資源簡介

第四章　化學反應與電能
第三節　金屬的腐蝕與防護
基礎過關練
題組一　　金屬的腐蝕
1.如圖是家庭燃氣灶的部件圖,下列說法正確的是 (　　)
A.爐頭容易生銹,主要是高溫下鐵發生電化學腐蝕
B.外殼是鋁合金材料,不易銹蝕是因為鋁不活潑
C.鍋支架生銹的主要原因是經常沾上鹽水,鐵發生化學腐蝕
D.灶腳由螺釘和外層電木(一種耐高溫塑料)組成,電木起到了防止金屬腐蝕的作用
2.用如圖裝置進行鐵的電化學腐蝕實驗,一段時間后,試管發熱,導管口有氣泡產生。下列說法正確的是 (　　)
A.鐵發生的電極反應為Fe-3e- Fe3+
B.鐵腐蝕過程中,部分化學能轉化為熱能
C.碳粒的存在對鐵腐蝕的速率無影響
D.導管口產生氣泡,證明鐵發生了析氫腐蝕
題組二　　金屬腐蝕的快慢比較
3.在下列各種情況下,鋼鐵腐蝕速率最慢的是 (　　)
A.潮濕疏松透氣的土壤中
B.在含鐵元素較多的酸性土壤中
C.在含碳粒較多、潮濕透氣的土壤中
D.在干燥致密不透氣的土壤中
4.(教材習題改編)下列各裝置中都盛有0.1 mol·L-1的NaCl溶液,放置相同時間,鋅片的腐蝕速率由快到慢的順序是 (　　)
① ② ③ ④
A.③①④②　　　　B.①②④③
C.②①④③　　　　D.②①③④
題組三　　金屬的防護
5.研究金屬腐蝕及防護的裝置如圖所示,下列有關說法不正確的是 (　　)
　
A.圖1:溶液變紅
B.若圖2中電極d為銅棒,海水換成稀硫酸,則銅棒上有H2生成
C.圖2:若電極d為鋅,則鐵不易被腐蝕
D.圖1:a點產生的鐵銹比b點少
6.利用如圖裝置,可以模擬鐵的電化學防護。下列說法正確的是(　　)
A.若X為碳棒,為減緩鐵的腐蝕,開關K應置于N處
B.若X為鋅,開關K置于M處,該電化學防護法稱為外加電流法
C.若X為碳棒,為減緩鐵的腐蝕,開關K應置于M處,該電化學防護法稱為犧牲陽極法
D.若X為鋅,開關K置于N處,對鐵不能起到保護作用
能力提升練
題組　　與金屬的腐蝕與防護相關的實驗探究
1.(教材深研拓展)甲、乙同學分別用如圖所示裝置驗證鐵的電化學防腐原理。
相同時間后進行如下實驗:
實驗①:甲同學分別向Ⅰ、Ⅱ中Fe電極附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液,Ⅰ中產生藍色沉淀,Ⅱ中無沉淀。
實驗②:乙同學分別取Ⅰ、Ⅱ中Fe電極附近溶液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,Ⅰ、Ⅱ中均無沉淀。下列說法正確的是 (　　)
A.Ⅰ是犧牲陽極法,負極反應式為Fe-2e- Fe2+
B.Ⅱ為外加電流法,Fe電極與外接電源的正極相連
C.由實驗①中Ⅰ、Ⅱ現象的差異,推測K3[Fe(CN)6]在Ⅰ中氧化性強于Ⅱ
D.由實驗可知,兩種保護法均能保護Fe,且Ⅱ保護得更好
2.某同學利用如圖所示裝置探究金屬的腐蝕與防護條件。對于該實驗下列說法正確的是 (　　)
A.①區鐵電極發生吸氧腐蝕,Cu電極上有氣體生成
B.②區鐵電極被腐蝕
C.③區鐵電極被保護,鐵電極反應式為2H2O+2e- H2↑+2OH-
D.④區鐵電極被保護
3.某化學小組探究鐵釘在4種溶液中的吸氧腐蝕實驗,相關數據如表所示。
實驗 編號 浸泡液 pH 氧氣體積分數 隨時間的變化
① 1.0 mol/L NH4Cl溶液 6
② 0.5 mol/L (NH4)2SO4溶液 6
③ 1.0 mol/L NaCl溶液 7
④ 0.5 mol/L Na2SO4溶液 7
已知鐵在負極被氧化的過程由3個步驟構成:
①Fe+H2O-e- Fe(OH)ads(吸附物)+H+;
②Fe(OH)ads(吸附物)-e- FeOH+;
③FeOH++H+ Fe2++H2O。
下列說法錯誤的是 (　　)
A.鐵釘吸氧腐蝕的負極反應式為Fe-2e-Fe2+
B.上述實驗的正極反應式均為O2+4e-+2H2O 4OH-
C.300 min內,鐵釘的平均吸氧腐蝕速率:弱酸性溶液<中性溶液
D.對比實驗①、③可知,N的存在導致鐵釘的吸氧腐蝕速率加快
答案與分層梯度式解析
基礎過關練
1.D 2.B 3.D 4.C 5.D 6.A
1.D　燃氣灶的中心部位容易生銹,主要是高溫下鐵發生化學腐蝕,A錯誤;鋁的化學性質活潑,B錯誤;鍋支架生銹的主要原因是經常沾上鹽水,發生電化學腐蝕,C錯誤;外層電木阻止螺釘與空氣接觸,保護了內層的螺釘,防止金屬腐蝕,D正確。
2.B　鐵發生的電極反應為Fe-2e- Fe2+,A錯誤;鐵腐蝕過程中,試管發熱,說明部分化學能轉化為熱能,B正確;鐵粉、碳粒、氯化鈉溶液構成原電池,碳粒的存在加快鐵腐蝕的速率,C錯誤;鐵腐蝕過程中,具支試管內溫度升高,氣體膨脹,故導管口產生氣泡不能證明鐵發生了析氫腐蝕,D錯誤。
易錯分析　注意鋼鐵發生析氫腐蝕或吸氧腐蝕時,負極均是Fe失電子生成Fe2+,而不是Fe3+。本題D項易判斷錯誤,注意導管口產生氣泡,可能是產生了氣體,也可能是反應放熱使具支試管內溫度升高,氣體受熱膨脹。
3.D　土壤潮濕疏松,提供水和氧氣,鋼鐵腐蝕速率加快;在含鐵元素較多的酸性土壤中,鋼鐵發生析氫腐蝕,腐蝕速率加快;在含碳粒較多、潮濕透氣的土壤中,構成原電池,鋼鐵腐蝕速率加快;干燥致密不透氣的土壤中,不易構成原電池,鋼鐵腐蝕速率最慢。
4.C　①中Zn作負極,能加快Zn的腐蝕;②中Zn作電解池陽極,腐蝕速率比①中快;③中Zn作電解池陰極被保護,不易被腐蝕;④中Zn發生化學腐蝕,腐蝕速率比①中慢。綜上可知,鋅片的腐蝕速率由快到慢的順序為②①④③。
5.D　與食鹽水接觸的生鐵發生吸氧腐蝕,有OH-生成,可觀察到溶液變紅,a點氧氣含量高,所以a點產生的鐵銹比b點多,A正確、D錯誤;若電極d為銅棒,海水換成稀硫酸,則Fe作負極,Cu作正極,在正極發生得電子的還原反應:2H++2e- H2↑,B正確;若電極d為鋅,形成原電池,Zn為負極,Fe為正極,正極被保護,則鐵不易被腐蝕,C正確。
6.A　
若X為碳棒,開關K置于N處,金屬鐵作電解池的陰極,鐵被保護,可減緩鐵的腐蝕,A正確;若X為鋅,開關K置于M處,鋅作原電池的負極,鐵作原電池的正極,該電化學防護法稱為犧牲陽極法,B錯誤;若X為碳棒,開關K置于M處,鐵作原電池的負極,加快了鐵的腐蝕,C錯誤;若X為鋅,開關K置于N處,鋅作電解池的陽極,鐵作電解池的陰極,可以減緩鐵的腐蝕,D錯誤。
能力提升練
1.D 2.B 3.C
1.D　圖Ⅰ中Fe電極是正極,Zn電極是負極,屬于犧牲陽極法,由于電解質溶液呈酸性,故正極上氫離子得電子,負極是Zn失去電子,負極的電極反應式為Zn-2e- Zn2+,A錯誤;外加電流法中要保護的金屬應與外接電源的負極相連,即Fe與外接電源的負極相連,B錯誤;Ⅰ中會有少量的Fe直接與酸反應生成Fe2+,與K3[Fe(CN)6]在Ⅰ、Ⅱ中的氧化性無關,C錯誤;對比Ⅰ、Ⅱ現象可知,兩種保護法均能保護Fe,且外加電流法保護得更好,即Ⅱ保護得更好,D正確。
2.B　①區形成原電池,Fe為負極,發生吸氧腐蝕,Cu電極上沒有氣體生成,故A錯誤;②區形成電解池,Cu電極為陰極,Fe為陽極,Fe被腐蝕,故B正確;③區形成原電池,Fe為正極,電解質溶液為中性溶液,正極電極反應為O2+2H2O+4e- 4OH-,故C錯誤;④區形成電解池,Fe為陽極,被氧化,故D錯誤。
3.C　鐵釘吸氧腐蝕的負極反應式為Fe-2e- Fe2+,A正確;在中性或弱酸性環境中發生的是吸氧腐蝕,故正極反應式為O2+4e-+2H2O 4OH-,B正確;①②浸泡液顯酸性,③④浸泡液顯中性,根據圖像可知,鐵釘的平均吸氧腐蝕速率:酸性溶液>中性溶液,C錯誤;對比實驗①、③可知,溶液中Cl-濃度相同, N的存在導致鐵釘的吸氧腐蝕速率加快,D正確。
8(共18張PPT)
第三節 金屬的腐蝕與防護
知識點 1 金屬的腐蝕
必備知識 清單破
1.概念與分類
(1)概念:金屬或合金與周圍的氣體或液體發生氧化還原反應而引起損耗的現象。
(2)分類
　　由于與金屬接觸的氣體或液體不同,發生腐蝕的情況也不同,一般可分為化學腐蝕和電
化學腐蝕。
①化學腐蝕:金屬與其表面接觸的一些物質(如O2、Cl2、SO2等)直接反應而引起的腐蝕。腐
蝕的速率隨溫度升高而加快。
②電化學腐蝕:當不純的金屬與電解質溶液接觸時會發生原電池反應,比較活潑的金屬發生
氧化反應而被腐蝕。
2.鋼鐵的電化學腐蝕
析氫腐蝕 吸氧腐蝕
條件 水膜酸性較強 水膜酸性很弱或呈中性
負極反應 Fe-2e- Fe2+ 正極反應 2H++2e- H2↑ O2+4e-+2H2O 4OH-
總反應 Fe+2H+ Fe2++H2↑ 2Fe+O2+2H2O 2Fe(OH)2
聯系 通常兩種腐蝕同時存在,但吸氧腐蝕更普遍 特別提醒 吸氧腐蝕中,Fe(OH)2在空氣中進一步被氧化為Fe(OH)3,Fe(OH)3失去部分水生成
Fe2O3·xH2O(鐵銹的主要成分),反應如下:4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3,2Fe(OH)3 Fe2O3·
xH2O+(3-x)H2O。
知識點 2 金屬的防護
1.改變金屬材料的組成
　　在金屬中添加其他金屬或非金屬制成性能優異的合金。如制成不銹鋼。
2.在金屬表面覆蓋保護層
　　將金屬制品與周圍物質隔開的方法。如制成非金屬保護層、金屬保護層、發藍處理、
鈍化處理等。
3.電化學保護法(詳見定點)
4.判斷金屬腐蝕快慢的規律
(1)對不同腐蝕類型來說,腐蝕速率的快慢:電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化
學腐蝕>有防護措施的腐蝕。
(2)對同一金屬來說,在不同溶液中腐蝕速率的快慢:強電解質溶液中>弱電解質溶液中。
(3)活動性不同的兩種金屬,活動性差別越大,活潑金屬腐蝕得越快。
(4)對同一種電解質溶液來說,電解質濃度越大,金屬腐蝕越快。
知識辨析
1.干燥環境下,所有金屬都不能被腐蝕,這種說法對嗎
2.在潮濕空氣中,鋼鐵表面形成水膜,金屬發生的一定是吸氧腐蝕,這種說法對嗎
3.在船體外嵌入鋅塊,可以減緩船體的腐蝕,屬于犧牲陰極法,這種說法對嗎
一語破的
1.不對。干燥環境下,金屬可發生化學腐蝕。
2.不對。水膜酸性較強時,鋼鐵發生析氫腐蝕。
3.不對。應該是犧牲陽極法——原電池原理。
關鍵能力 定點破
定點 電化學保護法
方法 犧牲陽極法 外加電流法
原理 利用原電池原理,被保護的金屬作為正極,活潑性更強的金屬作為負極 利用電解原理,被保護的金屬作為陰極,惰性電極作為輔助陽極,被保護金屬與外接電源負極相連
優、缺點 無需外加電源,但需要定期更換被腐蝕的金屬 無需更換金屬,但消耗電能
應用 保護一些鋼鐵設備,如鍋爐內壁、船舶外殼等 保護土壤、海水及河水中的金屬設備
示意圖
　　一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示[KOH溶液中,Zn2+以Zn(OH 存在]。

(情境選自2022年全國甲卷10題)
學科素養 情境破
素養 證據推理與模型認知——探究“隔膜”在電化學裝置中的應用
問題1 請根據圖示裝置,寫出放電時負極反應式和正極反應式。能否寫出總反應式
提示 根據圖示裝置可知,Ⅲ區Zn電極為電池的負極,Ⅰ區MnO2電極為正極。負極Zn失電子
被氧化生成Zn(OH ,負極反應為Zn-2e-+4OH- Zn(OH ;正極MnO2在酸性條件下被還原
為Mn2+,正極反應為MnO2+2e-+4H+ Mn2++2H2O。結合正極反應和負極反應可寫出電池總
反應為Zn+4OH-+MnO2+4H+ Zn(OH +Mn2++2H2O。
問題2 電池工作時,兩個離子選擇隔膜的類型是什么
提示 結合正、負極反應可知,Ⅰ區正電荷減少,Ⅲ區負電荷減少,則Ⅲ區K+通過右側隔膜向
Ⅱ區移動,Ⅰ區S 通過左側隔膜向Ⅱ區移動,則左側隔膜為陰離子交換膜,右側隔膜為陽離
子交換膜。
問題3 用惰性電極電解飽和食鹽水的裝置如圖所示,請分析該離子交換膜的類型及所起的作用。
提示 電解飽和食鹽水時,采用陽離子交換膜把陽極室和陰極室隔開,陽極產生Cl2,陰極產生
H2和NaOH,該陽離子交換膜具有選擇透過性,阻止OH-進入陽極室與Cl2發生副反應,防止陽極
產生的Cl2和陰極產生的H2混合發生爆炸。
“隔膜”在電化學裝置中的應用
講解分析
1.幾種常見的“隔膜”
陽離子交換膜 對陽離子有選擇性透過作用的膜,簡稱陽膜
質子交換膜 一般指對H+有選擇性透過作用的膜
陰離子交換膜 對陰離子有選擇性透過作用的膜,簡稱陰膜
“兩性離子”交換膜 同時含有陽離子交換基團和陰離子交換基團的離子交換膜,對某些離子有較高的選擇性,主要用于離子分離和回收溶液中的微量金屬
雙極性膜 一面是陰離子交換膜,另一面是陽離子交換膜,中間有一層很薄的相界面,在直流電作用下,相界面中的H2O解離成H+和OH-并分別透過陽膜和陰膜,作為H+和OH-的供應源,簡稱雙極膜
2.含“隔膜”的多室電解池模型
　　多室電解池是利用離子交換膜的選擇透過性(只允許帶某種電荷的離子通過)將電解池
分為兩室、三室、四室等,以達到濃縮、凈化、提純及電化學合成的目的。
(1)“雙膜三室”電解池
　　在電解裝置中,利用兩個離子交換膜隔開三個盛有電解質溶液的“室”。如圖所示,
“雙膜”為離子交換膜a和離子交換膜b,“三室”為Ⅰ室、Ⅱ室和Ⅲ室。
　　根據電解的目的不同,離子交換膜a和離子交換膜b可以均是陽離子交換膜,也可以均是
陰離子交換膜,還可以一個是陽離子交換膜,一個是陰離子交換膜。
(2)“三膜四室”電解池
　　在電解裝置中,利用三個離子交換膜隔開四個盛有電解質溶液的“室”。以四室電滲析
法制備H3PO2為例,其工作原理如圖所示。
　　陽極反應為2H2O-4e- O2↑+4H+,產生的H+通過陽離子交換膜進入產品室;原料室中
的H2P 通過陰離子交換膜進入產品室,與H+結合生成弱電解質H3PO2;陰極反應為4H2O+4e-
2H2↑+4OH-,原料室中的Na+通過陽離子交換膜進入陰極室。
例題 Co是磁性合金的重要材料。工業上可用如下裝置制取單質Co并獲得副產品鹽酸(A、
B膜均為離子交換膜)。
下列說法正確的是 (　 )
A.若陰極析出5.9 g Co,則加入0.1 mol Co(OH)2可
將溶液恢復至原狀態
典例呈現
B.A膜為陰離子交換膜,B膜為陽離子交換膜
C.若產品室Δn(HCl)=0.2 mol,則兩電極室溶液的質
量變化差為|Δm陰極室溶液|-|Δm陽極室溶液|=11.2 g
D.電解結束后,陽極室溶液的pH增大
C
素養解讀 本題以電解制備Co和副產品鹽酸為情境素材,考查對電解原理的理解及“隔
膜”在電化學裝置中的應用,體現了證據推理與模型認知的化學學科核心素養。
信息提取 與電源正極相連的石墨電極為陽極,陽極上水放電:2H2O-4e- 4H++O2↑,H+通
過A膜進入產品室;陰極上Co2+放電:Co2++2e- Co,溶液中Cl-通過B膜進入產品室。
解題思路 電解總反應為2Co2++2H2O 4H++2Co+O2↑,電解過程中溶液中H元素質量不
變,故復原時不能加入Co(OH)2,A錯誤;石墨電極為陽極,陽極室中H+通過A膜進入產品室,則A
膜為陽離子交換膜,陰極室中Cl-通過B膜進入產品室,則B膜為陰離子交換膜,B錯誤;若產品室
Δn(HCl)=0.2 mol,則陽極消耗0.1 mol H2O,陽極溶液質量減少0.1 mol×18 g/mol=1.8 g,陰極消
耗0.1 mol CoCl2,陰極溶液質量減少0.1 mol×130 g/mol=13 g,故兩電極室溶液的質量變化差為
|Δm陰極室溶液|-|Δm陽極室溶液|=13 g-1.8 g=11.2 g,C正確;電解結束后,陽極室中溶劑水減少,硫酸濃度增
大,溶液的pH減小,D錯誤。
　　電化學知識是高考必考點,題目素材常與生產、生活相聯系,所涉及的電化學裝置往往
含有“隔膜”。
　　在原電池中應用“隔膜”,一般可起到平衡電荷的作用,還能防止電解質溶液中的部分
離子與電極直接反應。在電解池中使用“隔膜”的主要目的是限制某些離子(或分子)的定
向移動,避免電解質溶液中的離子(或分子)與電極產物反應,提高產品純度或防止發生危險等。
思維升華

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