1-4 金属的腐蚀与防护 同步作业 《化学（加工制造类）》同步教学 高教版

专题一 电化学基础与金属防护 第四节 金属的腐蚀与防护同步作业 一、基础题（共70分） （一）选择题（每题3分，共33分） 1. 下列关于金属腐蚀的说法，正确的是（ ） A. 金属腐蚀的本质是金属原子得到电子被还原的过程 B. 金属腐蚀仅发生在潮湿环境中，干燥环境下不会腐蚀 C. 金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀，其中电化学腐蚀更普遍 D. 金属腐蚀的速率与温度无关，仅与电解质溶液浓度有关 2. 加工制造中，钢铁零件在潮湿空气中发生的腐蚀主要是（ ） A. 化学腐蚀 B. 析氢腐蚀 C. 吸氧腐蚀 D. 钝化腐蚀 3. 下列关于电化学腐蚀的说法，错误的是（ ） A. 电化学腐蚀的本质是原电池反应 B. 析氢腐蚀发生在酸性较强的环境中，正极生成氢气 C. 吸氧腐蚀发生在中性或碱性环境中，正极消耗氧气 D. 电化学腐蚀中，金属作原电池的正极，被腐蚀消耗 4. 下列措施中，不属于金属防护方法的是（ ） A. 在钢铁表面涂油漆 B. 将钢铁零件与铜块连接 C. 在钢铁设备上焊接锌块 D. 在钢铁表面镀一层铬 5. 加工制造中常用的“牺牲阳极保护法”，其原理是（ ） A. 形成原电池，被保护金属作正极 B. 形成电解池，被保护金属作阴极 C. 隔绝电解质溶液，阻止腐蚀发生 D. 改变金属内部结构，增强抗腐蚀能力 6. 下列关于金属钝化的说法，正确的是（ ） A. 钝化是金属被腐蚀的过程，生成易溶于水的氧化物 B. 铁、铝在浓硝酸或浓硫酸中会发生钝化，形成致密氧化膜 C. 钝化后的金属失去导电性，无法用于加工制造 D. 钝化过程是物理变化，不涉及化学反应 7. 加工制造中，为防止钢铁工件在酸洗过程中过度腐蚀，可采取的措施是（ ） A. 升高酸洗温度 B. 增加酸液浓度 C. 加入缓蚀剂 D. 延长酸洗时间 8. 下列金属防护方法中，属于“改变金属内部结构”的是（ ） A. 自行车车架喷漆 B. 轮船外壳焊接锌块 C. 制造不锈钢（加入铬、镍等元素） D. 金属表面进行电镀 9. 关于金属腐蚀速率的影响因素，说法错误的是（ ） A. 电解质溶液浓度越高，腐蚀速率越快 B. 温度越高，腐蚀速率越快 C. 金属表面的杂质会加速电化学腐蚀 D. 金属的活泼性越弱，腐蚀速率越快 10. 加工制造中，下列场景下金属腐蚀速率最快的是（ ） A. 干燥仓库中存放的钢铁零件 B. 浸泡在机油中的铝合金部件 C. 海边潮湿空气中的钢铁脚手架 D. 镀锡后的铁皮罐头盒 11. 下列关于电化学腐蚀与化学腐蚀的区别，说法错误的是（ ） A. 电化学腐蚀需要电解质溶液，化学腐蚀不需要 B. 电化学腐蚀有电流产生，化学腐蚀无电流产生 C. 电化学腐蚀的速率一定比化学腐蚀快 D. 两者的本质都是金属原子失去电子被氧化 （二）填空题（每空2分，共28分） 1. 金属腐蚀是金属与周围环境中的______或______发生化学反应而被损耗的过程，其本质是______反应，金属原子______电子被氧化。 2. 金属腐蚀分为______和______两类；其中______是金属与氧化剂直接反应，无电流产生；______是通过原电池反应进行，有电流产生，在生产生活中更常见。 3. 钢铁的电化学腐蚀分为______和______：在酸性较强环境中发生______，正极反应式为______；在中性或碱性环境中发生______，正极反应式为______。 4. 加工制造中，金属防护的常用方法有______、______、______、______等；其中______是通过隔绝腐蚀介质实现防护，______是利用原电池原理保护金属。 5. 外加电流阴极保护法中，被保护金属作______极，外接电源的______极；牺牲阳极保护法中，牺牲阳极的活泼性______（填“强于”或“弱于”）被保护金属。 （三）判断题（每题1分，共9分，对的打“√”，错的打“×”） 1. 金属腐蚀的本质是金属被氧化，因此所有金属都会发生腐蚀，只是速率不同。（ ） 2. 钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀，负极反应式相同，均为Fe - 2e⁻ = Fe²⁺。（ ） 3. 牺牲阳极保护法中，牺牲阳极被腐蚀消耗，被保护金属不被腐蚀。（ ） 4. 金属表面镀锡比镀锌更能有效防护钢铁，因为锡的活泼性比锌强。（ ） 5. 化学腐蚀和电化学腐蚀可以同时发生在同一金属表面。（ ） 6. 加工制造中，使用缓蚀剂的原理是减缓金属与腐蚀介质的反应速率，不影响加工精度。（ ） 7. 不锈钢之所以耐腐蚀，是因为其表面能形成致密的氧化膜，阻止内部金属被腐蚀。（ ） 8. 金属在海水中的腐蚀速率比在淡水中慢，因为海水的导电性差。（ ） 9. 外加电流阴极保护法适用于大型钢铁设备（如桥梁、管道）的长期防护。（ ） 二、提升题（共30分） （一）简答题（10分） 1. 加工制造车间中，某钢铁管道与铜阀门连接后，在潮湿环境中很快出现腐蚀穿孔。请分析：（1）该腐蚀属于哪种类型（化学腐蚀或电化学腐蚀），说明判断依据；（2）写出腐蚀过程的正负极反应式及总反应方程式；（3）提出两种针对性防护措施，并说明原理。 2. 某学生发现，铝制餐具在空气中不易腐蚀，而铁制餐具容易生锈。请分析：（1）铝制餐具不易腐蚀的原因；（2）若将铝制餐具长时间浸泡在食盐水中，是否会发生腐蚀，为什么；（3）写出该腐蚀（若发生）的正负极反应式和总反应方程式。 （二）分析题（10分） 1. 分析下列加工制造场景中金属腐蚀的类型及防护措施的合理性，若存在问题请提出改进方案： （1）机械加工中，将未经防护的钢铁工件长期放置在车间潮湿环境中； （2）船舶制造中，在船体（钢铁材质）外壳焊接锌块进行防腐； （3）电子元件制造中，将铜质引脚镀锡后装配使用。 2. 某汽车零部件厂生产的钢制齿轮，在使用一段时间后出现局部腐蚀失效。经检测，腐蚀部位集中在齿轮的齿缝处，且车间环境湿度较大。请分析该腐蚀的类型、产生的原因（从环境、结构、材质等方面说明）；并提出生产和使用过程中的防护改进措施，以延长齿轮使用寿命。 （三）计算题（10分） 1. 钢铁发生吸氧腐蚀时，总反应方程式为：2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂。若有5.6g铁完全腐蚀，计算： （1）转移电子的物质的量； （2）消耗氧气的体积（标准状况下）； （3）生成Fe(OH)₂的质量（写出计算过程）。 2. 某钢铁设备采用牺牲阳极保护法，选用锌块作为牺牲阳极。若设备表面发生腐蚀的铁的质量为2.8g，计算： （1）需要消耗锌块的质量（假设锌完全被腐蚀，且电子转移守恒）； （2）若锌块的纯度为95%，实际需要更换的锌块质量； （3）生成氢气的体积（标准状况下，假设腐蚀为析氢腐蚀）（写出计算过程）。 3. 某电镀车间的钢铁工件，在酸洗（稀盐酸）过程中发生析氢腐蚀。若酸洗时生成标准状况下1.12L H₂，计算： （1）腐蚀的铁的质量； （2）转移电子的物质的量； （3）若加入缓蚀剂后，腐蚀速率降低50%，相同时间内生成H₂的体积（标准状况下）（写出计算过程）。 这份作业聚焦加工制造场景中金属腐蚀与防护的核心知识点，既巩固基础原理，又强化工业实践应用与问题分析。如果需要补充特定金属材料（如不锈钢、铝合金）的腐蚀特性、增加精密零部件防护案例（如气相防锈、脉冲阴极保护），或调整计算题的难度梯度，欢迎随时告知，我会进一步精准优化内容。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. C 2. C 3. D 4. B 5. A 6. B 7. C 8. C 9. D 10. C 11. C （二）填空题 1. 气体；液体；氧化还原；失去 2. 化学腐蚀；电化学腐蚀；化学腐蚀；电化学腐蚀 3. 析氢腐蚀；吸氧腐蚀；析氢腐蚀；2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑；吸氧腐蚀；O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻ 4. 覆盖保护层；改变金属内部结构；牺牲阳极保护法；外加电流阴极保护法（其他合理答案也可）；覆盖保护层；牺牲阳极保护法 5. 阴；负；强于 （三）判断题 1. √ 2. √ 3. √ 4. × 5. √ 6. √ 7. √ 8. × 9. √ 二、提升题 （一）简答题 1. （1）属于电化学腐蚀；判断依据：钢铁管道与铜阀门活泼性不同，潮湿环境提供电解质溶液，形成原电池，符合电化学腐蚀的构成条件。 （2）电极反应式：① 负极（钢铁）：Fe - 2e⁻ = Fe²⁺；② 正极（铜）：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻；总反应方程式：2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂。 （3）防护措施：① 更换阀门材质：将铜阀门改为钢铁材质，消除不同活泼性电极的差异，避免原电池形成；② 覆盖保护层：在连接处涂抹防锈漆或密封胶，隔绝潮湿空气（电解质溶液），切断腐蚀介质接触；③ 牺牲阳极保护：在钢铁管道上焊接锌块，锌的活泼性强于铁，作负极被腐蚀，保护铁不被氧化（任选两种，合理即可）。 2. （1）铝制餐具不易腐蚀的原因：铝在空气中易与氧气反应，表面形成一层致密的Al₂O₃氧化膜，隔绝内部铝与腐蚀介质接触，阻止进一步腐蚀。 （2）会发生腐蚀；原因：食盐水为电解质溶液，铝制餐具表面的氧化膜若存在破损，铝与杂质（如Fe、Cu）形成原电池，发生电化学腐蚀。 （3）电极反应式：① 负极（Al）：Al - 3e⁻ = Al³⁺；② 正极（杂质）：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻；总反应方程式：4Al + 3O₂ + 6H₂O = 4Al(OH)₃。 （二）分析题 1. （1）腐蚀类型：电化学腐蚀（吸氧腐蚀）；问题：无防护措施，潮湿环境加速钢铁腐蚀；改进方案：① 短期存放：在工件表面涂抹防锈油或包裹防锈纸，隔绝潮湿空气；② 长期存放：采用烘干处理后放入干燥仓库，或进行临时电镀（如镀锌）防护。 （2）腐蚀类型：电化学腐蚀（吸氧腐蚀）；防护措施合理；原理：牺牲阳极保护法，锌的活泼性强于铁，作原电池负极被腐蚀，船体（铁）作正极被保护，适配船舶长期浸泡在海水（电解质溶液）中的场景，防护效果持久。 （3）腐蚀类型：电化学腐蚀（若镀层破损）；防护措施合理，但需注意镀层完整性；原理：镀锡层隔绝腐蚀介质，保护铜质引脚；若镀层破损，锡的活泼性弱于铜，铜会作负极被腐蚀，因此需保证镀层均匀无破损，或选用镀锌替代镀锡（锌活泼性强于铜，破损后仍能保护铜）。 2. （1）腐蚀类型：电化学腐蚀（吸氧腐蚀）。 （2）产生原因：① 环境因素：车间湿度大，提供电解质溶液（空气中的水汽与二氧化碳形成的弱酸性溶液）；② 结构因素：齿轮齿缝处易积水汽和灰尘，形成局部腐蚀环境，且通风不良，加速腐蚀；③ 材质因素：纯钢铁活泼性较强，无抗腐蚀合金元素，易发生氧化。 （3）改进措施：① 生产过程：对齿轮进行镀铬或氮化处理，在表面形成致密防护层；或采用不锈钢材质制造齿轮，改变金属内部结构；② 使用过程：定期对齿轮进行清洁保养，清除齿缝处的污垢和积水；在齿轮箱内加入防锈润滑油，隔绝潮湿空气；③ 环境控制：降低车间环境湿度，加强通风换气。 （三）计算题 1. 解：（1）5.6g Fe的物质的量=5.6g÷56g/mol=0.1mol；由总反应方程式可知，2mol Fe转移4mol电子，故转移电子的物质的量=0.1mol×2=0.2mol。 （2）Fe与O₂的物质的量之比=2:1，消耗O₂的物质的量=0.1mol÷2=0.05mol；标准状况下体积=0.05mol×22.4L/mol=1.12L。 （3）Fe与Fe(OH)₂的物质的量之比=1:1，生成Fe(OH)₂的物质的量=0.1mol；质量=0.1mol×90g/mol=9g。 答：（1）0.2mol；（2）1.12L；（3）9g。 2. 解：（1）Fe腐蚀的反应：Fe - 2e⁻ = Fe²⁺；Zn腐蚀的反应：Zn - 2e⁻ = Zn²⁺；电子转移守恒，Fe与Zn的物质的量之比=1:1；2.8g Fe的物质的量=2.8g÷56g/mol=0.05mol，故消耗Zn的物质的量=0.05mol；质量=0.05mol×65g/mol=3.25g。 （2）实际需要锌块质量=3.25g÷95%≈3.42g。 （3）析氢腐蚀正极反应：2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑；转移电子的物质的量=0.05mol×2=0.1mol；生成H₂的物质的量=0.1mol÷2=0.05mol；标准状况下体积=0.05mol×22.4L/mol=1.12L。 答：（1）3.25g；（2）≈3.42g；（3）1.12L。 3. 解：（1）析氢腐蚀负极反应：Fe - 2e⁻ = Fe²⁺；正极反应：2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑；H₂与Fe的物质的量之比=1:1；标准状况下1.12L H₂的物质的量=1.12L÷22.4L/mol=0.05mol；腐蚀Fe的质量=0.05mol×56g/mol=2.8g。 （2）转移电子的物质的量=0.05mol×2=0.1mol。 （3）腐蚀速率降低50%，相同时间内生成H₂的物质的量=0.05mol×50%=0.025mol；标准状况下体积=0.025mol×22.4L/mol=0.56L。 答：（1）2.8g；（2）0.1mol；（3）0.56L。 学科网（北京）股份有限公司 $