内容正文:
选择题突破(三)
命题点3 金属腐蚀与防护
专题三 电化学
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一、腐蚀“两比较”
1.化学腐蚀与电化学腐蚀
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属与接触到的物质直接发生化学反应
不纯的金属接触到电解质溶液发生原电池反应
本质
M-ne-===Mn+
M-ne-===Mn+
现象
金属被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
区别
无电流产生
有微弱电流产生
联系
电化学腐蚀比化学腐蚀普遍的多,腐蚀速率更快,危害也更严重
2.析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜呈酸性
水膜呈弱酸性或中性
正极反应
2H++2e-===H2↑
O2+2H2O+4e-===4OH-
负极反应
Fe-2e-===Fe2+
其他反应
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈
(1)一般来说可用下列原则判断腐蚀的快慢:电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
(2)对同一金属来说,腐蚀的快慢:强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。
(3)活泼性不同的两种金属,活泼性差别越大,腐蚀越快。
(4)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀的速率越快。
二、两种保护方法
1.加防护层
如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料;采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属。
2.电化学防护
(1)牺牲阳极法——原电池原理:正极为被保护的金属;负极为比被保护的金属活泼的金属。
(2)外加电流法——电解原理:阴极为被保护的金属,阳极为惰性电极。
1.(2024·浙江1月卷)破损的镀锌铁皮在氨水中发生电化学腐蚀,生成[Zn(NH3)4]2+和H2,下列说法不正确的是( )
A.氨水浓度越大,腐蚀趋势越大
B.随着腐蚀的进行,溶液的pH变大
C.铁电极上发生的电极反应式为2NH3+2e-===H2↑+2NH
D.每生成标准状况下224 mL H2,消耗0.010 mol Zn
解析 Zn比Fe活泼,在氨水中二者可形成原电池,电化学腐蚀的总反应方程式为Zn+4NH3·H2O===[Zn(NH3)4]2++H2↑+2H2O+2OH-,氨水浓度越大,生成[Zn(NH3)4]2+的速率越快,腐蚀趋势越大,A正确;总反应方程式中有OH-生成,故溶液pH变大,B正确;Zn生成[Zn(NH3)4]2+,发生氧化反应,作负极,则Fe作正极,正极上水解离出来的H+得电子生成氢气,结合电解液为氨水知Fe电极上发生的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,C错误;根据总反应方程式,可得关系式:H2~Zn,故每生成标准状况下224 mL(0.010 mol)H2,消耗0.010 mol Zn,D正确。
答案 C
2.(2024·浙江6月卷)金属腐蚀会对设备产生严重危害,腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图:
图1 图2
下列说法正确的是( )
A.图1、图2中,阳极材料本身均失去电子
B.图2中,外加电压偏高时,钢闸门表面可发生反应:O2+4e-+2H2O===4OH-
C.图2中,外加电压保持恒定不变,有利于提高对钢闸门的防护效果
D.图1、图2中,当钢闸门表面的腐蚀电流为零时,钢闸门、阳极均不发生化学反应
解析 图1为牺牲阳极的阴极保护法,牺牲阳极一般为较活泼金属,其作为原电池的负极,失去电子被氧化;图2为外加电流的阴极保护法,阳极材料为辅助阳极,其通常是惰性电极,其本身不失去电子,电解质溶液中的阴离子在其表面失去电子,如海水中的Cl-,A不正确;图2中,外加电压偏高时,钢闸门表面积累的电子很多,除了海水中的H+放电外,海水中溶解的O2也会放电,故可发生O2+4e-+2H2O=== 4OH-,B正确;图2为外加电流的阴极保护法,理论上只要能对抗钢闸门表面的腐蚀电流即可,当钢闸门表面的腐蚀电流为零时保护效果最好;
腐蚀电流会随着环境的变化而变化,若外加电压保持恒定不变,则不能保证抵消腐蚀电流,不利于提高对钢闸门的防护效果,C不正确;图1、图2中,当钢闸门表面的腐蚀电流为零时,说明从牺牲阳极或外加电源传递过来的电子阻止了Fe-2e-===Fe2+的发生,钢闸门不发生化学反应,但是牺牲阳极发生了氧化反应,辅助阳极上也发生了氧化反应,D不正确。
答案 B
3.(2024·广东卷)我国自主设计建造的浮式生产储卸油装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域使用,其钢铁外壳镶嵌了锌块,以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是( )
A.钢铁外壳为负极
B.镶嵌的锌块可永久使用
C.该法为外加电流法
D.锌发生反应:Zn-2e-===Zn2+
解析 钢铁外壳镶嵌了锌块,由于金属活动性:Zn>Fe,即锌块为负极,钢铁为正极,形成原电池,Zn失去电子,发生氧化反应:Zn-2e-===Zn2+,从而保护钢铁,延缓其腐蚀,故A错误;Zn失去电子,发生氧化反应:Zn-2e-===Zn2+,镶嵌的锌块会被逐渐消耗,需根据腐蚀情况进行维护和更换,不能永久使用,故B错误;该方法为牺牲阳极法,故C错误;Zn失去电子,发生氧化反应:Zn-2e-===Zn2+,故D正确。
答案 D
4.(2022·广东卷)为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果,将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后,取溶液分别实验,能说明铁片没有被腐蚀的是( )
A.加入AgNO3溶液产生沉淀
B.加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C.加入KSCN溶液无红色出现
D.加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成
解析 镀层有破损的镀锌铁片被腐蚀,则将其放入酸化的3%NaCl溶液中,会构成原电池,由于锌比铁活泼,作原电池的负极,而铁片作正极,溶液中破损的位置会变大,铁也会继续和酸化的氯化钠溶液反应产生氢气,溶液中会有亚铁离子生成。氯化钠溶液中始终存在氯离子,所以加入硝酸银溶液后,不管铁片是否被腐蚀,均会出现白色沉淀,故A不符合题意;淀粉碘化钾溶液可检测氧化性物质,但不论铁片是否被腐蚀,均无氧化性物质和淀粉碘化钾溶液发生反应,故B不符合题意;
KSCN溶液可检测铁离子的存在,上述现象中不会出现铁离子,所以无论铁片是否被腐蚀,加入KSCN溶液后,均无红色出现,故C不符合题意;K3[Fe(CN)6]是用于检测Fe2+的试剂,若铁片没有被腐蚀,则溶液中不会生成亚铁离子,则加入K3[Fe(CN)6]溶液就不会出现蓝色沉淀,故D符合题意。
答案 D
1.下列叙述正确的有( )
①当镀锡铁制品的镀层受损后,镀层仍能对铁制品起保护作用
②轮船上嵌入锌块来减缓轮船腐蚀的方法叫牺牲阳极法
③在铁制品上镀铜,铁制品为阴极,铜盐为电镀液
④不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理有可能实现
⑤可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
⑥锌与稀H2SO4反应时,加入少量CuSO4溶液时,可以加快化学反应速率
A.3个 B.4个
C.5个 D.全部
解析 当镀锡铁制品的镀层受损后,镀层与Fe形成原电池,Fe失电子,被腐蚀,镀层不能对铁制品起保护作用,①错误;在轮船船体四周镶嵌锌块,牺牲阳极随着流出的电流而逐渐消耗,船体不受腐蚀,称为牺牲阳极法,②正确;电镀时,镀件作为阴极,被镀金属作为阳极,铁制品为镀件作为阴极,含有镀层金属离子的溶液作为电镀液,因此铜盐作为电镀液,③正确;不能自发进行的氧化还原反应,在通电的条件下,也可能发生,如Cu与稀硫酸不能自发进行置换反应,但电解时可以发生,④正确;地下输油钢管与外加直流电源的正极相连,此时该金属作阳极,易被腐蚀,应该与电源负极相连接,⑤错误;锌和稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液,Zn置换出硫酸铜中的Cu,Zn、Cu和稀硫酸构成原电池,原电池反应加快化学反应速率,⑥正确;故②③④⑥正确。
答案 B
2.沪苏通长江公铁大桥是世界首座跨度超千米的公铁两用斜拉桥。下列有关大桥设施的说法错误的是( )
A.为了防止铁质桥索被腐蚀,可在焊点附近用锌块打“补丁”
B.桥下层铁路铺设的钢轨是一种铁合金,铁被腐蚀时的电极反应式为Fe-3e-===Fe3+
C.桥栏杆涂油漆兼具美观和防止金属生锈的功能
D.桥索上的彩色灯光与原子核外电子的跃迁有关
解析 为了防止铁质桥索被腐蚀,可在焊点附近用锌块打“补丁”,利用牺牲阳极保护法,锌活泼性比铁强,先腐蚀,A正确;桥下层铁路铺设的钢轨是一种铁合金,铁被腐蚀时生成亚铁离子,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,B错误;桥栏杆涂油漆,使铁与空气隔开,兼具美观和防止金属生锈的功能,C正确;桥索上的彩色灯光与原子核外电子跃迁后由激发态回到基态产生发射光谱有关,D正确。
答案 B
3.“孔蚀”是一种集中于金属表面极小范围并能深入到金属内部的电化学腐蚀。某铁合金表面钝化膜破损后的孔蚀如图所示,下列说法正确的是( )
A.Cl-的存在会加速该铁合金的腐蚀
B.孔的表面与内部均只能发生吸氧腐蚀
C.铁合金与锌或锡连接均属于牺牲阳极保护法
D.铁合金与电源负极连接可于表面形成钝化膜
解析 由题图可知,孔的外部氯离子进入孔的内部会增强介质的导电性,从而加快铁合金的腐蚀速率,则氯离子的存在会加速该铁合金的腐蚀,故A正确;由题图可知,孔的内部介质中含有盐酸,若介质酸性过强,铁合金可能发生析氢腐蚀,故B错误;铁合金与锡连接时,金属性强于锡的铁作原电池的负极,腐蚀速率加快,则与锡连接不能达到保护铁合金的目的,不属于牺牲阳极保护法,故C错误;铁失去电子发生氧化反应生成钝化膜,所以铁合金与电源正极连接,作电解池的阳极才可于表面形成钝化膜,故D错误。
答案 A
4.高压直流电线路的瓷绝缘子常常会出现铁帽腐蚀现象。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,下列说法正确的是( )
A.通电时,锌环是阴极,发生还原反应
B.通电时,阴极附近pH升高
C.断电后,锌环上的电极反应为
Zn2++2e-===Zn
D.断电后,不能防止铁帽被腐蚀
解析 通电时该装置为电解池,且锌环连电源正极,作阳极,故A错误;阴极发生还原反应,其反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,所以阴极附近pH升高,故B正确;断电后为原电池,Zn比Fe活泼,作负极,电极反应为Zn-2e-===Zn2+,故C错误;断电后为原电池,Zn比Fe活泼,作负极,仍能防止铁帽被腐蚀,故D错误。
答案 B
5.(2025·安徽省安庆市高三二模)为了更好的模拟在pH=2的混合溶液中钢铁电化学腐蚀的过程,利用压强传感器、氧气传感器进行数字化实验,得出相应的图像数据如图所示。下列说法错误的是( )
A.20~40 s内平均反应速率v(O2)=0.03 kPa/s
B.反应初期氧气减少,总压增大,说明初期以析氢腐蚀为主,不受其他因素影响
C.以析氢腐蚀为主时,pH越小,腐蚀越快
D.40 s后,碳粉表面发生的主要电极反应是
O2+2H2O+4e-===4OH-
解析 由图可知20 s时氧气的压力为20.6 kPa,40 s时氧气的压力为20 kPa,20~40 s内压力变化了0.6 kPa,20~40 s内平均反应速率v(O2)=0.03 kPa/s,A正确;反应初期总压增大还可能受温度影响,铁的腐蚀是放热反应,B错误;pH越小,氢离子的浓度越大,腐蚀速率越快,C正确;40 s后总压和氧气的压力均减小,此时主要发生了吸氧腐蚀,D正确。
答案 B
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