内容正文:
假期必刷13 金属的腐蚀与防护
金
属
的
腐
蚀
本质:M-ne-Mn+氧化反应
类型
电化学腐蚀
条件:构成原电池
特征:伴有电流
类型
吸氧腐蚀
析氢腐蚀{
地位:主要
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化学腐蚀
条件:金属接触到干燥气体或
非电解质液体
特征:无电流产生
地位:次要
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危害:损失金属材料,损坏机械设备
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↓
金属的防护
本质:阻止 M-ne-Mn+的发生
预防金属腐蚀的方法{
一、金属的腐蚀
1.概念
金属或合金与周围接触到的 进行
而腐蚀损耗的过程.
2.本质
金属原子 电子变为 离子,
金属发生 反应.
3.分类
(1)化学腐蚀
金属跟接触到的物质 而引
起的腐蚀.
(2)电化学腐蚀
不纯的金属跟电解质溶液接触时,会发生
原电池反应,比较活泼的金属失电子而被
氧化.
4.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较
吸氧腐蚀 析氢腐蚀
条件 水膜呈 或 水膜呈
正极反应
负极反应
总反应
二、金属的防护
1.电化学防护
(1)牺牲阳极的阴极保护法———
原理.
①被保护的金属设备作 极(阴
极).
②比被保护金属活泼的金属作 极
(阳极).
(2)外 加 电 流 的 阴 极 保 护 法———
原理.
①惰性金属作 极.
②被保护的金属设备作 极.
2.改变金属的内部结构
如制成合金、不锈钢等.
3.加保护层
如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或
表面钝化.
一、1.气体或液体 化学反应 2.失去 阳
氧化 3.(1)直接发生化学反应 4.中性
弱酸性 较强酸性 O2+4e-+2H2O
4OH- 2H++2e-H2↑ Fe-
2e-Fe2+ Fe-2e-Fe2+ 2Fe+
O2+2H2O 2Fe(OH)2 Fe+2H+
Fe2++H2↑
二、1.(1)原电池 正 负 (2)电解池 阳 阴
73
1.普宁寺位于河北省承德市,是始建于清朝乾
隆时期的一座汉藏结合寺庙,该寺庙的部分
是由含铜合金打造.下列有关叙述正确
的是 ( )
A.青铜、黄铜都是铜的合金
B.含铜合金的硬度和熔点都低于纯铜
C.含铜合金在空气中主要发生析氢腐蚀
D.定期用硝酸浸泡和清洗含铜合金雕像
2.下列金属防护的做法中,运用了电化学原理
的是 ( )
A.健身器材刷油漆以防锈
B.衣架外面包上一层塑料层
C.地下钢铁管道连接镁块以防腐
D.自行车链条涂抹润滑油
3.选取pH=2.5和pH=5.0的醋酸溶液分
别与生铁反应,进行腐蚀实验,测量密闭容
器内压强的变化情况如下图所示.下列结
论错误的是 ( )
A.pH=5.0的醋酸溶液中一定存在吸氧
腐蚀
B.酸度不同,腐蚀的主要类型可能不同
C.两组溶液的pH一定逐渐变大
D.若改 用 盐 酸 进 行 实 验,腐 蚀 速 率 一 定
变大
4.我国科技创新成果丰硕.下列有关说法正
确的是 ( )
A.量子通信的光纤和超算“天河一号”的芯
片的主要材料均为SiO2
B.“深海一号”母船海水浸泡区的铝基可保
障船体不易腐蚀
C.北斗卫星授时系统的星载铷钟含铷元
素,其单质遇水能缓慢反应放出氢气
D.C919民航客机机身材料中的复合纤维属
于天然有机高分子
5.(双选)港珠澳大桥设计寿命为120年,对桥
体钢构件采用了多种防腐方法.下列分析
错误的是 ( )
A.防腐原理主要是避免发生反应:Fe+
2H+Fe2++H2↑
B.钢构件表面喷涂环氧树脂涂层,是为了
隔绝空气、水等,防止形成原电池
C.采用外加电流阴极保护法时需外接镁、
锌等做辅助阳极
D.钢构件可采用不锈钢材料以减缓电化学
腐蚀
6.化学小组研究金属的电 化 学 腐 蚀,实 验
如下:
实
验
Ⅰ Ⅱ
装
置
现
象
锌片附近处颜色无变
化,裸露在外的铁钉
附近处出现红色.
铜片附近处出现红
色,裸露在外的铁钉
附近处出现蓝色
下列说法正确的是 ( )
A.实验Ⅰ和Ⅱ中铁钉均为负极
B.实验Ⅰ和Ⅱ中均发生吸氧腐蚀,且铁钉
腐蚀速度实验Ⅰ>实验Ⅱ
C.一段时间后,实验Ⅰ铁钉附近也出现了
蓝色,可能是 K3[Fe(CN)6]氧化了单
质Fe
D.一段时间后,实验Ⅰ和实验Ⅱ中均出现
红褐色
83
7.钢铁的电化学腐蚀原理如下图所示.
(1)电解质溶液:
在潮湿的空气里,钢铁表面吸附了一薄层水
膜,水膜里含有少量 、
和 等.
(2)电极:
钢铁里的铁和少量碳形成了无数微小的
,其 中,负 极 为 ,正 极
为 .
(3)电极反应式:
①负极: ,
②正极: .
(4)铁锈的形成:
①2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2
②
③2Fe(OH)3 脱水:铁锈的主要成分是
.
1.(2024广东高考真题)我国自主设计建
造的浮式生产储卸油装置“海葵一号”将在
珠江口盆地海域使用,其钢铁外壳镶嵌了锌
块,以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀.下
列有关说法正确的是 ( )
A.钢铁外壳为负极
B.镶嵌的锌块可永久使用
C.该法为外加电流法
D.锌发生反应:Zn-2e-Zn2+
2.(2024湖北高考真题)2024年5月8
日,我国第三艘航空母舰福建舰顺利完成首
次海试.舰体表面需要采取有效的防锈措
施,下列防锈措施中不形成表面钝化膜的是
( )
A.发蓝处理 B.阳极氧化
C.表面渗镀 D.喷涂油漆
不锈钢
由铁矿石炼得的生铁虽然硬度很大,但较
脆且不易机械加工,人们便设法减少铁里的碳
元素并增加硅、锰等元素,把铁转化为钢,改善
了铁的性能,使钢铁成为工业社会的支柱.但
是由于其中残留其他杂质,钢铁很容易腐蚀,
尽管采取了大量防锈措施,每年仍有大量的钢
铁被锈蚀掉,于是不锈钢应运而生.
不锈钢是在普通钢的基础上,加入铬、镍等
多种元素炼成的钢材,它在空气中能保持金属光
泽,也就是具有不生锈的特性.不锈钢有多种类
型,其共同的特征是含铬量一般在12%以上.铬
元素的加入,能使钢材表面形成致密且坚固的氧
化膜,防止内部的铁与外界接触,同时在多种酸、
碱、盐的水溶液中也具有很好的化学稳定性和耐
腐蚀性.
不锈钢具有的优良性能,使它在化工生
产、医疗器械制造、建筑装饰业以及人类社会
中得到广泛应用.例如,不锈钢在高温下仍具
有很强的韧性,用它制成的手术器械可以进行
高温消毒.
93
假期必刷12 电解池
1.A A.化学电源中,电极材料可以是活性相同的材料,如
燃料电池,活泼性较强的电极材料不一定作电池的负极,
如 Al、Mg、NaOH 构成原电池,Al为 负 极,故 A 正 确;
B.用惰性电极电解 NaCl溶液,总电极反应式为2NaCl+
2H2O
通电
2NaOH+H2↑+Cl2↑,故 B错误;C.用惰性
电极 电 解 NaCl溶 液,总 电 极 反 应 式 为 2NaCl+2H2O
通电
2NaOH+H2↑+Cl2↑,500mL2molL-1NaCl溶
液中NaCl的物质的量为1mol,当通过1mole-时,NaCl完
全被电解,因此恢复原浓度,需要加入一定量的 HCl(g),不
能加入盐酸,故C错误;D.精炼铜时,粗铜为阳极,粗铜中
含有少量的 Zn、Fe、Ni,Zn、Fe比铜活 泼,先 失 电 子,即
Zn-2e-Zn2+、Fe-2e- Fe2+,阴 极 反 应 式 为
Cu2++2e- Cu,因此阳极溶解的金属质量不等于阴
极析出的金属质量,故 D错误;答案为 A.
2.D
3.D A.阴极发生反应 Ag+ +e- Ag,故每通过1mol
e- 析出1mol银,A 正确;B.铁为镀件,应与电源负极相
连,故B正确;C.阳极为镀层金属,电极反应式为 Ag-
e-Ag+,故C正确;D.阳极发生反应为 Ag-e-
Ag+,阴极发生反应 Ag++e-Ag,电镀液浓度不变,
不需要更换,故 D错误;答案选 D.
4.C A.若电解质溶液为 NaCl溶液,则 M 极为电解池阴
极,生成氢气,无黄绿色气体生成,A 错误;B.若电解质溶
液为 AlCl3 溶液,阳极(N极)生成氯气,阴极(M 极)生成
氢气,不能进行金属铝的冶炼,B错误;C.若电解质溶液
为 NaCl溶液,M 极为电解池阴极,生成氢气和氢氧根离
子,阳极(N极)生成氯气,则电解一段时间后,溶液的pH
增大,C 正 确;D.若 电 解 质 溶 液 为 CuCl2 溶 液,每 转 移
2mol电子,阴极 M 电极生成 Cu1mol(64g),阳极 N 极
生成氯气1mol(71g),D错误.
5.A 电解硫酸铜属于放氧生酸,阴极析出 Cu,pH 下降,A
符合题 意;电 解 HCl溶 液 生 成 氢 气、氯 气,酸 性 减 弱,
B不符合题意;电解BaCl2 溶液生成氢气、氯气,属于放氢
生碱,pH 值增大,C不符合题意;电解 Na2SO4 溶液生成
氢气、氧气,pH 不变,D不符合题意;答案选 A.
6.C A.根据物质转化可知,a极为阴极,b极为阳极,阳极
上产生氧气,不允许阳极材料参与反应,故阳极应选择惰
性材 料,与 电 源 正 极 连 接,A 项 错 误;B.阳 极 反 应 为
4OH--4e-2H2O+O2↑,水逐渐增多,KOH 溶液
浓度降低,B项错误;C.阴极主要生成氨气,主要反应为
NO-3 +6H2O+8e- NH3↑+9OH-,C 项正确;D.
根据阳极反应可知,生成4.48LO2(标准状况)相当于
0.2molO2,转移08mol电子,则必有0.8molOH- 向
b极迁移,D项错误.
7.D 储电时Fe2+ 被氧化,为阳极,发生反应为 Fe2+ -e-
Fe3+,阴 极 反 应 为 Cr3+ +e- Cr2+,放 电 时,
Fe3+ 被还原,为原电池的正极,Cr2+ 被氧化,为负极.
A.装置中离子交换膜只允许 H+ 通过,可以防止 Fe3+ 和
Cr2+ 直接接触发生氧化还原反应,提高充电/放电效率,
A正确;B.供电时,即为放电时,Cr2+ 被氧化,为负极,发
生反应为Cr2+-e-Cr3+,B正确;C.充电时,即为储
电时,Fe2+ 被氧化,为阳极,发生反应为 Fe2+ -e-
Fe3+,电 极 Ⅰ 与 外 电 源 正 极 相 连,C 正 确;D.储 电 时,
Fe2+ 被氧化,为阳极,发生反应为 Fe2+ -e- Fe3+,
根据电荷守恒,当1molFe2+ 被氧化时有1molH+ 通过
离子交换膜,D错误;答案选 D.
8.解析:(1)用惰性电极电解硫酸铜溶液,铜离子在阴极得
电子被还原,电极反应为:Cu2+ +2e- Cu.(2)铅蓄
电池是可充放电的二次电池,其放电时正极反应式为:
PbO2+2e-+SO2-4 +4H+PbSO4+2H2O.(3)碱性
条件下甲醇燃料电池的负极为甲醇,反应生成碳酸根离
子,电极反应式为:CH3OH-6e- +8OH- CO2-3 +
6H2O.(4)据图分析,a电极上实现了亚硫酸氢根离子生
成连二硫酸根离子,电极反应为:2HSO-3 +2H+ +2e-
S2O2-4 +2H2O.(5)图2中a电极上为乙酸根离子
生成二氧 化 碳 和 氢 离 子,电 极 反 应 式 为:CH3COO- +
2H2O-8e-2CO2↑+7H+.
答案:(1)Cu2++2e-Cu
(2)PbO2+2e-+SO2-4 +4H+PbSO4+2H2O
(3)CH3OH-6e-+8OH-CO2-3 +6H2O
(4)2HSO-3 +2H++2e-S2O2-4 +2H2O
(5)CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+
高考冲浪
1.C 右侧溶液为饱和食盐水,右侧电极产生气体,则右侧
电极为阳极,Cl- 放电产生氯气,电极反应为:2Cl- -2e-
Cl2↑;左侧电极为阴极,发生还原反应,Fe2O3 在碱
性条件下转化为 Fe,电极反应为:Fe2O3+6e- +3H2O
2Fe+6OH-;中间为阳离子交换膜,Na+ 由阳极向阴
极移动.A.由分析可知,阳极反应为:2Cl- -2e-
Cl2↑,A正确;B.由分析可知,阴极反应为:Fe2O3+6e-
+3H2O2Fe+6OH-,消耗水产生 OH-,阴极区溶
液中 OH- 浓度逐渐升高,B正确;C.由分析可知,理论上
每消耗1molFe2O3,转移6mol电子,产生3molCl2,同
时有6molNa+ 由阳极转移至阴极,则阳极室溶液减少
3mol×71g/mol+6mol×23g/mol=351g,C错误;D.
由分析可知,理论上每消耗1molFe2O3,转移6mol电
子,有6molNa+ 由阳极转移至阴极,阴极室物质最多增
加6mol×23g/mol=138g,D正确.
2.B 多孔电极1上 H2O(g)发生得电子的还原反应转化成
H2(g),多孔电极1为阴极,电极反应为2H2O+4e-
2H2↑+2O2-;多孔电极2上O2- 发生失电子的氧化反应
转化成O2(g),多孔电极2为阳极,电极反应为2O2- -4e-
O2↑.
A.电极1的多孔结构能增大电极的表面积,增大与水蒸
气的接触面积,A项正确;B.根据分析,电极2为阳极,发
生氧化反应:2O2- -4e-O2↑,B项错误;C.工作时,
阴离子O2-向阳极移动,即O2-从多孔电极1迁移到多孔电
极2,C项正确;D.根据分析,电解总反应为2H2O(g)
电解
2H2↑+O2↑,分解2molH2O转移4mol电子,则理论
上电源提供2mol电子能分解1molH2O,D项正确.
假期必刷13 金属的腐蚀与防护
1.A A.青铜是铜锡合金,黄铜是铜锌合金,都是铜的合
金,A正确;B.合金的熔点低于其成分金属,但是硬度更
大,B错误;C.含铜合金腐蚀的类型主要有析氢腐蚀和吸
氧腐蚀两种,在不同的环境下,铜合金的腐蚀机理和类型
都是不同的,C错误;D.硝酸可以与铜反应,不能用硝酸
浸泡清洗含铜合金的雕像,否则会损坏雕像,D错误.
2.C A.健身器材刷油漆为外加防护膜的保护法,可以隔
绝空气,只运用了化学防腐蚀的原理,故 A 不符合;B.衣
架的外面包上一层塑料层为外加防护膜的保护法,可以
隔绝空气,只 运 用 了 化 学 防 腐 蚀 的 原 理,故 B 不 符 合;
C.地下钢铁管道连接镁块,金属镁比铁活泼,属于牺牲阳
07
极的阴极保护法,运用了电化学原理,故 C符合;D.自行
车链条涂抹润滑油,可以隔绝空气,只运用了化学防腐蚀
的原理,故 D不符合;答案选C.
3.D pH=25的醋酸溶液与铁反应的压强增大,则为析氢
腐蚀,电 极 反 应 式 为:2CH3COOH+2e- H2↑ +
2CH3COO-;pH=50时压强减小,则是吸氧腐蚀,电极
反 应 式 为:O2 + 4CH3COOH + 4e- 2H2O +
4CH3COO-.A.pH=50的醋酸溶液压强减小,是吸氧腐
蚀,故A正确;B.pH=25时,压强增大,是析氢腐蚀,pH=
50时,压强减小,是吸氧腐蚀,酸度不同,腐蚀的主要类型可
能不同,故B正确;C.两组溶液都在消耗氢离子,pH 一定逐
渐变大,故C正确;D.腐蚀速率与氢离子浓度有关,换成盐
酸,若pH相同,则速率相同,故D错误;答案选D.
4.B A.芯片的主要材料为硅,不是二氧化硅,故 A 错误;
B.母船海水浸泡区的铝与船体构成原电池,金属性强于
铁的铝基作原电池的负极被损耗,船体作正极被保护,该
保护方法为牺牲阳极的阴极保护法,故B正确;C.铷单质
的金属性强,与水剧烈反应放出氢气,故 C错误;D.复合
纤维属于合成有机高分子化合物,不是天然高分子化合
物,故 D错误;答案选B.
5.AC
6.C A.实验Ⅰ中锌比铁活泼,锌为负极,实验Ⅱ中铁比铜
活泼,铁为负极,故 A 错误;B.实验Ⅰ和Ⅱ中都是中性环
境,均发生吸氧腐蚀,实验Ⅰ中锌为负极,铁为正极被保
护,铁钉腐蚀速度实验Ⅰ<实验Ⅱ,故 B错误;C.一段时
间后,实验Ⅰ铁钉附近也出现了蓝色,说明溶液中存在
Fe2+,可能是 K3[Fe(CN)6]氧化了单质 Fe,故 C 正确;
D.实验Ⅰ中锌为负极,铁为正极,溶液中不会生成 Fe3+,
不会出现红褐色沉淀,实验Ⅱ中铁为负极,生成 Fe2+,正
极 O2 得电子生成 OH-,得到的 Fe(OH)2 会被 O2 氧化
为Fe(OH)3 红褐色沉淀,故 D错误.
7.解析:(1)钢铁发生电化学腐蚀时,电解质溶液形成是因
为在潮湿的空气里,钢铁表面吸附了一薄层水膜,水膜里
含有少量 H+、OH- 和 O2 等.(2)钢铁发生电化学腐蚀
是因为钢铁里的铁和少量碳形成了无数微小的原电池,
其中铁是活泼的金属,负极为铁,正极为碳.(3)负极是
铁,发生失去电子的氧化反应,电极反应式为 Fe-2e-
Fe2+;正极是碳,发生得到电子的还原反应,溶液中
的氧气得到电子,电极反应式为 O2+2H2O+4e-
4OH-.(4)铁锈的形成是因为负极产生的亚铁离子结合
溶液中 的 氢 氧 根 生 成 氢 氧 化 亚 铁 沉 淀,即 2Fe+O2+
2H2O2Fe(OH)2,氢氧化亚铁易被氧化为氢氧化铁,
即4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3;Fe(OH)3 脱
水转化为铁锈,其中铁锈的主要成分为Fe2O3xH2O.
答案:(1)H+ OH- O2
(2)原电池 Fe 碳
(3)① Fe-2e- Fe2+ ② O2 +2H2O +4e-
4OH-
(4)②4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
③Fe2O3xH2O
高考冲浪
1.D 钢铁外壳镶嵌了锌块,由于金属活动性Zn>Fe,即锌
块为负极,钢铁为正极,形成原电池,Zn失去电子,发生氧
化反应,Zn-2e-Zn2+,从而保护钢铁,延缓其腐蚀.
A.由于金属活动性Zn>Fe,钢铁外壳为正极,锌块为负
极,故 A 错误;B.Zn失去电子,发生氧化反应,Zn-2e-
Zn2+,镶嵌的锌块会被逐渐消耗,需根据腐蚀情况进
行维护和更换,不能永久使用,故B错误;C.由分析得,该
方法为牺牲阳极的阴极保护法,故 C错误;D.Zn失去电
子,发生氧化反应:Zn-2e-Zn2+,故 D正确.
2.D A.发蓝处理技术通常用于钢铁等黑色金属,通过在
空气中加热或直接浸泡于浓氧化性溶液中来实现,可在
金属表面形成一层极薄的氧化膜,这层氧化膜能有效防
锈,A不符合题意;B.阳极氧化是将待保护的金属与电源
正极连接,在金属表面形成一层氧化膜的过程,B不符合
题意;C.表面渗镀是在高温下将气态、固态或熔化状态的
欲渗镀的物质(金属或非金属元素)通过扩散作用从被渗
镀的金属的表面渗入内部以形成表层合金镀层的一种表
面处理的方法,C不符合题意;D.喷涂油漆是将油漆涂在
待保护的金属表面并没有在表面形成钝化膜,D符合题
意;故答案选 D.
假期必刷14 反应热
1.B 激光、原子光谱、霓虹灯是原子的发射光谱,与原子核
外电子发生跃迁有关,石墨导电是层间电子的自由移动,
与电子的跃迁无关.
2.A A.一个原子轨道中可以容纳2个自旋方向相反的电
子,但是其电子云是相同的,A正确;
B.电子云中的黑点本身没有意义,不代表1个电子,也不
代表出现次数,小黑点的疏密表示出现机会的多少,B错
误;C.能级s的电子云是球形的,其他不是,C错误;D.核
外电子的运动是没有规律的,但是可用电子云来反映电
子在核外无规则运动时某点出现的概率,D错误.
3.D 每一能层最多能容纳的电子数目为2n2,所以最多能
容纳的电子数目大于32的能层,至少是第五能层,只有
选项 D符合.
4.C A.不同元素原子的吸收光谱或发射光谱不同,所以
可以利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,故 A 正确;
B.同一原子中,2p、3p、4p电子的能量依次增强,B正确;
C.电子排布式为1s22s22p5 的基态原子对应元素位于周
期表第二周期,C错误;D.电子在激发态跃迁到基态时会
产生原子发射光谱.日常生活中的许多可见光,如焰火、
LED灯等,都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关,D
说法正确.
5.D 某核素核外共有15个不同运动状态的电子,则该原
子为 P 原 子,其 基 态 原 子 核 外 电 子 排 布 式 为
1s22s22p63s23p3;A.若 将 该 原 子 的 电 子 排 布 式 写 成
1s22s22p63s23p2x3p1y,它违背了洪特规则,A 错误;B.该原
子中所有电子占有1s、2s、2p、3s、3p共5个能级,9个轨
道,B错误;C.该元素的最高价氧化物的水化物 H3PO4
为中强酸,C错误;D.基态原子中能量最高的电子处于3p
能级,p电子云的形状都为哑铃形,D正确.
6.D A.磷原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,3p
轨道上有3个自旋方向相同的未成对电子,A 正确;B.基
态氧原子的电子排布式为1s22s22p4,1s22s22p33s1 表示
的是激发态氧原子的电子排布式,B正确;C.Fe失去电子
形成Fe3+ 时,最外层电子排布式为3s23p63d5,C 正确;
D.根据洪特规则可知,基态 N原子2p轨道电子的自旋方
向应 该 相 同,正 确 的 轨 道 表 示 式 为 2s
↑↓
2p
↑ ↑ ↑
,
D错误.
7.AB 某元素离子 X3+ 的核外电子排布式为[Ar]3d3,则
其核电荷数为24,由洪特规则特例,基态X原子的核外电
子排布式为[Ar]3d54s1,为Cr元素,以此来解析;
A.该元素为Cr,位于元素周期表的d区,A正确;
B.基态Cr原子的核外电子排布式为[Ar]3d54s1,3d、4s
能级电子均为单电子,即Cr原子有6个未成对电子,B正
17