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 电化学腐蚀与金属防护 学生实验 电化学腐蚀与金属防护 同步作业 一、基础题（共60分） （一）选择题（每题3分，共30分） 1. 学生实验中验证钢铁电化学腐蚀时，需在钢铁片表面滴加食盐水的目的是（ ） A. 提供氧化剂 B. 形成电解质溶液，构建原电池 C. 去除表面氧化膜 D. 降低反应温度 2. 实验中观察到钢铁在食盐水环境中发生吸氧腐蚀时，最明显的现象是（ ） A. 钢铁片表面产生气泡 B. 溶液变红 C. 钢铁片表面出现红棕色铁锈 D. 溶液变浑浊 3. 下列实验操作中，能加速钢铁电化学腐蚀的是（ ） A. 向食盐水溶液中加入少量蔗糖 B. 将钢铁片打磨光滑后进行实验 C. 向食盐水溶液中加入少量氯化钠固体 D. 实验装置置于干燥的空气中 4. 实验中采用牺牲阳极法保护钢铁时，应选择的阳极材料是（ ） A. 铜片 B. 锌片 C. 锡片 D. 铅片 5. 验证镀锌铁与镀锡铁破损后的腐蚀差异实验中，下列说法正确的是（ ） A. 两者破损后均能保护内部钢铁 B. 镀锌铁破损后钢铁更易腐蚀 C. 镀锡铁破损后钢铁更易腐蚀 D. 两者破损后腐蚀速率相同 6. 实验中测量金属腐蚀速率时，不需要记录的物理量是（ ） A. 金属片的初始质量 B. 实验前后金属片的质量差 C. 实验温度 D. 金属片的颜色变化 7. 下列防护措施中，在实验中最难观察到防护效果的是（ ） A. 涂油漆防护 B. 牺牲阳极防护 C. 外加电流防护 D. 镀锌防护 8. 钢铁发生析氢腐蚀的实验中，需向电解质溶液中加入的试剂是（ ） A. 酚酞试液 B. 稀盐酸 C. 氯化钠溶液 D. 氢氧化钠溶液 9. 实验中若要验证环境酸度对腐蚀速率的影响，应控制的变量是（ ） A. 金属材质 B. 电解质浓度 C. 溶液pH值 D. 实验温度 10. 下列关于电化学腐蚀实验的注意事项，错误的是（ ） A. 金属片表面需打磨干净，去除氧化膜 B. 实验装置需保持密闭，防止气体泄漏 C. 电解质溶液浓度需准确配制 D. 实验过程中需定期观察并记录现象 （二）填空题（共20分） 1. 电化学腐蚀实验的核心原理是______的形成，金属作为______极发生氧化反应被腐蚀，杂质或另一电极作为______极发生还原反应。 2. 验证钢铁吸氧腐蚀实验中，向食盐水滴加酚酞试液后，______极周围溶液会变红，原因是该电极反应生成了______（填离子符号）。 3. 牺牲阳极防护实验中，阳极材料应选择______性比被保护金属更强的金属，实验中可观察到______（填“阳极”或“被保护金属”）表面出现明显腐蚀痕迹。 4. 实验中对比不同防护措施效果时，可通过观察______、测量______等方式判断腐蚀速率，腐蚀速率越______，说明防护效果越好。 5. 镀锌铁防护实验中，镀层破损后，______（填“锌”或“铁”）优先被腐蚀，其电极反应式为______；镀锡铁镀层破损后，______（填“锡”或“铁”）优先被腐蚀，其电极反应式为______。 6. 外加电流防护实验中，被保护金属应与外接电源的______极相连，作为______极发生______反应，避免腐蚀。 （三）判断题（每题1分，共10分） 1. 电化学腐蚀实验中，食盐水的作用是提供电解质，增强导电性。（ ） 2. 钢铁吸氧腐蚀实验中，红棕色铁锈的主要成分是Fe₃O₄。（ ） 3. 实验中打磨金属片表面是为了去除氧化膜，确保实验效果。（ ） 4. 牺牲阳极防护实验中，阳极材料的质量会逐渐减小。（ ） 5. 溶液pH值越低，钢铁析氢腐蚀的速率越慢。（ ） 6. 外加电流防护实验中，不需要电解质溶液即可发生防护作用。（ ） 7. 实验中观察到的腐蚀现象越明显，说明金属的耐腐蚀性越强。（ ） 8. 镀锌铁和镀锡铁的防护原理均为牺牲阳极保护法。（ ） 9. 电化学腐蚀实验中，温度升高会加快腐蚀速率。（ ） 10. 实验结束后，金属腐蚀产物需回收处理，避免污染环境。（ ） 二、提升题（共40分） （一）简答题（每题10分，共20分） 1. 简述“验证钢铁电化学腐蚀类型”实验的操作步骤、预期现象及结论，分析实验中食盐水与稀盐酸分别对应的腐蚀类型，说明两种腐蚀类型的电极反应差异，解释实验中滴加酚酞试液和KSCN溶液的作用。 2. 结合“不同金属防护措施效果对比”实验，说明实验设计的控制变量（如金属材质、腐蚀环境、实验温度），分析涂油漆、牺牲阳极、镀锌三种防护措施的工作原理及实验现象差异，讨论实验中可能出现的误差来源（如镀层破损、环境湿度变化）及对实验结果的影响。 （二）综合分析题（每题10分，共20分） 1. 某学生在进行“牺牲阳极法保护钢铁”实验时，选用铜片作为阳极材料，实验后发现钢铁片仍发生严重腐蚀，分析实验失败的原因，设计改进实验方案（包括阳极材料选择、实验装置搭建、操作步骤），写出改进实验的预期现象及结论，说明牺牲阳极法保护金属的关键条件。 2. 设计“验证环境湿度对钢铁电化学腐蚀速率影响”的实验方案，明确实验目的、实验仪器与试剂、实验步骤、数据记录与分析方法，预测实验现象并得出结论，结合化学加工场景说明该实验结论的实际应用价值。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. B 2. C 3. C 4. B 5. C 6. D 7. A 8. B 9. C 10. B （二）填空题 1. 原电池；负；正 2. 正；OH⁻ 3. 活泼；阳极 4. 腐蚀面积；质量变化；慢 5. 锌；Zn 2e⁻ = Zn²⁺；铁；Fe 2e⁻ = Fe²⁺ 6. 负；阴；还原 （三）判断题 1. √ 2. × 3. √ 4. √ 5. × 6. × 7. × 8. × 9. √ 10. √ 二、提升题 （一）简答题 1. 答案： ① 实验操作步骤： 2. 取两块打磨干净的钢铁片，分别标记为A、B； 3. 向A片表面滴加2-3滴饱和食盐水，向B片表面滴加2-3滴稀盐酸； 4. 向A、B两片分别滴加1滴酚酞试液和1滴KSCN溶液，静置观察现象； 5. 记录实验过程中两片钢铁的表面变化及溶液颜色变化。 ② 预期现象及结论： A片（食盐水）：钢铁片表面逐渐出现红棕色铁锈，酚酞试液变红，KSCN溶液无明显颜色变化，说明发生吸氧腐蚀； B片（稀盐酸）：钢铁片表面产生大量气泡，KSCN溶液变红，酚酞试液无明显颜色变化，说明发生析氢腐蚀。 ③ 腐蚀类型与电极反应差异： 食盐水对应吸氧腐蚀（中性环境），正极反应为O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻，负极反应为Fe 2e⁻ = Fe²⁺； 稀盐酸对应析氢腐蚀（酸性环境），正极反应为2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑，负极反应为Fe 2e⁻ = Fe²⁺。 ④ 试剂作用： 酚酞试液：检验吸氧腐蚀正极生成的OH⁻，溶液变红证明有OH⁻产生； KSCN溶液：检验Fe²⁺被氧化生成的Fe³⁺，溶液变红证明金属发生腐蚀并产生Fe³⁺。 2. 答案： ① 实验控制变量： 金属材质：选用相同规格、相同材质的钢铁片，确保金属本身性质一致； 腐蚀环境：控制电解质溶液浓度（如均为0.1mol/L NaCl溶液）、体积相同，实验环境温度（如25℃）一致； 其他变量：防护措施实施方式统一（如镀层厚度相同、油漆涂层厚度一致），实验时间相同。 ② 防护措施工作原理及实验现象差异： 涂油漆防护：原理是隔绝金属与空气、电解质的接触，实验现象为钢铁片表面无明显腐蚀痕迹，溶液无颜色变化，腐蚀速率最慢； 牺牲阳极防护（锌片作阳极）：原理是锌比铁活泼，优先被腐蚀，保护钢铁，实验现象为锌片表面出现腐蚀痕迹（变白、溶解），钢铁片无明显腐蚀，溶液无明显颜色变化； 镀锌防护：原理是镀层隔绝腐蚀介质，破损后锌优先牺牲，实验现象为镀锌钢铁片表面无腐蚀，若镀层有划痕，划痕处锌先腐蚀，钢铁片仍无明显变化。 ③ 误差来源及影响： 镀层破损：实验前镀层已存在微小破损，导致钢铁直接接触腐蚀介质，腐蚀现象明显，误判防护效果不佳； 环境湿度变化：实验环境湿度升高，加速电化学腐蚀，使未防护或防护效果较差的样品腐蚀速率异常加快，影响对比结论； 电解质溶液浓度偏差：配制的电解质溶液浓度不准确，导致腐蚀速率偏离预期，影响不同防护措施效果的对比精度； 金属片表面处理不彻底：表面残留氧化膜或油污，阻碍原电池形成，腐蚀现象不明显，误判防护效果较好。 （二）综合分析题 1. 答案： ① 实验失败原因：牺牲阳极法要求阳极材料的活泼性必须强于被保护金属，铜的活泼性（金属活动性顺序：Fe>Cu）弱于钢铁中的铁，无法作为牺牲阳极优先被腐蚀；反而铜与铁形成原电池时，铁作为负极被加速腐蚀，导致实验失败。 ② 改进实验方案： 阳极材料选择：选用锌片（活泼性Zn>Fe）作为牺牲阳极； 实验装置搭建：取一块打磨干净的钢铁片（被保护金属）和一块锌片（阳极），用导线连接，同时放入盛有0.1mol/L NaCl溶液的烧杯中，确保两电极均浸入溶液且不直接接触； 操作步骤：1. 记录钢铁片和锌片的初始外观；2. 将装置置于25℃环境中静置24小时；3. 观察并记录两电极的外观变化，对比实验前后的腐蚀情况。 ③ 预期现象及结论： 锌片表面出现明显腐蚀痕迹（表面变白、溶解，质量减小）； 钢铁片表面无明显腐蚀，无红棕色铁锈生成； 结论：选用活泼性强于被保护金属的锌片作为阳极，可通过牺牲阳极法有效保护钢铁，避免腐蚀。 ④ 关键条件：1. 阳极材料的活泼性必须强于被保护金属；2. 阳极与被保护金属需通过导线连接，形成闭合回路；3. 存在电解质溶液，提供离子导电通路；4. 阳极与被保护金属需处于同一腐蚀环境中。 2. 答案： ① 实验目的：验证环境湿度对钢铁电化学腐蚀速率的影响，明确湿度与腐蚀速率的关系。 ② 实验仪器与试剂： 仪器：电子天平、烧杯、干燥器、湿度计、砂纸、镊子、计时器； 试剂：相同规格的钢铁片（3片）、0.1mol/L NaCl溶液、蒸馏水。 ③ 实验步骤： 1. 取3片规格相同的钢铁片，用砂纸打磨干净，去除表面氧化膜，用蒸馏水冲洗后烘干，分别标记为1、2、3，用电子天平称量并记录初始质量（m₁、m₂、m₃）； 2. 调节3个环境的湿度：环境A（湿度30%，干燥器中放入硅胶干燥剂）、环境B（湿度60%，自然环境）、环境C（湿度90%，干燥器中放入湿润棉花），用湿度计确认湿度稳定； 3. 向每片钢铁片表面均匀滴加2滴0.1mol/L NaCl溶液（提供电解质），分别放入对应的环境中，开始计时； 4. 静置48小时后，取出钢铁片，用蒸馏水冲洗表面腐蚀产物，烘干后再次称量，记录最终质量（m₁'、m₂'、m₃'）； 5. 计算每片钢铁片的质量损失（Δm = 初始质量 最终质量），对比腐蚀速率。 ④ 数据记录与分析方法： 设计数据记录表，记录环境湿度、钢铁片初始质量、最终质量、质量损失、腐蚀速率（Δm/时间）； 以环境湿度为横坐标，腐蚀速率为纵坐标绘制曲线图，分析湿度与腐蚀速率的变化趋势。 ⑤ 预测现象及结论： 现象：环境A（30%湿度）的钢铁片质量损失最小，表面腐蚀痕迹轻微；环境B（60%湿度）的钢铁片质量损失中等，表面有少量红棕色铁锈；环境C（90%湿度）的钢铁片质量损失最大，表面覆盖大量红棕色铁锈； 结论：在相同电解质浓度和温度下，环境湿度越高，钢铁电化学腐蚀速率越快；当湿度低于一定阈值（如30%）时，腐蚀速率显著减慢。 ⑥ 实际应用价值：该结论可指导化学加工中金属工件的存储和使用环境控制，例如：1. 精密钢铁零件存储时，需控制仓库湿度在30%以下，配合干燥设备，减少腐蚀；2. 户外使用的钢铁设备，需加强防护措施（如涂防腐漆、镀锌），尤其在高湿度地区（如沿海、多雨地区），需增加防护层厚度或缩短维护周期；3. 化工生产中，高湿度车间的钢铁设备需定期检查腐蚀情况，优化通风干燥条件，降低腐蚀风险，延长设备使用寿命。 学科网（北京）股份有限公司 $