届高考化学精选考点突破金属的电化学腐蚀与防护.docx
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届高考化学精选考点突破金属的电化学腐蚀与防护
金属的电化学腐蚀与防护
1.将金属M连接在钢铁设施表面,可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。
在题图所示的情境中,下列有关说法正确的是
A.阴极的电极反应式为
B.金属M的活动性比Fe的活动性弱
C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
【答案】C
【分析】
该装置为原电池原理的金属防护措施,为牺牲阳极的阴极保护法,金属M作负极,钢铁设备作正极,据此分析解答。
【详解】
A.阴极的钢铁设施实际作原电池的正极,正极金属被保护不失电子,故A错误;
B.阳极金属M实际为原电池装置的负极,电子流出,原电池中负极金属比正极活泼,因此M活动性比Fe的活动性强,故B错误;
C.金属M失电子,电子经导线流入钢铁设备,从而使钢铁设施表面积累大量电子,自身金属不再失电子从而被保护,故C正确;
D.海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度,离子浓度越大,溶液的导电性越强,因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快,故D错误;
故选:
C。
2.在生产生活中,金属腐蚀所带来的损失非常严重,所以防止金属腐蚀已经成为科学研究和技术领域的重大问题。
某化学兴趣小组的同学在实验室对金属腐蚀进行了探究。
(1)分别在三个洁净干燥的试管中各加入一个洁净无锈的铁钉,再向Ⅰ、Ⅱ号两个试管中分别加入经煮沸迅速冷却的蒸馏水,然后向Ⅱ号试管中加入少量植物油,将Ⅲ号试管塞上木塞。
请判断:
________号试管中的铁钉最容易生锈。
由此可见,铁制品生锈需要的条件是________________。
(2)如图2所示,处于A、B、C三种不同环境中的铁片,被腐蚀的速率由大到小的顺序是________(用字母表示)。
(3)据报道,全世界每年因为金属腐蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元,我国因金属腐蚀造成的损失约占国民生产总值的4%。
①钢铁在发生电化学腐蚀时,负极反应为__________________。
②请写出用稀硫酸除去铁锈的化学方程式:
________________。
③请根据不同的原理,提出防止钢铁腐蚀的两条合理措施:
_______________、______________。
【答案】
(1)Ⅰ 有水和氧气
(2)A>C>B
(3)①Fe-2e-
Fe2+
②Fe2O3+3H2SO4
Fe2(SO4)3+3H2O
③改变金属内部结构 刷漆(合理即可)
【解析】
(1)铁生锈的条件:
与氧气接触,有水参加。
二者缺一不可,具备该条件的只有Ⅰ。
(2)铁处于A环境中作原电池的负极,腐蚀速度较快;处于B环境中作原电池的正极被保护,腐蚀速度很慢;处于C环境中发生吸氧腐蚀,腐蚀速度较慢。
(3)①发生电化学腐蚀时,负极上金属铁发生失电子的氧化反应。
②铁锈的主要成分是氧化铁,可以和酸反应生成盐和水。
③防止钢铁锈蚀的关键是使铁与氧气、水隔绝,可以进行表面防护处理(如涂油、刷漆、表面镀金属等),还可以改变金属内部结构(如制成不锈钢)等。
3.(2020·江苏卷)将金属M连接在钢铁设施表面,可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。
在题图所示的情境中,下列有关说法正确的是
A.阴极的电极反应式为
B.金属M的活动性比Fe的活动性弱
C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
【答案】C
【解析】该装置为原电池原理的金属防护措施,为牺牲阳极的阴极保护法,金属M作负极,钢铁设备作正极,据此分析解答。
阴极的钢铁设施实际作原电池的正极,正极金属被保护不失电子,故A错误;阳极金属M实际为原电池装置的负极,电子流出,原电池中负极金属比正极活泼,因此M活动性比Fe的活动性强,故B错误;金属M失电子,电子经导线流入钢铁设备,从而使钢铁设施表面积累大量电子,自身金属不再失电子从而被保护,故C正确;海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度,离子浓度越大,溶液的导电性越强,因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快,故D错误;故选C。
4.[2019江苏]将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。
下列有关该实验的说法正确的是
A.铁被氧化的电极反应式为Fe−3e−
Fe3+
B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀
【答案】C
【解析】根据实验所给条件可知,本题铁发生的是吸氧腐蚀,负极反应为:
Fe−2e−=Fe2+;正极反应为:
O2+2H2O+4e−=4OH−;据此解题;
A.在铁的电化学腐蚀中,铁单质失去电子转化为二价铁离子,即负极反应为:
Fe−2e−=Fe2+,故A错误;
B.铁的腐蚀过程中化学能除了转化为电能,还有一部分转化为热能,故B错误;
C.活性炭与铁混合,在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池,加速了铁的腐蚀,故C正确;
D.以水代替氯化钠溶液,水也呈中性,铁在中性或碱性条件下易发生吸氧腐蚀,故D错误;
综上所述,本题应选C。
【点睛】本题考查金属铁的腐蚀。
根据电解质溶液的酸碱性可判断电化学腐蚀的类型,电解质溶液为酸性条件下,铁发生的电化学腐蚀为析氢腐蚀,负极反应为:
Fe−2e−=Fe2+;正极反应为:
2H++2e−=H2↑;电解质溶液为碱性或中性条件下,发生吸氧腐蚀,负极反应为:
Fe−2e−=Fe2+;正极反应为:
O2+2H2O+4e−=4OH−。
5.验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。
①
②
③
在Fe表面生成蓝色沉淀
试管内无明显变化
试管内生成蓝色沉淀
下列说法不正确的是
A.对比②③,可以判定Zn保护了Fe
B.对比①②,K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D.将Zn换成Cu,用①的方法可判断Fe比Cu活泼
【答案】D
【解析】②中Zn作负极,发生氧化反应生成Zn2+,Fe作正极被保护,所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液,试管内无明显变化。
但③中没有Zn保护Fe,Fe在酸性环境中发生析氢腐蚀,Fe作负极被氧化生成Fe2+,所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液,生成蓝色沉淀,对比②③可知Zn保护了Fe,A项正确;①与②的区别在于:
前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中,而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液,①中出现了蓝色沉淀,说明有Fe2+生成。
对比分析可知,可能是铁氰化钾氧化Fe生成了Fe2+,B项正确;通过上述分析可知,验证Zn保护Fe时不能用①的方法,C项正确;若将Zn换成Cu,铁氰化钾仍会将Fe氧化为Fe2+,在铁的表面同样会生成蓝色沉淀,所以无法判断Fe2+是不是负极产物,即无法判断Fe与Cu的活泼性,D项错误。
6.[双选]下列说法正确的是
A.反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)的ΔH<0,ΔS>0
B.地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀
C.常温下,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10−12,pH=10的含Mg2+溶液中,c(Mg2+)≤5.6×10−4mol·L−1
D.常温常压下,锌与稀H2SO4反应生成11.2LH2,反应中转移的电子数为6.02×1023
【答案】BC
【解析】A.该反应气体的分子数减少了,所以是熵减的反应,ΔS<0,A错误;B.锌比铁活泼,形成原电池时锌做负极,所以可以减缓钢铁管道的腐蚀,B正确;C.常温下,在pH=10的溶液中,c(OH−)=1
mol/L,溶液中含Mg2+浓度最大值为
=5.6
mol/L,C正确;D.在锌和稀硫酸的反应中每生成1molH2,电子转移的数目为2mole−,在常温常压下,11.2LH2的物质的量不是0.5mol,所以反应中转移的电子数不是6.02
,D不正确。
7.支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。
下列有关表述不正确的是
A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
【答案】C
【解析】本题使用的是外加电流的阴极保护法,钢管柱与电源的负极相连,被保护。
A.外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流,从而保护钢管柱,A正确;B.通电后,被保护的钢管柱作阴极,高硅铸铁作阳极,因此外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩,B正确;C.高硅铸铁为惰性辅助阳极,所以高硅铸铁不损耗,C错误;D.通过外加电流抑制金属电化学腐蚀产生的电流,因此通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整,D正确。
答案选C。
【名师点睛】该题难度较大,明确电化学原理是以及金属的防腐蚀原理是解答的关键,钢管桩表面腐蚀电流的理解是难点,注意题干信息的挖掘,即高硅铸铁为惰性辅助阳极,性质不活泼,不会被损耗。
8.研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。
下列有关说法错误的是
A.d为石墨,铁片腐蚀加快
B.d为石墨,石墨上电极反应为:
O2+2H2O+4e–→4OH–
C.d为锌块,铁片不易被腐蚀
D.d为锌块,铁片上电极反应为:
2H++2e–→H2↑
【答案】D
【解析】由于活动性:
Fe>石墨,所以铁、石墨及海水构成原电池,Fe为负极,失去电子被氧化变为Fe2+进入溶液,溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原,比没有形成原电池时的速率快,正确。
B.d为石墨,由于是中性电解质,所以发生的是吸氧腐蚀,石墨上氧气得到电子,发生还原反应,电极反应为:
O2+2H2O+4e–→4OH–,正确。
C.若d为锌块,则由于金属活动性:
Zn>Fe,Zn为原电池的负极,Fe为正极,首先被腐蚀的是Zn,铁得到保护,铁片不易被腐蚀,正确。
D.d为锌块,由于电解质为中性环境,发生的是吸氧腐蚀,在铁片上电极反应为:
O2+2H2O+4e–→4OH–,错误。
9.将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁电化学腐蚀实验。
下列有关该说法正确的是
A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e-==Fe3+
B.电化学腐蚀过程中铁粉的电势比活性炭电势高
C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀
【答案】C
【分析】
将铁粉和活性炭与NaCl溶液构成原电池,其中铁粉作负极,活性炭作正极,在电解质溶液中,溶解在溶液中氧气的得电子产物与水反应,生成氢氧根离子。
【详解】
A.由以上分析知,铁粉作原电池的负极,则铁被氧化的电极反应式为Fe-2e-==Fe2+,A不正确;
B.电化学腐蚀属于原电池反应,在原电池中,正极的电势比负极高,所以铁粉的电势比活性炭电势低,B不正确;
C.活性炭的存在,与铁粉构成原电池,促进铁失电子,加速铁的腐蚀,C正确;
D.以水代替NaCl溶液,液体的导电能力弱,但铁仍能发生吸氧腐蚀,D不正确;
故选C。
10.下列说法不正确的是()
A.钢铁表面水膜酸性很弱或呈中性,发生吸氧腐蚀B.钢铁表面水膜酸性较强,发生析氢腐蚀
C.钢闸门作为阴极而受到保护D.将锌板换成铜板对钢闸门保护效果更好
【答案】D
【详解】
A、当钢铁表面的水膜酸性很弱或显中性时,铁在负极放电,氧气在正极上放电,发生的是钢铁的吸氧腐蚀,所以A选项是正确的;
B、当钢铁表面的水膜显酸性时,铁在负极放电,水膜中的氢离子在正极放电生成氢气,发生的是析氢腐蚀,所以B选项是正确的;
C、在电解池中,阴极被保护,故要保护钢闸门,就要将钢闸门做电解池的阴极,所以C选项是正确的.
D、在原电池中,正极被保护,当将锌板换成铜板后,铜做正极被保护,钢闸门做负极被腐蚀,起不到对钢闸门的保护作用,故D错误;
综上所述,本题正确答案为D。
【点睛】
本题考查了金属的腐蚀与防护,明确原电池和电解池原理是解本题关键,知道作原电池负极或电解池阳极的金属易被腐蚀。
先判断装置是原电池还是电解池,再根据原电池正负极腐蚀的快慢比较,作原电池负极和电解池阳极的金属易被腐蚀,作原电池正极或电解池阴极的金属易被保护,金属腐蚀快慢顺序是:
电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护腐蚀措施的腐蚀。
如图各容器中盛有海水,铁会发生锈蚀,其中铁锈蚀的速度最快的是()
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【详解】
根据图知,A、B、C装置是原电池,在A中,铁做正极,被保护,腐蚀速率变慢;在B和C中,金属铁做负极,负极的腐蚀速率均变快,但B中Ag和铁的活泼性差距较C中的大,故B的腐蚀速率大于C;D装置不能形成原电池,反应速率没被加快,所以腐蚀速率是最快的是B,故答案选B。
11.一定条件下,碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下:
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
下列说法不正确的是
A.在pH<4溶液中,碳钢主要发生析氢腐蚀
B.在pH>6溶液中,碳钢主要发生吸氧腐蚀
C.在pH>14溶液中,碳钢腐蚀的正极反应为O2+4H++4e-
2H2O
D.在煮沸除氧气的碱性溶液中,碳钢腐蚀速率会减缓
【答案】C
【解析】pH<4为强酸性,发生析氢腐蚀,A正确;pH>6的溶液,氧气得电子,发生吸氧腐蚀,B正确;pH>14的溶液,氧气与水反应得电子:
O2+2H2O+4e-
4OH-,C错误;煮沸后除去了氧气,碳钢的腐蚀速率会减缓,D正确。
12.下列关于电解池的叙述中正确的是( )
A.电解池中的闭合回路仅是由电子的定向移动形成的
B.金属导线中,电子从电源的负极流向电解池的阳极,从电解池的阴极流向电源的正极
C.在电解质溶液中,阴离子向阴极运动,阳离子向阳极运动
D.相同时间内,阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数相等
【答案】D
【详解】
A.电解池中的闭合回路既有电子的定向运动,也有溶液中阴阳离子的定向运动,A不正确;
B.电解池中电子只能在外电路中运动,而不能在溶液中运动,溶液导电是靠离子的定向运动,B不正确;
C.在电解池的电解质溶液中,阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动,C不正确;
D.根据电子的得失守恒可知,相同时间内,阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数相等,选项D正确。
答案选D。
13.关于下列各装置图的叙述不正确的是
A.用装置①精炼铜,则b极为精铜,电解质溶液为CuSO4溶液
B.装置②的总反应是Cu+2Fe3+==Cu2++2Fe2+
C.装置③中钢闸门应与外接电源的负极相连
D.装置④中的铁钉几乎没被腐蚀
【答案】B
【详解】
A.用装置①精炼铜,根据电流方向可知a电极是阳极,b电极是阴极,则a极为粗铜,b极为精铜,电解质溶液为CuSO4溶液,A正确;
B.装置②中铁是负极,铜是正极,总反应是Fe+2Fe3+=3Fe2+,B错误;
C.装置③中钢闸门应与外接电源的负极相连作阴极,被保护,C正确;
D.装置④中铁在浓硫酸中钝化,铜是负极,铁是正极,因此铁钉几乎没被腐蚀,D正确;答案选B
。
14.下列电化学装置及用途正确的是
A
B
C
D
铜的精炼
铁上镀银
防止Fe被腐蚀
构成铜锌原电池
【答案】C
【详解】
A.根据电解原理,铜的精炼中,粗铜作阳极,与电源的正极相连,纯铜作阴极,与电源的负极相连,故A错误;
B.电镀,镀件作阴极,镀层金属作阳极,即Fe为阴极,Ag为阳极,故B错误;
C.该装置为电解池装置,Fe为阴极,根据电解原理,Fe不参与反应,即该装置能防止Fe被腐蚀,故C正确;
D.锌与硫酸铜直接反应,没有电流产生,不能构成原电池;锌电极应盛放ZnSO4溶液,Cu电极盛放CuSO4溶液,这样才能构成原电池,故D错误;
答案为C。
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