- 金属的腐蚀和防护
- 共3685题
如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容．为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：
回答以下问题：
（1）上述实验中发生了电化学腐蚀的是（填实验序号）______；在电化学腐蚀中，负极反应是______；
（2）由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素是______．
（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）3、4、5中铁丝表面发生了变化，说明铁丝发生了电化学腐蚀；铁丝发生电化学腐蚀中，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+．
故答案为：3﹑4﹑5；Fe-2e-=Fe2+；
（2）2、4实验说明温度影响铁的腐蚀；1、3实验说明湿度影响铁的腐蚀；4、5实验说明电解质的存在影响铁的腐蚀，所以影响铁腐蚀的因素有：温度、湿度和电解质的存在，
故答案为：温度﹑湿度﹑电解质的存在；
（3）为发生铁发生，常用的方法有：电镀﹑刷漆等表面覆盖法及牺牲阳极保护阴极法等，
故答案为：电镀﹑刷漆等表面覆盖法及牺牲阳极保护阴极法等．
新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。某研究小组将甲烷燃料电池作为电源进行氯化镁溶液龟解实验，电解装置如图所示。
请回答下列问题：
（1）甲烷燃料电池负极的电极反应式为： 。
（2）闭合开关K后，a、b电极上均有气体产生，其中a电极上的气体可用 检验，b电极上得到的气体是 ，电解氯化镁溶液的离子方程式为 。
（3）若甲烷通入量为1.12 L（标准状况），且反应完全，则理论上通过电解池的电子的物质的量为 ，产生的氯气体积为 L（标准状况）。
（4）已知常温常压下，0.25molCH4完全燃烧生成CO2和H2O时，放出222.5kJ热量，请写出CH4燃烧热的热化学方程式 。
已知；①C（石墨）+O2（g）=CO2（g）△H1=-393．5kJ/mol
②2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H2=-571．6kJ/mol
计算：C（石墨）与H2（g）反应生成1molCH4（g）的△H= 。
正确答案
（1）CH4+ 10OH――8e- = CO32－+7H2O
（2）湿润的淀粉碘化钾试纸 氢气 Mg2++2Cl－+2H2O = Mg(OH)2+ H2↑+Cl2↑
（3）0.4mol 4.48L
（4）CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+ 2H2O(l) △H= -890kJ/mol -75.1kJ/mol
试题分析：该装置中左边是原电池，右边是电解池，a为阳极，b为阴极。(1)甲烷在碱性条件下失去电子，电极反应式为CH4+ 10OH――8e- = CO32－+7H2O；（2）a极产生氯气，用湿润的淀粉碘化钾试纸检验；b极H+放电，产生氢气，电解方程式为Mg2++2Cl－+2H2O = Mg(OH)2+ H2↑+Cl2↑；
（3）n(e-)=1.12÷22.4×8=0.4mol v(Cl2)=0.4÷2×22.4=4.48L
（4）0.25molCH4完全燃烧生成CO2和H2O时，放出222.5kJ热量，
1molCH4完全燃烧放出热量为222.5×4=890kJ，燃烧热热化学方程式为
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+ 2H2O(l) △H= -890kJ/mol
△H=△H1+△H2－甲烷燃烧热=-75.1kJ/mol
(9分)认真观察下列装置，回答下列问题：
⑴装置B中PbO2上发生的电极反应方程式为 。
⑵装置A中总反应的离子方程式为 。
⑶若装置E中的目的是在Cu材料上镀银，则X为 ，极板N的材料为 。
若装置E的目的是验证金属的电化学防腐，则极板N的材料为__________________ 。
⑷当装置A中Cu电极质量改变6 .4g时，装置D中产生的气体体积为 L（标准状况下）。
正确答案
⑴PbO2＋4H＋＋SO2－ 4＋2e－＝PbSO4＋2H2O (2分)
⑵Cu＋2H＋
⑶AgNO3 Ag 惰性电极（或石墨等不溶性惰性材料）(各1分) ⑷3.92(2分)
（1）根据装置图可判断，BC是原电池，二氧化铅是正极，得到电子，电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO2－ 4＋2e－＝PbSO4＋2H2O。
（2）A中铜电极和正极相连，是阳极，铜失去电子。阴极是Pt，溶液中的氢离子得到电子，所以总的反应式为Cu＋2H＋
（3）电镀时镀层金属作阳极，待镀金属作阴极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液，所以X是硝酸银溶液。N是阳极，则N是银。由于N是阳极，所以如果装置E的目的是验证金属的电化学防腐，则极板N的材料应为惰性电极。
（4）当装置A中Cu电极质量改变6 .4g时，转移电子是6.4g÷64g/mol×2＝0.2mol。装置D中氯化钠是0.1mol，阴极是氢离子放电，氢气是0.1mol。阳极是氯离子放电，生成氯气，物质的量是0.05mol，所以阴极还生成氧气，物质的量是0.1mol÷4＝0.025mol，
所以标准状况下的体积共计是（0.1mol+0.05mol+0.025mol）×22.4L/mol=3.92L.。
已知电极材料：铁．铜．银．石墨．锌．铝，电解质溶液：氯化铜溶液．硫酸铁溶液．盐酸。按要求回答下列问题：
（1）电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用，请说明原因。__________。
（2）若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线构成原电池，请写出电极反应式，负极 ，正极 。
（3）若总反应为：Cu+2H+= Cu2++H2，判断该装置属于原电池还是电解池？____。画出对应的装置图，标出电极材料和电解质溶液。_____
正确答案
（共7分）（1）形成原电池加速铝导线的腐蚀 （2分）
（2）Cu-2 e-= Cu2+，2Fe3+ +2 e-=2Fe2+ （每空1分）
（3）电解池 （1分）阳极铜，阴极碳棒，稀硫酸作电解液 （2分,其他合理情况给分））
试题分析：（1）由于铜导线和铝导线连接在一起使用容易形成原电池，加速铝导线的腐蚀。
（2）铜是金属，石墨是非金属，则铜是负极失去电子。石墨是正极，溶液中的铁离子在正极得到电子，所以电极反应式是负极：Cu-2 e-= Cu2+；正极：2Fe3+ +2 e-=2Fe2+。
（3）铜酸反应得不到氢气，属于非自发的，所以要实现该反应，所以通过电解池。其中铜和电源的正极相连，做阳极。电解质溶液是稀硫酸，而阴极材料可以是碳棒。
点评：该题是高考中的常见题型和主要的考点，属于中等难度的试题。试题设计新颖，基础性强，在注重对学生基础知识训练的同时，侧重对学生能力的培养。该的关键是明确原电池和电解池的工作原理，然后结合题意灵活运用即可。有利于培养学生的逻辑推理能力，提升学生的学科素养。
（1）埋在地下的钢铁管道容易腐蚀而损坏，其原因在哪里？
______________________________________________________________
（2）应采取何种措施保护埋在地下的管道？
______________________________________________________________
正确答案
（1）地下钢铁管道容易腐蚀的原因是发生电化学腐蚀
（2）可在管道外壁涂沥青保护层，使钢铁管道跟周围电解质溶液隔离开来，破坏原电池形成的条件，从而使地下钢铁管道得到保护（或：把比Fe更活泼的Zn连接在钢铁管道，Zn作为原电池的负极被腐蚀，而钢铁管道则被保护）（答案合理即可）
金属腐蚀电化学原理可用下图模拟
（1）请写出有关电极反应式： ①铁棒上____________________； ②铂棒上___________________；
（2）该图表示的是_________腐蚀（填“析氢”或“吸氧” ）。
（3）若将氧气撤走，并将NaOH溶液改为H2SO4溶液，则此图表示是_________腐蚀（填“析氢”或“吸氧” ）原理，若用牺牲阳极法保护铁棒不被腐蚀溶解，即可将铂棒改为____________棒。
正确答案
（1）①2Fe-4e-==2Fe2+；②2H2O+O2+4e-==4OH-（2）吸氧
（3）析氢；锌
I （6分） A、B、C三个烧杯中分别盛有200mL相同物质的量浓度的稀硫酸
（1）分别写出三个装置中铁片表面发生反应的离子方程式：
A ；B ；C 。
（2）一段时间后，三个烧杯中的硫酸恰好全部被消耗，C中产生了3.36L（标准状况）气体，，则原稀硫酸溶液的物质的量浓度= mol·L-1。此时，三个烧杯中液体质量由大到小的顺序为： （填写序号） 。
（3）比较A、B、C中铁被腐蚀的速率，由快到慢的顺序是 （填写序号）。
Ⅱ（7分）某科研单位利用电化学原理用SO2来制备硫酸，装置如下图，含有某种催化剂。电极为多孔的材料，能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触。
(1)通入SO2的电极为________极，其电极反应式为______________________，此电极区pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)电解质溶液中的H＋通过质子膜________(填 “向左”“向右”或“不”)移动，通入氧气的电极反应式为________________________________。
正确答案
（13分） I （1）A Fe+2H+=Fe2++H2↑。B Fe-2e- ="==" Fe2+ C 2H+ +2e- === H2↑
（2）0.75 mol·L-1。 C> A= B （3）由快到慢的顺序是 BAC （填写序号）。
II (1)负 SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋（2分） 减小
(2) 向右 O2＋4e－＋4H＋===2H2O （2分） （其余每空1分）
试题分析：I （1）根据装置图的特点可知，A是铁的化学腐蚀，反应的离子方程式是Fe+2H+＝Fe2++H2↑；B和C都是原电池，其中B中铁是负极，电极反应式是Fe-2e-＝Fe2+；C中铁是正极，溶液中的氢离子放电，电极反应式是2H+ +2e-＝H2↑。
（2）氢气的物质的量是3.36L÷22.4L/mol＝0.15mol，则根据氢原子守恒可知，稀硫酸的浓度是0.15mol÷0.2L＝0.75mol/L。锌的摩尔质量大于铁的，所以三个烧杯中液体质量由大到小的顺序为C＞A＝B。
（3）A中是化学腐蚀，B中是铁的析氢腐蚀，C中是牺牲阳极的阴极保护法，所以A、B、C中铁被腐蚀的速率，由快到慢的顺序是BAC。
II (1)原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。在反应中SO2失去电子，所以通入SO2的电极为负极，其电极反应式为O2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋，因此此电极区pH减小。
（2）溶液中的阳离子向正极移动，电解质溶液中的H＋通过质子膜向右移动，通入氧气的是正极，电极反应式是O2＋4e－＋4H＋===2H2O。
点评：该题是高考中的常见题型，属于中等难度的试题。试题综合性强，在注重对学生基础知识巩固和训练的同时，侧重对学生解题能力的培养和训练，有利于提高学生的逻辑推理能力和应试能力。本题的关键是注意把握原电池的工作原理，然后结合题意灵活运用即可。
（10分）高锰酸钾是深紫色的针状晶体，是最常用的氧化剂之一，工业上以软锰矿（主要成分是MnO2）为原料制备高锰酸钾。下面是实验室制取高锰酸钾的过程：
①称取15g固体KOH和8g固体KClO3，导入坩埚内，混合均匀，小火加热，并用铁棒搅拌。待混合物熔融后，一面搅拌，一面将10gMnO2粉末分批加入。随着反应的进行，熔融物的粘度逐渐增大，此时用力搅拌，待反应物干涸后，再强热5～10min。
②待熔体冷却后，从坩埚内取出，放入250mL烧杯中，用80mL蒸馏水分批浸取，并不断搅拌，加热以促进其溶解。趁热减压过滤浸取液，即可得到墨绿色的K2MnO4溶液。
③将K2MnO4溶液倒入烧杯中，加热至60℃，按如图所示进行电解。阳极是光滑的镍片，卷成圆筒状，阴极为粗铁丝。接通直流电源，高锰酸钾在阳极析出沉于烧杯底部，溶液由墨绿色逐渐转为紫红色，电解1h后，停止通电，取出电极。在冷水中冷却电解液，使结晶完全，用玻璃砂布氏漏斗将晶体抽干，称重，计算产率。
回答下列问题：
（1）步骤①发生的反应方程式为______________________________
（2）步骤①中共熔时要选择__________坩埚（填“铁”、“陶瓷”或“石英”）。
（3）写出步骤③中发生的电极反应式：
阳极____________________________ 阴极________________________
（4）实验中用到抽滤操作，抽滤装置如下图所示，仪器B的名称是___________。抽滤完毕，吸滤瓶内的液体从_____________________倒出。步骤③抽滤时使用玻璃砂布氏漏斗的原因是_________________________________________________
正确答案
（1）3MnO2+6KOH+KClO3＝3K2MnO4+KCl+3H2O （2分）
（2）铁 （1分）
（3）阳极：2MnO42-－2e-＝2MnO4- 阴极：2H＋+2e ＝H2↑ （4分，各2分）
（4）吸滤瓶；吸滤瓶上口；高锰酸钾有强氧化性，会腐蚀滤纸 （3分，各1分）
略
下图是一种正在投入生产的大型蓄电系统。左右两侧为电解质储罐，中央为电池，利用2Na2S2+NaBr3Na2S4+3NaBr反应原理进行工作,电解质通过泵不断在储罐和电池间循环；电池中的左右两侧为电极，中间为离子选择性膜，在电池放电和充电时该膜可允许钠离子通过。
（1）当蓄电池工作放电时，电池中Na+的移动方向是：____ （填“电极a→b”或“电极b→a”），电极a的电极名称为 ，发生的电极反应为 。
（2）当蓄电池处于充电状态时，电极a应接外电源 极（填“正”或“负”），电极b的电极名称为 ，发生的电极反应为 。
（3）若左侧储罐的中溶液体积为VL（导管、泵及电池内部溶液忽略不计），一段时间观察，溶液中Na+的平均浓度由c1mol·L－1降至c2mol·L－1，则此装置该段时间正处于 （填“放电”或“充电”）状态，此过程中电极b上转移电子的物质的量共有__ mol。
正确答案
（1）电极b→a （2分） 正极（1分） Br— 3+2e－＝3Br－（2分）
（2）正（2分） 阴极（2分） S2— 4+2e－＝2S2— 2（2分） （3）充电（2分） (c1—c2)V（2分）
试题分析：（1）原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。根据总的反应方程式可知，Na2S2失去电子，被氧化，所以b电极是负极，因此当蓄电池工作放电时，电池中Na+的移动方向是电极b→a。电极a的电极名称为是正极，发生还原反应，因此电极反应式是Br— 3+2e－＝3Br－。
（2）电极a是正极，因此当蓄电池处于充电状态时，电极a应接外电源正极。电极b与外接电源的负极相连，作阴极，得到电子，发生还原反应，因此此时电极反应式是S2— 4+2e－＝2S2— 2。
（3）放电时钠离子向左侧移动，因此当左侧钠离子浓度降低时，说明处于充电状态。钠离子带1个正电荷，所以根据电荷守恒可知，此过程中电极b上转移电子的物质的量共有(c1—c2)mol/L×VL＝(c1—c2)V。
选考题[化学--选修化学与生活]
Ⅰ．维生素C的结构简式是
，它的分子式是______．由于它能防治坏血病，又称为______．在维生素C溶液中滴入紫色石蕊试液，溶液颜色变红，说明维生素C溶液具有______性；在维生素C溶液中滴入少量蓝色的含有淀粉的碘水，可观察到的现象是______，说明维生素C具有______性．
Ⅱ．（1）如右图所示，铁处于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种不同的环境中，铁被腐蚀的速率由大到小的顺序是（填序号）______．
（2）氟氯代烷是一种能破坏臭氧层的物质．在大气平流层中，氟氯代烷受紫外线的照射分解出氯原子，氯原子参与下列有关反应：①Cl+O3→ClO+O2 ②O3→O+O2 ③ClO+O→Cl+O2上列的反应的总反应式是______，少量氟氯代烷能破坏大量臭氧的原因是______．
正确答案
Ⅰ．维生素C的分子式为C6H8O6；称为抗坏血酸；紫色石蕊试液遇酸变红色，在维生素C溶液中滴入紫色石蕊试液，溶液颜色变红，说明维生素C溶液具有酸性；维生素C能和碘反应而使淀粉的碘水溶液褪色，碘有氧化性，所以维生素C有还原性．
故答案为：C6H8O6；抗坏血酸；酸；溶液蓝色褪去；还原性；
Ⅱ． （1）铁处于Ⅰ的环境中做原电池的负极，腐蚀速率较快，铁处于Ⅱ的环境中做原电池的正极，被保护，腐蚀速率很慢，铁处于Ⅲ的环境中的金属铁发生化学腐蚀，速度较慢．
故答案为：Ⅰ＞Ⅲ＞Ⅱ；
（2）由①Cl+O3→ClO+O2、②O3→O+O2、③ClO+O→Cl+O2，将方程式①+②+③得方程式：2O3→3O2；
氟氯代烷受紫外线的照射分解出氯原子，Cl+O3→ClO+O2，Cl对O3的分解有促进作用，所以能破坏臭氧层，
故答案为：2O3→3O2；氟氯代烷分解产生的Cl对O3的分解有促进作用．
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