1.4 金属的腐蚀与防护 同步练 2024-2025学年高中化学鲁科版（2019）选择性必修1

第4节　金属的腐蚀与防护 A级必备知识基础练 题组1.金属电化学腐蚀的原理和应用 1.《本草纲目》中载有一药物,名“铜青”。藏器曰:生熟铜皆有青,即是铜之精华,大者即空绿,以次空青也。铜青则是铜器上绿色者,淘洗用之。时珍曰:近时人以醋制铜生绿,取收晒干货之。后者的反应原理为(　　) A.析氢腐蚀 B.吸氧腐蚀 C.化学腐蚀 D.置换反应 2.将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液润湿后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　) A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e-Fe3+ B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀 D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀 3.用压强传感器探究生铁在pH=2和pH=4的醋酸溶液中发生腐蚀的装置及得到的图像如图所示: 分析图像,以下结论错误的是(　　) A.溶液pH≤2时,生铁发生析氢腐蚀 B.在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀 C.析氢腐蚀和吸氧腐蚀的速率一样快 D.两溶液中负极反应均为Fe-2e-Fe2+ 4.(2024·新疆乌鲁木齐一模)中国三星堆出土了大量文物,如青铜面具、青铜大立人等。下列有关说法正确的是(　　) A.铜在空气中主要发生析氢腐蚀 B.三星堆出土的青铜器上有大量铜锈,其主要成分为Cu2(OH)2CO3 C.用硝酸清洗铜器可以除去铜锈,保护铜器 D.青铜是铜中加入铅、锡制得的合金,其成分会加快铜的腐蚀 题组2.金属腐蚀的防护 5.为了避免青铜器生成铜绿,下列方法中正确的是(　　) ①将青铜器放在银质托盘上　②将青铜器保存在干燥的环境中　③将青铜器保存在潮湿的空气中　④在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜 A.①③ B.②③ C.②④ D.①④ 6.相同材质的铁在下列四种情况下不易被腐蚀的是(　　) 7.用图示的方法可以保护钢质闸门。下列说法正确的是(　　) A.当a、b间用导体连接时,则X应发生氧化反应 B.当a、b间用导体连接时,则X可以是锌或石墨 C.当a、b与外接电源相连时,a应连接电源的正极 D.当a、b与外接电源相连时,阴极的电极反应式:2Cl--2e-Cl2↑ B级关键能力提升练 以下选择题中有1~2个选项符合题意。 8.在潮湿的深层中性土壤中,钢管主要发生厌氧腐蚀,有关厌氧腐蚀的机理有多种,其中一种理论为厌氧细菌可促使S与H2反应生成S2-,加速钢管的腐蚀,其反应原理如图Ⅰ所示,因此埋在地下的钢管常需要加以保护,使其免受腐蚀,所用装置如图Ⅱ所示。下列说法正确的是(　　) A.图Ⅱ中钢管附近土壤的pH可能会下降 B.图Ⅰ中钢管腐蚀的含铁产物只有FeS C.图Ⅱ中金属棒X可能为铜,可使钢管表面腐蚀电流接近于零 D.图Ⅱ中金属棒X的作用是作为损耗负极材料和传递电流 9.下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(　　) A.图a中,插入海水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重 B.图b中,开关由M改置于N时,Cu-Zn合金的腐蚀速率减小 C.图c中,接通开关时Zn腐蚀速率增大 D.图d中,Zn-MnO2干电池放电时石墨棒为正极,N在正极得电子被还原 10.下列装置图的有关说法正确的是(　　) A.装置①中K键闭合时,片刻后CuSO4溶液中c(Cl-)增大 B.装置①中K键闭合时,片刻后可观察到滤纸a附近变红色 C.装置②中铁腐蚀的速率由大到小的顺序是只闭合K1>只闭合K3>只闭合K2>都断开 D.装置③中当铁制品上析出1.6 g铜时,电源负极输出的电子数为0.025NA 11.验证牺牲阳极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3% NaCl溶液)。下列说法不正确的是(　　) ① 在Fe表面生成蓝色沉淀 ② 试管内无明显变化 ③ 试管内生成蓝色沉淀 A.对比②③,可以判定Zn保护了Fe B.对比①②,K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化 C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法 D.将Zn换成Cu,用①的方法可判断Fe比Cu活泼 12.对金属制品进行抗腐蚀处理可延长其使用寿命。 (1)以下为铝材表面处理的一种方法: 以铝材为阳极,在H2SO4溶液中通电,铝材表面形成氧化膜,阳极电极反应式为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)镀铜可防止铁制品腐蚀,电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。 若X为碳棒,为减缓铁的腐蚀,开关K应置于　　　　处。若X为锌,开关K置于M处,该电化学保护法称为　　　　　　　　　。  C级学科素养拔高练 13.青铜是金属冶炼史上最早的合金,我国出土了大量青铜器,体现了古代中国对人类文明的巨大贡献。青铜器在埋藏过程中会逐渐生锈,其修复工作是文物保护的重要环节。 (1)查阅高中教材得知铜锈为Cu2(OH)2CO3,俗称铜绿。铜绿在一定程度上可以提升青铜器的艺术价值。青铜器生锈过程中,参与形成铜绿的物质有Cu和　　　　　　　　。 (2)继续查阅资料,了解到铜锈的成分很复杂,主要成分有Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl。结构如图所示: 考古学家将铜锈分为“无害锈”和“有害锈”,“无害锈”形成后可阻止内部金属继续腐蚀,而“有害锈”则无法阻止腐蚀的深入。结合两种铜锈的结构推测,“有害锈”的主要成分为　　　　　　　　　　。  (3)Cu2(OH)3Cl的形成过程中会通过原电池反应产生CuCl(难溶于水的固体),请结合下图回答: ①腐蚀过程中的正极反应物是　　　　　。  ②过程Ⅰ负极的电极反应式是　 。 (4)青铜器的修复追求“修旧如旧”,即在尽量不破坏“无害锈”的情况下阻止青铜器继续被腐蚀,保护青铜器的艺术价值。青铜器除锈有以下三种常见方法: 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(柠檬酸的结构如图所示): ⅱ.碳酸钠法:将文物置于含Na2CO3的溶液中浸泡,使CuCl转化为Cu2(OH)2CO3; ⅲ.BTA保护法:利用BTA(一种有机成膜剂)与+1价Cu(如CuCl)反应,形成一层透明的高聚物薄膜。 请回答下列问题: ①柠檬酸浸法利用了其结构中　　　　　　(填官能团名称)的性质。  ②写出碳酸钠法的离子方程式: 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  ③相比于酸浸法,BTA保护法的优点是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (5)陕西历史博物馆展出了许多鎏金工艺青铜器。鎏金是古代常用的镀金工艺,将金汞合金涂于器物表面,加热使汞挥发,便形成一层光亮的金镀层。下列关于青铜器鎏金工艺的说法正确的是　　　(填字母)。  鎏金铜沐缶 A.鎏金工艺的镀金过程是一种化学变化 B.鎏金除了改善外观,还可保护青铜器,使其不易生锈 C.若表面的金镀层破损,暴露出的青铜表面会更易生锈 答案 1.B　解析 “近时人以醋制铜生绿,取收晒干货之”,是指铜在弱酸性条件下发生了吸氧腐蚀,故选B。 2.C　解析 铁和活性炭构成原电池,铁作负极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,A错误;能量转化形式不是唯一的,化学能除了转化为电能外,还有热能等,B错误;Fe和活性炭构成原电池后,反应速率变快,C正确;Fe和C在水中或NaCl溶液中均可构成原电池,Fe失去电子,空气中的O2得电子,发生吸氧腐蚀,D错误。 3.C　解析 由压强变化图像可知pH=2时,压强增大,说明生成氢气,发生析氢腐蚀,pH=4时,压强减小,说明消耗氧气,发生吸氧腐蚀,两溶液中负极反应均为Fe-2e-Fe2+,A、B、D正确;由斜率可知消耗氧气的速率比生成氢气的速率快,C错误。 4.B　解析 铜在空气中主要发生吸氧腐蚀,A错误;铜锈的主要成分为Cu2(OH)2CO3,B正确;铜可以和硝酸反应,用硝酸清洗铜器可以除去铜锈,但也会破坏铜器,C错误;铅、锡比铜活泼,腐蚀反应中铜做正极,会减缓铜的腐蚀,D错误。 5.C　解析 Cu比Ag活泼,将青铜器放在银质托盘上,在潮湿空气中构成原电池,青铜器作负极,青铜器更易被腐蚀,①错误;将青铜器保存在干燥的环境中,可避免其与空气中的水接触,不易被腐蚀,②正确;青铜器在潮湿的空气中易发生吸氧腐蚀,③错误;覆盖防渗的高分子膜可以隔绝潮湿的空气,④正确。 6.C　解析 A项,铁、铜和醋酸构成原电池,铁易失电子作负极,则铁的腐蚀加快;B项,食盐水作电解质溶液,铁炒锅和铁铲都是铁碳合金,符合原电池的形成条件,铁作负极,碳作正极,则铁的腐蚀加快;C项,铜镀层将铁球覆盖,使铁被保护,铁不易被腐蚀;D项,符合原电池的形成条件,酸雨作电解质溶液,铁作负极,则铁的腐蚀加快。 7.A　解析 当a、b间用导体连接时构成原电池,根据题意,X应为负极,发生氧化反应,则X可以是锌,不能选用石墨,A正确,B错误;当a、b与外接电源相连时,a应连接电源的负极作阴极,阴极发生还原反应,C、D错误。 8.D　解析 图Ⅱ中采用牺牲阳极的阴极保护法,金属X应选用比Fe活泼的金属,做损耗负极,钢管作正极,正极上H2O发生还原反应生成H2,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,故钢管附近土壤中的c(OH-)会增大,pH可能会上升,A错误,D正确;图Ⅰ钢管腐蚀的过程中,负极上Fe失去电子发生氧化反应生成的Fe2+与正极周围的S2-和OH-反应分别生成FeS和Fe(OH)2,B错误;图Ⅱ中若金属棒为铜,则构成原电池,钢管为负极,会加速钢管的腐蚀,钢管表面腐蚀电流不为零,C错误。 9.BC　解析 A项,因液面处氧气的浓度大且与海水接触,故在液面略向下处铁棒腐蚀最严重,错误;B项,开关置于M,则铜锌合金做负极,腐蚀加快,开关置于N,则铜锌合金做正极,受到保护,正确;C项,接通开关后形成原电池,Zn为负极,Zn的腐蚀速率增大,正确;D项,该干电池放电时石墨棒为正极,MnO2在正极得电子被还原,错误。 10.B　解析 装置①K键闭合后,形成原电池,锌为负极,铜为正极,原电池中阴离子向负极移动,则Cl-向ZnSO4溶液移动,A项错误;装置①中K键闭合时,a极为阴极,阴极水电离产生的H+放电生成H2同时生成OH-,所以a附近变红色,B项正确;Fe作阳极被腐蚀,作阴极被保护,所以铁腐蚀的速率由大到小的顺序是只闭合K1>只闭合K3>都断开>只闭合K2,C项错误;装置③中铁制品上发生的反应为Cu2++2e-Cu,析出1.6 g铜即0.025 mol,则电源负极输出的电子数为0.05NA,D项错误。 11.D　解析 根据实验②的现象可知,在酸化的3% NaCl溶液中Fe电极未溶解,根据实验③的现象可知,Fe在酸化的3% NaCl溶液中生成了Fe2+,两者对照,可以判定Zn保护了Fe,A正确;根据实验②取出Fe附近的溶液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,无明显变化,可知Fe电极附近未生成Fe2+,而实验①中Fe表面变蓝,说明K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化,B、C正确;将Zn换成Cu,用①的方法K3[Fe(CN)6]可将Fe氧化,Fe表面也会生成蓝色沉淀,不能用①的方法判断Fe比Cu活泼,D错误。 12.答案 (1)2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+ (2)用铜作阳极可补充溶液中消耗的Cu2+,保持溶液中Cu2+浓度恒定 (3)N　牺牲阳极保护法 解析 (1)活泼金属作阳极,阳极材料本身失电子被氧化,其氧化产物为Al2O3,由此可得阳极的电极反应式为2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+。 (3)若X为碳棒,则只能用阴极电保护法,此时开关K应置于N处。若X为Zn,K置于M处,其保护原理为牺牲阳极保护法。 13.答案 (1)O2、H2O、CO2 (2)Cu2(OH)3Cl (3)①氧气(H2O)　 ②Cu-e-+Cl-CuCl (4)①羧基　 ②4CuCl+O2+2H2O+2C2Cu2(OH)2CO3+4Cl-　 ③不破坏“无害锈”,可以保护青铜器的艺术价值,做到“修旧如旧” (5)BC 解析 (1)由铜绿的化学组成和空气中的化学组成可知,参与形成铜绿的物质有Cu和O2、H2O、CO2。 (2)由题干信息可知,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内将内部的铜进一步腐蚀,故碱式氯化铜是“有害锈”,“有害锈”的主要成分为Cu2(OH)3Cl。 (3)“有害锈”的形成过程中会产生CuCl(白色不溶于水的固体),分析图示可得,铜做负极失电子生成CuCl沉淀,正极上是氧气得电子发生还原反应,反应为O2+4e-+2H2O4OH-,负极反应式:Cu-e-+Cl-CuCl。 (4)①由柠檬酸的结构简式可知,分子中的羧基能与金属氧化物反应,用于除锈。 ②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,反应的离子方程式为4CuCl+O2+2H2O+2C2Cu2(OH)2CO3+4Cl-。 ③酸浸法会和“无害锈”发生反应,相比于酸浸法,BTA保护法的优点是不破坏“无害锈”,可以保护青铜器的艺术价值,做到“修旧如旧”。 (5)鎏金工艺的镀金过程即将金汞合金涂于器物表面,加热使汞挥发,便形成一层光亮的金镀层,是一种物理变化,A错误;鎏金即在青铜器表面镀上一层金,由于金是一种很不活泼的金属,故除了改善外观,还可保护青铜器,使其不易生锈,B正确;由于金的活动性弱于Cu,若表面的金镀层破损,暴露出的青铜表面由于能形成电化学腐蚀,会更易生锈,C正确。 10 学科网（北京）股份有限公司 $$