2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫——金屬材料在化工工業(yè)中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題均有多個正確選項，請將正確選項的字母填寫在題干后的括號內(nèi)。多選、錯選、漏選均不得分。）1.下列哪些金屬或合金通常被認(rèn)為在氯化物環(huán)境中具有較好的耐點(diǎn)蝕性能？（）A.碳鋼B.304不銹鋼C.316不銹鋼D.鈦合金E.鎳基合金（如Inconel）2.金屬發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）的主要特點(diǎn)包括？（）A.通常在靜載荷或較低應(yīng)力下發(fā)生B.腐蝕與應(yīng)力共同作用的結(jié)果C.往往發(fā)生在存在應(yīng)力集中的部位D.斷口上通常有明顯的塑性變形E.破壞具有突發(fā)性和脆性特征3.在化工設(shè)備上應(yīng)用緩蝕劑，其主要目的可能包括？（）A.完全阻止金屬與腐蝕介質(zhì)的接觸B.降低腐蝕反應(yīng)的速率C.形成保護(hù)膜，隔離金屬與介質(zhì)D.改變金屬的腐蝕電位E.提高介質(zhì)的導(dǎo)電性以加速腐蝕（反向作用）4.選擇化工設(shè)備用金屬材料時，通常需要綜合考慮的因素有？（）A.腐蝕介質(zhì)的具體成分、溫度、壓力、流速等B.設(shè)備的工作溫度范圍（尤其是高溫或低溫）C.所需的機(jī)械性能（強(qiáng)度、韌性、硬度、疲勞強(qiáng)度等）D.金屬材料的成本及其經(jīng)濟(jì)性E.金屬材料加工和焊接的難易程度5.下列哪些措施屬于金屬材料的物理隔離保護(hù)方法？（）A.采用耐蝕合金B(yǎng).涂覆防腐蝕涂層C.進(jìn)行陰極保護(hù)D.加裝犧牲陽極E.在金屬表面進(jìn)行陽極氧化處理形成鈍化膜二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填寫在橫線上。）6.金屬在均勻腐蝕過程中，腐蝕產(chǎn)物通常呈______狀覆蓋在金屬表面。7.影響金屬在特定環(huán)境中發(fā)生鈍化行為的關(guān)鍵因素之一是介質(zhì)的______。8.在某些特定的腐蝕介質(zhì)和應(yīng)力條件下，金屬材料可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，例如______不銹鋼在含氯離子的熱水中。9.犧牲陽極陰極保護(hù)法是利用一種更易失去電子的金屬作為______，優(yōu)先于被保護(hù)的金屬發(fā)生腐蝕。10.對于在高溫高壓下運(yùn)行的化工設(shè)備，除了考慮耐腐蝕性，材料的______和______性能也至關(guān)重要。11.為了提高碳鋼在硫酸環(huán)境中的耐蝕性，常通過添加鉻（Cr）和鎳（Ni）等元素來制造______鋼。12.金屬腐蝕通?？煞譃榫鶆蚋g和局部腐蝕兩大類，其中局部腐蝕如點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕等造成的破壞往往更為嚴(yán)重。三、簡答題（每小題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）13.簡述金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的基本過程。14.與普通碳鋼相比，不銹鋼之所以具有更好的耐腐蝕性，主要基于哪些原理？15.簡述外加電流陰極保護(hù)法的基本原理及其在化工設(shè)備防腐中的應(yīng)用場合。16.在選擇用于存儲濃硝酸的容器材料時，應(yīng)優(yōu)先考慮哪些性能要求？為什么？四、論述題（每小題10分，共20分。請結(jié)合所學(xué)知識，分析和論述下列問題。）17.針對一個需要在強(qiáng)堿性（如30%NaOH溶液）高溫（150°C）條件下運(yùn)行的攪拌反應(yīng)器，請從材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計兩個方面，分析可能面臨的腐蝕問題，并提出相應(yīng)的防護(hù)措施建議。18.試論述金屬材料的腐蝕失效可能對化工生產(chǎn)帶來哪些主要危害？并說明為防止或減少這類危害，工程師在設(shè)備設(shè)計、材料選擇和運(yùn)行維護(hù)方面應(yīng)采取哪些關(guān)鍵措施。試卷答案一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題均有多個正確選項，請將正確選項的字母填寫在題干后的括號內(nèi)。多選、錯選、漏選均不得分。）1.(B,C,D,E)*解析思路：碳鋼在氯化物環(huán)境中極易發(fā)生點(diǎn)蝕和全面腐蝕。304不銹鋼（含Cr,Ni）耐蝕性較好，但在含氯離子和較高溫度下仍可能發(fā)生點(diǎn)蝕。316不銹鋼（含Mo）比304不銹鋼具有更好的耐氯離子腐蝕性能。鈦合金具有優(yōu)異的耐海水及多種氯化物介質(zhì)的點(diǎn)蝕和全面腐蝕性能。鎳基合金（如Inconel）通常具有廣泛的耐腐蝕性，尤其對氧化性酸和某些還原性酸有良好耐受性。2.(A,B,C,E)*解析思路：應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）是在特定腐蝕介質(zhì)和足夠大的應(yīng)力（包括拉應(yīng)力，有時是殘余應(yīng)力）共同作用下發(fā)生的脆性破壞。它發(fā)生在特定的材料-介質(zhì)組合中，且破壞通常發(fā)生在應(yīng)力集中的部位。斷口一般表現(xiàn)為脆性斷口，缺乏明顯的塑性變形。選項D描述的是韌性破壞的特征。3.(B,C,D)*解析思路：緩蝕劑通過化學(xué)反應(yīng)或物理吸附在金屬表面，改變腐蝕反應(yīng)的機(jī)理或速率，從而降低腐蝕速率。其作用方式包括形成保護(hù)膜（C）、吸附在電極表面改變反應(yīng)電位（D）、參與電化學(xué)反應(yīng)等。緩蝕劑不能完全阻止接觸（A），也不提高導(dǎo)電性以加速腐蝕（E）。4.(A,B,C,D,E)*解析思路：選擇化工設(shè)備材料是一個綜合決策過程，必須全面考慮工作環(huán)境（A，包括溫度、壓力、介質(zhì)等）、所需機(jī)械性能（B，如強(qiáng)度、韌性以防變形和斷裂）、經(jīng)濟(jì)成本（D，包括材料費(fèi)、加工費(fèi)、維護(hù)費(fèi)）、以及材料加工性能（E，如焊接性、可成型性）等多個因素。5.(B,E)*解析思路：物理隔離保護(hù)方法是通過在金屬表面形成一層物理屏障，阻止金屬與腐蝕介質(zhì)直接接觸。涂覆防腐蝕涂層（B）是在金屬表面覆蓋一層耐腐蝕材料形成隔離層。陽極氧化處理（E）能在金屬表面生成一層致密的氧化物保護(hù)膜，實現(xiàn)物理隔離。犧牲陽極陰極保護(hù)（D）和陰極保護(hù)（C）是電化學(xué)保護(hù)方法，犧牲陽極（A）本身會發(fā)生腐蝕。采用耐蝕合金（B）雖然最終效果是提高耐蝕性，但屬于選用本身耐蝕性好的材料，而非施加的隔離層。二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填寫在橫線上。）6.膜狀*解析思路：均勻腐蝕通常是腐蝕產(chǎn)物以薄而均勻的膜狀覆蓋在金屬整個表面，這層膜有時能起到一定的緩蝕作用，限制腐蝕的進(jìn)一步發(fā)展。7.化學(xué)性質(zhì)（或成分/pH值）*解析思路：金屬的鈍化行為是否能夠發(fā)生以及鈍化膜的穩(wěn)定性，很大程度上取決于腐蝕介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，例如氧化性、pH值、含氧量以及是否存在能破壞鈍化膜的陰離子（如Cl-）等。8.304*解析思路：304不銹鋼（18/8不銹鋼）在含氯離子環(huán)境（如海水、鹽溶液）中，尤其是在接近沸騰或含有應(yīng)力的情況下，容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，這是一個著名的現(xiàn)象。9.犧牲陽極*解析思路：犧牲陽極陰極保護(hù)法的核心原理是利用一種電位更負(fù)、更易失去電子的金屬（犧牲陽極，如鋅、鎂、鋁及其合金）作為陽極，它與被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)（陰極）連接，犧牲陽極優(yōu)先發(fā)生腐蝕，從而為被保護(hù)的金屬提供陰極電流，使其電位升高，進(jìn)入鈍化或不易腐蝕的狀態(tài)。10.蠕變（或抗蠕變）*解析思路：高溫高壓工況下，金屬材料不僅會面臨腐蝕問題，還可能承受持續(xù)的應(yīng)力，導(dǎo)致材料發(fā)生緩慢的塑性變形，即蠕變。因此，材料的蠕變性能（抵抗長期高溫下變形的能力）和高溫強(qiáng)度至關(guān)重要。11.不銹鋼*解析思路：通過向碳鋼中添加足夠的鉻（通常>10.5%，形成鈍化膜）和鎳（改善耐蝕性和低溫性能），可以制造出不銹鋼。鉻賦予不銹鋼耐氧化和耐腐蝕的能力，鎳則進(jìn)一步提高了其在還原性介質(zhì)（如酸）和某些堿介質(zhì)中的耐蝕性，并穩(wěn)定奧氏體組織。12.局部*解析思路：與均勻腐蝕（整個金屬表面腐蝕速率基本一致）相比，局部腐蝕（如點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕等）僅發(fā)生在金屬表面的特定區(qū)域，這些區(qū)域的腐蝕速率可能很高，但大部分表面腐蝕輕微甚至不受影響。然而，局部腐蝕造成的微小缺陷一旦形成，往往擴(kuò)展迅速，最終導(dǎo)致災(zāi)難性的破壞，因此其危害性通常比均勻腐蝕更大。三、簡答題（每小題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）13.金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的基本過程包括：首先，在金屬/電解質(zhì)界面處發(fā)生金屬原子失去電子變成金屬離子的陽極氧化過程；同時，溶液中的陽離子（如H+、金屬離子M^n+）或在陰極反應(yīng)中產(chǎn)生的物質(zhì)（如H2、氧氣）在陰極得到電子發(fā)生還原過程；電子通過金屬基體從陽極流向陰極；腐蝕產(chǎn)物可能沉積在表面或溶解在介質(zhì)中。14.不銹鋼之所以具有更好的耐腐蝕性，主要是因為其含有足夠量的鉻（>10.5%），能在金屬表面形成一層致密、穩(wěn)定的鈍化膜（主要是Cr?O?）。這層鈍化膜能有效地將金屬與腐蝕介質(zhì)隔離開，阻止腐蝕反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行。此外，鎳等元素的加入可以穩(wěn)定奧氏體組織，改善耐蝕性（尤其是在還原性介質(zhì)和某些非氧化性酸中），并提高韌性。某些不銹鋼還含有鉬（Mo），它能進(jìn)一步提高在含氯離子介質(zhì)中的耐點(diǎn)蝕性能。15.外加電流陰極保護(hù)法是通過外加直流電源，將外加陽極與被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)（陰極）連接，通過導(dǎo)線向被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)施加陰極電流，使其電位降低并控制在腐蝕電位以下，從而使其表面發(fā)生還原反應(yīng)，形成穩(wěn)定的鈍化狀態(tài)或使腐蝕速率顯著降低。這種方法適用于大面積鋼結(jié)構(gòu)、海洋平臺、地下管道等設(shè)施的防腐，尤其適用于保護(hù)那些不易被犧牲陽極有效覆蓋的區(qū)域。16.選擇用于存儲濃硝酸的容器材料時，應(yīng)優(yōu)先考慮以下性能：極強(qiáng)的耐硝酸腐蝕性（尤其是常溫下的耐蝕性，因為很多合金在高溫下耐蝕性會下降）、足夠的強(qiáng)度和韌性（以防容器破裂）、良好的耐應(yīng)力腐蝕開裂性能（硝酸是強(qiáng)氧化性酸，易引起應(yīng)力腐蝕）、以及與硝酸接觸時不易發(fā)生劇烈反應(yīng)或產(chǎn)生有毒氣體的特性。常用的材料包括高鎳鈍化不銹鋼（如316L）、鎳基合金（如Inconel625）、蒙乃爾合金等。四、論述題（每小題10分，共20分。請結(jié)合所學(xué)知識，分析和論述下列問題。）17.在強(qiáng)堿性（30%NaOH溶液）高溫（150°C）條件下運(yùn)行的攪拌反應(yīng)器可能面臨的主要腐蝕問題包括：*應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）：氫氧化鈉在高溫下對某些不銹鋼（如304、316）具有強(qiáng)烈的應(yīng)力腐蝕開裂傾向，尤其是在存在拉伸應(yīng)力（包括殘余應(yīng)力、操作應(yīng)力）的情況下。*堿腐蝕/腐蝕疲勞：高溫濃堿可能對金屬產(chǎn)生腐蝕作用，特別是在有機(jī)械應(yīng)力（攪拌槳葉旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生）的情況下，可能引發(fā)腐蝕疲勞。*縫隙腐蝕/點(diǎn)蝕：如果設(shè)備存在縫隙（如焊縫、墊片、連接處）或表面有微小缺陷，在濃堿和高溫下可能發(fā)生縫隙腐蝕或點(diǎn)蝕。*材料蠕變：150°C對于某些材料可能已接近或達(dá)到蠕變溫度范圍，長期運(yùn)行可能導(dǎo)致材料變形或結(jié)構(gòu)失效。防護(hù)措施建議：*材料選擇：優(yōu)先選用在高溫濃堿環(huán)境中表現(xiàn)優(yōu)異且抗SCC性能好的材料，如鎳基合金（如Inconel690）、高硅不銹鋼（如Si含量>16-18%的奧氏體不銹鋼）或某些雙相不銹鋼。避免使用易發(fā)生SCC的常規(guī)不銹鋼。*結(jié)構(gòu)設(shè)計：盡量簡化結(jié)構(gòu)，避免或減少應(yīng)力集中部位（如銳角、缺口）。保證焊縫質(zhì)量和表面光潔度。采用合適的密封結(jié)構(gòu)，減少縫隙?？紤]增加壁厚以抵抗蠕變。*運(yùn)行維護(hù)：控制操作溫度在材料允許范圍內(nèi)，避免長期處于最高溫度。定期檢查設(shè)備應(yīng)力狀態(tài)和腐蝕跡象。確保攪拌器等轉(zhuǎn)動部件的動平衡，減少振動和額外應(yīng)力。18.金屬材料的腐蝕失效可能對化工生產(chǎn)帶來以下主要危害：*設(shè)備損壞與停產(chǎn)：腐蝕導(dǎo)致設(shè)備壁厚減薄、開裂、泄漏，最終引發(fā)設(shè)備報廢，迫使生產(chǎn)中斷，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。*安全事故：腐蝕失效可能導(dǎo)致高壓容器爆炸、管道破裂噴出腐蝕性介質(zhì)、反應(yīng)失控等嚴(yán)重事故，威脅人身安全和環(huán)境。*產(chǎn)品污染與質(zhì)量下降：腐蝕產(chǎn)物（金屬離子或腐蝕物質(zhì)）可能進(jìn)入產(chǎn)品中，導(dǎo)致產(chǎn)品純度降低、性能惡化，甚至無法使用。*物料損失與能源浪費(fèi)：腐蝕導(dǎo)致原料、溶劑或產(chǎn)品的流失，同時為防止腐蝕采取的措施（如頻繁更換設(shè)備、使用緩蝕劑）本身也意味著物料和能源的消耗。為防止或減少這類危害，工程師應(yīng)采取以下關(guān)鍵措施：*設(shè)備設(shè)計：采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，避免應(yīng)力集中。選擇合適的腐蝕裕量。確保足夠的操作和維