届高中化学专题18金属的电化学腐蚀和防护难点大串讲学案新人教版选修4.docx
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届高中化学专题18金属的电化学腐蚀和防护难点大串讲学案新人教版选修4.docx
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届高中化学专题18金属的电化学腐蚀和防护难点大串讲学案新人教版选修4
专题18金属的电化学腐蚀与防护
知识一金属的腐蚀
【例1】下列有关金属腐蚀的说法中正确的是()
A.金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程
B.电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程
C.钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀,负极吸收氧气,产物最终转化为铁锈
D.金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同,但电化学腐蚀伴有电流产生
【答案】D
【解析】
【变式】1.如右图所示,水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天观察:
(1)试管内液面上升,则原溶液呈____________________,电极反应方程式:
负极:
________________,正极:
__________________。
(2)若试管内液面下降,则原溶液呈______,发生____腐蚀,电极反应方程式:
负极:
__________,正极:
__________。
【答案】
(1)很弱酸性或中性2Fe-4e-===2Fe2+O2+4e-+2H2O===4OH-
(2)酸性析氢Fe-2e-===Fe2+2H++2e-===H2↑
【解析】
根据装置特点判断铁钉腐蚀的类型;根据实验现象判断电化学腐蚀的类型。
由构成原电池的条件[有两种不同的材料(Fe为负极,C为正极),有电解质溶液,形成闭合回路],可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀。
根据电化学腐蚀的条件、原理及结果可知:
试管内液面上升,说明试管内压强减小,试管内气体被消耗,铁钉发生吸氧腐蚀,据此写出电极反应;相反试管内液面下降,说明试管内压强增大,试管内产生了新气体,铁钉发生析氢腐蚀。
以此写出电极反应。
2.如图装置中,U形管内为红墨水,a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液,各加入生铁块,放置一段时间。
下列有关描述错误的是
A.生铁块中的碳是原电池的正极
B.红墨水柱两边的液面变为左低右高
C.两试管中相同的电极反应式是Fe−2e-
Fe2+
D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀
【答案】B
3.铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示,下列有关说法中,不正确的是()
A.正极电极反应式为2H++2e-===H2↑
B.此过程中还涉及反应:
4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3
C.此过程中铜不被腐蚀
D.此过程中电子从Fe移向Cu
【答案】A
【解析】
图中所示吸氧腐蚀中,铁作负极,铜作正极,溶解了O2的水膜作电解质溶液,正极电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,A错误;负极电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,Fe2+和正极产生的OH-结合生成Fe(OH)2,Fe(OH)2不稳定,容易被空气中的O2氧化生成Fe(OH)3,化学方程式为4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3,B正确;形成的原电池中铜作正极,负极失电子容易被腐蚀,正极不发生反应,所以铜不被腐蚀,C正确;腐蚀过程中,外电路上电子从负极铁流向正极铜,D正确。
4.一定条件下,某含碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如下表。
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2+
Fe3O4
Fe2O3
FeO
下列说法错误的是()
A.当pH<4时,碳钢主要发生析氢腐蚀
B.当pH>6时,碳钢主要发生吸氧腐蚀
C.当pH>14时,正极反应为O2+4H++4e-===2H2O
D.将碱性溶液煮沸除去氧气后,碳钢腐蚀的速率会减缓
【答案】C
【解析】
知识二金属腐蚀快慢的判断
【例2】如下图所示装置中都盛有0.1mol/L的NaCl溶液,放置一定时间后,装置中的四块相同锌片,腐蚀速率由快到慢的正确顺序是()
A.③①④②B.①②④③
C.①②③④D.②①④③
【答案】D
【解析】
【变式】1.如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为()
A.②①③④⑤⑥B.⑤④③①②⑥
C.⑤④②①③⑥D.⑤③②④①⑥
【答案】C
【解析】
先判断装置是形成原电池还是电解池,再分析金属活动性的差别。
①中Fe为负极,杂质C为正极,属于钢铁的吸氧腐蚀,腐蚀速率较慢。
②、③、④实质均为原电池装置。
③中Fe为正极,被保护;②、④中Fe为负极,均被腐蚀。
但相对来说Fe和Cu的金属活动性差别较Fe和Sn的大,故Fe-Cu原电池中Fe的腐蚀速率较快;⑤中Fe接电源正极作阳极,Cu接电源负极作阴极,加快了Fe的腐蚀;⑥中Fe接电源负极作阴极,Cu接电源正极作阳极,防止了Fe的腐蚀。
根据以上分析可知:
铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
知识三金属的防护
【例3】.下列各种方法中,能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是()
①金属表面涂抹油漆②改变金属内部结构③保持金属表面清洁干燥④金属表面进行电镀⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜
A.①②③④B.①③④⑤
C.①②④⑤D.全部
【答案】D
【解析】
【变式】钢铁是目前应用最广泛的金属材料,了解钢铁腐蚀的原因与防护方法具有重要意义,对钢铁制品进行抗腐蚀处理,可适当延长其使用寿命。
(1)抗腐蚀处理前,生产中常用盐酸来除铁锈。
现将一表面生锈的铁件放入盐酸中,当铁锈除尽后,可能发生的化合反应的化学方程式为:
_____________________________________________。
(2)利用如下图装置,可以模拟铁的电化学防护。
①若X为碳棒,为减缓铁件的腐蚀,开关K应置于________处。
②若X为锌,开关K置于M处,该电化学防护法称为
________________________________________________________________________。
(3)上图中若X为粗铜,容器中海水替换为硫酸铜溶液,开关K置于N处,一段时间后,当铁件质量增加3.2g时,X电极溶解的铜的质量________3.2g(填“<”“>”或“=”)。
铁件表面镀铜可有效防止铁被腐蚀,如果铁件部分未镀上铜,或镀层破损,镀铜铁比镀锌铁反而更易被腐蚀,请简要说明原因:
________________________________________________________________________。
【答案】
(1)2FeCl3+Fe===3FeCl2
(2)①N②牺牲阳极的阴极保护法(或牺牲阳极保护法)
(3)<在潮湿的环境中构成原电池,铁是负极,加速腐蚀
【解析】
1.关于金属腐蚀的叙述中,正确的是()
A.金属被腐蚀的本质是M+nH2O===M(OH)n+
H2↑
B.马口铁(镀锡铁)镀层破损后被腐蚀时,首先是镀层被氧化
C.金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
D.常温下,置于空气中的金属主要发生化学腐蚀
【答案】C
【解析】
2.下列金属防护属于电化学保护的是()
A.改变金属内部组成结构
B.涂油漆
C.外加电流阴极保护法
D.在金属表面覆盖一层保护层
【答案】C
【解析】金属的防护包括改变金属的内部结构、覆盖保护层和电化学防护,其中电化学防护包括牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。
3.下列金属防腐的措施中,使用原电池保护法的是()
A.金属护栏表面涂漆
B.地下钢管连接镁块
C.汽车底盘喷涂高分子膜
D.水中的钢闸门连接电源的负极
【答案】B
【解析】牺牲阳极的阴极保护法,即为原电池保护法,Zn可以保护Fe,B正确。
4.下列关于金属腐蚀的说法中正确的是()
A.金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程
B.电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程
C.钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀,负极吸收氧气,产物最终转化为铁锈
D.金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同,但电化学腐蚀伴有电流产生
【答案】D
【解析】判断金属腐蚀的类型需要注意:
(1)理解金属腐蚀的本质是金属失去电子被氧化;
(2)化学腐蚀和电化学腐蚀的区别;(3)吸氧腐蚀和析氢腐蚀的发生条件。
金属腐蚀的本质是金属失去电子被氧化,腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼,外因是金属与空气、水和其他腐蚀性物质接触。
金属腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀,A错误;电化学腐蚀指不纯金属发生化学反应而损耗的过程,不需要通过电流,B错误;钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀,正极吸收氧气,C错误。
5.如图所示的钢铁腐蚀中,下列说法正确的是()
①
②
A.碳表面发生氧化反应
B.钢铁被腐蚀的最终产物为FeO
C.生活中钢铁制品的腐蚀以图①所示为主
D.图②中,正极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-
【答案】D
【解析】
6.将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上,一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗,在液滴外沿形成棕色铁锈环(b),如图所示。
导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。
下列说法正确的是()
A.液滴中的Cl-由a区向b区迁移
B.液滴边缘是正极区,发生的电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-
C.液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀,生成的Fe2+由a区向b区迁移,与b区的OH-形成Fe(OH)2,进一步氧化、脱水形成铁锈
D.若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板,在铜铁接触处滴加NaCl溶液,则负极发生的电极反应为Cu-2e-===Cu2+
【答案】B
【解析】
7.模拟铁的电化学防护的实验装置如图所示,下列说法错误的是()
A.若X为碳棒,开关K置于A处可减缓铁的腐蚀
B.若X为锌棒,开关K置于B处时,铁电极上发生的反应为2H++2e-===H2↑
C.若X为锌棒,开关K置于A处或B处均可减缓铁的腐蚀
D.若X为碳棒,开关K置于A处时,铁电极上发生的反应为2H++2e-===H2↑
【答案】D
【解析】
开关K置于A处时,铁棒接电源的负极,受到保护,可减缓铁的腐蚀,A项正确;开关K置于B处时,锌棒、铁棒和食盐水形成原电池,溶液呈中性,铁电极上的反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-,B项错误;若X为锌棒,开关K置于A处时,铁棒接电源的负极,受到保护,开关K置于B处时,锌的活泼性比铁的强,锌失去电子作负极,保护铁棒,C项正确;若X为碳棒,开关K置于A处时,H+在阴极上得电子形成H2,D项正确。
8.钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀,发生的原电池反应为2Fe+2H2O+O2===2Fe(OH)2。
以下说法正确的是()
A.负极发生的反应为Fe-2e-===Fe2+
B.正极发生的反应为2H2O+O2+2e-===4OH-
C.原电池是将电能转化为化学能的装置
D.钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
【答案】A
9.为研究金属腐蚀的条件和速率,某课外小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中,再放置于玻璃钟罩里保存相同的一段时间。
下列对实验结束时现象的描述不正确的是()
A.装置Ⅰ左侧的液面一定会下降B.左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低
C.装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重D.装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀
【答案】B
【解析】
装置Ⅰ中铁钉处于盐酸的蒸气中,被侵蚀而释放出H2,使左侧液面下降,右侧液面上升;装置Ⅱ中铁钉同样处于盐酸的蒸气中,不同的是悬挂铁的金属丝由铁丝换成了铜丝,由于Fe比Cu活泼,在这种氛围中构成的原电池会加速铁钉的侵蚀而放出更多的H2,使左侧液面下降得更多,右侧液面上升得更多;装置Ⅲ中虽然悬挂铁钉的还是铜丝,但由于浓硫酸有吸水性而无挥发性,使铁钉处于一种较为干燥的空气中,因而在短时间内几乎没有被侵蚀。
10.如图装置中,小试管内为红墨水,具支试管内盛有pH=4的雨水和生铁片。
观察到:
开始导管内液面下降,一段时间后导管内液面回升,略高于小试管液面。
以下有关解释合理的是()
A.生铁片中的碳是原电池的负极,发生还原反应
B.雨水酸性较强,生铁片仅发生析氢腐蚀
C.墨水回升时,碳极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-
D.具支试管中溶液pH逐渐减小
【答案】C
【解析】
11.为了防止钢铁锈蚀,下列防护方法中正确的是()
A.在精密机床的铁床上安装铜螺钉
B.在排放海水的钢铁闸门上用导线连接一块石墨,一同浸入海水中
C.在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里
D.在地下输油的铸铁管上接直流电源的正极
【答案】C
【解析】A、B中形成的原电池都是铁作负极,加速钢铁腐蚀;D中铸铁管作阳极,加速腐蚀;C中锌比铁活泼,铁作正极。
12.镀锌铁在发生析氢腐蚀时,若有0.2mol电子发生转移,下列说法正确的是()
①有5.6g金属被腐蚀②有6.5g金属被腐蚀③在标准状况下有2.24L气体放出
④在标准状况下有1.12L气体放出
A.①②B.②③
C.①④D.③④
【答案】B
【解析】镀Zn的铁发生电化学腐蚀,锌作负极:
Zn-2e-===Zn2+,有0.2mol电子转移,有0.1molZn溶解,在正极上:
2H++2e-===H2↑,生成0.1molH2。
13.用铝制饭盒盛放醋酸,一段时间后,饭盒被腐蚀,该种腐蚀属________,反应的化学方程式表示为________________________;若用铝制饭盒盛放食盐(含水时),一段时间后,饭盒被腐蚀,这种腐蚀叫做____________,反应原理是(写电极反应式和化学方程式)
________________________________________________________________________。
【答案】化学腐蚀2Al+6CH3COOH===2Al(CH3COO)3+3H2↑电化学腐蚀负极:
4Al-12e-===4Al3+,正极:
6H2O+3O2+12e-===12OH-,4Al+6H2O+3O2===4Al(OH)3
【解析】
14.下图所示的是某研究性学习小组探究金属腐蚀条件的实验装置图。
试分析实验并回答下列问题:
(1)若起始时甲、乙、丙三套装置的导管中液面高度相同,过一段时间后液面最高的是________________,铁粉腐蚀的速率由大到小的排列顺序为(用甲、乙、丙填写)
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)通过甲、乙装置的对比说明钢铁中碳的含量越________(填“高”或“低”)越易腐蚀。
(3)乙装置中发生电化学腐蚀时正极的电极反应式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)针对乙、丙装置研究的结果分析,可采用何种防护措施来减缓金属的腐蚀:
________________________________________________________________________
(写出一点即可)。
【答案】
(1)乙乙>甲>丙
(2)高(3)2H2O+O2+4e-===4OH-
(4)将金属放在油脂或有机溶剂中
【解析】
Fe、C粉—食盐水构成原电池,发生吸氧腐蚀。
故乙中液面最高;甲中Fe粉中的少量碳也能发生吸氧腐蚀,但由于C的含量少,故不如乙中Fe腐蚀的快,丙中乙醇为非电解质,Fe粉炭粉形不成原电池,Fe受到保护,故可把钢铁放在油脂或有机溶剂中进行保护。
15.钢铁工业是国家工业的基础,请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。
(1)生产中可用盐酸来除铁锈。
现将一生锈的铁片放入盐酸中,当铁锈被除尽后,溶液中发生的化合反应的化学方程式是________________________________________________________________________。
(2)下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀________。
(3)在实际生产中,可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。
装置示意图如下:
①A电极对应的金属是________(写元素名称),B电极的电极反应式是_______________________________________________。
②若电镀前铁、铜两片金属质量相同,电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量,二者质量差为5.12g,则电镀时电路中通过的电子为________mol。
③镀层破损后,镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀,请简要说明原因________________________________________________________________________。
【答案】
(1)2FeCl3+Fe===3FeCl2
(2)BD
(3)①铜Cu2++2e-===Cu
②0.08
③铁比铜活泼,镀层破坏后,在潮湿环境中形成原电池,铁为负极,加速铁的腐蚀
【解析】
16.对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。
(1)以下为铝材表面处理的一种方法:
①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜,碱洗时常有气泡冒出,原因是________________________(用离子方程式表示),为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收,最好向槽液中加入下列试剂中的________。
a.NH3b.CO2
c.NaOHd.HNO3
②以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极电极反应式为______________________,取少量废电解液加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀;产生沉淀的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)镀铜可防止铁制品腐蚀,电镀时用铜而不用石墨做阳极的原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)利用下图装置,可以模拟铁的电化学防护。
若X为碳棒,为减缓铁的腐蚀,开关K应置于________处。
若X为锌,开关K置于M处,该电化学防护法称为________。
【答案】
(1)①2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑b②2Al+3H2O-6e-===Al2O3+6H+HCO
与H+反应使H+浓度减小,使Al3+的水解平衡向右移动,产生Al(OH)3沉淀
(2)补充溶液中的Cu2+,保持溶液中的Cu2+浓度恒定
(3)N'牺牲阳极的阴极保护法
【解析】
17.铁是用途最广的金属材料之一,但生铁易生锈。
请讨论电化学实验中有关铁的性质。
(1)①某原电池装置如上图所示,右侧烧杯中的电极反应式为______________,左侧烧杯中的c(Cl-)________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
②已知下图甲、乙两池的总反应式均为Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑,且在同侧电极(指均在“左电极”或“右电极”)产生H2。
请在两池上标出电极材料(填“Fe”或“C”)。
(2)装置丙中,易生锈的是______(填“a”或“b”)点。
装置丁中可观察到的实验现象是________________________________________________________________________。
【答案】
(1)①2H++2e-===H2↑增大
②甲池中:
左——Fe,右——C
乙池中:
左——Fe,右——C
(2)a铁屑表面生成红棕色锈斑,试管内液面上升
【解析】
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