第三单元 金属的腐蚀与防护（同步讲义）化学苏教版2019选择性必修1

专题1 化学反应与能量变化 第三单元 金属的腐蚀与防护 教学目标 1．了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害。 2．了解防止金属腐蚀的措施。 重点和难点 重点：金属的电化学腐蚀；金属的电化学防护。 难点：金属的电化学防护。 ◆知识点一 金属的腐蚀 1．金属的腐蚀 (1)概念：金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象叫做金属的腐蚀。 (2)金属腐蚀的分类 金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。 ①化学腐蚀：金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀。 ②电化学腐蚀：不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子而引起的腐蚀。 在现实生活中，电化学腐蚀现象比化学腐蚀现象严重得多。 2．钢铁的电化学腐蚀 (1)实验探究——钢铁的电化学腐蚀原理 ①向铁粉中加入碳粉的目的是碳作原电池的正极； ②实验现象：铁粉变成红棕色，a装置右边的小试管中液面上升；b装置中右边小试管中液面下降。 (2)钢铁的电化学腐蚀 根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，如下图所示： ①钢铁的吸氧腐蚀： 通常情况下，在潮湿的空气中，钢铁表面凝结了一层溶有氧气的水膜，将会发生吸氧腐蚀。 负极反应式：2Fe - 4e-===2Fe2+；正极反应式：O2 + 2H2O + 4e- ===4OH-。 总反应式：2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2。 Fe(OH)2被进一步氧化成Fe(OH)3：4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3，Fe(OH)3部分脱水生成Fe2O3·nH2O，是铁锈的主要成分。 ②钢铁的析氢腐蚀： 当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，腐蚀过程中有H2放出。其中，Fe是负极，C是正极。 负极反应式：Fe - 2e-=== Fe2+；正极反应式：2H＋＋2e－===H2↑。 总反应式：Fe+2H+===Fe2++H2↑。 随着了氢气的析出，溶液的pH上升，最终形成铁锈。 【易错提醒】 (1)无论是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀，作为负极的铁都被氧化成Fe2＋而不是Fe3＋。金属腐蚀主要是电化学腐蚀。 (2)由于通常情况下，金属表面不会遇到酸性较强的溶液，所以金属腐蚀的主要形式是电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，而且析氢腐蚀最终也会被吸氧腐蚀代替。 (3)金属活动性顺序中位于氢前和氢后的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在氢前的金属才会发生析氢腐蚀。 (4)原电池的负极被腐蚀，正极被保护；电解池的阳极被腐蚀，阴极被保护。 即学即练 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)无论化学腐蚀还是电化学腐蚀，金属的腐蚀都是失去电子被氧化的过程(√) (2)钢铁的腐蚀以吸氧腐蚀为主(√) (3)铜在酸性条件下也可以发生析氢腐蚀(×) (4)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋(×) (5)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更易生锈(√) (6)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(×) 2．小张同学设计了甲、乙两个实验，以研究钢铁在不同环境下腐蚀的情况，实验装置如图所示。操作过程是分别在水槽中的试管内放一枚铁钉，放置数天后均观察到铁钉生锈。 请你根据有关实验现象，填写相应内容： (1)甲试管内液面上升，则发生了__________(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀，两极的电极反应为 负极：_________________________，正极：_________________________。 (2)乙试管内液面下降，则发生了__________(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀，两极的电极反应为 负极：__________________________，正极：_________________________。 答案 (1)吸氧　2Fe－4e－===2Fe2＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)析氢　Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑ 解析 (1)甲试管内液面上升，则试管内气体减少，则发生了吸氧腐蚀，铁作负极，发生氧化反应，电极方程式为2Fe－4e－===2Fe2＋，石墨作正极，正极上发生还原反应，吸氧腐蚀时正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－； (2)乙试管内液面下降，则试管内气体增加，则发生了析氢腐蚀，铁作负极，发生氧化反应，电极方程式为Fe－2e－===Fe2＋，石墨作正极，正极上发生还原反应，析氢腐蚀时正极反应式为2H＋ ＋2e－===H2↑。 ◆知识点二 金属的防护 1．金属的防护方法 (1)在金属表面覆盖保护层，如在钢铁表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等。 (2)改变金属组成或结构，如制成合金。 (3)利用电化学原理来保护金属，防止金属腐蚀。 2．金属的电化学防护 金属的电化学防护包括牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。 (1)牺牲阳极的阴极保护法 将被保护的金属与比其更活泼的金属连在一起，更活泼的金属作阳极（负极），在不断腐蚀后定期更换，作为原电池的阴极（正极）的金属不易被腐蚀。 (2)外加电流的阴极保护法 被保护的钢铁设备作为阴极，另加惰性电极作阳极，两者都处在电解质溶液中，接上外接电源。 通电后，电子流向被保护的钢铁设备，从而抑制钢铁失去电子，阻止钢铁被腐蚀。 3．金属腐蚀原理的应用 (1)将铝片浸入浓硫酸或浓硝酸时，铝片表面产生一层致密的氧化铝膜，从而阻止铝进一步被氧化。可以用铝槽车运输冷的浓硝酸或浓硫酸。 (2)铁在NaOH和NaNO2的混合液中发蓝、发黑，使铁表面形成一层致密的氧化膜，可防止铁被腐蚀。 (3)生活中常用的“暖宝宝”是利用吸氧腐蚀原理制造的。 即学即练 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)牺牲阳极的阴极保护法利用的是电解池原理(×) (2)在铁制品表面镀锌，是为了防止铁制品的腐蚀，而且镀层有损坏仍可对铁制品起到保护作用(√) (3)铁制品涂油脂、喷油漆是为了隔绝铁与氧气的接触，起到保护铁制品的作用(√) (4)钢闸门可与外加电源的正极相连，起到保护作用(×) 2．防止金属的腐蚀是世界级难题，每年全世界钢产量的四分之一因腐蚀而损失。 (1)为降低某水库钢闸门的腐蚀速率，可以采用图甲方案，焊接在钢闸门上的固体材料R采用什么金属？ R活泼性应比铁强且能稳定存在于水溶液中，通常选锌。 (2)图乙所示方案也可降低钢闸门的腐蚀速率，钢闸门应连接直流电源的什么极，这属于哪种防护方法？ 钢闸门接电源负极，这是外加电流的阴极保护法。 (3)上述两种保护方法的原理有何不同？ 甲是在被保护设备上装上比它更活泼的金属，被保护金属作原电池的正极，称为牺牲阳极的阴极保护法。乙是被保护设备与电源的负极相连接，作电解池的阴极，称为外加电流的阴极保护法。 一、金属的电化学腐蚀 1．影响金属腐蚀的因素 影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。 （1）就金属本性来说，金属越活泼，越容易失去电子而被腐蚀。 （2）介质对金属腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。 2．钢铁析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较 因钢铁表面水膜酸碱性不同，钢铁发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀，二者正极反应式不同，但负极反应式相同，都是铁失电子被氧化。 3．影响金属腐蚀速率的因素 （1）电解时阳极腐蚀速率最快；电流越大腐蚀速率越快。 （2）发生原电池反应产生的腐蚀，电解质溶液的浓度越大，腐蚀速率越快；两种金属的活动性差别越大，腐蚀速率越快。 （3）化学腐蚀比电化学腐蚀的速率慢。 （4）电解产生的腐蚀比原电池产生的腐蚀速率快。 实践应用 1．如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和醋酸溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是(　 　) A．生铁块中的碳是原电池的正极 B．红墨水水柱两边的液面变为左低右高 C．两试管中相同的电极反应式是Fe-2e-=Fe2+ D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀 答案 B 解析 生铁中含有铁和碳，铁、碳和电解质溶液构成了原电池，较活泼的金属铁作负极，碳作正极，故A正确；a试管中是中性溶液，发生吸氧腐蚀，b试管中是酸性溶液，发生析氢腐蚀，所以a试管内气体的压强减小，b试管内气体的压强变大，导致U形管内红墨水液面左高右低，故B错误；生铁中含有铁和碳，铁、碳和电解质溶液构成了原电池，较活泼的金属铁作负极，碳作正极，负极上铁失电子发生氧化反应：Fe-2e-=Fe2+，两试管中负极电极反应相同，故C正确；a试管中是中性溶液，发生吸氧腐蚀，b试管中是酸性溶液，发生析氢腐蚀，故D正确。 2．下列对生铁片锈蚀对比实验的分析正确的是(　　) 序号 ① ② ③ 实验 现象 8小时未观察到明显锈蚀 8小时未观察到明显锈蚀 1小时观察到明显锈蚀 A．对比实验①②③，说明苯能隔绝O2 B．实验①中，生铁片未见明显锈蚀的主要原因是缺少O2 C．实验②中，NaCl溶液中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀 D．实验③中，属于铁的吸氧腐蚀，负极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 答案 C 解析A.对比①②③，说明生铁腐蚀，碳为正极，铁为负极，需足量O2和水，由实验③可知，生铁片明显锈蚀，说明苯不能隔绝O2，故A错误；B.原电池的形成条件：有两个活泼性不同的电极、电解质溶液、闭合回路，实验①中，苯不是电解质溶液，生铁难以腐蚀，故B错误；C.实验②中，铁能发生电化学腐蚀，但氧气难溶于水，NaCl溶液中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀，故C正确；D.实验③中，铁是负极，发生氧化反应，生成Fe2＋，负极反应：Fe－2e－===Fe2＋，在正极上发生吸氧腐蚀，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故D错误。 二、金属的电化学防护 1．金属防护的原理 2．金属的电化学防护 类型 方法 原理 实例 牺牲阳极的阴极保护法 在被保护的设备上装上比它更活泼的金属 被保护的金属作原电池的正极 船舶的外壳上装锌块 外加电流的阴极保护法 将被保护的设备与惰性电极置于电解质溶液中，接上外加直流电源 被保护的金属作电解池的阴极 保护海水中的钢闸门 金属被保护的效果 电解池的阴极>原电池的正极＞一般防护措施＞无保护措施。 实践应用 1．某城市为了减少钢管因锈蚀造成的损失，拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢管。下列有关说法正确的是(　 　) A．在潮湿的酸性土壤中钢管主要发生化学腐蚀 B．在潮湿的酸性土壤中金属棒M将电子通过导线流向钢管 C．在潮湿的酸性土壤中H+向金属棒M移动，抑制H+与铁的反应 D．钢管与金属棒M也可用导线分别连接直流电源正、负极以使钢管表面的腐蚀电流接近于零 答案 B 解析 在酸性环境下，钢管发生析氢腐蚀，故A错误；为了减少钢管的损失，金属棒M、钢管应在酸性土壤中形成原电池，其中金属棒M作负极，失去电子，失去的电子通过导线流向钢管，钢管作正极被保护，故B正确；在潮湿的酸性土壤中，存在大量氢离子，氢离子移动到正极上得电子被还原，即移动到钢管上得电子，故能抑制氢离子与铁的反应，故C错误；钢管与金属棒M也可用导线分别连接直流电源正、负极，钢管作正极，腐蚀速率加快，故D错误。 2．下列对如图所示的实验装置的判断错误的是(　　) A．若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀 B．若X为锌棒，开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀 C．若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法 D．若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑ 答案　D 解析　若X为碳棒，开关K置于A处，Fe为电解池的阴极，属于外加电流的阴极保护法，A项正确；若X为碳棒，开关K置于B处，Fe为原电池的负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，D项不正确；若X为锌棒，开关K置于A处时，Fe为电解池的阴极，属于外加电流的阴极保护法，开关K置于B处时，Fe为原电池的正极，属于牺牲阳极的阴极保护法，B项和C项均正确。 考点一 金属的腐蚀 【例1】某课外活动小组，为研究金属的腐蚀和防护的原理，做了以下实验：将剪下的一块镀锌铁片，放入锥形瓶中，并滴入少量食盐水将其浸湿，再加数滴酚酞试液，按如图所示的装置进行实验，过一段时间后观察，下列现象不可能出现的是(　　) A．B中导气管中产生气泡 B．B中导气管里形成一段水柱 C．金属片剪口变红 D．锌被腐蚀 答案 A 解析 镀锌铁片，放入锥形瓶中，并滴入少量食盐水将其浸湿，再加数滴酚酞试液，形成的原电池中，金属锌为负极，发生反应：Zn－2e－===Zn2＋，铁为正极，发生吸氧腐蚀，即2H2O＋O2＋4e－===4OH－，所以锥形瓶中气体压强减小，生成的氢氧根离子遇到酚酞会显示红色；原电池形成后没有气体生成，所以B中导气管不会产生气泡，故A错误；锥形瓶中金属发生吸氧腐蚀，瓶中气体压强减小，导气管里形成一段水柱，故B正确；锥形瓶中金属发生吸氧腐蚀，生成的氢氧根离子遇到酚酞会显示红色，故C正确；形成的原电池中，金属锌为负极，发生反应：Zn－2e－===Zn2＋，故D正确。 解题要点 金属的腐蚀类题目的解题思路 (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表分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀。金属活动性顺序表中氢前面的金属，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可能发生吸氧腐蚀。 【变式1-1】如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4的雨水和生铁片。观察到：开始导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。以下有关解释合理的是(　　) A．生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应 B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀 C．墨水回升时，碳极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．具支试管中溶液c(H＋)逐渐增大 答案　C 解析　生铁片中的碳是原电池的正极，A错误；雨水酸性较强，开始时生铁片发生析氢腐蚀，产生氢气，导管内液面下降，一段时间后生铁片发生吸氧腐蚀，吸收氧气，导管内液面回升，B错误；墨水回升时，生铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管中溶液c(OH－)都增大，D错误。 【变式1-2】国产航母山东舰已经列装服役，它是采用模块制造然后焊接组装而成的，对焊接有着极高的要求。实验室模拟在海水环境和河水环境下对焊接金属材料使用的影响(如图)。下列相关描述中正确的是(　　) A．由图示的金属腐蚀情况说明了Sn元素的金属性强于Fe元素 B．由图示可以看出甲是海水环境下的腐蚀情况，乙是河水环境下的腐蚀情况 C．两种环境下铁被腐蚀时的电极反应式均为Fe－3e－===Fe3＋ D．为了防止舰艇在海水中被腐蚀，可在焊点附近用锌块打“补丁”煅烧 答案 D 解析 A.由图可知，两种环境下都是铁被腐蚀，电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋，说明Sn元素的金属性弱于Fe元素，故A错误；B.对比甲乙腐蚀程度，乙被腐蚀的比甲多，说明乙所处环境离子浓度大，所以乙是海水环境下的腐蚀情况，甲是河水环境下的腐蚀情况，故B错误；C.由图可知，两种环境下都是铁被腐蚀，电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋，故C错误；D.为了防止舰艇在海水中被腐蚀，可在焊点附近用比铁活泼性强的金属锌块打“补丁”煅烧，故D正确。 考点二 金属的防护 【例2】研究金属桥墩腐蚀及防护是跨海建桥的重要课题。下列判断中正确的是(　 　) A．用装置①模拟研究时未见a上有气泡产生，说明铁棒没有被腐蚀 B．②中桥墩与外加电源正极连接能确保桥墩不被腐蚀 C．③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩 D．①②③中海水均是实现化学能转化为电能的电解质 答案 C 解析 ①是吸氧腐蚀，a极是氧气得电子生成氢氧根离子，而铁是负极，发生氧化反应生成亚铁离子，铁被腐蚀，故A错误；金属作电解池的阴极，被保护，而钢铁桥墩与电源正极相连，是阳极，发生氧化反应，故B错误；锌比铁活泼，所以锌失电子，所以③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩，故C正确；海水是混合物，不是化合物，既不是电解质，也不是非电解质，故D错误。 解题要点 (1)不要因为“阳极”“阴极”而把牺牲阳极法的工作原理当作电解原理。 (2)判断电化学保护法的类型，应分清其基本原理，要看是利用电解原理的外加电流法还是应用原电池原理的牺牲阳极法，两者不能混淆。 【变式2-1】如图是金属牺牲阳极的阴极保护法的实验装置，下列有关说法正确的是(　　) A．该装置为电解池 B．本实验牺牲了金属Fe来保护金属Zn C．若加入K3[Fe(CN)6]溶液，Fe电极附近不会产生带有特征蓝色的沉淀 D．远洋货轮上镶嵌的金属Zn不需要更换 答案 C 解析 该装置没有外接电源，所以是原电池而不是电解池，A说法错误；锌比铁活泼，失电子作负极，铁作正极，为牺牲了锌保护了铁，B说法错误；铁被保护，所以溶液中不会产生亚铁离子，加入K3[Fe(CN)6]溶液后，Fe电极附近不会产生带有特征蓝色的沉淀，C说法正确；远洋货轮船底镶嵌锌块，其中锌与铁构成原电池，锌作负极，失电子发生氧化反应，锌被腐蚀，为保护货轮需定期更换，D说法错误。 【变式2-2】下列有关金属的保护方法的说法中正确的是(　　) A．常使用的快餐杯表面有一层搪瓷，若搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用 B．白铁(镀锌铁)镀层破损后，铁皮的腐蚀速率很慢 C．轮船的船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阴极的阳极保护法 D．钢铁制造的暖气管道外常涂有一层沥青，这是钢铁的电化学保护法 答案 B 解析 涂层破损后，铁直接暴露在空气中，因而搪瓷层不能对破损部分进行保护，A错误；镀层破损后由于锌的金属性比铁强，和铁构成原电池，锌作负极，保护铁不被腐蚀，B正确；应是牺牲阳极的阴极保护法，C错误；应是用沥青作涂层的涂层保护法，D错误。 基础达标 1．关于金属腐蚀的叙述中，正确的是(　　) A．金属被腐蚀的本质是M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑ B．马口铁(镀锡铁)镀层破损后被腐蚀时，首先是镀层被氧化 C．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀 D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀 答案 C 解析 金属腐蚀的本质为M－ne－===Mn＋，应包括化学腐蚀和电化学腐蚀，金属腐蚀不一定置换出氢气，A项错误；马口铁中Sn、Fe构成电化学腐蚀，主要是Fe－2e－===Fe2＋，铁先被腐蚀，B项错误；常温下，空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，难以和非金属氧化剂(Cl2、S)等反应，发生化学腐蚀，C项正确；常温下，空气中的金属主要发生电化学腐蚀，D项错误。 2．下列各装置中都盛有0.1 mol·L－1的NaCl溶液，放置一定时间后，纯锌片的腐蚀速率由快到慢的顺序是(　　) A．②①④③　　　　　 B．①②④③ C．①②③④　 D．③①④② 答案 A 解析 ①中纯锌片为原电池的负极，②中纯锌片为电解池的阳极，故①②中纯锌片腐蚀的速率快，且②>①；③中纯锌片为电解池的阴极，受到保护，腐蚀速率最慢，故腐蚀速率由快到慢的顺序为②①④③。 3．下列事实中，与电化学腐蚀无关的是(　　) A．埋在潮湿土壤里的铁管比埋在干燥土壤里的铁管更易被腐蚀 B．为保护海轮的船壳，常在船壳上镶入锌块 C．在空气中，金属银的表面生成一层黑色物质 D．镀银铁制品，镀层部分受损后，露出的铁表面易被腐蚀 答案 C 解析 电化学腐蚀指不纯的金属或合金跟电解质溶液接触发生原电池反应。金属银在空气中被氧化，表面生成黑色的氧化银，这是氧化反应，与电化学反应无关。 4．将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　) A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋ B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀 D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀 答案 C 解析 A项，铁和活性炭构成原电池，铁作负极，铁失去电子生成Fe2＋，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，错误；B项，能量转化形式不是唯一的，化学能除了转化为电能外，还有热能等，错误；C项，Fe和活性炭构成原电池后，反应速率变快，正确；D项，Fe和C在水中也可以构成原电池，Fe失去电子，空气中的O2得电子，发生吸氧腐蚀，如果在NaCl溶液中，铁发生吸氧腐蚀更快，错误。 5．埋在地下的钢管道可以用如图所示方法进行电化学保护。下列说法正确的是(　　) A．该方法将电能转化成化学能 B．在此装置中钢管道作正极 C．该方法称为“外加电流法” D．镁块上发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 答案 B 解析 该方法是将化学能转化成了电能，A错误；根据图片知，该金属防护措施采用的是牺牲阳极法，钢管道作正极，B正确，C错误；镁块作负极，电极反应：Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2↓，D错误。 6．如图所示，拴上金属条的铁钉插在含有酚酞的NaCl溶液中，可以看到在贴近金属条一边的溶液出现粉红色。该金属条可能是(　　) A．镁　　　B．锡　　　C．铝　　　D．锌 答案 B 解析 拴上金属条的铁钉插在含有酚酞的NaCl溶液中，可以看到在贴近金属条一边的溶液出现粉红色，说明铁钉发生吸氧腐蚀，铁易失电子作负极、另一种金属作正极，则另一种金属的活泼性小于铁，所以只有锡符合。 7．某铁件需长期浸在水下，为减少腐蚀，想采取下列措施，其中不正确的是(　　) A．在铁件上铆上一些锌片 B．在制造铁件时，在铁中掺入一定量的铜制合金 C．在铁件表面涂上一层较厚的沥青 D．给铁件通入直流电，把铁件与电源负极相连 答案 B 解析 在铁件上铆上一些锌片，这样锌铁构成的原电池，金属锌是负极，铁是正极，正极金属铁能被保护，能达到目的，故A说法正确；制造铁件时，向铁中掺入一定比例的铜制成合金，铁铜构成的原电池，金属铁是负极，铜是正极，铁易被腐蚀，不能达到目的，故B说法错误；在铁件表面涂上一层较厚的沥青，可以隔绝金属和空气、水的接触，能被保护，能达到目的，故C说法正确；与原电池的负极相连，为阴极，阴极被保护，可以减少铁的腐蚀，能达到目的，故D说法正确。 8．下列关于金属保护的说法不正确的是(　　) A．图1是牺牲阳极法，图2是外加电流法 B．钢闸门均为电子输入的一端 C．锌和高硅铸铁的电板反应均为氧化反应 D．两图所示原理均发生了反应：2H＋＋2e－===H2↑ 答案 D 解析 A项：图1将被保护的钢闸门与较活泼金属锌构成原电池，是牺牲阳极法，图2将被保护的钢闸门、惰性电极分别与电源负极、正极相连构成电解池，是外加电流法，正确；B项：图1中，电子从锌经外电路转移向钢闸门。图2中，电子从电源负极转移向钢闸门，正确；C项：锌是原电池负极，本身发生失电子反应。高硅铸铁是电解池辅助阳极，在其表面发生失电子反应，正确；D项：图1中原电池正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，图2中电解池阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，错误。 9．支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(　　) A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 答案 C 解析 依题意，钢管桩为阴极，电子流向阴极，阴极被保护，铁不容易失去电子，故钢管桩表面腐蚀电流(指铁失去电子形成的电流)接近于0，A项正确；阳极上发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向阴极，B项正确；高硅铸铁作阳极，阳极上发生氧化反应，阳极上主要是海水中的水被氧化生成氧气，惰性辅助阳极不被损耗，C项错误；根据海水对钢管桩的腐蚀情况，增大或减小电流强度，D项正确。 10．为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外兴趣活动小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在如图所示的三个装置中，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(　　) A．实验结束时，装置Ⅰ左侧的液面会下降 B．实验结束时，左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低 C．实验结束时，装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重 D．实验结束时，装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀 答案 B 解析 装置Ⅰ中铁钉和铁丝连接，盐酸易挥发，铁钉腐蚀为化学腐蚀，铁和盐酸反应生成氢气，左侧的液面一定会下降，故A正确；盐酸具有挥发性，所以Ⅱ中左侧空气中含有盐酸酸雾，铜丝与铁钉构成原电池，导致Ⅱ发生析氢腐蚀，发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑，生成了气体，则Ⅱ中左侧液面会下降，又因为电化学腐蚀比单纯的化学腐蚀要快，因此左侧液面装置Ⅱ比装置Ⅰ低，装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重，故B错误，C正确；装置Ⅲ中浓硫酸是难挥发性酸，而且浓硫酸具有吸水性，则铁与硫酸不接触，即二者不发生化学反应，干燥的空气中铁不能发生化学腐蚀，所以装置Ⅲ中的铁钉几乎没有被腐蚀，故D正确。 11．如图是金属牺牲阳极法的实验装置，有关说法正确的是(　　) A．该装置为电解池 B．本实验牺牲了金属Fe来保护金属Zn C．若加入K3[Fe(CN)6]溶液后，Fe电极附近不会产生特征的蓝色沉淀 D．远洋货轮上镶嵌的金属Zn长时间没有什么变化，不需要更换 答案 C 解析 牺牲阳极法遵循原电池原理，装置属于原电池，故A错误；锌的活泼性比铁强，锌作负极，被腐蚀，本实验牺牲了金属Zn来保护金属Fe，故B错误；锌被腐蚀，铁没有被腐蚀，加入K3[Fe(CN)6]溶液后，Fe电极附近不会产生特征的蓝色沉淀，故C正确；远洋货轮上镶嵌的金属Zn会被腐蚀，需要定期更换，故D错误。 综合应用 12．某同学进行以下实验： 操作 现象 取一块打磨过的生铁片，在其表面滴1滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食盐水 放置一段时间后，生铁片上出现如图所示“斑痕”。其边缘处为红色，中心区域为蓝色，在两色环交界处出现铁锈 下列说法不合理的是(　　) A．生铁片发生吸氧腐蚀 B．中心区域：Fe－2e－===Fe2＋ C．边缘处：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．交界处：4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3＋8H＋ 答案 D 解析 生铁片边缘处为红色，说明生成了OH－：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，生铁片发生吸氧腐蚀，A、C项合理；根据实验现象，中心区域为蓝色，说明生成了Fe2＋，B项合理；在两色环交界处出现铁锈，是因为生成的氢氧化亚铁被氧气氧化为氢氧化铁，氢氧化铁分解生成铁锈，D项不合理。 13．验证牺牲阳极法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。 ① ② ③ 在Fe表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 试管内生成蓝色沉淀 下列说法不正确的是(　　) A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2＋ C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法 D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼 答案 D 解析 A项，对比②③，②向Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]无明显变化，Fe附近的溶液中不含Fe2＋，③向Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]产生蓝色沉淀，Fe附近的溶液中含Fe2＋，②中Fe被Zn保护，A项正确；B项，①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀，Fe表面产生了Fe2＋，对比①②的异同，①可能是K3[Fe(CN)6]将Fe氧化成Fe2＋，B项正确；C项，对比①②，①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀，①也能检验出Fe2＋，不能用①的方法验证Zn保护Fe，C项正确；D项，由实验可知K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2＋，将Zn换成Cu不能用①的方法证明Fe比Cu活泼，D项错误。 14．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)生产中可用盐酸来除铁锈，现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被除尽后，发生的化合反应的化学方程式为___________________________。 (2)下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀__________。 (3)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置如图所示： 请回答： ①A电极对应的金属是________(写元素符号)，B电极的电极反应是____________________。 ②若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12 g，则电镀时电路中通过的电子为________mol。 ③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因___________________________。 答案：(1)2FeCl3＋Fe===3FeCl2 (2)B、D (3)①Cu　Cu2＋＋2e－===Cu ②0.08 ③铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀(其他合理答案也可) 解析 (1)铁锈的主要成分是Fe2O3，Fe2O3和盐酸反应生成Fe3＋，2FeCl3＋Fe===3FeCl2。 (2)B项是牺牲阳极(Zn)法，D是外加电流法。 (3)①电镀的特点是：待镀金属作阴极，镀层金属作阳极，则A为阳极应是铜，B为阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu。 ②两极质量差为5.12 g，则每极变化质量为＝2.56 g，转移电子的物质的量为×2＝0.08 mol。 ③镀层破损后易形成原电池，铁比铜活泼，铁作负极更易被腐蚀。 15．某实验小组欲探究牺牲阳极法的原理，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表连接后，再分别插入两个玻璃筒中，电流表指针发生偏转。 (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。 (3)实验Ⅱ中电流表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作电极构成原电池时，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______________________。 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　牺牲阳极法 解析 锌、铁、氯化钠溶液构成原电池时，发生的是吸氧腐蚀，锌作负极被腐蚀，铁作正极被保护。铜、铁、氯化钠溶液构成原电池时，发生的也是吸氧腐蚀，铜作正极被保护，铁作负极被腐蚀。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。铁作负极时，Fe失去电子生成Fe2＋，与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀，铜作正极，电极反应式为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法。 拓展培优 16．某小相同学为探究电极对金属腐蚀与防护的影响，设计如下实验：将饱和食盐水与琼脂(凝固剂，不参与反应)的混合液置于两个培养皿中，向其中滴入少量酚酞溶液和溶液，混合均匀，分别将包裹锌片和铜片的铁钉放入两个培养皿中，观察现象如表。已知：遇到能产生蓝色沉淀，对有关实验现象及分析不正确的是( ) 变红变蓝 变红 ⅰ．包裹铜片的铁钉 ⅱ．包裹锌片的铁钉 A．两个培养皿中金属均发生吸氧腐蚀，且铁钉腐蚀速度ⅰ快 B．该实验证明，若给金属表面镀活泼性比被保护金属强的金属，则破损后依旧可以防护 C．培养皿ⅱ中对铁钉的防护是牺牲阳极的阴极保护法 D．随着反应的进行，培养皿ⅰ和ⅱ中均出现红褐色浑浊 【答案】D 【分析】由图可知，培养皿ⅰ中铁钉发生吸氧腐蚀，铁为原电池的负极、铜为正极，铁钉的腐蚀速率加快，培养皿ⅱ中锌片发生吸氧腐蚀，锌为原电池的负极、铁为正极，铁钉被保护，该保护方法为牺牲阳极的阴极保护法，所以培养皿ⅰ中铁钉腐蚀速度快。 【解析】A．由分析可知，培养皿ⅰ中铁钉发生吸氧腐蚀，培养皿ⅱ中锌片发生吸氧腐蚀，培养皿ⅰ中铁钉腐蚀速度快，故A正确；B．由分析可知，该探究实验证明若给金属表面镀活泼性比被保护金属强的金属，则破损后依旧可以防护，所以金属的防护需要给金属表面镀活泼性比被保护金属强的金属，故B正确；C．由分析可知，培养皿ⅱ中锌片发生吸氧腐蚀，铁为正极，铁钉被保护，该保护方法为牺牲阳极的阴极保护法，故C正确；D．由分析可知，随着反应的进行，培养皿ⅱ中铁收到了保护，锌为负极，铁为正极，不会出现红褐色浑浊，培养皿ⅰ中铁为负极变为亚铁离子，后面亚铁离子和氢氧根反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁和氧气反应生活才能氢氧化铁，因此会出现红褐色浑浊，故D错误；故选D。 17．研究小组将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)，从胶头滴管中滴入醋酸溶液，容器中的压强随时间的变化曲线如图2，下列说法不正确的是 A．铁粉发生反应： B．时碳粉上发生了还原反应 C．时压强增大的原因一定是铁发生了析氢腐蚀 D．时，容器中压强明显小于起始压强，原因是铁发生了吸氧腐蚀 【答案】C 【分析】由图2可知，0—t1时锥形瓶中气体压强增大，说明铁与醋酸溶液反应生成氢气使锥形瓶内气体的物质的量增大，反应生成的氢气可能是铁直接与醋酸发生化学腐蚀而得，也可能是铁、碳在醋酸溶液中构成原电池，铁发生析氢腐蚀而得；t1以后，锥形瓶内气体压强减小，说明溶液pH减小，铁、碳在溶液中构成原电池，铁发生吸氧腐蚀导致容器内氧气的物质的量减小；t2时，锥形瓶中压强明显小于起始压强，说明铁、碳在溶液中构成原电池，铁发生了吸氧腐蚀。 【解析】A．由分析可知，实验中铁可能发生化学腐蚀、析氢腐蚀、吸氧腐蚀，腐蚀过程中，铁均是失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，反应式为，故A正确；B．由分析可知，时铁、碳在溶液中构成原电池，碳为原电池的正极，水分子作用下氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，故B正确；C．由分析可知，时压强增大说明铁与醋酸溶液反应生成氢气使锥形瓶内气体的物质的量增大，反应生成的氢气可能是铁直接与醋酸发生化学腐蚀而得，也可能是铁、碳在醋酸溶液中构成原电池，铁发生析氢腐蚀而得，故C错误；D．由分析可知，t2时，锥形瓶中压强明显小于起始压强，说明铁、碳在溶液中构成原电池，铁发生了吸氧腐蚀，故D正确；故选C。 18．用如图所示装置及试剂进行铁的电化学腐蚀实验探究，测定具支锥形瓶中压强随时间变化关系以及溶解氧随时间变化关系的曲线如下。下列说法正确的是 A．pH=6.0时，正极电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH– B．整个过程中，负极电极反应式均为：Fe–3e-=Fe3+ C．pH=4.0时，同时发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀 D．将铁换成铜进行实验，pH=2.0时，压强随时间变化的曲线走势与铁基本相同 【答案】C 【分析】Fe在酸性环境下会发生析氢腐蚀，产生氢气，会导致锥形瓶内压强增大；若介质的酸性很弱或呈中性，并且有氧气参与，此时Fe就会发生吸氧腐蚀，吸收氧气，会导致锥形瓶内压强减小，据此分析解答； 【解析】A．由图可知，pH=6.0时，锥形瓶内的溶解氧减少，说明有消耗氧气的吸氧腐蚀发生，同时锥形瓶内的气压减小，也说明有吸氧腐蚀；因此正极电极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O，A错误；B．整个过程中，锥形瓶中的Fe粉和C粉构成了原电池，Fe粉作为原电池的负极，发生的电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+，B错误；C．若pH=4.0时只发生吸氧腐蚀，那么锥形瓶内的气体压强会有下降，而图中pH=4.0时，锥形瓶内的压强几乎不变，说明图中反应除了吸氧腐蚀，Fe粉还发生了析氢腐蚀，消耗氧气的同时也产生了氢气，因此锥形瓶内压强几乎不变，C正确；D．pH=2.0的溶液，酸性较强，因此锥形瓶中的Fe粉能发生析氢腐蚀，析氢腐蚀产生氢气，因此会导致锥形瓶内压强增大，D错误；故答案为：C。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题1 化学反应与能量变化 第三单元 金属的腐蚀与防护 教学目标 1．了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害。 2．了解防止金属腐蚀的措施。 重点和难点 重点：金属的电化学腐蚀；金属的电化学防护。 难点：金属的电化学防护。 ◆知识点一 金属的腐蚀 1．金属的腐蚀 (1)概念：______或______与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象叫做金属的腐蚀。 (2)金属腐蚀的分类 金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。 ①化学腐蚀：金属与其他物质直接接触发生____________反应而引起的腐蚀。 ②电化学腐蚀：____________或______发生______反应，使______的金属失去电子而引起的腐蚀。 在现实生活中，电化学腐蚀现象比化学腐蚀现象严重得多。 2．钢铁的电化学腐蚀 (1)实验探究——钢铁的电化学腐蚀原理 ①向铁粉中加入碳粉的目的是________________________； ②实验现象：铁粉变成______色，a装置右边的小试管中液面______；b装置中右边小试管中液面______。 (2)钢铁的电化学腐蚀 根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，如下图所示： ①钢铁的吸氧腐蚀： 通常情况下，在潮湿的空气中，钢铁表面凝结了一层溶有氧气的水膜，将会发生______腐蚀。 负极反应式：________________________；正极反应式：________________________。 总反应式：______________________________。 Fe(OH)2被进一步氧化成Fe(OH)3：______________________________，Fe(OH)3部分脱水生成Fe2O3·nH2O，是铁锈的主要成分。 ②钢铁的析氢腐蚀： 当钢铁表面的电解质溶液______较强时，腐蚀过程中有______放出。其中，Fe是____极，C是____极。 负极反应式：________________________；正极反应式：________________________。 总反应式：______________________________。 随着了氢气的析出，溶液的pH上升，最终形成铁锈。 【易错提醒】 (1)无论是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀，作为负极的铁都被氧化成Fe2＋而不是Fe3＋。金属腐蚀主要是电化学腐蚀。 (2)由于通常情况下，金属表面不会遇到酸性较强的溶液，所以金属腐蚀的主要形式是电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，而且析氢腐蚀最终也会被吸氧腐蚀代替。 (3)金属活动性顺序中位于氢前和氢后的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在氢前的金属才会发生析氢腐蚀。 (4)原电池的负极被腐蚀，正极被保护；电解池的阳极被腐蚀，阴极被保护。 即学即练 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)无论化学腐蚀还是电化学腐蚀，金属的腐蚀都是失去电子被氧化的过程( ) (2)钢铁的腐蚀以吸氧腐蚀为主( ) (3)铜在酸性条件下也可以发生析氢腐蚀( ) (4)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋( ) (5)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更易生锈( ) (6)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物( ) 2．小张同学设计了甲、乙两个实验，以研究钢铁在不同环境下腐蚀的情况，实验装置如图所示。操作过程是分别在水槽中的试管内放一枚铁钉，放置数天后均观察到铁钉生锈。 请你根据有关实验现象，填写相应内容： (1)甲试管内液面上升，则发生了__________(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀，两极的电极反应为 负极：_________________________，正极：_________________________。 (2)乙试管内液面下降，则发生了__________(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀，两极的电极反应为 负极：__________________________，正极：_________________________。 ◆知识点二 金属的防护 1．金属的防护方法 (1)在金属表面覆盖保护层，如在钢铁表面____________、覆盖______、镀____________等。 (2)改变金属组成或结构，如____________。 (3)利用______原理来保护金属，防止金属腐蚀。 2．金属的电化学防护 金属的电化学防护包括牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。 (1)牺牲阳极的阴极保护法 将被保护的金属与比其更活泼的金属连在一起，更活泼的金属作______（______），在不断腐蚀后定期更换，作为原电池的______（______）的金属不易被腐蚀。 (2)外加电流的阴极保护法 被保护的钢铁设备作为阴极，另加____________作阳极，两者都处在电解质溶液中，接上外接电源。 通电后，电子流向__________________，从而抑制钢铁____________，阻止钢铁被腐蚀。 3．金属腐蚀原理的应用 (1)将铝片浸入浓硫酸或浓硝酸时，铝片表面产生__________________，从而阻止铝进一步被氧化。可以用______运输冷的浓硝酸或浓硫酸。 (2)铁在____________的混合液中发蓝、发黑，使铁表面形成一层____________，可防止铁被腐蚀。 (3)生活中常用的“暖宝宝”是利用____________原理制造的。 即学即练 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)牺牲阳极的阴极保护法利用的是电解池原理( ) (2)在铁制品表面镀锌，是为了防止铁制品的腐蚀，而且镀层有损坏仍可对铁制品起到保护作用( ) (3)铁制品涂油脂、喷油漆是为了隔绝铁与氧气的接触，起到保护铁制品的作用( ) (4)钢闸门可与外加电源的正极相连，起到保护作用( ) 2．防止金属的腐蚀是世界级难题，每年全世界钢产量的四分之一因腐蚀而损失。 (1)为降低某水库钢闸门的腐蚀速率，可以采用图甲方案，焊接在钢闸门上的固体材料R采用什么金属？ (2)图乙所示方案也可降低钢闸门的腐蚀速率，钢闸门应连接直流电源的什么极，这属于哪种防护方法？ (3)上述两种保护方法的原理有何不同？ 一、金属的电化学腐蚀 1．影响金属腐蚀的因素 影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。 （1）就金属本性来说，金属越活泼，越容易失去电子而被腐蚀。 （2）介质对金属腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。 2．钢铁析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较 因钢铁表面水膜酸碱性不同，钢铁发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀，二者正极反应式不同，但负极反应式相同，都是铁失电子被氧化。 3．影响金属腐蚀速率的因素 （1）电解时阳极腐蚀速率最快；电流越大腐蚀速率越快。 （2）发生原电池反应产生的腐蚀，电解质溶液的浓度越大，腐蚀速率越快；两种金属的活动性差别越大，腐蚀速率越快。 （3）化学腐蚀比电化学腐蚀的速率慢。 （4）电解产生的腐蚀比原电池产生的腐蚀速率快。 实践应用 1．如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和醋酸溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是(　 　) A．生铁块中的碳是原电池的正极 B．红墨水水柱两边的液面变为左低右高 C．两试管中相同的电极反应式是Fe-2e-=Fe2+ D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀 2．下列对生铁片锈蚀对比实验的分析正确的是(　　) 序号 ① ② ③ 实验 现象 8小时未观察到明显锈蚀 8小时未观察到明显锈蚀 1小时观察到明显锈蚀 A．对比实验①②③，说明苯能隔绝O2 B．实验①中，生铁片未见明显锈蚀的主要原因是缺少O2 C．实验②中，NaCl溶液中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀 D．实验③中，属于铁的吸氧腐蚀，负极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 二、金属的电化学防护 1．金属防护的原理 2．金属的电化学防护 类型 方法 原理 实例 牺牲阳极的阴极保护法 在被保护的设备上装上比它更活泼的金属 被保护的金属作原电池的正极 船舶的外壳上装锌块 外加电流的阴极保护法 将被保护的设备与惰性电极置于电解质溶液中，接上外加直流电源 被保护的金属作电解池的阴极 保护海水中的钢闸门 金属被保护的效果 电解池的阴极>原电池的正极＞一般防护措施＞无保护措施。 实践应用 1．某城市为了减少钢管因锈蚀造成的损失，拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢管。下列有关说法正确的是(　 　) A．在潮湿的酸性土壤中钢管主要发生化学腐蚀 B．在潮湿的酸性土壤中金属棒M将电子通过导线流向钢管 C．在潮湿的酸性土壤中H+向金属棒M移动，抑制H+与铁的反应 D．钢管与金属棒M也可用导线分别连接直流电源正、负极以使钢管表面的腐蚀电流接近于零 2．下列对如图所示的实验装置的判断错误的是(　　) A．若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀 B．若X为锌棒，开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀 C．若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法 D．若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑ 考点一 金属的腐蚀 【例1】某课外活动小组，为研究金属的腐蚀和防护的原理，做了以下实验：将剪下的一块镀锌铁片，放入锥形瓶中，并滴入少量食盐水将其浸湿，再加数滴酚酞试液，按如图所示的装置进行实验，过一段时间后观察，下列现象不可能出现的是(　　) A．B中导气管中产生气泡 B．B中导气管里形成一段水柱 C．金属片剪口变红 D．锌被腐蚀 解题要点 金属的腐蚀类题目的解题思路 (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表分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀。金属活动性顺序表中氢前面的金属，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可能发生吸氧腐蚀。 【变式1-1】如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4的雨水和生铁片。观察到：开始导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。以下有关解释合理的是(　　) A．生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应 B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀 C．墨水回升时，碳极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．具支试管中溶液c(H＋)逐渐增大 【变式1-2】国产航母山东舰已经列装服役，它是采用模块制造然后焊接组装而成的，对焊接有着极高的要求。实验室模拟在海水环境和河水环境下对焊接金属材料使用的影响(如图)。下列相关描述中正确的是(　　) A．由图示的金属腐蚀情况说明了Sn元素的金属性强于Fe元素 B．由图示可以看出甲是海水环境下的腐蚀情况，乙是河水环境下的腐蚀情况 C．两种环境下铁被腐蚀时的电极反应式均为Fe－3e－===Fe3＋ D．为了防止舰艇在海水中被腐蚀，可在焊点附近用锌块打“补丁”煅烧 考点二 金属的防护 【例2】研究金属桥墩腐蚀及防护是跨海建桥的重要课题。下列判断中正确的是(　 　) A．用装置①模拟研究时未见a上有气泡产生，说明铁棒没有被腐蚀 B．②中桥墩与外加电源正极连接能确保桥墩不被腐蚀 C．③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩 D．①②③中海水均是实现化学能转化为电能的电解质 解题要点 (1)不要因为“阳极”“阴极”而把牺牲阳极法的工作原理当作电解原理。 (2)判断电化学保护法的类型，应分清其基本原理，要看是利用电解原理的外加电流法还是应用原电池原理的牺牲阳极法，两者不能混淆。 【变式2-1】如图是金属牺牲阳极的阴极保护法的实验装置，下列有关说法正确的是(　　) A．该装置为电解池 B．本实验牺牲了金属Fe来保护金属Zn C．若加入K3[Fe(CN)6]溶液，Fe电极附近不会产生带有特征蓝色的沉淀 D．远洋货轮上镶嵌的金属Zn不需要更换 【变式2-2】下列有关金属的保护方法的说法中正确的是(　　) A．常使用的快餐杯表面有一层搪瓷，若搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用 B．白铁(镀锌铁)镀层破损后，铁皮的腐蚀速率很慢 C．轮船的船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阴极的阳极保护法 D．钢铁制造的暖气管道外常涂有一层沥青，这是钢铁的电化学保护法 基础达标 1．关于金属腐蚀的叙述中，正确的是(　　) A．金属被腐蚀的本质是M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑ B．马口铁(镀锡铁)镀层破损后被腐蚀时，首先是镀层被氧化 C．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀 D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀 2．下列各装置中都盛有0.1 mol·L－1的NaCl溶液，放置一定时间后，纯锌片的腐蚀速率由快到慢的顺序是(　　) A．②①④③　　　　　 B．①②④③ C．①②③④　 D．③①④② 3．下列事实中，与电化学腐蚀无关的是(　　) A．埋在潮湿土壤里的铁管比埋在干燥土壤里的铁管更易被腐蚀 B．为保护海轮的船壳，常在船壳上镶入锌块 C．在空气中，金属银的表面生成一层黑色物质 D．镀银铁制品，镀层部分受损后，露出的铁表面易被腐蚀 4．将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　) A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋ B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀 D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀 5．埋在地下的钢管道可以用如图所示方法进行电化学保护。下列说法正确的是(　　) A．该方法将电能转化成化学能 B．在此装置中钢管道作正极 C．该方法称为“外加电流法” D．镁块上发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 6．如图所示，拴上金属条的铁钉插在含有酚酞的NaCl溶液中，可以看到在贴近金属条一边的溶液出现粉红色。该金属条可能是(　　) A．镁　　　B．锡　　　C．铝　　　D．锌 7．某铁件需长期浸在水下，为减少腐蚀，想采取下列措施，其中不正确的是(　　) A．在铁件上铆上一些锌片 B．在制造铁件时，在铁中掺入一定量的铜制合金 C．在铁件表面涂上一层较厚的沥青 D．给铁件通入直流电，把铁件与电源负极相连 8．下列关于金属保护的说法不正确的是(　　) A．图1是牺牲阳极法，图2是外加电流法 B．钢闸门均为电子输入的一端 C．锌和高硅铸铁的电板反应均为氧化反应 D．两图所示原理均发生了反应：2H＋＋2e－===H2↑ 9．支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(　　) A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 10．为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外兴趣活动小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在如图所示的三个装置中，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(　　) A．实验结束时，装置Ⅰ左侧的液面会下降 B．实验结束时，左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低 C．实验结束时，装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重 D．实验结束时，装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀 11．如图是金属牺牲阳极法的实验装置，有关说法正确的是(　　) A．该装置为电解池 B．本实验牺牲了金属Fe来保护金属Zn C．若加入K3[Fe(CN)6]溶液后，Fe电极附近不会产生特征的蓝色沉淀 D．远洋货轮上镶嵌的金属Zn长时间没有什么变化，不需要更换 综合应用 12．某同学进行以下实验： 操作 现象 取一块打磨过的生铁片，在其表面滴1滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食盐水 放置一段时间后，生铁片上出现如图所示“斑痕”。其边缘处为红色，中心区域为蓝色，在两色环交界处出现铁锈 下列说法不合理的是(　　) A．生铁片发生吸氧腐蚀 B．中心区域：Fe－2e－===Fe2＋ C．边缘处：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．交界处：4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3＋8H＋ 13．验证牺牲阳极法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。 ① ② ③ 在Fe表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 试管内生成蓝色沉淀 下列说法不正确的是(　　) A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2＋ C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法 D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼 14．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)生产中可用盐酸来除铁锈，现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被除尽后，发生的化合反应的化学方程式为___________________________。 (2)下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀__________。 (3)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置如图所示： 请回答： ①A电极对应的金属是________(写元素符号)，B电极的电极反应是____________________。 ②若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12 g，则电镀时电路中通过的电子为________mol。 ③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因___________________________。 15．某实验小组欲探究牺牲阳极法的原理，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表连接后，再分别插入两个玻璃筒中，电流表指针发生偏转。 (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。 (3)实验Ⅱ中电流表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作电极构成原电池时，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______________________。 拓展培优 16．某小相同学为探究电极对金属腐蚀与防护的影响，设计如下实验：将饱和食盐水与琼脂(凝固剂，不参与反应)的混合液置于两个培养皿中，向其中滴入少量酚酞溶液和溶液，混合均匀，分别将包裹锌片和铜片的铁钉放入两个培养皿中，观察现象如表。已知：遇到能产生蓝色沉淀，对有关实验现象及分析不正确的是( ) 变红变蓝 变红 ⅰ．包裹铜片的铁钉 ⅱ．包裹锌片的铁钉 A．两个培养皿中金属均发生吸氧腐蚀，且铁钉腐蚀速度ⅰ快 B．该实验证明，若给金属表面镀活泼性比被保护金属强的金属，则破损后依旧可以防护 C．培养皿ⅱ中对铁钉的防护是牺牲阳极的阴极保护法 D．随着反应的进行，培养皿ⅰ和ⅱ中均出现红褐色浑浊 17．研究小组将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)，从胶头滴管中滴入醋酸溶液，容器中的压强随时间的变化曲线如图2，下列说法不正确的是 A．铁粉发生反应： B．时碳粉上发生了还原反应 C．时压强增大的原因一定是铁发生了析氢腐蚀 D．时，容器中压强明显小于起始压强，原因是铁发生了吸氧腐蚀 18．用如图所示装置及试剂进行铁的电化学腐蚀实验探究，测定具支锥形瓶中压强随时间变化关系以及溶解氧随时间变化关系的曲线如下。下列说法正确的是 A．pH=6.0时，正极电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH– B．整个过程中，负极电极反应式均为：Fe–3e-=Fe3+ C．pH=4.0时，同时发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀 D．将铁换成铜进行实验，pH=2.0时，压强随时间变化的曲线走势与铁基本相同 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$