专题一 电化学基础与金属防护 学生实验 同步练习 《化学（加工制造类）》同步教学 高教版

电化学腐蚀与金属防护学生实验同步作业 一、选择题（每题 2 分，共 20 分） 1. 学生实验中验证钢铁吸氧腐蚀时，需选用的电解质溶液是（ ） A. 浓盐酸 B. 稀硫酸 C. 食盐水（中性） D. 氢氧化钠溶液（强碱性） 1. 实验中观察钢铁吸氧腐蚀的关键现象是（ ） A. 铁钉表面产生大量气泡 B. 导管内液面上升 C. 溶液颜色变为蓝色 D. 铁钉快速溶解 1. 验证钢铁析氢腐蚀的实验中，需控制的环境条件是（ ） A. 中性 B. 弱碱性 C. 强酸性 D. 干燥 1. 实验中，为形成 “铁钉 - 碳棒” 原电池模拟电化学腐蚀，下列操作必要的是（ ） A. 将铁钉和碳棒分别单独放入电解质溶液 B. 用导线将铁钉和碳棒连接 C. 给装置外接直流电源 D. 向溶液中加入酚酞试液 1. 采用 “牺牲阳极法” 防护铁钉的实验中，应将铁钉与下列哪种金属连接（ ） A. 铜片（活泼性弱于铁） B. 锌片（活泼性强于铁） C. 银片（活泼性弱于铁） D. 铅片（活泼性弱于铁） 1. 实验中，钢铁发生吸氧腐蚀时，正极（碳棒）的电极反应式是（ ） A. Fe - 2e⁻ = Fe²⁺ B. O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻ C. 2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑ D. Fe²⁺ + 2OH⁻ = Fe(OH)₂↓ 1. 下列实验操作中，能减缓铁钉腐蚀的是（ ） A. 将铁钉完全浸入煮沸后冷却的蒸馏水中（隔绝空气） B. 将铁钉浸入食盐水后敞口放置 C. 将铁钉与碳棒连接后浸入稀盐酸 D. 将铁钉表面打磨光滑后放入潮湿空气中 1. 实验对比 “纯铁” 与 “钢铁（铁碳合金）” 的腐蚀速率，发现钢铁腐蚀更快，原因是（ ） A. 纯铁更活泼 B. 钢铁中碳形成原电池正极 C. 纯铁表面易形成保护膜 D. 钢铁中含铁量更高 1. 用 “外加电流法” 防护铁钉的实验中，铁钉应与外接电源的（ ） A. 正极相连（作阳极） B. 负极相连（作阴极） C. 正极相连（作阴极） D. 负极相连（作阳极） 1. 实验后，观察到铁钉表面出现红褐色物质，该物质是（ ） A. FeO B. Fe (OH)₂ C. Fe₂O₃・nH₂O（铁锈） D. FeCl₃ 二、填空题（每空 2 分，共 40 分） 1. “电化学腐蚀与金属防护” 实验的核心目的是：①观察______和______两种电化学腐蚀的现象；②验证______和______两种金属防护方法的效果。 1. 验证钢铁吸氧腐蚀的实验装置组成：试管、铁钉、碳棒、______（电解质溶液）、单孔橡胶塞、导管、盛有水的烧杯；实验中，导管一端插入试管内（靠近液面），另一端伸入烧杯水中，目的是通过______判断试管内 O₂的消耗情况。 1. 实验中，钢铁析氢腐蚀的现象：铁钉表面产生______（填气体名称），溶液 pH______（填 “增大”“减小” 或 “不变”）；其负极反应式为______，正极反应式为______。 1. “牺牲阳极法” 防护铁钉的实验中： 连接材料：铁钉与______（填金属名称）用导线相连，共同浸入食盐水； 实验现象：______表面逐渐溶解（牺牲阳极），______表面无明显腐蚀（被保护）； 原理：______优先失电子被氧化，阻止铁钉被腐蚀。 1. 实验中，为区分 “化学腐蚀” 与 “电化学腐蚀”，设计对比实验：①将铁钉放入______（填 “干燥” 或 “潮湿”）的空气中（化学腐蚀）；②将铁钉与碳棒连接后放入潮湿空气中（电化学腐蚀）；观察到______（填 “①” 或 “②”）中铁钉腐蚀更快，说明______腐蚀速率更快。 1. 实验后，清洗仪器时发现：用于吸氧腐蚀实验的试管内壁有白色沉淀（后变为红褐色），白色沉淀是______（填化学式），其变为红褐色的反应方程式为______。 三、简答题（每题 10 分，共 40 分） 1. 请写出 “验证钢铁吸氧腐蚀” 的实验步骤（需包含试剂准备、装置组装、现象观察）。 1. 实验中，若验证 “外加电流法” 防护铁钉，需设计两组对比实验（防护组和对照组）。请说明两组实验的装置差异、预期现象及现象对应的结论。 1. 某同学在做吸氧腐蚀实验时，发现导管内液面上升不明显，请分析可能的原因（至少写出 2 点）。 1. 结合实验现象，解释 “为什么在潮湿的空气中，铁钉比铜钉更容易生锈”（从电化学腐蚀原理和金属活泼性角度说明）。 参考答案 一、选择题 1. C（解析：吸氧腐蚀需中性或弱碱性环境，食盐水为中性电解质溶液，适合模拟；浓盐酸、稀硫酸为酸性（析氢腐蚀），强碱性环境非实验常规选择） 1. B（解析：吸氧腐蚀消耗试管内 O₂，压强减小，外界大气压将烧杯水压入导管，使导管内液面上升；A 是析氢腐蚀现象，C、D 与吸氧腐蚀无关） 1. C（解析：析氢腐蚀需 H⁺参与正极反应，需强酸性环境（如稀盐酸、稀硫酸）） 1. B（解析：电化学腐蚀的核心是形成原电池，需 “两极相连” 形成闭合回路；A 无连接不能形成原电池，C 是电解池条件，D 是检验 OH⁻的试剂，非必要操作） 1. B（解析：牺牲阳极法需牺牲 “活泼性更强的金属”，锌活泼性强于铁，优先失电子保护铁钉；其他金属活泼性弱于铁，无法保护） 1. B（解析：吸氧腐蚀正极 O₂得电子结合 H₂O 生成 OH⁻；A 是负极反应，C 是析氢腐蚀正极反应，D 是 Fe²⁺与 OH⁻的复分解反应） 1. A（解析：煮沸的蒸馏水隔绝空气，无 O₂参与腐蚀，减缓铁钉腐蚀；B、C 加速电化学腐蚀，D 中潮湿空气加速腐蚀） 1. B（解析：钢铁中碳为正极，铁钉为负极，形成原电池加速腐蚀；纯铁无正极材料，仅发生缓慢化学腐蚀） 1. B（解析：外加电流法中，被保护金属需作阴极（与电源负极相连），避免失电子被氧化；作阳极会加速腐蚀） 1. C（解析：铁钉腐蚀最终生成铁锈，主要成分为 Fe₂O₃・nH₂O；A 是低价铁氧化物，B 是中间产物（白色，易氧化），D 需 Cl⁻参与（如与盐酸反应）） 二、填空题 1. 析氢腐蚀；吸氧腐蚀；牺牲阳极法；外加电流法 1. 食盐水；导管内液面上升高度（或液面变化） 1. 氢气；增大；Fe - 2e⁻ = Fe²⁺；2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑（解析：析氢腐蚀生成 H₂，H⁺被消耗，溶液 pH 增大） 1. 锌；锌片；铁钉；锌（解析：锌活泼性强于铁，优先失电子溶解，保护铁钉） 1. 干燥；②；电化学（解析：潮湿环境 + 两极连接形成电化学腐蚀，速率快于干燥环境的化学腐蚀） 1. Fe (OH)₂；4Fe (OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe (OH)₃（解析：Fe²⁺与 OH⁻生成 Fe (OH)₂白色沉淀，后续被氧化为红褐色 Fe (OH)₃） 三、简答题 1. 实验步骤： ①试剂准备：取适量食盐水（中性电解质）倒入试管中（约占试管容积 1/3），备用； ②装置组装：将铁钉和碳棒平行放入试管中（均部分浸入食盐水），用导线连接两者；塞紧单孔橡胶塞，将导管一端插入试管内（靠近液面，不接触液面），另一端伸入盛有水的烧杯中（导管末端浸入水中）； ③现象观察：静置 5-10 分钟，观察导管内液面变化（是否上升）及铁钉表面变化（是否出现少量浑浊或沉淀）。 1. ①对照组（无防护）：装置为 “铁钉 - 碳棒 - 食盐水 - 导线”（形成原电池）；预期现象：铁钉表面逐渐生锈，导管内液面上升（吸氧腐蚀）；结论：无防护时，铁钉易发生电化学腐蚀。 ②防护组（外加电流法）：在对照组基础上，将铁钉与外接电源负极相连（作阴极），碳棒与电源正极相连（作阳极）；预期现象：铁钉表面无明显生锈，导管内液面上升不明显；结论：外加电流法可有效阻止铁钉被腐蚀（作阴极避免失电子）。 1. 可能原因：①装置气密性不佳（试管或导管漏气，O₂从缝隙进入，压强未明显减小）；②食盐水浓度过低（离子浓度低，导电能力弱，腐蚀速率慢，O₂消耗少）；③实验时间过短（O₂消耗不足，液面未明显上升）；④铁钉表面有油污或锈迹（未打磨，阻碍腐蚀反应）。 1. ①金属活泼性：铁的活泼性强于铜（铁在金属活动性顺序中位于铜之前），更易失去电子被氧化； ②电化学腐蚀原理：潮湿空气中，铁钉（负极）与表面的杂质（如碳）或接触的其他金属（若存在）形成原电池，铁失电子生成 Fe²⁺（Fe - 2e⁻ = Fe²⁺），正极 O₂得电子生成 OH⁻（O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻），后续生成铁锈； ③铜钉的特性：铜活泼性弱，不易失电子，即使形成原电池也作正极（被保护），难以发生电化学腐蚀，因此铁钉比铜钉更易生锈。 学科网（北京）股份有限公司 $