2018届一轮复习人教版金属的电化学腐蚀与防护学案(1)

2018届一轮复习人教版金属的电化学腐蚀与防护学案(1)

‎1．金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。‎ ‎2．金属腐蚀的类型 ‎（1）化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属跟非金属单质直接接触 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化 联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 ‎（2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析：‎ 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 图示 条件 水膜酸性较强(pH≤4.3)‎ 水膜酸性很弱或呈中性 电极反应 负极 Fe−2e−Fe2+‎ 正极 ‎2H++2e−H2↑‎ O2+2H2O+4e−4OH−‎ 总反应式 Fe+2H+Fe2++H2↑‎ ‎2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2‎ 联系 吸氧腐蚀更普遍 铁锈的形成：4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3，2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O(铁锈)+(3−x)H2O。‎ ‎3．金属腐蚀的防护方法 ‎（1）改变金属的内部组织结构 例如把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢，就大大增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。‎ ‎（2）在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖致密的保护层，从而使金属制品跟周围物质隔离开来，这是一种普遍采用的防护方法。‎ ‎（3）电化学防护法 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法 依据 原电池原理 电解原理 原理 形成原电池时，被保护金属作正极(阴极)，不反应受到保护；活泼金属作负极(阳极)，发生反应受到腐蚀，阳极要定期予以更换 将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护金属作阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护 应用 保护一些钢铁设备，如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌片 保护土壤、海水及水中的金属设备 实例 示意图 考向一 金属的腐蚀快慢与防护方法的比较 典例1 如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为 A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥ C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥‎ 中金属铁为阴极，阳极金属被腐蚀速率快，阴极被保护，即⑤＞⑥，根据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，并且原电池的正极金属腐蚀速率快于电解池的阴极金属腐蚀速率，即⑤④②①③⑥，故答案为D。‎ ‎【答案】C ‎1．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↑‎ 过关秘籍 ‎（1）判断金属腐蚀快慢的规律 ‎①对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。‎ ‎②对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。学科#网 ‎③活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。‎ ‎④对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。‎ ‎（2）两种保护方法的比较 外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。‎ 考向二 析氢腐蚀和吸氧腐蚀 典例1 利用如图装置进行实验，开始时，左右两管液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法正确的是 A．左管中O2得到电子，右管中H+得到电子 B．一段时间后，左管液面低于右管液面 C．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe−3e− Fe3+‎ D．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小 ‎【答案】A ‎2．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 A．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+2H2O D．在金属表面涂一层油脂，能防止铁铆钉被腐蚀 ‎1．埋在地下的钢管道可以用如图所示方法进行电化学保护。下列说法正确的是 A．该方法将电能转化成化学能 B．在此装置中钢管道作正极 C．该方法称为“外加电流的阴极保护法”‎ D．镁块上发生的电极反应为O2+2H2O+4e−4OH−‎ ‎2．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是 A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B．图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小 C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大 D．图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的 ‎3．如图是自来水表的常见安装方式。下列有关说法不正确的是 A．该安装方式的水表更容易被腐蚀 B．发生腐蚀过程中，电子从接头流向水表 C．腐蚀时水表发生的电极反应为2H2O+O2+4e−4OH−‎ D．腐蚀过程还涉及反应：4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3‎ ‎4．用如图装置研究电化学原理，下列分析中错误的是 选项 连接 电极材料 分析 a b A K1K2‎ 石墨 铁 模拟铁的吸氧腐蚀 B K1K2‎ 锌 铁 模拟钢铁防护中牺牲阳极的阴极保护法 C K1K3‎ 石墨 铁 模拟电解饱和食盐水 D K1K3‎ 铁 石墨 模拟钢铁防护中外加电流的阴极保护法 ‎5．某同学进行下列实验：‎ 操作 现象 学科+网 放置一段时间后，生铁片上出现如 取一块打磨过的生铁片，在其表面滴1滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食盐水 图所示“斑痕”。其边缘处为红色，中心区域为蓝色，在两色环交界处出现铁锈 下列说法不合理的是 A．生铁片发生吸氧腐蚀 B．中心区：Fe–2e—Fe2+‎ C．边缘处：O2+2H2O+4e—4OH—‎ D．交界处：4Fe2++O2+10H2O4Fe(OH)3↓+8H+‎ ‎6．青铜器的制造是中华民族劳动人民智慧的结晶，成为一个时代的象征，但出土的青铜器大多受到环境腐蚀。如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。环境中的Cl−扩散到孔口，并与各电极产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl下列说法不正确的是 A．腐蚀过程中，负极c被氧化 B．环境中的Cl−扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为2Cu2＋+3OH−+Cl−Cu2(OH)3Cl↓‎ C．若生成 2.145 g Cu2(OH)3Cl，则理论上消耗标准状况氧气体积为0.448 L D．正极的电极反应式为：正极反应是 O2+ 4e−+2H2O4OH−‎ ‎1．[2017江苏][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+)≤5.6×10−4 mol·L−1‎ D．常温常压下，锌与稀H2SO4反应生成11.2 L H2，反应中转移的电子数为6.02×1023‎ ‎2．[2017新课标Ⅰ]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 ‎3．[2015上海]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↑‎ 变式拓展 ‎1．【答案】B 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。‎ ‎2．【答案】B ‎【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。‎ 考点冲关 ‎1．【答案】B 点睛：本题考查金属的腐蚀与防护，明确金属腐蚀与防护的原理以及原电池的工作原理是解答的关键。根据图片知，该金属防护措施采用的是牺牲阳极的阴极保护法，金属和钢管及电解质溶液构成原电池，镁块作负极，钢管道作正极，从而钢管道得到保护。‎ ‎2．【答案】B ‎【解析】A项：插入海水中的铁棒靠近液面的位置与氧气接触，易发生吸氧腐蚀；B项：开关由M改置于N时，Zn作负极，CuZn合金作正极，合金受到保护；C项：接通开关形成原电池，Zn作负极，Zn的腐蚀速率增大，但气体是在Pt电极上生成；D项：ZnMnO2中自放电腐蚀主要是Zn发生氧化反应而自放电。‎ ‎3．【答案】A ‎【解析】构成原电池，腐蚀铁，保护铜，所以该安装方式的水表不易被腐蚀，故A不正确；电子由铁流向铜，即电子从接头流向水表，故B正确；水表发生了吸氧腐蚀，氧气在水表的表面得电子，电极反应式为2H2O+O2+4e−4OH−，故C正确；负极放电产生的Fe2+与正极产生的OH−结合成 Fe(OH)2，Fe(OH)2被空气中的氧气氧化生成氢氧化铁，所以腐蚀过程还涉及反应：4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3，故D正确。‎ ‎4．【答案】D ‎【解析】‎ 在中性条件下，铁作负极失电子，石墨作正极，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，则Fe发生吸氧腐蚀，故A正确；Zn、Fe形成原电池，Zn作负极被腐蚀，Fe作正极被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法，故B正确；Fe作阴极，阴极上氢离子得电子，石墨作阳极，阳极上氯离子失电子，电解氯化钠溶液生成氢气、氯气和氢氧化钠，故C正确；Fe与正极相连，Fe作阳极，Fe失电子，被腐蚀，Fe不能被保护，故D错误。‎ ‎5．【答案】D ‎【解析】A．生铁片边缘处为红色，说明生成了氢氧根离子，O2 + 2H2O +4e−4OH—，生铁片发生吸氧腐蚀，故A合理；B．根据实验现象，中心区域为蓝色，说明生成了亚铁离子，Fe – 2e−Fe2+，故B合理；C．生铁片边缘处为红色，说明生成了氢氧根离子， O2 + 2H2O +4e−4OH—，故C合理；D． 在两色环交界处出现铁锈，是因为生成的氢氧化亚铁被氧气氧化生成了氢氧化铁，不是4Fe2+ + O2 + 10H2O4 Fe(OH)3↓ + 8H+，故D不合理；故选D。学@科网 ‎6．【答案】C mol×2×2/4=0.01 mol，故在标准状态体积为V=0.01 mol×22.4 L/mol=0.224 L，C错误；D、氧气在正极得电子生成氢氧根离子，电极反应式为：O2+ 4e−+2H2O4OH−，D正确，答案选C。‎ ‎【名师点睛】掌握电化学原理是解题的关键。电化学知识包括原电池和电解池，首先要确定装置是原电池还是电解池。确定方法是观察图示是否有电源，若有就是电解池，否则就是原电池。电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。结合电解质溶液的酸碱性书写电极反应式、总反应方程式，并根据电性作用原理：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引确定电解质溶液中离子移动的方向。原电池工作时，活动性强的电极为负极，发生氧化反应，活动性弱的电极为正极，正极上发生还原反应。要掌握电化学反应原理，结合电极及电解质溶液的酸碱性正确书写电极反应式，利用好图示及题干提供的信息，是本题解决的关键。尤其要注意电解质溶液的性质。‎ 直通高考 ‎1．【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1 mol H2，电子转移的数目为2 mol e−，在常温常压下，11.2 L H2的物质的量不是0.5 mol，所以反应中转移的电子数不是6.02，D不正确。‎ ‎【名师点睛】本题考查了对熵变、金属的电化学防腐措施、难溶电解质的沉淀溶解平衡、氧化还原反应中的电子转移、气体摩尔体积以及阿伏加德罗常数的掌握情况。要求学生会判断一些常见反应的熵变，能合理运用熵判据和焓判据来判断一个反应能否自发进行；搞懂牺牲阳极的阴极保护法和外接电流的阴极保护法的原理及其区别；会进行有关溶度积的简单计算；会判断氧化还原反应中电子转移的方向和数目；弄清气体摩尔体积的使用条件及阿伏加德罗常数的含义和近似值。‎ ‎2．【答案】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。‎ ‎3．【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。‎