专题一 学生实验 电化学腐蚀与金属防护 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 学生实验 电化学腐蚀与金属防护 同步作业 一、基础题（共70分） （一）选择题（每题3分，共33分） 1. 下列实验操作中，能验证钢铁发生电化学腐蚀的是（ ） A. 将纯铁放入稀盐酸中，观察气泡产生速率 B. 将钢铁制品放入干燥空气中，观察表面变化 C. 将铁钉分别放入蒸馏水和食盐水，对比腐蚀速率 D. 将钢铁与铜块分离放置在潮湿环境中，观察腐蚀情况 2. 实验中，为模拟钢铁的吸氧腐蚀，应选择的实验条件是（ ） A. 酸性溶液，隔绝氧气 B. 中性溶液，通入氧气 C. 碱性溶液，隔绝氧气 D. 酸性溶液，通入氧气 3. 关于“牺牲阳极保护法”的实验验证，下列说法正确的是（ ） A. 需将被保护金属与更不活泼的金属连接 B. 实验中牺牲阳极会逐渐溶解，被保护金属无明显变化 C. 该实验无需在电解质溶液中进行，干燥环境即可 D. 实验现象为被保护金属加速腐蚀，牺牲阳极无变化 4. 实验中，探究金属腐蚀速率与电解质溶液关系时，下列变量控制错误的是（ ） A. 金属材质相同 B. 金属表面积相同 C. 电解质溶液浓度不同，温度相同 D. 金属放置方式不同，溶液体积不同 5. 钢铁发生析氢腐蚀的实验中，正极产生的气体检验方法是（ ） A. 用燃着的木条点燃，产生淡蓝色火焰 B. 通入澄清石灰水，石灰水变浑浊 C. 用湿润的淀粉碘化钾试纸检验，试纸变蓝 D. 用酚酞试液检验，溶液变红 6. 下列实验现象中，能证明钢铁发生电化学腐蚀的是（ ） A. 纯铁与粗铁分别放入稀硫酸中，粗铁腐蚀速率更快 B. 钢铁放入蒸馏水中，表面无明显变化 C. 钢铁放入植物油中，表面无锈迹 D. 钢铁放入干燥空气中，久置后表面无明显腐蚀 7. 实验中，对钢铁进行电镀防护的操作，正确的是（ ） A. 镀件作阳极，镀层金属作阴极 B. 电镀液中无需含有镀层金属阳离子 C. 外接直流电源，镀件连接电源负极 D. 电镀过程中，电镀液浓度持续降低 8. 探究“外加电流阴极保护法”的实验中，被保护金属应连接电源的（ ） A. 正极 B. 负极 C. 正极或负极均可 D. 无需连接电源，形成原电池即可 9. 下列实验结论与实验现象不对应的是（ ） A. 铁钉放入食盐水，表面生锈——钢铁发生吸氧腐蚀 B. 粗铜与纯铜连接放入稀硫酸，粗铜表面产生气泡——纯铜作正极 C. 锌块与钢铁连接放入潮湿环境，锌块溶解——牺牲阳极保护法生效 D. 钢铁放入稀盐酸，产生气泡——钢铁发生吸氧腐蚀 10. 实验中，为减缓钢铁腐蚀，下列措施的实验效果最明显的是（ ） A. 加入蒸馏水稀释电解质溶液 B. 降低实验温度 C. 在钢铁表面涂抹凡士林 D. 减小钢铁的表面积 11. 关于电化学腐蚀与金属防护实验的注意事项，错误的是（ ） A. 实验前需打磨金属表面，去除氧化膜 B. 电解质溶液需现配现用，避免杂质影响 C. 探究单一变量时，需控制其他条件相同 D. 实验结束后，金属样品可直接丢弃，无需处理 （二）填空题（每空2分，共28分） 1. 电化学腐蚀与金属防护实验的核心是验证______反应原理，探究______、______、______等因素对金属腐蚀速率的影响。 2. 钢铁吸氧腐蚀实验中，正极反应式为______，负极反应式为______，实验现象为______；若在溶液中滴加酚酞试液，______极附近溶液变红。 3. 牺牲阳极保护法实验中，选用______（填“锌块”或“铜块”）作为牺牲阳极，与钢铁连接后放入电解质溶液，观察到______逐渐溶解，______无明显腐蚀。 4. 电镀防护实验中，若对铁钉进行镀锌，阳极材料为______，阴极材料为______，电镀液为______溶液，实验后铁钉表面形成______色镀层。 5. 实验中，探究金属腐蚀速率的方法有______（观察腐蚀面积）、______（测量气体产生速率）、______（称量金属质量变化）等。 6. 外加电流阴极保护法实验中，被保护金属作______极，辅助阳极常用______（如石墨），电解质溶液为______，实验需外接______提供电能。 （三）判断题（每题1分，共9分，对的打“√”，错的打“×”） 1. 电化学腐蚀实验中，纯铁比粗铁腐蚀速率更快，因为纯铁更活泼。（ ） 2. 钢铁吸氧腐蚀实验中，溶液中的氧气浓度越高，腐蚀速率越快。（ ） 3. 牺牲阳极保护法实验中，牺牲阳极的活泼性必须弱于被保护金属。（ ） 4. 电镀实验中，镀层的均匀性与电流密度无关，仅与电镀液浓度有关。（ ） 5. 电化学腐蚀实验中，电解质溶液的导电性越强，腐蚀速率越快。（ ） 6. 外加电流阴极保护法实验中，辅助阳极会被氧化溶解，需定期更换。（ ） 7. 探究金属腐蚀与温度的关系时，需控制电解质溶液浓度、金属表面积等变量相同。（ ） 8. 钢铁析氢腐蚀实验中，溶液的pH值越低，腐蚀速率越慢。（ ） 9. 金属防护实验中，电镀层破损后，镀层金属若比被保护金属活泼，仍能起到保护作用。（ ） 二、提升题（共30分） （一）简答题（10分） 1. 某学生设计实验探究“电解质溶液浓度对钢铁电化学腐蚀速率的影响”，实验器材有：铁钉、不同浓度的NaCl溶液（0.1mol/L、0.5mol/L、1.0mol/L）、托盘天平、烧杯、计时器等。请分析：（1）实验的自变量、因变量和控制变量；（2）实验步骤（简要写出操作流程）；（3）预期实验现象和结论。 2. 实验课上，学生进行“牺牲阳极保护法”验证实验时，将锌块与铁钉连接后放入饱和食盐水，观察到铁钉表面无明显变化，锌块逐渐溶解，但一段时间后溶液中出现白色沉淀。请分析：（1）白色沉淀的成分是什么，生成的原因；（2）写出沉淀生成的相关反应方程式；（3）该实验现象是否能证明牺牲阳极保护法有效，说明理由。 （二）分析题（10分） 1. 分析下列实验操作的正误，若错误请指出问题并改正，说明理由： （1）探究钢铁析氢腐蚀时，将铁钉放入浓盐酸中，观察气泡产生情况； （2）牺牲阳极保护法实验中，将铜块与钢铁连接后放入潮湿环境，观察腐蚀情况； （3）电镀镀锌实验中，将铁钉连接电源正极，锌片连接电源负极，放入硫酸锌溶液。 2. 某学生进行“金属防护方法对比实验”，实验分组如下：① 组：无防护的铁钉放入食盐水；② 组：涂油漆的铁钉放入食盐水；③ 组：与锌块连接的铁钉放入食盐水；④ 组：电镀锌的铁钉放入食盐水。实验一段时间后，观察到①组腐蚀最严重，②组和④组无明显腐蚀，③组锌块溶解、铁钉无腐蚀。请分析：（1）各组防护方法的原理；（2）②组和④组防护效果相同的原因，以及可能存在的差异；（3）若④组电镀层破损，防护效果会如何变化，说明理由。 （三）计算题（10分） 1. 某电化学腐蚀实验中，将5.6g铁钉放入食盐水（吸氧腐蚀），一段时间后称量，铁钉质量变为5.0g（假设仅铁参与腐蚀，生成Fe(OH)₂）。计算： （1）腐蚀的铁的物质的量； （2）转移电子的物质的量； （3）消耗氧气的体积（标准状况下）（写出计算过程）。 2. 牺牲阳极保护法实验中，选用锌块保护钢铁设备，实验后称量锌块质量减少3.25g（锌完全腐蚀生成Zn²⁺）。计算： （1）转移电子的物质的量； （2）若钢铁腐蚀的反应为Fe - 2e⁻ = Fe²⁺，理论上可保护铁的质量； （3）生成Fe(OH)₂的物质的量（假设为吸氧腐蚀）（写出计算过程）。 3. 电镀镀锌实验中，将质量为20g的铁钉作为阴极，电镀后铁钉质量变为20.65g（镀层仅为锌）。计算： （1）析出锌的物质的量； （2）转移电子的物质的量； （3）若电镀时电流为0.5A，电镀时间为多长（1mol电子电量为96500C，Q=It）（写出计算过程）。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. C 2. B 3. B 4. D 5. A 6. A 7. C 8. B 9. D 10. C 11. D （二）填空题 1. 氧化还原；电解质溶液；电极材料；环境条件（其他合理答案也可） 2. O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻；Fe - 2e⁻ = Fe²⁺；铁钉表面生锈；阴 3. 锌块；锌块；钢铁（或铁钉） 4. 锌片；铁钉；硫酸锌（或氯化锌）；银白 5. 直观观察法；气体速率法；质量差法（其他合理答案也可） 6. 阴；惰性电极；氯化钠溶液（或其他电解质溶液）；直流电源 （三）判断题 1. × 2. √ 3. × 4. × 5. √ 6. √ 7. √ 8. × 9. √ 二、提升题 （一）简答题 1. （1）① 自变量：NaCl溶液的浓度（0.1mol/L、0.5mol/L、1.0mol/L）；② 因变量：钢铁的腐蚀速率（通过质量变化、腐蚀面积等衡量）；③ 控制变量：铁钉的质量、表面积、实验温度、溶液体积、实验时间等。 （2）实验步骤：① 取3枚相同的铁钉，打磨去除表面氧化膜，分别称量质量（m₁）；② 分别放入3个盛有等体积、不同浓度NaCl溶液的烧杯中，置于相同温度环境；③ 静置相同时间（如24小时）后，取出铁钉，洗净、烘干，分别称量质量（m₂）；④ 计算每组铁钉的质量差（Δm = m₁ - m₂），对比腐蚀速率。 （3）预期现象和结论：NaCl溶液浓度越高，铁钉质量差Δm越大；结论：电解质溶液浓度越高，钢铁电化学腐蚀速率越快。 2. （1）白色沉淀为Fe(OH)₂；生成原因：铁钉发生吸氧腐蚀，负极Fe失去电子生成Fe²⁺，正极O₂得到电子生成OH⁻，Fe²⁺与OH⁻结合生成Fe(OH)₂白色沉淀。 （2）相关反应方程式：① 负极：Fe - 2e⁻ = Fe²⁺；② 正极：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻；③ 复分解反应：Fe²⁺ + 2OH⁻ = Fe(OH)₂↓。 （3）能证明；理由：锌块活泼性强于铁，作原电池负极被溶解，铁钉作正极未被腐蚀（仅生成Fe(OH)₂沉淀，无明显锈蚀），说明牺牲阳极保护法有效。 （二）分析题 1. （1）错误；问题：浓盐酸酸性过强，钢铁发生析氢腐蚀的同时，浓盐酸会溶解铁锈，且反应速率过快，不易观察电化学腐蚀的规律；改正：使用稀盐酸（如0.1mol/L）进行实验，控制反应速率，便于观察气泡产生与腐蚀的关系。 （2）错误；问题：铜块活泼性弱于钢铁，与钢铁连接后，钢铁作原电池负极，会加速腐蚀，无法起到保护作用；改正：选用锌块或镁块等活泼性强于钢铁的金属作为牺牲阳极，与钢铁连接后进行实验。 （3）错误；问题：电镀时镀件应作阴极（连接电源负极），镀层金属作阳极（连接电源正极），该操作电极连接相反；改正：将铁钉连接电源负极（阴极），锌片连接电源正极（阳极），放入硫酸锌溶液进行电镀。 2. （1）各组防护原理：① 组：无防护，钢铁发生电化学腐蚀；② 组：涂油漆，隔绝腐蚀介质（食盐水、氧气），属于覆盖保护层防护；③ 组：与锌块连接，牺牲阳极保护法（锌作负极被腐蚀，铁作正极被保护）；④ 组：电镀锌，覆盖保护层（锌镀层），同时锌活泼性强于铁，镀层破损后仍能起到牺牲阳极保护作用。 （2）相同原因：均通过覆盖保护层隔绝腐蚀介质，阻止钢铁与食盐水、氧气接触；差异：②组油漆层为物理覆盖，无电化学保护作用，若油漆破损，钢铁会迅速腐蚀；④组镀锌层不仅物理隔绝，还具有电化学保护作用，镀层破损后仍能保护钢铁。 （3）防护效果不会完全失效；理由：镀层破损后，锌与钢铁形成原电池，锌作负极被腐蚀，铁作正极被保护，仍能起到牺牲阳极保护作用，只是防护效果会随锌镀层的消耗逐渐减弱。 （三）计算题 1. 解：（1）腐蚀的铁的质量=5.6g - 5.0g=0.6g；铁的摩尔质量=56g/mol，腐蚀的铁的物质的量=0.6g÷56g/mol≈0.0107mol。 （2）吸氧腐蚀中Fe - 2e⁻ = Fe²⁺，转移电子的物质的量=0.0107mol×2≈0.0214mol。 （3）正极反应O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻，O₂与电子的物质的量之比=1:4，消耗O₂的物质的量=0.0214mol÷4≈0.00535mol；标准状况下体积=0.00535mol×22.4L/mol≈0.12L。 答：（1）≈0.0107mol；（2）≈0.0214mol；（3）≈0.12L。 2. 解：（1）锌的摩尔质量=65g/mol，3.25g锌的物质的量=3.25g÷65g/mol=0.05mol；锌腐蚀反应Zn - 2e⁻ = Zn²⁺，转移电子的物质的量=0.05mol×2=0.1mol。 （2）Fe与电子的物质的量之比=1:2，保护铁的物质的量=0.1mol÷2=0.05mol；质量=0.05mol×56g/mol=2.8g。 （3）吸氧腐蚀总反应2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂，Fe与Fe(OH)₂的物质的量之比=1:1，生成Fe(OH)₂的物质的量=0.05mol。 答：（1）0.1mol；（2）2.8g；（3）0.05mol。 3. 解：（1）析出锌的质量=20.65g - 20g=0.65g；锌的摩尔质量=65g/mol，析出锌的物质的量=0.65g÷65g/mol=0.01mol。 （2）电镀时Zn²⁺ + 2e⁻ = Zn，转移电子的物质的量=0.01mol×2=0.02mol。 （3）总电量Q=0.02mol×96500C/mol=1930C；由Q=It得，电镀时间t=Q/I=1930C÷0.5A=3860s≈1.07h。 答：（1）0.01mol；（2）0.02mol；（3）≈1.07h。 学科网（北京）股份有限公司 $