左低右高 左高右低 ； 根据上述分析，该组实验的目的是为了研究电解质酸碱性对铁的腐蚀过程产生影响。 （3）①关闭，铁棒作阳极，被腐蚀；关闭，铁棒作阴极，被保护；关闭，铁棒作原电池的负极，被腐蚀；根据腐蚀速率大小关系：阳极>负极>正极>阴极，所以铁腐蚀的速度最快的是只闭合； ②为减缓铁的腐蚀，应使铁作正极或阴极，所以只闭合就可以减缓铁的腐蚀；该防护法称为外电电流保护法； ③只闭合，铁棒作原电池的负极，石墨作正极，电解质溶液是NaCl，所以发生的腐蚀是吸氧腐蚀，石墨电极是发生的反应：O2+4e-+2H2O=4OH-，生成OH-，附近的pH变大； （4）①青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀，所以负极是Cu，即c； ②根据图示，正极的电极反应是O2+4e-+2H2O=4OH-，环境中的扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈，总的离子方程式为：2Cu2++3OH-+Cl-=； （5）深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根离子腐蚀，根据图示：负极是Fe-2e-=Fe2+，正极是得电子转化为：。 学科网（北京）股份有限公司 $$