2022高考化学第6章化学反应与能量第3节电解池金属的电化学腐蚀与防护考点3金属的腐蚀与防护讲与练含解析

第六章　化学反应与能量李仕才考点三　金属的腐蚀与防护　1．金属的腐蚀(1)概念：金属的腐蚀是指金属或合金跟周围接触到的化学物质发生化学反应而腐蚀损耗的过程。(2)本质：金属失去电子而被损耗，M－ne－===Mn＋(M表示金属)，发生氧化反应。(3)类型①化学腐蚀与电化学腐蚀②析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析：13\n铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。2.金属的保护判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)1．干燥环境下金属不被腐蚀。(　×　)2．Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。(　×　)13\n3．钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋。(　×　)4．镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比镀铜前更容易生锈。(　√　)5．在潮湿空气中，钢铁表面形成水膜，金属发生的一定是吸氧腐蚀。(　×　)6．外加电流的阴极保护法是将被保护金属接在直流电源的正极。(　×　)7．在船体外嵌入锌块，可以减缓船体的腐蚀，属于牺牲阴极的保护法。(　×　)1．金属的腐蚀主要分为化学腐蚀和电化学腐蚀，其中以电化学腐蚀为主。2．钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe2＋，而不是生成Fe3＋。3．铜暴露在潮湿空气中发生的是化学腐蚀，而不是电化学腐蚀，生成铜绿的化学成分是Cu2(OH)2CO3。一、金属的腐蚀与防护1．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是(　　)13\nA．图1中，铁钉易被腐蚀B．图2中，滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液，没有蓝色沉淀出现C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极解析：A项，图1中，铁钉处于干燥环境，不易被腐蚀；B项，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成Fe3[Fe(CN)6]2蓝色沉淀；D项，为牺牲阳极的阴极保护法，镁块相当于原电池的负极。答案：C2．利用如图装置探究铁在海水中的电化学防护，下列说法不正确的是(　　)A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁电极的反应：Fe－2e－===Fe2＋C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀D．若X为碳棒，开关K置于N处，铁电极的反应：2H＋＋2e－===H2↑解析：若X为锌棒，开关K置于M处，形成原电池，此时金属锌为负极，金属铁为正极，金属铁被保护，可减缓铁的腐蚀，故A正确；若X为锌棒，开关K置于M处，形成原电池，此时金属锌为负极，金属铁为正极，氧气在该极发生还原反应，故B不正确；若X为碳棒，开关K置于N处，形成电解池，此时金属铁为阴极，铁被保护，可减缓铁的腐蚀，故C正确；若X为碳棒，开关K置于N处，形成电解池，X极为阳极，发生氧化反应，铁电极为阴极，发生还原反应，故D正确。答案：B3．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(　　)13\nA．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↑解析：d为石墨，则铁、碳和海水通过吸氧腐蚀形成原电池，加快铁片腐蚀，A项正确；d为石墨是正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B项正确；d为锌片，则由Zn、Fe和海水构成原电池，由于活泼性Zn>Fe，则锌作负极，铁片不易被腐蚀，C项正确；d为锌片时，铁片是正极，反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D项错误。答案：D4．下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是(　　)A．水中的钢闸门连接电源的负极B．金属护栏表面涂漆C．汽车底盘喷涂高分子膜D．地下钢管连接镁块解析：钢闸门连接电源的负极，为电解池的阴极，被保护，属于外加电流的阴极保护法，故A项正确；B项和C项是金属表面覆盖保护层，隔绝空气，故错误；D项，镁比铁活泼，构成原电池，铁为正极，被保护，是牺牲阳极的阴极保护法，故错误。答案：A5．下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是(　　)A．钢铁在弱碱性条件下发生电化学腐蚀的正极反应是：O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法D．可将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀解析：弱碱性条件下，钢铁发生吸氧腐蚀，A正确；当镀层破损时，锡、铁可形成原电池，铁作负极，加快了铁的腐蚀，B错误；铁、锌、海水形成原电池，锌失去电子作负极，从而保护了铁，C正确；采用外加电流的阴极保护法时，被保护金属与直流电源的负极相连，D正确。答案：B13\n二、析氢腐蚀和吸氧腐蚀的判断6．利用如图所示装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是(　　)A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀B．一段时间后，a管液面高于b管液面C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋解析：a管发生吸氧腐蚀，a处溶液的pH增大，b管发生析氢腐蚀，b处溶液的H＋减小pH增大，故C项错。答案：C7．如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4久置的雨水和生铁片。实验时观察到：开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。下列说法正确的是(　　)A．生铁片中的碳是原电池的阳极，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，碳电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．具支试管中溶液pH逐渐减小13\n解析：生铁片浸入酸性较强的雨水中，形成铁碳原电池，因铁比碳活泼，故碳为正极，铁为负极。因起始时雨水pH＝4，酸性较强，故发生析氢腐蚀，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，总反应为2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑，因生成H2，气体增加，导管内液面下降；随着反应的进行，c(H＋)变小，发生吸氧腐蚀，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，总反应为O2＋2H2O＋2Fe===2Fe(OH)2，因消耗O2，故一段时间后导管内液面回升。综合以上反应，生铁片中的碳是原电池的正极，发生还原反应，A错；反应过程中先发生析氢腐蚀，后发生吸氧腐蚀，B错；墨水液面回升时，发生吸氧腐蚀，碳极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；反应过程中c(H＋)先变小，后不变，故具支试管中溶液pH先增大，后不变，D错。答案：C8．为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是(　　)A．正极的电极反应方程式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成C．若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈D．分别向铁、石墨电极附近吹入O2，前者铁锈出现得快解析：Fe是负极，失电子被氧化成Fe2＋，在正极O2得电子发生还原反应生成OH－，故将O2吹向石墨电极的腐蚀速率比吹向铁电极快；向自来水中加入NaCl(s)，可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率；但若将石墨电极换成Mg电极，则负极为Mg，Fe被保护，难以看到铁生锈。答案：D9．铜板上铁铆钉长期暴露在潮湿的空气中，形成一层酸性水膜后铁铆钉会被腐蚀，示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　)13\nA．因铁的金属性比铜强，所以铁铆钉被氧化而腐蚀B．若水膜中溶解了SO2，则铁铆钉腐蚀的速率变小C．铜极上的反应是2H＋＋2e－===H2↑、O2＋4e－＋4H＋===2H2OD．在金属表面涂一层油脂，能防止铁铆钉被腐蚀解析：铁、铜和水膜形成原电池，因为铁的金属性比铜强，所以铁为负极，铁铆钉被氧化而腐蚀，A正确；若水膜中溶解了SO2，则发生析氢腐蚀，铁铆钉腐蚀的速率加快，B不正确；铜极发生还原反应，根据题图知铜电极吸收了氧气且生成氢气，所以发生两个电极反应：2H＋＋2e－===H2↑、O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C正确；在金属表面涂一层油脂，可隔绝空气和水，能防止铁铆钉被腐蚀，D正确。答案：B　金属腐蚀速率快慢的比较1．在同一电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>应用原电池原理有保护措施的腐蚀>应用电解原理有保护措施的腐蚀。或电解池阳极>原电池负极>化学腐蚀>原电池正极>电解池阴极。2．同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。3．对于活动性不同的两种金属的合金，活动性差别越大，氧化还原反应速率越大，活泼金属腐蚀越快。4．对于同一电解质溶液，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快(除钝化外)。5．纯度越高的金属，腐蚀得越慢。6．不纯的金属或合金，在潮湿空气中的腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。13\n1．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．②①③④⑤⑥　　　　　　B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥D．⑤③②④①⑥解析：①中Fe为负极，C为正极，属于钢铁的吸氧腐蚀，腐蚀速率较慢。②、③、④的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。答案：C2．下列有关下图所示的说法正确的是(　　)A．图甲中开关置于N处时铜锌合金腐蚀的速率增大B．图乙中接通开关时，锌腐蚀的速率增大，锌上放出气体的速率增大13\nC．图丙中接通K2时铁棒不被腐蚀，属于牺牲阳极保护法D．图丙中接通K1时，石墨棒周围溶液的pH增大解析：A错，图甲中开关置于N处时铜锌合金腐蚀的速率减小；B错，图乙中接通开关时，锌腐蚀的速率增大，金属铂上放出气体的速率增大；C错，图丙中接通K2时铁棒不被腐蚀，属于外加电流的阴极保护法。答案：D——知能拓展——电化学装置中的离子交换膜离子交换膜是一种含有离子基团的、对溶液中的离子具有选择透过能力的高分子膜，也称为离子选择透过性膜。1离子交换膜的功能：使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。2离子交换膜在电化学中的作用：(1)隔离某些物质防止发生反应。(2)用于物质的制备。(3)物质分离、提纯等。3离子交换膜的类型：根据透过的微粒，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中主要出现阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子(H＋)通过。可见离子交换膜的功能在于选择性地通过某些离子和阻止某些离子来隔离某些物质。针对训练1：现有离子交换膜、石墨电极和如图所示的电解槽，电解KI的淀粉溶液制取KOH，一段时间后Ⅲ区附近变蓝色，下列叙述中错误的是(　　)13\nA．KOH、H2均在Ⅰ区产生B．图中A为阴离子交换膜C．Ⅲ区的电极连接电源的正极D．阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑解析：电解KI淀粉溶液类似电解饱和食盐水，Ⅲ区变蓝色，生成I2为阳极，连接电源的正极，KOH、H2均在阴极区产生，A、C正确；Ⅰ区H＋放电，KOH在此生成，图中A能让K＋通过，为阳离子交换膜，B错误；阴极是H＋放电，发生2H＋＋2e－===H2↑，D正确。答案：B针对训练2：室温时，在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后，Fe3＋立即被还原成Fe2＋，组成的原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是(　　)A．该原电池的正极反应是Zn－2e－===Zn2＋B．电池工作一段时间后，甲池的c(Cl－)增大C．一段时间后，乙池中溶液的红色逐渐褪去D．石墨电极上发生氧化反应解析：该电池的总反应为Zn＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Zn2＋，Zn为负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，A错误；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，两池中c(Cl－)不变，B错误；由于乙池中的Fe3＋被还原为Fe2＋，所以乙池中溶液的红色逐渐褪去，C正确；石墨电极为正极，得电子，发生还原反应，D错误。答案：C针对训练3：加碘食盐中含有碘酸钾(KIO3)，现以电解法制备碘酸钾，实验装置如图所示。先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液，发生反应：3I2＋6KOH===5KI＋KIO3＋3H2O，将该溶液加入阳极区，另将氢氧化钾溶液加入阴极区，开始电解。下列说法中正确的是(　　)13\nA．电解过程中OH－从a极区通过离子交换膜c进入b极区B．随着电解进行，KOH溶液浓度会逐渐减小C．a电极反应式：I－－6e－＋6OH－===IO＋3H2O，a极区的KI最终转变为KIO3D．当阳极有0.1molI－放电时，阴极生成6.72LH2解析：与外加电源正极相连的是电解池的阳极，即a电极是阳极，故b电极是阴极；题意知阳极区的物质有：KOH、KI、KIO3、H2O，阳极将发生失电子的氧化反应，失电子能力：I－>OH－>IO，故发生反应I－－6e－＋6OH－===IO＋3H2O，在阴极上H＋(H2O)放电，6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－，电解总反应为：I－＋3H2OIO＋3H2↑，故电解时KOH浓度会增大；b极区OH－会通过c进入a极区，c应为阴离子交换膜。正确的是C。答案：C针对训练4：工业品氢氧化钾溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)，其工作原理如图所示。下列说法中不正确的是(　　)A．阴极材料可以是Fe，含氧酸根杂质不参与电极反应B．该电解槽的阳极反应式为：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑C．通电后，该电解槽阴极附近溶液的pH会逐渐减小13\nD．除去杂质后，氢氧化钾溶液从出口B导出来解析：该电解槽中阴离子放电顺序OH－>含氧酸根离子，阳离子放电顺序H＋>K＋，故此电解反应的实质是电解水，阴极反应是2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，通电后阴极区的pH会增大，阳极反应是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，电解总反应是2H2O2H2↑＋O2↑，阳极区c(OH－)减小，K＋会通过阳离子交换膜流向阴极与产生的OH－结合，以KOH溶液的形式从B口导出。由此可得出A、B、D正确，C错误。答案：C13