- 金属的电化学腐蚀与防护
- 共1146题
节约能源、保护资源等已成为实现人类可持续发展的重要课题。
(1)原电池是将化学能转化为____能的装置。人类有待于开发和利用的新能源有 ____（写出一种即可）。在25℃、101 kPa时，1 mol CH4 (g)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)，放出890. 31 kJ的热量，该反应的热化学方程式可表示为 ______________。
(2)下图是铁的吸氧腐蚀实验。若装置的气密性良好，且开始时U形管两端的红墨水液面相平，则一段时间后，能观察到铁钉生锈，U形管的液面变为____（填“左高右低”或“左低右高”），其正极的电极反应式为____。
(3)下列防止地下钢管锈蚀的措施中，不正确的是____。
A．使它与电源负极相连
B．使它与铜板相连
C．在钢管表面喷油漆
D．使它与锌板相连
正确答案
(1)电 ；太阳能、氢能、核能、风能等； CH4 (g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(l) △H=-890. 31 kJ/mol
(2)左高右低； 2H2O+O2+4e-==4OH- (3)B
有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是（ ）
正确答案
A、析氢腐蚀和吸氧腐蚀，负极上铁失电子发生氧化反应，所以负极均是Fe发生氧化反应Fe-2e-=Fe2+，故A错误；
B、镀层破损后，镀锡铁板的镀层不能对铁制品起保护作用，加快铁板的腐蚀，故B错误；
C、在海轮外壳连接锌块，锌被腐蚀，从而保护了铁，所以保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法，故C正确；
D、电解时，阳极被腐蚀，阴极被保护；连接电源正极的电极为阳极，所以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，故D错误；
故选C．
如图，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：
（1）若液面上升，则溶液呈______性，电极反应式为：
负极：______，
正极：______
（2）若液面下降，则溶液呈______性，电极反应式为：
负极：______，
正极：______．
正确答案
生铁中含有碳，铁、碳和合适的电解质溶液构成原电池，
（1）若试管内液面上升，说明电解质环境是碱性或是中性，试管内气体因和水反应而使其压强减小，发生的是吸氧腐蚀，铁作负极，负极上铁失电子发生氧化反应，电极反应式为：Fe-2e-═Fe2+，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为2H2O+O2+4e-═4OH-，
故答案为：碱性或是中性；2Fe-4e-=2Fe2+；2H2O+O2+4e-═4OH-；
（2）若试管内液面下降，说明金属的腐蚀中生成气体导致压强增大，则金属发生的是析氢腐蚀，溶液呈酸性，负极上铁失电子发生氧化反应，电极反应式为：Fe-2e-═Fe2+，正极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为：4H++4e-═2H2↑，
故答案为：较强的酸；Fe-2e-═Fe2+；2H++2e-=H2↑．
如图，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察．请回答下列问题：
（1）若试管内液面上升，则原溶液呈现______性，发生______腐蚀，正极的电极反应式：______；
（2）若试管内液面下降，则原溶液呈现______性，发生______腐蚀，：负极的电极反应式：______．
正确答案
生铁中含有碳，铁、碳和合适的电解质溶液构成原电池，
（1）若试管内液面上升，说明电解质环境是碱性或是中性，试管内气体因和水反应而使其压强减小，发生的是吸氧腐蚀，铁作负极，负极上铁失电子发生氧化反应，电极反应式为：Fe-2e-═Fe2+，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为2H2O+O2+4e-═4OH-，
故答案为：碱性或是中性；吸氧；2H2O+O2+4e-═4OH-；
（2）若试管内液面下降，说明金属的腐蚀中生成气体导致压强增大，则金属发生的是析氢腐蚀，溶液呈酸性，负极上铁失电子发生氧化反应，电极反应式为：Fe-2e-═Fe2+，正极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为：4H++4e-═2H2↑，
故答案为：较强的酸；析氢；Fe-2e-═Fe2+．
（1）金属的腐蚀分为：
A．化学腐蚀 B．电化学析氢腐蚀 C．电化学吸氧腐蚀
请指出下列情况下，金属发生的主要腐蚀类别
（2）黄金是惰性金属，金光灿烂，在空气中永不腐蚀．但是我们在城市里到处都看到“金字招牌”上红棕色的锈迹斑斑，失去了华贵的色彩．试用原电池原理解释“金字招牌”失去光彩的原因，并请提出防止“金字招牌”生锈的至少一种可行的方案．
正确答案
（1）钢铁管在输送石油的过程中，石油属于非电解质，不能构成原电池装置，金属铁的腐蚀属于化学腐蚀；镀锌水管（表层部分受损）后形成原电池，金属锌为负极，发生失电子的氧化反应，属于电化学腐蚀中的吸氧腐蚀（pH=6～8的电解质环境）；镀锡铁桶（表层部分受损）露置在酸雨中，金属铁、锡和酸液形成原电池，金属铁为负极，发生的是电化学的析氢腐蚀；盛有食盐水的铜火锅（碳合金），会形成原电池，金属铜为负极，发生电化学吸氧腐蚀；铜银合金浸泡在稀硫酸中，金属铜为负极，发生析氢腐蚀，故答案为：A、C、B、C、C；
（2）“金字招牌”是金属铁和其他金属制成的合金，在空气中发生吸氧腐蚀，负极反应为：Fe-2e-=Fe2+，正极上是氧气得电子的过程，电极反应为：O2+4e-+2H2O=4OH-，总反应为：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2，氢氧化亚铁不稳定，易被氧化为氢氧化铁，即4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3，氢氧化铁可以分解为氧化铁，是铁锈的主要成分，即2Fe（OH）3=Fe2O3•xH2O+（3-x）H2O，要防止“金字招牌”生锈，可以使其和金属锌连接或是和电源的负极连接即可，故答案为：
．
锌锰废电池可回收锌、锰元素生产硫酸锌及碳酸锰，其中生产工业级碳酸锰工艺如下：
试回答下列问题：
（1）硫酸锌水溶液显酸性，用离子方程式说明______．
（2）原料锰粉粗品中主要成分为MnO2和碳，焙烧时反应的化学方程式为MnO2+C=MnO+CO↑，该反应的氧化产物是______．
（3）50-55℃向MnS04的母液中加入足量NH4HC03，反应的化学方程式为：
MnSO4+2NH4HCO3=（NH4）2SO4+MnCO3↓+______+______．
（4）已知三种离子沉淀的pH范围为Fe3+：2.7～3.7，Mn2+：8.6～10.1，Fe2+：7.6～9.6．下表是上述过程②中除去Fe2+的模拟操作方法，请完成下表内容：
正确答案
（1）锌离子水解生成氢氧化锌和氢离子，溶液呈酸性，反应的离子方程式为：Zn2++2H2O⇌Zn（OH）2+2H+；故答案为：Zn2++2H2O⇌Zn（OH）2+2H+；
（2）化学方程式为MnO2+C=MnO+CO↑，碳元素化合价从0价变化为+2价，做还原剂被氧化为CO，该反应的氧化产物是CO；
故答案为：CO；
（3）50-55℃向MnS04的母液中加入足量NH4HC03，依据原子守恒得到：MnSO4+2NH4HCO3=（NH4）2SO4+MnCO3↓+H2O+CO2↑；
故答案为：H2O，CO2；（4）三种离子沉淀的pH范围为Fe3+：2.7～3.7，Mn2+：8.6～10.1，Fe2+：7.6～9.6．过程②是除去亚铁离子的方法，加入氧化剂过氧化氢盐亚铁离子为铁离子，调节溶液PH在3.7～8.6，铁离子完全沉淀，锰离子不沉淀，达到分离杂质的目的；过氧化氢氧化亚铁离子的离子方程式为：2Fe2++H2O+2H+=2Fe3++2H2O；
故答案为：2Fe2++H2O+2H+=2Fe3++2H2O；3.7～8.6；
工业上常以赤铁矿石（主要成分为Fe2O3）和焦炭为主要原料，在高温下炼铁．焦炭产生CO的反应是：
C+O2
（1）CO还原赤铁矿的化学方程式是______
（2）下列说法正确的是______
a．为使赤铁矿石充分燃烧，需将其粉碎
b．足量的空气能提高炼铁反应速率
c．与生铁相比较，纯铁转化为“铁水”的温度低
（3）生铁的用途很多，某电镀厂用生铁将废水中的Cr2O72-转化为Cr3+，流程图1：
①气体A是______
②在上述酸性溶液中，生铁比纯铁产生Fe2+的速率快，原因是______
③将Cr3+转化为Cr（OH）3的离子方程式是______
（4）电解法将一定浓度的酸性废水中的Cr2O72-转化为Cr3+，其原理示意图2：
①阳极附近溶液中Cr2O72-转化为Cr3+的离子方程式是______
②一段时间后，试管底部出现沉淀．解释生成沉淀的原因：______．
正确答案
（1）一氧化碳和氧化铁在高温的条件下生成铁和二氧化碳，故答案为：Fe2O3+3CO
（2）a、原料铁矿石是固体、空气是气体，为了加快反应速率，所以要将黄铁矿粉碎，增大接触面，提高反应速率，故a正确；
b、采用空气过量目的是增大氧气浓度，提高一氧化碳的浓度，提高炼铁反应速率，故b正确；
c、生铁是合金，熔点低，故c错误；
故答案为：a b；
（3）①铁与硫酸反应生成H2，故答案为：H2；
②生铁中含有C，铁和碳在硫酸溶液中形成原电池，故答案为：生铁中含有C，在硫酸溶液中形成无数微小原电池，加快反应速率；
③Cr3+与石灰乳反应生成Cr（OH）3是沉淀，离子方程式是2Cr3++3Ca（OH）2═2Cr（OH）3↓+3Ca2+，故答案为：2Cr3++3Ca（OH）2═2Cr（OH）3↓+3Ca2+；
（4）①铁作阳极，电极本身被氧化，反应式为Fe-2e-═Fe2+，溶液呈酸性，H+离子在阴极放电生成氢气，反应式为2H++2e═H2↑，Fe2+离子与Cr2O72-离子发生氧化还原反应生成Fe3+离子和Cr3+离子，反应离子方程式为6Fe2++Cr2O72-+14H+═6Fe3++2Cr3++7H2O，故答案为：6Fe2++Cr2O72-+14H+═6Fe3++2Cr3++7H2O；
②随着电解进行，c（OH-）浓度增大，生成Fe（OH）3和Cr（OH）3沉淀，故答案为：随着电解进行，溶液中c（H+） 逐渐减少，c（OH-）浓度增大，生成Fe（OH）3和Cr（OH）3沉淀；
钢铁工业是国家工业的基础，请回答钢铁腐蚀、防护过程中的有关问题．
（1）若把锌片和铁片放在盛有食盐水和酚酞的表面皿中，如图1所示，能观察到酚酞变红的现象的区域是______（填I、II、III、IV），写出II处电极的电极反应式：______；写出IV处电极的电极反应式：______；写出该两种情况下发生的总反应的离子方程式：______；______．若把III的铁片改为碳棒，写出该处发生的电极反应式：______
（2）如图2所示各个装置中铁棒被腐蚀由易到难的顺序是______（填字母）
（3）利用如图3装置，可模拟铁的电化学防护，下列有关说法正确的是______（填字母）
A．若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于M处
B．若X为锌板，K置于M或N处，均能减缓铁的腐蚀
C．若X为碳棒，K置于M或N处，一段时间后溶液pH均不变
D．若X为碳棒，K置于M或N处，Cl-均向X电极移动
（4）在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀．装置如图4，请回答：
①B电极对应的金属是______（写元素名称），A电极的电极反应式是______
②若电镀前铁、铜两电极的质量相同，电镀完成后，若电镀时电路中通过的电子为0.2mol，将它们取出洗净、烘干、称量，则A、B两极质量相差______ g．
正确答案
（1）第一个装置是原电池，Zn为负极，溶液中的氧气在Ⅰ处得电子生成OH-，所以Ⅰ处变红；第二个装置是电解池，铁为阳极，溶液中的H+在Ⅳ处得电子，破坏了锌片附近水的电离平衡，使得OH-浓度增大，所以Ⅳ处变红，Ⅱ处是原电池的负极，电极反应为：Zn-2e-=Zn2+，Ⅳ处是电解池的阴极，发生电极反应为：2H++2e-=H2↑，该两种情况下发生的总反应的离子方程式：2Fe+O2+H2O=2Fe（OH）2、Fe+2H2O
故答案为：Ⅰ、Ⅳ；Zn-2e-=Zn2+；2H++2e-=H2↑；2Fe+O2+H2O=2Fe（OH）2；Fe+2H2O
（2）A、该装置中铁作负极，铁易失去电子而易被腐蚀；
B、该装置中铁作正极，铁电极上易得电子而被保护；
C、铁不发生电化学腐蚀；
D、铁作电解池的阴极而被保护；
同一种金属的腐蚀由快到慢的顺序是：电解池的阳极＞原电池的负极＞原电池正极＞电解池阴极，所以铁棒被腐蚀由易到难的顺序ACBD，
故答案为：A＞C＞B＞D；
（3）A、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，故A正确；
B、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，若X为锌板，K置于N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，故B正确；
C、若X为碳棒，K置于N处，形成电解池，金属铁为阴极，该极上氢离子得电子放出氢气，氢离子减少，阳极上是氯离子失电子产生氯气，导致溶液的pH增大，故C错误；
D、若X为碳棒，K置于M处形成原电池，氯离子移向负极金属铁，K置于N处，Cl-均向阳极碳棒电极移动，故D错误；
故选AB；
（4）①在铁件的表面镀铜的电镀池中，作阳极A的是镀层金属铜，Cu-2e-=Cu2+，阴极B是金属铁，故答案为：铁；Cu-2e-=Cu2+；
②电镀时两极反应为：A电极：Cu-2e-=Cu2+，B电极上：Cu2++2e-=Cu，若电镀时电路中通过的电子为0.2mol，则A极上质量减少6.4g，B极上质量增加6.4g，所以A、B两极质量相差12.8g，故答案为：12.8．
某课外小组同学对不同条件下铁钉的锈蚀进行了如下实验探究：
一周后观察：
（1）铁钉被腐蚀程度最大的是______（填实验序号），该实验中主要发生的是______（填“化学腐蚀”或“电化学腐蚀”），铁发生该腐蚀的条件是______．
（2）铁发生电化学腐蚀时正极的电极反应为______．
（3）为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是______、______（答两种方法）．
正确答案
（1）①在干燥空气中难以腐蚀，②隔绝空气也难以腐蚀，③④发生电化学腐蚀，但④中电解质溶液离子浓度大，导电性强，电化学腐蚀速率快，电化学腐蚀的发生了原电池反应，从原电池的形成条件来判断：有两个活泼性不同的电极、电解质溶液、闭合回路，金属腐蚀时还有有空气，
故答案为：④；铁接触空气和电解质溶液（铁与潮湿空气接触）；
（2）反应中铁是负极，发生氧化反应，生成Fe2+，在正极上发生吸氧腐蚀，电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，故答案为：O2+2H2O+4e-=4OH-；
（3）金属的防护措施有牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法，另外还有电镀、喷镀、喷油漆等方法使金属与空气、水等物质隔离，以防止金属腐蚀，故答案为：牺牲阳极的阴极保护法；外加电流的阴极保护法．
银铜合金广泛用于航空工业．从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如图：
（1）电解精练银时，阴极反应式为______；滤渣A与稀HNO3反应，产生的气体在空气中迅速变为红棕色，该红棕色气体与水反应的化学方程式为______．
（2）固体混合物B的组成为______；在生成固体B的过程中，必须控制NaOH的加入量，若NaOH过量，则因过量引起的反应的离子方程式为______．
（3）煅烧过程中生成的氧化产物与NH3在催化剂条件下反应的化学方程式为______这个反应中会有白烟产生，该白烟为______．
（4）若银铜合金中铜的质量分数为64%，理论上3.0kg废料中的铜可完全转化为______mol CuAlO2，至少需要1.0mol•L-1的Al2（SO4）3溶液______L．
正确答案
（1）电镀法精炼银时，粗银为阳极，精银为阴极，阳极上失电子变成离子进入溶液了：Ag-e-=Ag+，阴极银离子得到电子形成单质银：Ag++e-=Ag；生成红棕色气体是N02，N02与水反应的化学方程式为：3NO2+H2O=2HNO3+NO↑，故答案为：Ag++e-=Ag；3NO2+H2O=2HNO3+NO↑；
（2）未煮沸之前是Cu（OH）2和Al（OH）3，Al（OH）3和Cu（OH）2，煮沸后Cu（OH）2分解产生氧化铜，可知B为Al（OH）3和CuO；氢氧化铝显两性能与碱反应：Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+2H2O，故答案为：Al（OH）3和CuO；Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O；
（3）Cu化合价由+2变为+1，Al化合价没变，因此O的化合价升高，得到氧化产物是氧气，NH3在催化剂条件下和氧气反应生成NO和水，化学方程式为：4NH3+5O2
故答案为：4NH3+5O2
（4）由关系式：Cu～CuAlO2得n（CuAlO2）=
故答案为：30；15．
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