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2025魯科版化學選擇性必修1
分層作業7　金屬的腐蝕與防護
A級必備知識基礎練
題組1.金屬電化學腐蝕的原理和應用
1.《本草綱目》中載有一藥物,名“銅青”。藏器曰:生熟銅皆有青,即是銅之精華,大者即空綠,以次空青也。銅青則是銅器上綠色者,淘洗用之。時珍曰:近時人以醋制銅生綠,取收曬干貨之。后者的反應原理為 (　　)
A.析氫腐蝕 B.吸氧腐蝕
C.化學腐蝕 D.置換反應
2.將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液潤濕后,置于如圖所示裝置中,進行鐵的電化學腐蝕實驗。下列有關該實驗的說法正確的是(　　)
A.鐵被氧化的電極反應式為Fe-3e-Fe3+
B.鐵腐蝕過程中化學能全部轉化為電能
C.活性炭的存在會加速鐵的腐蝕
D.以水代替NaCl溶液,鐵不能發生吸氧腐蝕
3.用壓強傳感器探究生鐵在pH=2和pH=4的醋酸溶液中發生腐蝕的裝置及得到的圖像如圖所示:
分析圖像,以下結論錯誤的是(　　)
A.溶液pH≤2時,生鐵發生析氫腐蝕
B.在酸性溶液中生鐵可能發生吸氧腐蝕
C.析氫腐蝕和吸氧腐蝕的速率一樣快
D.兩溶液中負極反應均為Fe-2e-Fe2+
4.(2024·新疆烏魯木齊一模)中國三星堆出土了大量文物,如青銅面具、青銅大立人等。下列有關說法正確的是(　　)
A.銅在空氣中主要發生析氫腐蝕
B.三星堆出土的青銅器上有大量銅銹,其主要成分為Cu2(OH)2CO3
C.用硝酸清洗銅器可以除去銅銹,保護銅器
D.青銅是銅中加入鉛、錫制得的合金,其成分會加快銅的腐蝕
題組2.金屬腐蝕的防護
5.為了避免青銅器生成銅綠,下列方法中正確的是 (　　)
①將青銅器放在銀質托盤上　②將青銅器保存在干燥的環境中　③將青銅器保存在潮濕的空氣中　④在青銅器的表面覆蓋一層防滲的高分子膜
A.①③ B.②③
C.②④ D.①④
6.相同材質的鐵在下列四種情況下不易被腐蝕的是 (　　)
7.用圖示的方法可以保護鋼質閘門。下列說法正確的是(　　)
A.當a、b間用導體連接時,則X應發生氧化反應
B.當a、b間用導體連接時,則X可以是鋅或石墨
C.當a、b與外接電源相連時,a應連接電源的正極
D.當a、b與外接電源相連時,陰極的電極反應式:2Cl--2e-Cl2↑
B級關鍵能力提升練
以下選擇題中有1~2個選項符合題意。
8.在潮濕的深層中性土壤中,鋼管主要發生厭氧腐蝕,有關厭氧腐蝕的機理有多種,其中一種理論為厭氧細菌可促使S與H2反應生成S2-,加速鋼管的腐蝕,其反應原理如圖Ⅰ所示,因此埋在地下的鋼管常需要加以保護,使其免受腐蝕,所用裝置如圖Ⅱ所示。下列說法正確的是(　　)
A.圖Ⅱ中鋼管附近土壤的pH可能會下降
B.圖Ⅰ中鋼管腐蝕的含鐵產物只有FeS
C.圖Ⅱ中金屬棒X可能為銅,可使鋼管表面腐蝕電流接近于零
D.圖Ⅱ中金屬棒X的作用是作為損耗負極材料和傳遞電流
9.下列與金屬腐蝕有關的說法正確的是(　　)
A.圖a中,插入海水中的鐵棒,越靠近底端腐蝕越嚴重
B.圖b中,開關由M改置于N時,Cu-Zn合金的腐蝕速率減小
C.圖c中,接通開關時Zn腐蝕速率增大
D.圖d中,Zn-MnO2干電池放電時石墨棒為正極,N在正極得電子被還原
10.下列裝置圖的有關說法正確的是(　　)
A.裝置①中K鍵閉合時,片刻后CuSO4溶液中c(Cl-)增大
B.裝置①中K鍵閉合時,片刻后可觀察到濾紙a附近變紅色
C.裝置②中鐵腐蝕的速率由大到小的順序是只閉合K1>只閉合K3>只閉合K2>都斷開
D.裝置③中當鐵制品上析出1.6 g銅時,電源負極輸出的電子數為0.025NA
11.驗證犧牲陽極保護法,實驗如下(燒杯內均為經過酸化的3% NaCl溶液)。下列說法不正確的是(　　)
① 在Fe表面生成藍色沉淀
② 試管內無明顯變化
③ 試管內生成藍色沉淀
A.對比②③,可以判定Zn保護了Fe
B.對比①②,K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化
C.驗證Zn保護Fe時不能用①的方法
D.將Zn換成Cu,用①的方法可判斷Fe比Cu活潑
12.對金屬制品進行抗腐蝕處理可延長其使用壽命。
(1)以下為鋁材表面處理的一種方法:
以鋁材為陽極,在H2SO4溶液中通電,鋁材表面形成氧化膜,陽極電極反應式為 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)鍍銅可防止鐵制品腐蝕,電鍍時用銅而不用石墨作陽極的原因是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)利用如圖裝置可以模擬鐵的電化學防護。
若X為碳棒,為減緩鐵的腐蝕,開關K應置于　　　　處。若X為鋅,開關K置于M處,該電化學保護法稱為　　　　　　　　　。
C級學科素養拔高練
13.青銅是金屬冶煉史上最早的合金,我國出土了大量青銅器,體現了古代中國對人類文明的巨大貢獻。青銅器在埋藏過程中會逐漸生銹,其修復工作是文物保護的重要環節。
(1)查閱高中教材得知銅銹為Cu2(OH)2CO3,俗稱銅綠。銅綠在一定程度上可以提升青銅器的藝術價值。青銅器生銹過程中,參與形成銅綠的物質有Cu和　　　　　　　　　。
(2)繼續查閱資料,了解到銅銹的成分很復雜,主要成分有Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl。結構如圖所示:
考古學家將銅銹分為“無害銹”和“有害銹”,“無害銹”形成后可阻止內部金屬繼續腐蝕,而“有害銹”則無法阻止腐蝕的深入。結合兩種銅銹的結構推測,“有害銹”的主要成分為　　　　　　　　　　。
(3)Cu2(OH)3Cl的形成過程中會通過原電池反應產生CuCl(難溶于水的固體),請結合下圖回答:
①腐蝕過程中的正極反應物是　　　　　。
②過程Ⅰ負極的電極反應式是　。
(4)青銅器的修復追求“修舊如舊”,即在盡量不破壞“無害銹”的情況下阻止青銅器繼續被腐蝕,保護青銅器的藝術價值。青銅器除銹有以下三種常見方法:
ⅰ.檸檬酸浸法:將腐蝕文物直接放在2%~3%的檸檬酸溶液中浸泡除銹(檸檬酸的結構如圖所示):
ⅱ.碳酸鈉法:將文物置于含Na2CO3的溶液中浸泡,使CuCl轉化為Cu2(OH)2CO3;
ⅲ.BTA保護法:利用BTA(一種有機成膜劑)與+1價Cu(如CuCl)反應,形成一層透明的高聚物薄膜。
請回答下列問題:
①檸檬酸浸法利用了其結構中　　　　　　(填官能團名稱)的性質。
②寫出碳酸鈉法的離子方程式: 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
③相比于酸浸法,BTA保護法的優點是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)陜西歷史博物館展出了許多鎏金工藝青銅器。鎏金是古代常用的鍍金工藝,將金汞合金涂于器物表面,加熱使汞揮發,便形成一層光亮的金鍍層。下列關于青銅器鎏金工藝的說法正確的是　　　(填字母)。
鎏金銅沐缶
A.鎏金工藝的鍍金過程是一種化學變化
B.鎏金除了改善外觀,還可保護青銅器,使其不易生銹
C.若表面的金鍍層破損,暴露出的青銅表面會更易生銹
分層作業7　金屬的腐蝕與防護
1.B　解析 “近時人以醋制銅生綠,取收曬干貨之”,是指銅在弱酸性條件下發生了吸氧腐蝕,故選B。
2.C　解析 鐵和活性炭構成原電池,鐵作負極,電極反應式為Fe-2e-Fe2+,A錯誤;能量轉化形式不是唯一的,化學能除了轉化為電能外,還有熱能等,B錯誤;Fe和活性炭構成原電池后,反應速率變快,C正確;Fe和C在水中或NaCl溶液中均可構成原電池,Fe失去電子,空氣中的O2得電子,發生吸氧腐蝕,D錯誤。
3.C　解析 由壓強變化圖像可知pH=2時,壓強增大,說明生成氫氣,發生析氫腐蝕,pH=4時,壓強減小,說明消耗氧氣,發生吸氧腐蝕,兩溶液中負極反應均為Fe-2e-Fe2+,A、B、D正確;由斜率可知消耗氧氣的速率比生成氫氣的速率快,C錯誤。
4.B　解析 銅在空氣中主要發生吸氧腐蝕,A錯誤;銅銹的主要成分為Cu2(OH)2CO3,B正確;銅可以和硝酸反應,用硝酸清洗銅器可以除去銅銹,但也會破壞銅器,C錯誤;鉛、錫比銅活潑,腐蝕反應中銅做正極,會減緩銅的腐蝕,D錯誤。
5.C　解析 Cu比Ag活潑,將青銅器放在銀質托盤上,在潮濕空氣中構成原電池,青銅器作負極,青銅器更易被腐蝕,①錯誤;將青銅器保存在干燥的環境中,可避免其與空氣中的水接觸,不易被腐蝕,②正確;青銅器在潮濕的空氣中易發生吸氧腐蝕,③錯誤;覆蓋防滲的高分子膜可以隔絕潮濕的空氣,④正確。
6.C　解析 A項,鐵、銅和醋酸構成原電池,鐵易失電子作負極,則鐵的腐蝕加快;B項,食鹽水作電解質溶液,鐵炒鍋和鐵鏟都是鐵碳合金,符合原電池的形成條件,鐵作負極,碳作正極,則鐵的腐蝕加快;C項,銅鍍層將鐵球覆蓋,使鐵被保護,鐵不易被腐蝕;D項,符合原電池的形成條件,酸雨作電解質溶液,鐵作負極,則鐵的腐蝕加快。
7.A　解析 當a、b間用導體連接時構成原電池,根據題意,X應為負極,發生氧化反應,則X可以是鋅,不能選用石墨,A正確,B錯誤;當a、b與外接電源相連時,a應連接電源的負極作陰極,陰極發生還原反應,C、D錯誤。
8.D　解析 圖Ⅱ中采用犧牲陽極的陰極保護法,金屬X應選用比Fe活潑的金屬,做損耗負極,鋼管作正極,正極上H2O發生還原反應生成H2,電極反應式為2H2O+2e-2OH-+H2↑,故鋼管附近土壤中的c(OH-)會增大,pH可能會上升,A錯誤,D正確;圖Ⅰ鋼管腐蝕的過程中,負極上Fe失去電子發生氧化反應生成的Fe2+與正極周圍的S2-和OH-反應分別生成FeS和Fe(OH)2,B錯誤;圖Ⅱ中若金屬棒為銅,則構成原電池,鋼管為負極,會加速鋼管的腐蝕,鋼管表面腐蝕電流不為零,C錯誤。
9.BC　解析 A項,因液面處氧氣的濃度大且與海水接觸,故在液面略向下處鐵棒腐蝕最嚴重,錯誤;B項,開關置于M,則銅鋅合金做負極,腐蝕加快,開關置于N,則銅鋅合金做正極,受到保護,正確;C項,接通開關后形成原電池,Zn為負極,Zn的腐蝕速率增大,正確;D項,該干電池放電時石墨棒為正極,MnO2在正極得電子被還原,錯誤。
10.B　解析 裝置①K鍵閉合后,形成原電池,鋅為負極,銅為正極,原電池中陰離子向負極移動,則Cl-向ZnSO4溶液移動,A項錯誤;裝置①中K鍵閉合時,a極為陰極,陰極水電離產生的H+放電生成H2同時生成OH-,所以a附近變紅色,B項正確;Fe作陽極被腐蝕,作陰極被保護,所以鐵腐蝕的速率由大到小的順序是只閉合K1>只閉合K3>都斷開>只閉合K2,C項錯誤;裝置③中鐵制品上發生的反應為Cu2++2e-Cu,析出1.6 g銅即0.025 mol,則電源負極輸出的電子數為0.05NA,D項錯誤。
11.D　解析 根據實驗②的現象可知,在酸化的3% NaCl溶液中Fe電極未溶解,根據實驗③的現象可知,Fe在酸化的3% NaCl溶液中生成了Fe2+,兩者對照,可以判定Zn保護了Fe,A正確;根據實驗②取出Fe附近的溶液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,無明顯變化,可知Fe電極附近未生成Fe2+,而實驗①中Fe表面變藍,說明K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化,B、C正確;將Zn換成Cu,用①的方法K3[Fe(CN)6]可將Fe氧化,Fe表面也會生成藍色沉淀,不能用①的方法判斷Fe比Cu活潑,D錯誤。
12.答案 (1)2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+
(2)用銅作陽極可補充溶液中消耗的Cu2+,保持溶液中Cu2+濃度恒定
(3)N　犧牲陽極保護法
解析 (1)活潑金屬作陽極,陽極材料本身失電子被氧化,其氧化產物為Al2O3,由此可得陽極的電極反應式為2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+。
(3)若X為碳棒,則只能用陰極電保護法,此時開關K應置于N處。若X為Zn,K置于M處,其保護原理為犧牲陽極保護法。
13.答案 (1)O2、H2O、CO2
(2)Cu2(OH)3Cl
(3)①氧氣(H2O)　
②Cu-e-+Cl-CuCl
(4)①羧基　
②4CuCl+O2+2H2O+2C2Cu2(OH)2CO3+4Cl-　
③不破壞“無害銹”,可以保護青銅器的藝術價值,做到“修舊如舊”
(5)BC
解析 (1)由銅綠的化學組成和空氣中的化學組成可知,參與形成銅綠的物質有Cu和O2、H2O、CO2。
(2)由題干信息可知,堿式碳酸銅為致密結構,可以阻止潮濕空氣進入內部進一步腐蝕銅;而堿式氯化銅為疏松結構,潮濕空氣可以進入空隙內將內部的銅進一步腐蝕,故堿式氯化銅是“有害銹”,“有害銹”的主要成分為Cu2(OH)3Cl。
(3)“有害銹”的形成過程中會產生CuCl(白色不溶于水的固體),分析圖示可得,銅做負極失電子生成CuCl沉淀,正極上是氧氣得電子發生還原反應,反應為O2+4e-+2H2O4OH-,負極反應式:Cu-e-+Cl-CuCl。
(4)①由檸檬酸的結構簡式可知,分子中的羧基能與金屬氧化物反應,用于除銹。
②碳酸鈉法:將腐蝕文物置于含Na2CO3的緩沖溶液中浸泡,使CuCl轉化為難溶的Cu2(OH)2CO3,反應的離子方程式為4CuCl+O2+2H2O+2C2Cu2(OH)2CO3+4Cl-。
③酸浸法會和“無害銹”發生反應,相比于酸浸法,BTA保護法的優點是不破壞“無害銹”,可以保護青銅器的藝術價值,做到“修舊如舊”。
(5)鎏金工藝的鍍金過程即將金汞合金涂于器物表面,加熱使汞揮發,便形成一層光亮的金鍍層,是一種物理變化,A錯誤;鎏金即在青銅器表面鍍上一層金,由于金是一種很不活潑的金屬,故除了改善外觀,還可保護青銅器,使其不易生銹,B正確;由于金的活動性弱于Cu,若表面的金鍍層破損,暴露出的青銅表面由于能形成電化學腐蝕,會更易生銹,C正確。
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