1.4 金属的腐蚀与防护（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学选择性必修1（鲁科版2019，单选）

第4节 金属的腐蚀与防护 学习目标 重点难点 1.通过实验探究金属腐蚀的本质及原因，认识金属腐蚀的主要类型，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式。 2.认识金属腐蚀产生的危害和影响，树立防止金属腐蚀的意识，熟知金属腐蚀常用的防护方法。 重点 金属的电化学腐蚀及电化学防护原理 难点 金属发生吸氧腐蚀的原理 目 录 01 02 新知探究(一)——金属电化学腐蚀的原理 新知探究(二)——金属腐蚀的防护及电 化学腐蚀原理的应用 课时跟踪检测 03 培优素养——金属腐蚀的条件探究及腐蚀 快慢的比较 04 01 新知探究(一)——金属电化学腐蚀的原理 1．金属腐蚀 概念 金属表面因与周围的物质发生氧化还原反应而遭到破坏的现象 实质 金属腐蚀的实质是金属失电子发生氧化反应 分类 化学腐蚀与电化学腐蚀 2．化学腐蚀和电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与非金属等直接接触 不纯金属或合金与电解质溶液接触形成原电池 电流 无电流产生 有微弱电流产生 结果 金属被氧化 较活泼金属被氧化 实质 M－ne－===Mn＋ 关系 ①化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生； ②电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大 3．钢铁的电化学腐蚀 分类 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 图形描述 形成条件 水膜呈强酸性 水膜呈弱酸性、中性、碱性 电极反应 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 续表 续表 总反应 Fe＋2H＋=== Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 2Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O 腐蚀速度 一般较快 一般较慢 相互关系 析氢腐蚀和吸氧腐蚀同时发生，金属的腐蚀以吸氧腐蚀为主，吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍 应用化学　 某实验兴趣小组同学为了探究金属在不同溶液中所发生的腐蚀类型，设置了如图装置，其中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵(呈酸性)溶液，各加入生铁块，放置一段时间。 1．a、b试管分别发生了什么腐蚀？ 提示：a试管中是中性环境，生铁发生吸氧腐蚀，b试管中是酸性环境，生铁发生析氢腐蚀。 2．红墨水的水柱发生了什么变化？ 提示：a为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b中酸性较强，发生析氢腐蚀，有氢气放出，气体压强增大，所以红墨水柱两边的液面变为左高右低。 [题点多维训练] 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)金属腐蚀根据水膜环境不同分为化学腐蚀和电化学腐蚀。( ) (2)金属表面的水膜呈酸性，金属发生析氢腐蚀。( ) (3)测定空气中的氧气利用的原理是钢铁的吸氧腐蚀。( ) (4)纯铁不易腐蚀，生铁易腐蚀，是因为生铁中含碳能形成原电池发生电化学腐蚀。( ) (5)铁的电化学腐蚀的负极反应为Fe－3e－===Fe3＋。( ) × × √ √ × 2．金属腐蚀的本质是金属(　 ) A．被氧化 B．被还原 C．和氧气发生化合反应 D．置换出氢气 解析：金属腐蚀的本质是金属发生氧化反应。 √ 3．下列关于金属腐蚀的说法正确的是(　 ) A．金属在潮湿的空气中腐蚀的实质：M＋nH2O===M(OH)n＋n/2 H2↑ B．金属的化学腐蚀的实质：M－ne－===Mn＋，电子直接转移给还原剂 C．金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行 D．在潮湿的中性环境中金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀 √ 解析：金属在潮湿的空气中发生的如果是吸氧腐蚀，则不生成氢气。金属发生化学腐蚀时，电子直接转移给氧化剂。金属的化学腐蚀不一定在酸性条件下进行。 02 新知探究(二)——金属腐蚀的防护及 电化学腐蚀原理的应用 (一)金属腐蚀的防护 1．防护本质 阻止金属发生_______反应。 氧化 2．防护方法 (1)给金属表面加上保护层，保护层可以是耐腐蚀的油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等。 (2)改变金属内部组成、结构等，如制成不锈钢。 (3)电化学防护方法 电化学防护 牺牲阳极保护法 外加电流阴极保护法 (阴极电保护法) 原理 原电池原理 电解池原理 措施 被保护的金属作为正极，以一种活动性较强的金属作为负极 被保护的金属作为阴极，惰性电极作为辅助阳极，连接直流电源 续表 应用 如锅炉内壁、船舶外壳、铁塔、铁管道装上若干锌块，可保护钢铁设备 如钢闸门、输送酸性溶液的铁管道等 示意图 联系 被保护的金属都因为电子的流入而免遭腐蚀 (二)电化学腐蚀原理的应用 1．铁腐蚀的应用 消耗空气中的氧气 快速测定空气中氧气的含量 消耗氧气和水 以铁粉为主要成分制成双吸剂用以延长食物的保质期 腐蚀过程放热 制成一次性保暖贴 2．其他应用 (1)微电解技术处理工业废水。 (2)在航空航天、精密仪器和生物医学等领域也具有广阔的应用前景。 应用化学　 全世界每年因钢铁锈蚀会造成巨大的损失，为了保护地下的钢铁输水管所采取的措施如图所示。 1．钢铁发生吸氧腐蚀正极的反应式如何书写？ 提示：钢铁发生吸氧腐蚀正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 2．导线与Zn块连接是哪种防护方法？导线与Cu块连接能否保护钢铁输水管？ 提示：导线与Zn块连接为牺牲阳极保护法；导线与Cu块连接，钢管道作为负极，易被腐蚀，不能保护钢铁输水管。 [题点多维训练] 1．将下列设施中采用的保护方法填到相应位置。 A．外加涂层保护 B．牺牲阳极保护法 C．阴极电保护法 D．金属连接在电源正极上，使金属钝化 ①轮船底部镶嵌锌块________； ②化工厂盛放酸性溶液的容器或管道________； ③港珠澳大桥的防腐方法________； ④合成氨工厂中的合成塔________。 提示：①B　②C　③AC　④D 2．糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是(　 ) A．脱氧过程是吸热反应，可降低温度，延长糕点保质期 B．脱氧过程中铁做原电池正极，电极反应：Fe－3e－===Fe3＋ C．脱氧过程中碳做原电池正极，电极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－ D．含有1.12 g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气672 mL(标准状况) √ 解析：钢铁腐蚀中铁做负极，碳做正极，B错误，C正确； 3．市场上出售的“热敷袋”其主要成分是铁屑、石墨粉、木屑和少量氯化钠、水等。热敷袋启用之前用塑料袋密封，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。请回答下列问题： (1)热敷袋放出的热量是利用了铁发生__________反应放出的热量。 (2)加入氯化钠的主要作用是___________________________。 (3)有关的电极反应式：负极：__________________________， 正极：_____________________________________________。 (4)试用化学方程式表明上述变化过程：_____________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析：电解质溶液是中性的，并且具备形成原电池的条件，结合铁锈的存在，可以确定铁发生了吸氧腐蚀。 答案：(1)原电池 (2)NaCl溶于水，形成电解质溶液 (3)Fe－2e－===Fe2＋　2H2O＋O2＋4e－===4OH－ (4)O2＋2Fe＋2H2O===2Fe(OH)2,4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3, 2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O 4．电化学原理在防止金属腐蚀、能量转化等方面应用广泛。 (1)图1中，为减缓钢闸门的腐蚀，材料B可以选择________(填“Zn”或“Cu”)。这种防护方法称为__________________。 (2)图2为钢铁防护模拟实验装置，则铁做________极，这种防护方法称为______________________。检测钢铁保护效果的方法是取少量铁电极附近的溶液于试管中，______________________________，则说明保护效果好。 (3)图2中铁与外加电源的正极相连做阳极时也可以得到防护，只不过应使外加电源电压维持在____________________________范围内。 答案：(1)Zn　牺牲阳极保护法　(2)阴　外加电流阴极保护法　先滴加新制氯水，再加KSCN溶液，若溶液不变红色　(3)可使铁发生钝化作用的 03 培优素养——金属腐蚀的条件探究 及腐蚀快慢的比较 导学设计　 钢铁制造的船舶在水里航行一段时间后，底部必然会生锈。它们的吃水线部位常年在空气和海水中徘徊，极易发生氧化反应，加上长时间受到海浪冲击，这片区域的防锈漆也要比其他地方更容易脱落，生锈是在所难免的。某实验兴趣小组同学利用如图所示装置探究金属的腐蚀与防护条件{已知Fe2＋遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀}。 1．上述四个装置中，铁分别做电池的哪个电极？ 提示： ① ② ③ ④ 负极 阳极 正极 阴极 2．一段时间后上述四个装置分别有什么现象？ 提示：一段时间后装置①和②的铁电极附近均有蓝色沉淀生成，且装置②中出现蓝色沉淀较快。 [系统融通知能] 不同条件下金属腐蚀快慢的判断 1．在同一电解质溶液中：电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。 2．同一种金属在相同浓度、不同介质中腐蚀，由快到慢的顺序为强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。 3．有无保护措施的腐蚀快慢顺序：无保护措施的金属腐蚀>有一定保护措施的金属腐蚀>牺牲阳极保护法引起的金属腐蚀>阴极电保护法引起的金属腐蚀。 4．对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快。 [典例]　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： 序号 内容 实验现象 1 常温下将铁丝放在干燥的空气中一个月 干燥的铁丝表面依然光亮 2 常温下将铁丝放在潮湿的空气中一小时 铁丝表面依然光亮 3 常温下将铁丝放在潮湿的空气中一个月 铁丝表面已变得灰暗 续表 4 将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时 铁丝表面略显灰暗 5 将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时 铁丝表面已变得灰暗 6 将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时 铁丝表面灰暗程度比实验5严重 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________________________；正极反应是________________________。 (2)由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素是____________________________________。 [解析]　解答第(1)题应注意联系金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的区别，电化学腐蚀是不纯的金属与电解质溶液接触，因发生原电池反应，较活泼的金属失电子而被氧化，分析题中实验可知，实验3、4、5、6发生了电化学腐蚀，其中负极反应是Fe－2e－===Fe2＋，正极反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 解答第(2)题时，对比实验1和3可得出湿度增大，可使铁锈蚀速率加快；对比实验3、4可知增大O2浓度可加快铁锈蚀的速率；对比实验4、5可知升高温度可加快铁锈蚀的速率；对比实验5、6可知电解质的存在会使铁锈蚀的速率加快。 [答案]　(1)3、4、5、6　 Fe－2e－===Fe2＋(或2Fe－4e－===2Fe2＋)　2H2O＋O2＋4e－===4OH－ (2)湿度、温度、O2的浓度、电解质的存在 思维建模|解答金属腐蚀类题目的思路　 ①正确判断金属的腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀。发生原电池反应引起的腐蚀为电化学腐蚀，无原电池反应发生的腐蚀为化学腐蚀。 ②如果是电化学腐蚀，判断出正、负极，较活泼的金属为负极被腐蚀，较不活泼的金属为正极被保护。 ③正确判断介质溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、中性溶液中发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液中发生析氢腐蚀。 ④根据金属活动性顺序分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀。金属活动性顺序中氢前面的金属，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀，在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀；金属活动性顺序在氢后面的金属只能发生吸氧腐蚀。 [浸润素养训练] 题点(一)　金属腐蚀快慢比较 1．如图所示各试管中的铁钉最易锈蚀的是(　 ) 解析：含有少量铜的铁钉放在自来水中，会与水中溶解的少量电解质构成原电池，铁钉作为负极，最易腐蚀。 √ 2．在如图所示装置的烧杯中均盛有0.1 mol·L－1 H2SO4溶液，其中锌片最易被腐蚀的是(　 ) 解析：A中的锌片发生化学腐蚀，腐蚀比较慢；B中的锌片是原电池的正极，受到了保护；C中的锌片是原电池的负极，腐蚀较快；D中的锌片是电解池的阴极，受到了保护。 √ 3．如图，下列各情况，在其中Fe片腐蚀由慢到快的顺序是(　 ) A．⑤②①③④ B．⑤①②④③ C．④②①③⑤ D．④③①②⑤ √ 解析：根据图知，②③装置是原电池，在②中，金属铁做负极，③中金属铁做正极，做负极的腐蚀速率快，并且两个电极金属活泼性相差越大，负极金属腐蚀速率越快，正极被保护，并且原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀，所以腐蚀速度：②>①>③，④⑤装置是电解池，④中金属铁为阴极，⑤中金属铁为阳极，阳极金属被腐蚀速率快，阴极被保护，即腐蚀速度：⑤>④，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，所以铁腐蚀由慢到快的顺序为④③①②⑤，故选D。 题点(二)　金属腐蚀条件的探究 4．铁生锈是一种常见的自然现象，其主要的化学反应方程式为4Fe＋3O2＋2xH2O===2(Fe2O3·xH2O)。如图为一放在水槽中的铁架，水位高度如图。最容易生锈的铁架横杆是(　 ) A．① B．② C．③ D．④ √ 解析：④处没有和电解质溶液接触，不能构成原电池，腐蚀较慢；①②③处虽都与电解质溶液接触，但①②处含O2较少，所以③处腐蚀最快。 5．下图所示的是某研究性学习小组探究金属腐蚀条件的实验装置图。试分析实验并回答下列问题： (1)若起始时甲、乙、丙三套装置的导管中液面高度相同，过一段时间后液面最高的是________，铁粉腐蚀的速率由大到小的排列顺序为(用甲、乙、丙填写)______________。 (2)通过甲、乙装置的对比说明钢铁中碳的含量越________(填“高”或“低”)越易腐蚀。 (3)乙装置中发生电化学腐蚀时正极的电极反应为________________________________。 (4)针对乙、丙装置研究的结果分析，可采用何种防护措施来减缓金属的腐蚀：______________________________(写出一点即可)。 解析：Fe粉、C粉、食盐水构成原电池，发生吸氧腐蚀，故乙中液面最高；甲中Fe粉中的少量碳也能发生吸氧腐蚀，但由于C的含量少，故不如乙中Fe腐蚀的快，丙中乙醇为非电解质，Fe粉、炭粉不能形成原电池，Fe受到保护，故可把钢铁放在油脂或有机溶剂中进行保护。 答案：(1)乙　乙>甲>丙　(2)高 (3)2H2O＋O2＋4e－===4OH－ (4)将金属放在油脂或有机溶剂中 04 课时跟踪检测 1．下列关于金属腐蚀和防腐蚀的说法正确的是(　 ) A．金属腐蚀普遍属于化学腐蚀 B．牺牲阳极保护法是利用原电池的原理防止腐蚀 C．外加电流阴极保护法是将被保护的金属与电源正极相连 D．钢铁在潮湿空气中的腐蚀大多数为析氢腐蚀 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 √ 解析：金属腐蚀有电化学腐蚀和化学腐蚀，电化学腐蚀更普遍，故A错误； 牺牲阳极保护法是利用原电池的原理防止腐蚀，故B正确； 外加电流阴极保护法是将被保护的金属与电源负极相连，故 C错误； 钢铁在潮湿空气中的腐蚀大多数为吸氧腐蚀，故D错误。 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 14 15 16 2．关于牺牲阳极保护法的叙述正确的是(　 ) A．正极就是阳极 B．负极就是阴极 C．阳极上发生氧化反应 D．正极上发生氧化反应 解析：牺牲阳极保护法就是原电池的负极(阳极)的金属发生氧化反应被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 3．相同材料的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：在A中，食醋提供电解质溶液环境，铁勺和铜盆是相互接触的两个金属电极，形成原电池，铁是活泼金属做负极； 在B中，食盐水提供电解质溶液环境，炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成的条件，铁是活泼金属做负极，碳做正极； 在C中，铜镀层将铁球覆盖，使铁被保护，所以铁不易被腐蚀； 在D中，酸雨提供电解质溶液环境，易形成原电池发生电化学腐蚀。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 4．铜制品上的铝质铆钉，在潮湿的空气中易腐蚀的主要原因可描述为(　 ) A．形成原电池，铝做负极 B．形成原电池，铜做负极 C．形成原电池时，电流由铝流向铜 D．铝质铆钉发生了化学腐蚀 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：铜制品上的铝质铆钉，在潮湿的空气中发生电化学腐蚀，铝比铜活泼，铝是负极，电子由铝经外电路流向铜，电流流动方向与电子的流动方向恰好相反，只有A项符合题意。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 5．埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种情况下被腐蚀速度最慢的是(　 ) A．在含铁元素较多的酸性土壤中 B．在潮湿疏松透气的土壤中 C．在干燥致密不透气的土壤中 D．在含碳粒较多、潮湿透气的土壤中 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：A．酸性环境中酸性物质与铁反应，会加快铁的腐蚀速率； B.在潮湿疏松的土壤中铁易被氧气氧化； C.干燥致密不透气的土壤中，氧气稀薄，且无电解质溶液环境，铁的腐蚀速率很小； D.透气潮湿的环境提供溶液环境，含碳较多可以形成原电池，会加速铁的腐蚀速率。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 6．炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中含NaCl)，不久便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑。腐蚀原理如图所示，下列说法正确的是(　 ) A．腐蚀过程中，负极是C B．Fe失去电子经电解质溶液转移给C C．正极的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ D．C是正极，O2在C表面上发生还原反应 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：A项，铁锅中含有Fe、C，和电解质溶液构成原电池，活泼金属做负极，Fe易失电子，故腐蚀过程中，负极是Fe，错误； B项，原电池中电子由负极Fe经外电路向正极C流动，在电解质溶液中依靠离子的移动导电，错误； C项，该原电池中，C做正极，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误； D项，C是正极，O2在C表面上发生还原反应，正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 7．下图所示的各容器中均盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是(　 ) A．④>②>③>① B．②>①>③>④ C．④>②>①>③ D．③>②>④>① 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：当电解质溶液相同时，同一金属腐蚀的快慢顺序为电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。本题中，铁腐蚀由快到慢的顺序为④>②>①>③。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 8．缠有金属丝的铁钉插在含有酚酞的NaCl溶液中，如图所示，可以看到在贴近金属丝一边的溶液中出现粉红色。则该金属丝可能是(　 ) A．镁 B．铝 C．锌 D．铜 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：金属丝一边溶液出现粉红色，说明金属丝附近产生OH－，即正极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，因此金属丝的活动性比Fe差，铜符合题目要求。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 9．在钢铁腐蚀过程中，下列六种变化可能发生的是(　 ) ①O2被还原　②产生H2　③Fe(OH)3失水形成Fe2O3·xH2O　④杂质碳被氧化　⑤镀层破损后，镀锌铁板比镀锡铁板更耐腐蚀 A．①② B．②③④ C．①②③⑤ D．①②③④⑤ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：钢铁腐蚀分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀，腐蚀发生时杂质碳做正极，发生吸氧腐蚀时O2在正极上被还原，发生析氢腐蚀时H2在正极上产生，①②正确； 钢铁腐蚀生成的Fe(OH)3不稳定，易失水形成Fe2O3·xH2O，③正确； 镀层破损后，由于锌的活动性比铁强，锌被腐蚀，而铁被保护；锡的活动性比铁弱，铁被腐蚀，⑤正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 10．为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩里保存相同的一段时间。下列对实验结束时现象的描述不正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 A．装置Ⅰ左侧的液面一定会下降 B．左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低 C．装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重 D．装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：装置Ⅰ中铁钉处于盐酸蒸气中，被侵蚀而释放出H2，使左侧液面下降，右侧液面上升；装置Ⅱ中铁钉同样处于盐酸蒸气中，不同的是悬挂铁的金属丝由铁丝换成了铜丝，由于Fe比Cu活泼，在这种氛围中构成的原电池会加速铁钉的侵蚀而放出更多的H2，使左侧液面下降得更多，右侧液面上升得更多；装置Ⅲ中虽然悬挂铁钉的还是铜丝，但由于浓硫酸有吸水性而无挥发性，使铁钉处于较为干燥的空气中，因而在短时间内几乎没有被侵蚀。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 11．一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如下表。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 下列说法错误的是(　 ) A．当pH<4时，碳钢主要发生析氢腐蚀 B．当pH>6时，碳钢主要发生吸氧腐蚀 C．当pH>14时，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O D．将碱性溶液煮沸除去氧气后，碳钢腐蚀的速率会减缓 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：当pH<4时，酸性较强，碳钢主要发生析氢腐蚀，A正确； 当pH>6时，是弱酸性和碱性，碳钢主要发生吸氧腐蚀，B正确； 当pH>14时，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C项错误； 将碱性溶液煮沸除去氧气后，可以减少吸氧腐蚀，故可以使碳钢腐蚀的速率减缓，D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 12．利用如图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是(　 ) A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀 B．一段时间后，a管液面高于b管液面 C．a处溶液的碱性增强，b处溶液的酸性增强 D．a、b两处具有相同的电极反应：Fe－2e－===Fe2＋ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：U形管左边装置是中性溶液，所以发生吸氧腐蚀；右边装置是酸性溶液，发生析氢腐蚀，A正确； 左边装置发生吸氧腐蚀时，氧气和水反应导致气体压强减小，右边装置发生析氢腐蚀，生成氢气导致气体压强增大，右边的液体向左边移动，所以一段时间后，a管液面高于b管液面，B正确； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 a处铁失电子生成亚铁离子，氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁沉淀，所以a处碱性不变；b处溶液放出氢气，H＋浓度变小，溶液的pH值变大，酸性减弱， C错误；a、b两处构成的原电池中，铁都做负极，所以负极上具有相同的电极反应：Fe－2e－===Fe2＋，D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 13．如图所示烧杯中试管内有一枚铁钉，放置数天观察： (1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于________腐蚀。 (2)若试管内液面上升，则原溶液呈________________________性，发生__________腐蚀。电极反应： 负极：______________，正极：________________。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 (3)若试管内液面下降，则原溶液呈______________________性，发生__________腐蚀。电极反应： 负极：______________，正极：________________。 解析：根据原电池的构成条件：有两种不同的材料(Fe为负极，碳为正极)，有电解质溶液，形成闭合回路，可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀。试管内液面上升，说明试管内压强减小，试管内气体被吸收所致，是铁钉吸氧腐蚀的结果；试管内液面下降，说明试管内气体压强变大，试管内产生了新气体所致，是铁钉析氢腐蚀的结果。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 答案：(1)电化学　(2)弱酸或中或碱　吸氧　2Fe－4e－===2Fe2＋　O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (3)较强的酸　析氢　Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 14．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一。请回答下列问题： 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 (1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，写出该腐蚀过程中的电极反应：负极____________________________，正极________________________。 (2)为了降低某水库铁闸门的腐蚀速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________(填字母)。 A．铜 B．钠 C．锌 D．石墨 (3)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的________极上。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 解析：(1)发生吸氧腐蚀时，负极上Fe失电子，正极上O2得电子。(2)铁闸门上连接比较活泼的金属时，活泼的金属做负极被氧化，Fe做正极被保护，属于牺牲阳极保护法。(3)图乙所示方案属于阴极电保护法，需把被保护的铁闸门连接在直流电源的负极上。 答案：(1)Fe－2e－===Fe2＋　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　(2)C　(3)负 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 高阶思维训练 15．利用如图所示装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法不正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 A．若X为碳棒，开关K置于N处，为阴极电保护法，可减缓铁的腐蚀 B．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应 C．若X为锌棒，开关K置于M处，为牺牲阳极保护法，可加快铁的腐蚀 D．若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生还原反应 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：C错误，牺牲阳极保护法可以减缓铁的腐蚀； D正确，若X为锌棒，开关K置于M处，形成原电池，铁电极是正极，发生还原反应。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 16．某实验小组欲探究牺牲阳极保护法的原理，设计如图实验装置： 实验Ⅰ：向烧杯中加入一定量的饱和食盐水，插入两个无底玻璃筒。将一根锌棒和一根铁棒用导线与电流计连接后，再分别插入两个玻璃筒中，电流表指针发生偏转。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 (1)锌棒上发生的电极反应为____________________________； 铁棒上发生的电极反应为_____________________________。 (2)向铁棒附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，无明显现象，这说明该实验中无________产生。 实验Ⅱ：该小组的同学将锌棒换为铜棒，并用导线将其与电流表连接。一段时间后，向插入铁棒的玻璃筒内滴入几滴K3[Fe(CN)6]溶液，向插入铜棒的玻璃筒内滴入几滴酚酞溶液。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 (3)实验Ⅱ中电流计指针的偏转方向与实验Ⅰ________(填“相同”或“相反”)。 (4)在铁棒和铜棒附近可观察到的现象分别是________________、________________。 (5)上述两个实验表明，活泼性不同的两种金属做电极构成原电池时，一般是相对________(填“活泼”或“不活泼”)的金属被保护，根据此原理采取的金属防护方法称为____________________。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 解析：锌、铁、氯化钠溶液构成原电池时，发生的是吸氧腐蚀，锌做负极被腐蚀，铁做正极被保护。铜、铁、氯化钠溶液构成原电池时，发生的也是吸氧腐蚀，铜做正极被保护，铁做负极被腐蚀。由于两次实验中原电池的电子流向相反，所以电流表指针的偏转方向也相反。铁做负极时，Fe失去电子生成Fe2＋，与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀，铜做正极，电极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故在铜棒附近溶液变红色。对比两个实验可知，一般情况下，发生吸氧腐蚀时，活泼金属被腐蚀，不活泼金属被保护，根据此原理采取的金属防护法称为牺牲阳极保护法。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 答案：(1)Zn－2e－===Zn2＋　2H2O＋O2＋4e－===4OH－　(2)Fe2＋　(3)相反　(4)产生蓝色沉淀　溶液变红色　(5)不活泼　牺牲阳极保护法 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 n(Fe)＝0.02 mol，负极电极反应：2Fe－4e－===2Fe2＋，生成的Fe2＋与正极生成的OH－结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3，所以0.02 mol Fe最终失去0.06 mol电子，消耗n(O2)＝＝0.015 mol，即336 mL O2(标准状况)，D错误。 pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14 腐蚀快慢 较快 慢 较快 主要产物 Fe2＋ Fe3O4 Fe2O3 FeO $$