第三节 金属的腐蚀与防护（同步讲义）化学人教版2019选择性必修1

教材知识解读·讲透重点难点·方法能力构建·同步分层测评 第四章 化学反应与电能 第三节 金属腐蚀与防护 教习目标 1.通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因，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。 重点和难点 重难点:金属腐蚀的原因,金属防护的方法。 ◆知识点一 金属腐蚀 1.概念 金属或合金与周围的______发生____________反应而引起损耗的现象。其实质是金属原子______电子变为阳离子，金属发生______反应。 2.金属腐蚀的分类 根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类： （1）化学腐蚀： ①含义：金属直接发生______而引起的腐蚀。 ②条件：干燥气体，如____________等，______液体，如石油。 （2）电化学腐蚀： ①含义：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生______反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。 ②条件：接触到______溶液。 3.化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 金属腐蚀 化学腐蚀 电化学腐蚀 定义 现象 区别 实质与 联系 ◆知识点二 钢铁的电化学腐蚀 1.电化学腐蚀的实验探究 【实验4-3】p112 （1）实验装置 实验一 实验二 （2） 实验步骤 实验一：将经过酸洗涤除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入实验一图所示的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化，解释引起这种变化的原因。 实验二：取两支试管，分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸，观察现象。然后，向其中一支试管中滴加1-2滴硫酸铜溶液，再观察现象。实验二图。解释引起这种变化的原因。 （3） 实验现象 实验一：几分钟后，导管末端的水柱液面上升，铁钉表面有锈迹产生 实验二：滴有硫酸铜溶液的试管中产生气泡的速率快 （4） 实验结论 ①铁钉在中性的食盐水溶液中易发生吸氧腐蚀； ②电化腐蚀比化学腐蚀快 （5） 实验原理 实验一： 负极：2Fe－4e-=2Fe2+ 正极：O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2； 后续反应：Fe(OH)2→Fe(OH)3→Fe2O3•xH2O 实验二： 负极：Zn－2e-=Zn2+ 正极：2H+2e-=H2 总反应：Zn+2H+=Zn2++H2 2.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀 类别 项目　　 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 图形描述 条件 水膜酸性较______ 水膜酸性______ 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 正极 __________________ __________________ 总反应 __________________ __________________ 后续反应 最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应如下：__________________________________________ 联系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍 即学即练 1.下列关于金属腐蚀的说法正确的是(　　) A．金属在潮湿空气中腐蚀的实质是： M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑ B．金属的化学腐蚀的实质是：M－ne－===Mn＋，电子直接转移给氧化剂 C．金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行 D．在潮湿的环境中，金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀 2.下列现象与电化学腐蚀无关的是 A．铝片可以露置在空中保存 B．铜线和铝线不能直接对接 C．固定铜板的铁螺丝易生锈 D．“暖宝宝”撕开包装迅速发热 3.用如下装置进行铁的电化学腐蚀实验。下列说法正确的是 A．铁发生的电极反应： B．铁腐蚀过程中，化学能转化为热能 C．炭粉的存在对铁腐蚀的速率无影响 D．导管口产生气泡证明铁发生了析氢腐蚀 ◆知识点三 金属的防护 金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。 1．改变金属材料的组成 在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金。如普通钢加入镍、铬制成不锈钢，钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性能且具有良好的生物相容性。 2．在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如，在钢铁制品表面喷油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷等；电镀锌、锡、铬、镍等，利用化学方法、离子注入法、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。 3．电化学保护法 金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极(阳极)的金属被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为阴极，就不易被腐蚀。 （1）牺牲阳极法 原理：原电池原理 要求：被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极。 应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块 【实验4-4】 p114 （1）实验装置 实验一 实验二 （2） 实验步骤 实验一：以Fe作保护电极，Zn作辅助电极，以经过酸化的3%NaCl溶液作电解质溶液，按实验一图所示连接装置。观察电流表指针的变化，以及烧杯中两个电极附近发生的现象。过一段时间，用胶头滴管从Fe电极区域取少量溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察试管中溶液颜色的变化。 实验二：将1g琼脂加入250mL烧杯中，再加入50mL饱和食盐水和150mL水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。稍冷后，趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中，各滴入5-6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀。取两个2~3cm长的铁钉，用砂纸擦光。如实验二图(a)所示，将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养血中；如实验二图(b)所示，将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中。观察并解释实验现象。 （3） 实验现象 实验一： 实验装置 电流表 阳极(负极区) 阴极(正极区) 现象 指针偏转 Zn溶解 有气泡产生，无蓝色沉淀生成 有关反应 — Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ 实验二：(a)铁钉周围变红，(b)铁钉周围生成蓝色沉淀，铜丝周围变红。 （4） 实验结论 实验一：溶液中不含Fe2＋，铁作正极未被腐蚀。 实验二：铁作为负极时易腐蚀，作为正极时未腐蚀。 （5） 实验原理 实验一： 锌电极：Zn－2e-=Zn2+ 铁电极：2H++2e-=H2↑ 总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 实验二： 负极：Zn－2e-=Zn2+ 正极：2H+2e-=H2 总反应：Zn+2H+=Zn2++H2 （6）实验现象解释 ①裹有锌皮的铁钉在食盐的琼脂溶液中形成腐蚀电池，属于吸氧腐蚀。锌比铁活泼，锌一端为负校（卧阳极），锌失去电子变成锌离子铁需为王极（阴极），氧气得到电子，性成氢氧根离子使该端溶液的碱性增强酚酞变红。 ②缠有铜丝的铁钉在食盐的琼脂溶液中形成腐蚀电池，属于吸氧腐蚀。铁比铜活泼，铁一端为负极（阳极），铁失去电子变成铁离子，铁离子与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀；铜一端为正极（阴极），氧气得到电子，生成的氢氧根离子使该端溶液的碱性增强，酚酞变红。 （2）外加电流法 原理：电解池原理 要求：被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连 应用：钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极。 即学即练 1.下列有关金属铁的腐蚀与防护，说法正确的是(　　) A．在钢铁表面进行发蓝处理，生成四氧化三铁薄膜保护金属 B．当镀锡铁和镀锌铁镀层破损时，后者更易被腐蚀 C．铁与电源正极连接可实现电化学保护 D．阳极氧化处理铝制品生成致密的保护膜属于电化学保护法 2.研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是(　　) A．若d为石墨，则铁片腐蚀加快 B．若d为石墨，则石墨上电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．若d为锌块，则铁片不易被腐蚀 D．若d为锌块，则铁片上电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ 3.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）钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，写出该腐蚀过程中的电极反应式：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、 析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较 类别 项目　　 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 图形描述 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 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·xH2O＋(3－x)H2O 腐蚀速度 一般较快 一般较慢 联系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍 实践应用 1.下列关于金属腐蚀的叙述正确的是(　　) 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，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..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氯化铵溶液，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 3．我国某大城市今年夏季多次降下酸雨。据环保部门测定，该城市整个夏季酸雨的pH平均值为3.2。在这种环境中的铁制品极易被腐蚀。对此条件下铁的腐蚀的叙述不正确的是(　　) A．此腐蚀过程有化学腐蚀也有电化学腐蚀 B．发生电化学腐蚀时，正极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－ C．在电化学腐蚀过程中有氢气产生 D．发生电化学腐蚀时，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ 2、 金属腐蚀快慢的比较 1.在同一种电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序是电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极＞电解池的阴极。 2.在不同溶液中，金属在电解质溶液中的腐蚀＞金属在非电解质溶液中的腐蚀；金属在强电解质溶液中的腐蚀＞金属在弱电解质溶液中的腐蚀。 3.对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。 实践应用 1.下列各容器中盛有海水，则铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是    A．④＞②＞①＞③＞⑤＞⑥ B．⑤＞④＞②＞③＞①＞⑥ C．④＞⑥＞②＞①＞③＞⑤ D．⑥＞③＞⑤＞②＞④＞① 2.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__________。 3、 金属的防护 金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。 1．改变金属材料的组成 在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金。如普通钢加入镍、铬制成不锈钢，钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性能且具有良好的生物相容性。 2．在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如，在钢铁制品表面喷油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷等；电镀锌、锡、铬、镍等，利用化学方法、离子注入法、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。 3．电化学保护法 金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极(阳极)的金属被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为阴极，就不易被腐蚀。 （1）牺牲阳极法 原理：原电池原理 要求：被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极。 应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块 （2）外加电流法 原理：电解池原理 要求：被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连 应用：钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极。 实践应用 1.下列防护措施中属于电化学保护法的是(　　) A．用氧化剂使金属表面生成致密稳定的氧化物保护膜 B．在金属中加入一些铬或者镍制成合金 C．在轮船的船壳水线以下部分，装上一锌锭 D．在金属表面喷漆 7．(2020·大庆调研)埋在地下的钢管常用如图所示的方法加以保护，使其免受腐蚀。下列说法正确的是(　　) A．金属棒X的材料可能为铜 B．金属棒X的材料可能为钠 C．钢管附近土壤的pH可能会上升 D．这种方法称为外加电流法 考点一 金属腐蚀原理综合应用 【例1】结合下图判断，下列叙述正确的是(　　) A．Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护 B．Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋ C．Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3[Fe(CN)6]溶液，均有蓝色沉淀 解题要点 1.金属腐蚀的类型 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与接触到的干燥气体或非电解质液体直接发生化学反应 不纯的金属接触到电解质溶液发生原电池反应 本质 M－ne－＝Mn＋ M－ne－＝Mn＋ 现象 金属被腐蚀 较活泼的金属被腐蚀 区别 无电流产生 有微弱电流产生 联系 电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率更快，危害也更严重 2.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 电极 反应 负极 Fe－2e－＝Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－＝H2↑ O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 总反应式 Fe＋2H＋＝Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O＝2Fe(OH)2 联系 吸氧腐蚀更普遍 3.金属腐蚀快慢的比较 对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢 电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀；外界条件相同时，电解质浓度越大，金属腐蚀越快 对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢 强电解质溶液中＞弱电解质溶液中＞非电解质溶液中；活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快 【变式1-1】国产航母福建舰采用模块制造，然后焊接组装而成。实验室模拟海水和淡水对焊接金属材料的影响，结果如图所示。下列分析正确的是 A．舰艇被腐蚀是因为形成了电解池 B．甲是海水环境下的腐蚀情况 C．被腐蚀时正极反应式为Fe－2e—＝Fe2＋ D．焊点附近用锌块打“补丁”延缓腐蚀 【变式1-2】用如下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。 下列说法不正确的是 A．压强增大主要是因为产生了 B．整个过程中，负极电极反应式为： C．时，不发生析氢腐蚀，只发生吸氧腐蚀 D．时，正极电极反应式为：和 考点二 金属防护原理综合应用 【例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，铁皮的腐蚀速率加快 C．轮船的船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阳极的阴极保护法 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 解题要点 1．金属的电化学防护 电化学防护 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法 依据 原电池原理 电解池原理 原理 被保护金属作正极(阴极)；活泼金属作负极(阳极)。阳极要定期予以更换 将被保护金属与电源的负极相连作阴极；另一附加电极与电源的正极相连作阳极 实例示意图 2．金属的其他防护方法 （1）加涂保护层：如采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法，使金属与空气、水等物质隔离，防止金属被氧化腐蚀。 （2）改变金属的内部结构：如把铬、镍等金属加入普通钢中制成耐腐蚀的不锈钢。 【变式2-1】北溪1号和2号天然气管道被炸毁，导致管道中被包裹的金属材料Fe被腐蚀。下列有关说法正确的是 A．钢铁在海水中主要发生析氢腐蚀 B．钢铁在海水中构成原电池，负极反应为 C．可利用外加电流法保护输气管道 D．可以在钢铁表面镀一层铜，当铜破损时，仍能保护钢铁 【变式2-2】下列对如图所示的实验装置的判断中错误的是    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↑ 基础达标 1．下列有关金属电化学腐蚀的说法正确的是(　　) A．铜既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀 B．铁只能发生析氢腐蚀 C．铜只能发生吸氧腐蚀 D．析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍 2．铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．正极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ B．此过程中还涉及反应4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3 C．此过程中Fe、Cu均被腐蚀 D．此过程中电流从Fe流向Cu 3．如图所示是探究铁发生腐蚀的装置图，下列说法正确的是(　　) A．若B处液面上升，A溶液可能是酸性溶液 B．若A为NaCl溶液，B、C液面始终保持不变 C．可能产生Fe2O3·nH2O D．腐蚀的总反应式一定是2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 4.“外加电流法”和“牺牲阳极法”均可有效防止铁发生电化学腐蚀。下列说法错误的是 A．两种保护法中都要采用辅助电极 B．利用“外加电流法”时，铁连接电源负极 C．“牺牲阳极法”利用了电解池原理 D．钢铁在潮湿空气中生锈发生了电化学腐蚀 5.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，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，铁皮的腐蚀仍很慢 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 6.我国某大城市今年夏季多次降下酸雨。据环保部门测定，该城市整个夏季酸雨的平均为3.2。在这种环境中的铁制品极易被腐蚀。对此条件下铁的腐蚀的叙述错误的是 A．此腐蚀过程有化学腐蚀也有电化学腐蚀 B．发生电化学腐蚀时的正极反应为 C．在化学腐蚀过程中有氢气产生 D．发生电化学腐蚀时的负极反应为 7.铆有铁钉的铜板暴露在潮湿的空气中，一段时间后铁钉上有铁锈出现，其原理如图所示。下列说法错误的是 A．铁发生氧化反应 B．腐蚀过程中铜板上发生的反应为 C．铁锈的主要成分是 D．在铆有铁钉的铜板上刷一层油漆，可减缓腐蚀 8.如下装置烧杯中均为稀硫酸，Fe的腐蚀速率由快到慢的是 A．①②③④⑤ B．②①③⑤④ C．③①②⑤④ D．③②⑤①④ 9.下列现象与电化学腐蚀无关的是 A．铜锌合金（黄铜）不易被腐蚀 B．银质物品久置表面变黑 C．附有银制配件的铁制品其接触处易生锈 D．生铁比纯铁更容易生锈 10.将Zn块连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法不正确的是 A．该装置设计利用了原电池原理 B．Zn的金属性比Fe的金属性强 C．Zn极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2+ D．工作时电子经外电路由钢铁设施流向金属Zn 11.下列铁制品防护的装置或方法中错误的是 A B C D A．外加电流法 B．牺牲阳极法 C．表面镀铜 D．表面喷漆 12.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。下列说法不正确的是 A．钢铁发生腐蚀的负极反应为Fe - 2e- = Fe2+ B．导线与Cu块连接也可保护钢铁输水管 C．将导线与Zn块连接可保护钢铁设备，该防护方法为牺牲阳极法 D．导线与Zn块连接时，电子从Zn块流向钢铁输水管 13.2024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，下列防锈措施不属于在金属表面覆盖保护层的是 A．船底四周镶嵌锌块 B．钢铁表面发蓝处理 C．钢铁表面喷涂油漆 D．铝制品的阳极氧化 14.两种金属接触时，接触部位会发生“电偶腐蚀”。金属铁和铜在水和海水中，相同时间发生的腐蚀情况如图。下列有关说法正确的是 A．甲图中的介质为海水 B．腐蚀过程中电能转化为化学能 C．铁电极反应式为Fe－3e－＝Fe3＋ D．若在金属表面涂油漆，可以减弱铁的腐蚀 15.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 16.金属腐蚀的电化学原理可用如图模拟。 （1）请写出有关电极反应式： ①铁棒上电极反应式： ____________________________________________________。 ②碳棒上电极反应式： _________________________________________________________。 （2）该图所表示的是______(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀。 （3）若将O2撤走，并将NaCl溶液改为稀硫酸溶液，则此图可表示______(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀原理；若用牺牲阳极法来保护铁棒不被腐蚀溶解，则可将碳棒改为______棒。 17.如图所示，a为生铁，A、B两个烧杯中为海水，C烧杯中为1 mol·L－1的稀硫酸。 （1）C中Cu极的电极反应式为____________________。 （2）B中Zn极的电极反应式为_____________，Fe极附近溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。 （3）A、B、C中铁被腐蚀的速率最快的是____________。 综合应用 18.下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是(　　) A．图1中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B．图2中，插入溶液中的铁棒容易溶解，主要是发生电化学腐蚀 C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀 D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的阴极 19.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一星期后，下列对实验结束时的现象描述不正确的是(　　) A．装置Ⅰ左侧的液面一定会下降 B．装置Ⅰ左侧液面比装置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 20.宝鸡被誉为“青铜器之乡”，出土了大盂鼎、毛公鼎、散氏盘等五万余件青铜器。研究青铜器(含Cu、Sn等)在潮湿环境中发生的腐蚀对于文物保护和修复有重要意义。下图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图，下列说法不正确的是(　　) A．青铜器发生电化学腐蚀，图中c作负极 B．潮湿环境中Cl－浓度大时有利于多孔粉状锈的生成 C．若生成0.2 mol Cu2(OH)3Cl，则消耗的O2体积为4.48 L D．环境中的Cl－与正、负两极反应的产物作用生成a的离子方程式为2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓ 21.下列对如图所示的实验装置的判断中错误的是    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↑ 22.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 拓展培优 23.下列装置图有关说法正确的是(　　) A．装置①中K键闭合时，片刻后CuSO4溶液中c(Cl－)增大 B．装置①中K键闭合时，片刻后可观察到滤纸a附近变红色 C．装置②中铁腐蚀的速率由大到小的顺序是只闭合K1>只闭合K3>只闭合K2>都断开 D．装置③中当铁制品上析出1.6 g铜时，电源负极输出的电子数为0.025NA 24.铁、铝及其化合物在生产和生活中有着广泛的应用。 （1）某研究性学习小组设计了如图所示装置探究钢铁的腐蚀与防护。 为防止金属Fe被腐蚀，可以采用上述 (填装置序号)装置原理进行防护；装置③中总反应的离子方程式为 。 （2）用甲烷或其他有机物、氧气为原料可设计成原电池，以CH3OH、O2为原料，KOH溶液为电解质设计成燃料电池，则负极的电极反应式为 。 （3）图1是在金属锌板上贴上一张用某溶液浸湿的滤纸，图2是NaBH4/H2O2燃料电池。 ①图2电池负极区的电极反应为 。 ②若用硫酸钠和酚酞的混合溶液浸湿滤纸，用导线将a、b直接相连，则滤纸出现 色，c位置的电极反应式为 。 ③若用KI-淀粉常液漫湿速纸，用导线将b与A．B电极相连，铅笔芯c点处出现蓝色，则b接的 填"A"或“B")电极。 25.电化学是化学研究重要分支，请回答下列问题： （1）铅酸蓄电池是最常见的二次电池，电压稳定，安全可靠，价格低廉，应用广泛。 ①放电时，电解质溶液中硫酸的浓度 (填“增大”“减小”或“不变”)，当外电路通过时，理论上负极板的质量增加 g。 ②用该蓄电池作电源，进行铁钉镀锌，电解一段时间后，电解质溶液的浓度 。(填“增大”“减小”或“不变”)，若电解一段时间后将电源正负极反接，则铁钉 (填“能”“否”)复原。 （2）以燃料电池为电源电解法制取，二氧化氯()为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。 ①图中电解池用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取，阳极产生的反应式为 。 ②电解一段时间，从阴极处收集到的气体比阳极处收集到气体多时(标准状况，忽略生成的气体溶解)，停止电解，通过阳离子交换膜的阳离子为 (精确到小数点后两位)。 （3）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 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $$ 教材知识解读·讲透重点难点·方法能力构建·同步分层测评 第四章 化学反应与电能 第三节 金属腐蚀与防护 教习目标 1.通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因，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。 重点和难点 重难点:金属腐蚀的原因,金属防护的方法。 ◆知识点一 金属腐蚀 1.概念 金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。其实质是金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。 2.金属腐蚀的分类 根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类： （1）化学腐蚀： ①含义：金属直接发生化学反应而引起的腐蚀。 ②条件：干燥气体，如氧气、氯气、二氧化硫等，非电解质液体，如石油。 （2）电化学腐蚀： ①含义：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。 ②条件：接触到电解质溶液。 3.化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 金属腐蚀 化学腐蚀 电化学腐蚀 定义 金属与接触到的物质直接反应 不纯的金属在潮湿的空气或电解质溶液中形成原电池，发生氧化还原反应 现象 金属被腐蚀 较活泼金属被腐蚀 区别 无电流产生 有微弱电流产生 实质与 联系 ①实质：都是金属原子失去电子被氧化而损耗； ②化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍 ◆知识点二 钢铁的电化学腐蚀 1.电化学腐蚀的实验探究 【实验4-3】p112 （1）实验装置 实验一 实验二 （2） 实验步骤 实验一：将经过酸洗涤除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入实验一图所示的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化，解释引起这种变化的原因。 实验二：取两支试管，分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸，观察现象。然后，向其中一支试管中滴加1-2滴硫酸铜溶液，再观察现象。实验二图。解释引起这种变化的原因。 （3） 实验现象 实验一：几分钟后，导管末端的水柱液面上升，铁钉表面有锈迹产生 实验二：滴有硫酸铜溶液的试管中产生气泡的速率快 （4） 实验结论 ①铁钉在中性的食盐水溶液中易发生吸氧腐蚀； ②电化腐蚀比化学腐蚀快 （5） 实验原理 实验一： 负极：2Fe－4e-=2Fe2+ 正极：O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2； 后续反应：Fe(OH)2→Fe(OH)3→Fe2O3•xH2O 实验二： 负极：Zn－2e-=Zn2+ 正极：2H+2e-=H2 总反应：Zn+2H+=Zn2++H2 2.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀 类别 项目　　 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 图形描述 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 后续反应 最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O 联系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍 即学即练 1.下列关于金属腐蚀的说法正确的是(　　) A．金属在潮湿空气中腐蚀的实质是： M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑ B．金属的化学腐蚀的实质是：M－ne－===Mn＋，电子直接转移给氧化剂 C．金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行 D．在潮湿的环境中，金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀 【答案】B 【解析】金属腐蚀的实质是金属失去电子，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀放出H2，而在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀，析氢腐蚀和吸氧腐蚀均属于电化学腐蚀。 2.下列现象与电化学腐蚀无关的是 A．铝片可以露置在空中保存 B．铜线和铝线不能直接对接 C．固定铜板的铁螺丝易生锈 D．“暖宝宝”撕开包装迅速发热 【答案】A 【解析】A.铝片在空气中易形成致密的氧化物保护膜，与电化学无关，A项符合题意；B.铜、铝、潮湿的空气构成原电池，属于电化学腐蚀，B项不符合题意；C.铁、铜、潮湿的空气构成原电池，属于电化学腐蚀，C项不符合题意；D.“暖宝宝”中铁粉、碳粉、氯化钠、水构成原电池，反应放热，属于电化学腐蚀，D项不符合题意；故选A。 3.用如下装置进行铁的电化学腐蚀实验。下列说法正确的是 A．铁发生的电极反应： B．铁腐蚀过程中，化学能转化为热能 C．炭粉的存在对铁腐蚀的速率无影响 D．导管口产生气泡证明铁发生了析氢腐蚀 【答案】B 【解析】A．铁发生的电极反应：，故A错误；B．铁腐蚀过程中，试管发热，说明化学能转化为热能，故B正确；C．铁粉、炭粉、氯化钠溶液构成原电池，炭粉的存在加快铁腐蚀的速率，故C错误；D．铁腐蚀过程中，试管内温度升高，气体膨胀，导管口产生气泡不能证明铁发生了析氢腐蚀，故D错误；选B。 ◆知识点三 金属的防护 金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。 1．改变金属材料的组成 在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金。如普通钢加入镍、铬制成不锈钢，钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性能且具有良好的生物相容性。 2．在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如，在钢铁制品表面喷油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷等；电镀锌、锡、铬、镍等，利用化学方法、离子注入法、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。 3．电化学保护法 金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极(阳极)的金属被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为阴极，就不易被腐蚀。 （1）牺牲阳极法 原理：原电池原理 要求：被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极。 应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块 【实验4-4】 p114 （1）实验装置 实验一 实验二 （2） 实验步骤 实验一：以Fe作保护电极，Zn作辅助电极，以经过酸化的3%NaCl溶液作电解质溶液，按实验一图所示连接装置。观察电流表指针的变化，以及烧杯中两个电极附近发生的现象。过一段时间，用胶头滴管从Fe电极区域取少量溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察试管中溶液颜色的变化。 实验二：将1g琼脂加入250mL烧杯中，再加入50mL饱和食盐水和150mL水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。稍冷后，趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中，各滴入5-6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀。取两个2~3cm长的铁钉，用砂纸擦光。如实验二图(a)所示，将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养血中；如实验二图(b)所示，将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中。观察并解释实验现象。 （3） 实验现象 实验一： 实验装置 电流表 阳极(负极区) 阴极(正极区) 现象 指针偏转 Zn溶解 有气泡产生，无蓝色沉淀生成 有关反应 — Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ 实验二：(a)铁钉周围变红，(b)铁钉周围生成蓝色沉淀，铜丝周围变红。 （4） 实验结论 实验一：溶液中不含Fe2＋，铁作正极未被腐蚀。 实验二：铁作为负极时易腐蚀，作为正极时未腐蚀。 （5） 实验原理 实验一： 锌电极：Zn－2e-=Zn2+ 铁电极：2H++2e-=H2↑ 总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 实验二： 负极：Zn－2e-=Zn2+ 正极：2H+2e-=H2 总反应：Zn+2H+=Zn2++H2 （6）实验现象解释 ①裹有锌皮的铁钉在食盐的琼脂溶液中形成腐蚀电池，属于吸氧腐蚀。锌比铁活泼，锌一端为负校（卧阳极），锌失去电子变成锌离子铁需为王极（阴极），氧气得到电子，性成氢氧根离子使该端溶液的碱性增强酚酞变红。 ②缠有铜丝的铁钉在食盐的琼脂溶液中形成腐蚀电池，属于吸氧腐蚀。铁比铜活泼，铁一端为负极（阳极），铁失去电子变成铁离子，铁离子与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀；铜一端为正极（阴极），氧气得到电子，生成的氢氧根离子使该端溶液的碱性增强，酚酞变红。 （2）外加电流法 原理：电解池原理 要求：被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连 应用：钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极。 即学即练 1.下列有关金属铁的腐蚀与防护，说法正确的是(　　) A．在钢铁表面进行发蓝处理，生成四氧化三铁薄膜保护金属 B．当镀锡铁和镀锌铁镀层破损时，后者更易被腐蚀 C．铁与电源正极连接可实现电化学保护 D．阳极氧化处理铝制品生成致密的保护膜属于电化学保护法 【答案】A 【解析】A项，四氧化三铁的致密保护膜可防止腐蚀，正确；B项，由于金属活动性Zn>Fe>Sn，所以镀锡铁镀层破损时，Fe作原电池的负极首先被腐蚀，而镀锌铁镀层破损时，由于Fe作正极，被腐蚀的是活动性强的Zn，Fe被保护起来，因此当镀锡铁和镀锌铁镀层破损时，前者更易被腐蚀，错误；C项，铁与电源负极连接可实现电化学保护，错误。 2.研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是(　　) A．若d为石墨，则铁片腐蚀加快 B．若d为石墨，则石墨上电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．若d为锌块，则铁片不易被腐蚀 D．若d为锌块，则铁片上电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ 【答案】D 【解析】A项，由于活动性Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化变为Fe2＋进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，与没有形成原电池时相比，铁片的腐蚀速率加快，正确；B项，d为石墨，由于电解质溶液为中性环境，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨电极上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，正确；C项，d为锌块，由于金属活动性Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，Fe得到保护，铁片不易被腐蚀，正确；D项，d为锌块，由于电解质溶液为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，铁片上电极反应式为： O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误。 3.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）钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，写出该腐蚀过程中的电极反应式：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。 【答案】 （1）2Fe－4e－===2Fe2＋　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　（2）C　（3）负 【解析】 （1）发生吸氧腐蚀时，负极上Fe失去电子，正极上O2得到电子。（2）铁闸门上连接比较活泼的金属时，活泼的金属作负极被氧化，Fe作正极被保护，属于牺牲阳极法。Na与水会剧烈反应，本题应该选用锌。（3）图乙所示方案属于外加电流法，需把被保护的铁闸门连接在直流电源的负极上。 1、 析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较 类别 项目　　 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 图形描述 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 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·xH2O＋(3－x)H2O 腐蚀速度 一般较快 一般较慢 联系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍 实践应用 1.下列关于金属腐蚀的叙述正确的是(　　) 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，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】金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化为金属阳离子：M－ne－===Mn＋，A项错误；马口铁的镀层破损后，Sn、Fe形成原电池，发生电化学腐蚀，则铁先被腐蚀，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，C项正确，D项错误。 2..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氯化铵溶液，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】a试管中为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b试管中酸性较强，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，故B项错。 3．我国某大城市今年夏季多次降下酸雨。据环保部门测定，该城市整个夏季酸雨的pH平均值为3.2。在这种环境中的铁制品极易被腐蚀。对此条件下铁的腐蚀的叙述不正确的是(　　) A．此腐蚀过程有化学腐蚀也有电化学腐蚀 B．发生电化学腐蚀时，正极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－ C．在电化学腐蚀过程中有氢气产生 D．发生电化学腐蚀时，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ 【答案】B 【解析】金属铁的腐蚀中，金属铁可以和溶液中的氢离子直接发生化学腐蚀，铁制品中含有铁和碳，再加上电解质环境，具备了原电池的构成条件，也会发生电化学腐蚀，故A正确；发生电化学腐蚀时，碳作正极，溶液中的氢离子得电子生成氢气，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故B错误，C正确；发生电化学腐蚀时，铁作负极，电极反应式为Fe－2e－=== Fe2＋，故D正确。 2、 金属腐蚀快慢的比较 1.在同一种电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序是电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极＞电解池的阴极。 2.在不同溶液中，金属在电解质溶液中的腐蚀＞金属在非电解质溶液中的腐蚀；金属在强电解质溶液中的腐蚀＞金属在弱电解质溶液中的腐蚀。 3.对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。 实践应用 1.下列各容器中盛有海水，则铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是    A．④＞②＞①＞③＞⑤＞⑥ B．⑤＞④＞②＞③＞①＞⑥ C．④＞⑥＞②＞①＞③＞⑤ D．⑥＞③＞⑤＞②＞④＞① 【答案】C 【解析】由题图可知，④中铁作电解池的阳极，被腐蚀的速率最快；②、⑥中铁作原电池的负极，铁被腐蚀，且两电极金属的活泼性相差越大，负极金属越容易被腐蚀，则铁被腐蚀的速率：⑥＞②；①中铁发生化学腐蚀；⑤中铁作电解池的阴极，铁被保护，被腐蚀的速率最慢；③中铁作原电池的正极，铁被保护，但被腐蚀的速率大于⑤。综上所述，铁被腐蚀的速率由快到慢的原序为④＞⑥＞②＞①＞③＞⑤，C项符合题意。 故选C。 2.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__________。 【答案】④>②>①>③ 【解析】当电解质溶液相同时，同一金属腐蚀的快慢是电解池的阳极>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。 3、 金属的防护 金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。 1．改变金属材料的组成 在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金。如普通钢加入镍、铬制成不锈钢，钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性能且具有良好的生物相容性。 2．在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如，在钢铁制品表面喷油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷等；电镀锌、锡、铬、镍等，利用化学方法、离子注入法、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。 3．电化学保护法 金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极(阳极)的金属被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为阴极，就不易被腐蚀。 （1）牺牲阳极法 原理：原电池原理 要求：被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极。 应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块 （2）外加电流法 原理：电解池原理 要求：被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连 应用：钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极。 实践应用 1.下列防护措施中属于电化学保护法的是(　　) A．用氧化剂使金属表面生成致密稳定的氧化物保护膜 B．在金属中加入一些铬或者镍制成合金 C．在轮船的船壳水线以下部分，装上一锌锭 D．在金属表面喷漆 【答案】C 【解析】在轮船的船壳水线以下部分装上锌锭，能形成铁锌原电池，锌为负极，被腐蚀，铁被保护。 7．(2020·大庆调研)埋在地下的钢管常用如图所示的方法加以保护，使其免受腐蚀。下列说法正确的是(　　) A．金属棒X的材料可能为铜 B．金属棒X的材料可能为钠 C．钢管附近土壤的pH可能会上升 D．这种方法称为外加电流法 【答案】C 【解析】图中没有外加电源，故为牺牲阳极法，D项错误；X的活泼性应大于铁的活泼性，但金属钠的活泼性太强，能与土壤中的H2O直接反应，故X的材料不可能是铜、钠，A、B项错误；O2在钢管处得电子，发生还原反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故钢管附近土壤的pH可能会上升，C项正确。 考点一 金属腐蚀原理综合应用 【例1】结合下图判断，下列叙述正确的是(　　) A．Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护 B．Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋ C．Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3[Fe(CN)6]溶液，均有蓝色沉淀 【答案】A 【解析】两个装置均为原电池，负极都是活泼金属，根据原电池原理可知：原电池的正极金属受到保护，A正确；Ⅰ中负极为活泼金属Zn，B错误；Ⅱ中是酸性溶液，电极反应中不能有OH－生成，C错误；Ⅰ中无Fe2＋生成，不能生成铁氰化亚铁沉淀，D错误。 解题要点 1.金属腐蚀的类型 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与接触到的干燥气体或非电解质液体直接发生化学反应 不纯的金属接触到电解质溶液发生原电池反应 本质 M－ne－＝Mn＋ M－ne－＝Mn＋ 现象 金属被腐蚀 较活泼的金属被腐蚀 区别 无电流产生 有微弱电流产生 联系 电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率更快，危害也更严重 2.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 电极 反应 负极 Fe－2e－＝Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－＝H2↑ O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 总反应式 Fe＋2H＋＝Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O＝2Fe(OH)2 联系 吸氧腐蚀更普遍 3.金属腐蚀快慢的比较 对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢 电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀；外界条件相同时，电解质浓度越大，金属腐蚀越快 对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢 强电解质溶液中＞弱电解质溶液中＞非电解质溶液中；活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快 【变式1-1】国产航母福建舰采用模块制造，然后焊接组装而成。实验室模拟海水和淡水对焊接金属材料的影响，结果如图所示。下列分析正确的是 A．舰艇被腐蚀是因为形成了电解池 B．甲是海水环境下的腐蚀情况 C．被腐蚀时正极反应式为Fe－2e—＝Fe2＋ D．焊点附近用锌块打“补丁”延缓腐蚀 【答案】D 【解析】A项，由图可知，舰艇腐蚀是因为形成了原电池，加快了腐蚀的速率，错误；B项，海水环境下电解质浓度较大，腐蚀更严重，乙是在海水环境下的腐蚀情况，错误；C项，两种环境下，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O＝4OH－，错误；D项，锌可以和铁形成原电池，但是此时锌为负极，保护了舰体不被腐蚀，正确。 【变式1-2】用如下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。 下列说法不正确的是 A．压强增大主要是因为产生了 B．整个过程中，负极电极反应式为： C．时，不发生析氢腐蚀，只发生吸氧腐蚀 D．时，正极电极反应式为：和 【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．根据分析可知，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，故A正确；B．锥形瓶中的Fe粉和Cu粉与酸溶液共同构成了原电池，Fe粉作为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为：，故B正确；C．若pH=4.0时，若只发生吸氧腐蚀，那么锥形瓶内的压强会有下降，但图中pH=4.0时，锥形瓶内的压强几乎不变，说明除了吸氧腐蚀，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，故C错误；D．由图可知，pH=2.0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增大，说明有产生氢气的析氢腐蚀发生，因此，正极反应 考点二 金属防护原理综合应用 【例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，铁皮的腐蚀速率加快 C．轮船的船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阳极的阴极保护法 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】C 【解析】A．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； B．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错误； C．装锌块是牺牲阳极的阴极保护法，C正确； D．应是用沥青作涂层的涂层保护法，D错误； 故选C。 解题要点 1．金属的电化学防护 电化学防护 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法 依据 原电池原理 电解池原理 原理 被保护金属作正极(阴极)；活泼金属作负极(阳极)。阳极要定期予以更换 将被保护金属与电源的负极相连作阴极；另一附加电极与电源的正极相连作阳极 实例示意图 2．金属的其他防护方法 （1）加涂保护层：如采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法，使金属与空气、水等物质隔离，防止金属被氧化腐蚀。 （2）改变金属的内部结构：如把铬、镍等金属加入普通钢中制成耐腐蚀的不锈钢。 【变式2-1】北溪1号和2号天然气管道被炸毁，导致管道中被包裹的金属材料Fe被腐蚀。下列有关说法正确的是 A．钢铁在海水中主要发生析氢腐蚀 B．钢铁在海水中构成原电池，负极反应为 C．可利用外加电流法保护输气管道 D．可以在钢铁表面镀一层铜，当铜破损时，仍能保护钢铁 【答案】C 【解析】A．海水为中性，钢铁在海水中主要发生吸氧腐蚀，A错误； B．铁失去电子生成亚铁离子，负极反应为，B错误； C．可利用外加电流的阴极保护法保护输气管道，C正确； D．铜不如铁活泼，导致铁做负极加速铁的腐蚀，D错误； 故选C。 【变式2-2】下列对如图所示的实验装置的判断中错误的是    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】A．若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀，这是外加电流的阴极保护法，A不符合题意； B．若X为锌棒，开关K置于A处时形成电解池，Fe作阴极被保护，置于B处时形成原电池，这是牺牲阳极的阴极保护法，均可减缓铁的腐蚀，B不符合题意； C．若X为锌棒，开关K置于B处时形成原电池，这是牺牲阳极的阴极保护法，C不符合题意； D．若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为Fe－2e－=Fe2＋，D符合题意； 故选D。 基础达标 1．下列有关金属电化学腐蚀的说法正确的是(　　) A．铜既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀 B．铁只能发生析氢腐蚀 C．铜只能发生吸氧腐蚀 D．析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍 【答案】C 【解析】在金属活动性顺序中，铜排在氢之后，铜不能将氢气置换出来，所以不能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀，故A项错误，C项正确；铁既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀，故B错误；在自然界中，吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍，故D错误。 2．铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．正极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ B．此过程中还涉及反应4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3 C．此过程中Fe、Cu均被腐蚀 D．此过程中电流从Fe流向Cu 【答案】B 【解析】铁铆钉吸氧腐蚀的正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，铜作正极不被腐蚀，电子从负极通过导线流向正极。 3．如图所示是探究铁发生腐蚀的装置图，下列说法正确的是(　　) A．若B处液面上升，A溶液可能是酸性溶液 B．若A为NaCl溶液，B、C液面始终保持不变 C．可能产生Fe2O3·nH2O D．腐蚀的总反应式一定是2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 【答案】C 【解析】析氢腐蚀的总反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，使B处液面下降，则A溶液不可能是酸性溶液，A项错误；若A为NaCl溶液，则发生吸氧腐蚀，B处液面上升，B项错误；发生吸氧腐蚀，2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3部分脱水，氧化产物变为Fe2O3·nH2O，C项正确；如果是析氢腐蚀，总反应为Fe＋2H＋=== Fe2＋＋H2↑，D项错误。 4.“外加电流法”和“牺牲阳极法”均可有效防止铁发生电化学腐蚀。下列说法错误的是 A．两种保护法中都要采用辅助电极 B．利用“外加电流法”时，铁连接电源负极 C．“牺牲阳极法”利用了电解池原理 D．钢铁在潮湿空气中生锈发生了电化学腐蚀 【答案】C 【解析】A．“外加电流法”采用辅助电极作阳极，“牺牲阳极法”采用辅助电极作负极，故都要采用辅助电极，A正确； B．利用“外加电流法”时，铁连接电源负极，作阴极，被保护，B正确； C．“牺牲阳极法”利用了原电池原理，C错误； D．钢铁在潮湿空气中会形成原电池，故生锈发生了电化学腐蚀，D正确； 故选C。 5.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，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，铁皮的腐蚀仍很慢 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】A．破损后铁直接暴露在空气中容易发生电化学腐蚀，搪瓷层破损不能起到防止生锈的作用， A错误； B．镀锌层破坏后，锌作原电池的负极，失电子，铁作正极，锌继续保护铁，B正确； C．轮船的船壳水线以下常装有一些锌块，锌失电子被腐蚀，但是铁得到了保护，此法是牺牲阳极的阴极保护法，C错误； D．钢铁制造的暖气管道外常涂有一层沥青，这是在金属表面覆盖保护层，不属于电化学保护法，D错误； 答案为B。 6.我国某大城市今年夏季多次降下酸雨。据环保部门测定，该城市整个夏季酸雨的平均为3.2。在这种环境中的铁制品极易被腐蚀。对此条件下铁的腐蚀的叙述错误的是 A．此腐蚀过程有化学腐蚀也有电化学腐蚀 B．发生电化学腐蚀时的正极反应为 C．在化学腐蚀过程中有氢气产生 D．发生电化学腐蚀时的负极反应为 【答案】B 【解析】A．铁制品通常不纯，铁遇酸性环境会被氢离子腐蚀，同时会形成原电池发生电化学腐蚀，A正确； B．由于是酸性环境，故正极的反应为4H++O2+4e−=2H2O，B错误； C．化学腐蚀过程中，铁与氢离子反应生成氢气，C正确； D． 电化学腐蚀的负极是铁失去电子生成亚铁离子，D正确； 故选B。 7.铆有铁钉的铜板暴露在潮湿的空气中，一段时间后铁钉上有铁锈出现，其原理如图所示。下列说法错误的是 A．铁发生氧化反应 B．腐蚀过程中铜板上发生的反应为 C．铁锈的主要成分是 D．在铆有铁钉的铜板上刷一层油漆，可减缓腐蚀 【答案】C 【解析】铆有铁钉的铜板暴露在潮湿的空气中，形成原电池，铁为负极，失电子被氧化。 A．由图可知，Fe失电子，化合价升高，被氧化，选项A正确； B．腐蚀过程中，铁钉作负极，铜板作正极，正极上发生还原反应，电极反应式为，选项B正确； C．铁锈的主要成分是，选项C错误； D．在铆有铁钉的铜板上刷一层油漆，可隔绝空气和水，减缓腐蚀，选项D正确； 答案选C。 8.如下装置烧杯中均为稀硫酸，Fe的腐蚀速率由快到慢的是 A．①②③④⑤ B．②①③⑤④ C．③①②⑤④ D．③②⑤①④ 【答案】D 【解析】①中Fe为正极，②中Fe为负极，③中铁为阳极，④中Fe为阴极，⑤为化学腐蚀，同一电解质溶液中金属腐蚀的快慢可用下列规律判断：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，综上所述故选D。 9.下列现象与电化学腐蚀无关的是 A．铜锌合金（黄铜）不易被腐蚀 B．银质物品久置表面变黑 C．附有银制配件的铁制品其接触处易生锈 D．生铁比纯铁更容易生锈 【答案】B 【解析】A．铜锌合金中，金属锌为负极，金属铜为正极，Cu被保护，不易被腐蚀，与电化学腐蚀有关，A错误； B．银质物品长期放置表面变黑是因为金属银和空气中氧气发生反应生成氧化银的结果，属于化学腐蚀，与电化学腐蚀无关，B正确； C．铁制品附有银制配件时，在接触处形成原电池，其中铁为负极，易生锈，和电化学腐蚀有关，C错误； D．铁、碳和电解质溶液构成原电池，Fe作负极失电子加速腐蚀，纯铁和电解质溶液发生化学腐蚀，所以生铁比纯铁更容易生锈，与电化学腐蚀有关，D错误； 故答案选B。 10.将Zn块连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法不正确的是 A．该装置设计利用了原电池原理 B．Zn的金属性比Fe的金属性强 C．Zn极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2+ D．工作时电子经外电路由钢铁设施流向金属Zn 【答案】D 【解析】A．锌和铁相连浸泡在海水里构成了原电池，锌做负极，失去电子被氧化，钢铁设施做正极被保护，该装置设计利用了原电池原理，故Ａ正确； B．在该原电池中锌失去电子做负极，所以锌的金属性比铁强，故Ｂ正确； C．锌做负极，失去电子被氧化，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，故Ｃ正确； D．原电池中电子由负极流向正极，锌为负极，钢铁设施为正极，工作时电子经外电路由金属锌流向钢铁设施，故Ｄ错误； 故选Ｄ。 11.下列铁制品防护的装置或方法中错误的是 A B C D A．外加电流法 B．牺牲阳极法 C．表面镀铜 D．表面喷漆 【答案】A 【解析】A．外加电流法，被保护的金属钢制管桩应与电源负极相连，A项错误；B．镁比铁活泼，此为牺牲阳极法，B项正确；C．铁上镀铜，铁质镀件接电源负极，铜接电源正极，硫酸铜作电镀液，C项正确；D．在铁表面喷漆能与空气、水隔开，D项正确；故选：A 12.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。下列说法不正确的是 A．钢铁发生腐蚀的负极反应为Fe - 2e- = Fe2+ B．导线与Cu块连接也可保护钢铁输水管 C．将导线与Zn块连接可保护钢铁设备，该防护方法为牺牲阳极法 D．导线与Zn块连接时，电子从Zn块流向钢铁输水管 【答案】B 【分析】要防止钢铁输水管被腐蚀，可以采用两种电化学防腐方法：一为原电池原理：牺牲阳极法，将钢铁输水管设计为原电池的正极被保护，负极采用活波金属被消耗用来保护正极钢铁输水管；二为电解原理：外加电流法，将钢铁输水管与外接电源的负极相连接，用惰性电极作阳极，通过电解原理将钢铁输水管保护起来，据此分析回答。 【解析】A．钢铁发生腐蚀的负极为铁元素，被氧化失去电子转化为，电极反应式为：Fe - 2e- = Fe2+，A正确； B．导线与Cu块连接，钢铁输水管的Fe比Cu活波，形成原电池后Fe作负极失去电子被腐蚀，起不到保护钢铁输水管作用，B错误； C．将导线与Zn块连接，Zn比钢铁输水管的Fe活波，形成原电池后Zn作负极失去电子被腐蚀，钢铁输水管作正极被保护，可保护钢铁设备，该防护方法为牺牲阳极法，C正确； D．导线与Zn块连接时，Zn比钢铁输水管的Fe活波，形成原电池后Zn作负极失去电子被腐蚀，钢铁输水管作正极被保护，原电池中电子由负极流向正极，则电子从Zn块流向钢铁输水管，D正确； 故答案为：B。 13.2024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，下列防锈措施不属于在金属表面覆盖保护层的是 A．船底四周镶嵌锌块 B．钢铁表面发蓝处理 C．钢铁表面喷涂油漆 D．铝制品的阳极氧化 【答案】A 【解析】A．船底四周镶嵌锌块，是利用原电池原理，将比铁更活泼的金属与铁相连，构成原电池，阻止铁失电子，从而保护铁不受腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护，A符合题意； B．钢铁表面发蓝处理，是在钢铁表面形成Fe3O4保护膜，阻止铁与水膜、氧气接触，从而防止钢铁腐蚀，B不符合题意； C．钢铁表面喷涂油漆，是利用油漆阻止钢铁与外界水膜、空气等接触，从而保护钢铁，C不符合题意； D．铝制品的阳极氧化，是将铝制品表面形成氧化铝保护膜，阻止铁制品表面与空气中的氧气等接触，从而保护铝制品不受腐蚀，D不符合题意； 故选A。 14.两种金属接触时，接触部位会发生“电偶腐蚀”。金属铁和铜在水和海水中，相同时间发生的腐蚀情况如图。下列有关说法正确的是 A．甲图中的介质为海水 B．腐蚀过程中电能转化为化学能 C．铁电极反应式为Fe－3e－＝Fe3＋ D．若在金属表面涂油漆，可以减弱铁的腐蚀 【答案】D 【解析】铁和铜接触时，遇到电解质溶液会形成原电池，且形成的原电池中，铁作负极，铜作正极，电解质为海水时的腐蚀速率大于水作电解质时的腐蚀速率，因此甲图的介质为水，乙图的介质是海水，且腐蚀的过程中化学能转化为了电能，A、B错误；形成的原电池中，铁作负极，失去电子，电极反应式为Fe－2e－＝Fe2＋，C项，错误；在金属表面涂油漆后，能将金属与电解质溶液隔离，不易发生电化学腐蚀，D项，正确。 15.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】钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B正确；C项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，错误。 16.金属腐蚀的电化学原理可用如图模拟。 （1）请写出有关电极反应式： ①铁棒上电极反应式： ____________________________________________________。 ②碳棒上电极反应式： _________________________________________________________。 （2）该图所表示的是______(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀。 （3）若将O2撤走，并将NaCl溶液改为稀硫酸溶液，则此图可表示______(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀原理；若用牺牲阳极法来保护铁棒不被腐蚀溶解，则可将碳棒改为______棒。 【答案】（1）①2Fe－4e－===2Fe2＋　②O2＋2H2O＋4e－===4OH－　（2）吸氧　（3）析氢　锌(或其他比Fe活泼的金属) 【解析】电解质是氯化钠，溶液呈中性，发生吸氧腐蚀，负极反应式是2Fe－4e－===2Fe2＋，正极反应式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－。若将O2撤走，并将NaCl溶液改为稀硫酸溶液，此时发生析氢腐蚀；若用牺牲阳极法保护铁棒不被腐蚀溶解，此时构成的原电池中铁棒作正极，负极是比铁活泼的金属，因此可将碳棒改为锌棒。 17.如图所示，a为生铁，A、B两个烧杯中为海水，C烧杯中为1 mol·L－1的稀硫酸。 （1）C中Cu极的电极反应式为____________________。 （2）B中Zn极的电极反应式为_____________，Fe极附近溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。 （3）A、B、C中铁被腐蚀的速率最快的是____________。 【答案】（1）2H＋＋2e－===H2↑ （2）Zn－2e－===Zn2＋　增大 （3）C 【解析】（1）装置C中，Cu、Fe、稀H2SO4构成原电池，其中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。 （2）装置B中，Zn、Fe、海水构成原电池，其中负极(Zn)：2Zn－4e－===2Zn2＋，正极(Fe)：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故Fe极附近c(OH－)增大，pH增大。 （3）C中铁作原电池的负极，腐蚀速率加快；B中铁作原电池的正极，被保护；经比较，铁被腐蚀的快慢顺序为C>A>B。 综合应用 18.下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是(　　) A．图1中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B．图2中，插入溶液中的铁棒容易溶解，主要是发生电化学腐蚀 C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀 D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的阴极 【答案】C 【解析】A项，水面附近的铁接触的氧气多，容易腐蚀，错误；B项，铁作为阴极受保护，不容易腐蚀，错误；C项，高温下铁被氧化，正确；D项，镁块为原电池的负极，生活中一般用锌块，因为镁容易形成致密氧化膜，错误。 19.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一星期后，下列对实验结束时的现象描述不正确的是(　　) A．装置Ⅰ左侧的液面一定会下降 B．装置Ⅰ左侧液面比装置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 【答案】B 【解析】Ⅱ中铁钉与铜丝相连，金属活动性相差较大，且用挥发性盐酸，因此装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重，C选项正确；Ⅰ中虽然也用了盐酸，但铁钉与铁丝相连，腐蚀不及Ⅱ，由于均发生了2H＋＋2e－===H2↑，Ⅰ和Ⅱ中均生成了气体，液面都会下降，装置Ⅱ的左侧液面比装置Ⅰ的左侧液面低，A选项正确，B选项错误；Ⅲ中浓硫酸吸水，从而使铁钉处在干燥空气中几乎不腐蚀，D选项正确。 20.宝鸡被誉为“青铜器之乡”，出土了大盂鼎、毛公鼎、散氏盘等五万余件青铜器。研究青铜器(含Cu、Sn等)在潮湿环境中发生的腐蚀对于文物保护和修复有重要意义。下图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图，下列说法不正确的是(　　) A．青铜器发生电化学腐蚀，图中c作负极 B．潮湿环境中Cl－浓度大时有利于多孔粉状锈的生成 C．若生成0.2 mol Cu2(OH)3Cl，则消耗的O2体积为4.48 L D．环境中的Cl－与正、负两极反应的产物作用生成a的离子方程式为2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓ 答案　C 解析　根据题图知，氧气得电子生成氢氧根离子、Cu失电子生成铜离子，发生吸氧腐蚀，腐蚀过程中c作负极，A项正确；潮湿环境中的Cl－与正极反应产物氢氧根离子和负极反应产物铜离子作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，离子方程式为2Cu2＋＋3OH－＋Cl－=== Cu2(OH)3Cl↓，潮湿环境中Cl－浓度大时，有利于多孔粉状锈的生成，B、D项正确；未指明是否为标准状况，无法计算消耗的O2体积，C项错误。 21.下列对如图所示的实验装置的判断中错误的是    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】A．若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀，这是外加电流的阴极保护法，A不符合题意； B．若X为锌棒，开关K置于A处时形成电解池，Fe作阴极被保护，置于B处时形成原电池，这是牺牲阳极的阴极保护法，均可减缓铁的腐蚀，B不符合题意； C．若X为锌棒，开关K置于B处时形成原电池，这是牺牲阳极的阴极保护法，C不符合题意； D．若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为Fe－2e－=Fe2＋，D符合题意； 故选D。 22.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 【解析】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； 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。 拓展培优 23.下列装置图有关说法正确的是(　　) A．装置①中K键闭合时，片刻后CuSO4溶液中c(Cl－)增大 B．装置①中K键闭合时，片刻后可观察到滤纸a附近变红色 C．装置②中铁腐蚀的速率由大到小的顺序是只闭合K1>只闭合K3>只闭合K2>都断开 D．装置③中当铁制品上析出1.6 g铜时，电源负极输出的电子数为0.025NA 【答案】B 【解析】装置①K键闭合后，形成原电池，锌为负极，铜为正极，原电池中阴离子向负极移动，则Cl－向ZnSO4溶液移动，A项错误；装置①中K键闭合时，a极为阴极，阴极氢离子放电同时生成氢氧根离子，所以a附近变红色，B项正确；Fe作阳极被腐蚀，作阴极被保护，装置②中，只闭合K1，铁作阳极被腐蚀；只闭合K2，铁作阴极被保护；只闭合K3，铁作负极被腐蚀；所以铁腐蚀的速率由大到小的顺序是只闭合K1>只闭合K3>都断开>只闭合K2，C项错误；装置③中铁制品上发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu，析出1.6 g铜即0.025 mol，则电源负极输出的电子数为0.05NA，D项错误。 24.铁、铝及其化合物在生产和生活中有着广泛的应用。 （1）某研究性学习小组设计了如图所示装置探究钢铁的腐蚀与防护。 为防止金属Fe被腐蚀，可以采用上述 (填装置序号)装置原理进行防护；装置③中总反应的离子方程式为 。 （2）用甲烷或其他有机物、氧气为原料可设计成原电池，以CH3OH、O2为原料，KOH溶液为电解质设计成燃料电池，则负极的电极反应式为 。 （3）图1是在金属锌板上贴上一张用某溶液浸湿的滤纸，图2是NaBH4/H2O2燃料电池。 ①图2电池负极区的电极反应为 。 ②若用硫酸钠和酚酞的混合溶液浸湿滤纸，用导线将a、b直接相连，则滤纸出现 色，c位置的电极反应式为 。 ③若用KI-淀粉常液漫湿速纸，用导线将b与A．B电极相连，铅笔芯c点处出现蓝色，则b接的 填"A"或“B")电极。 【答案】（1）②③ （2） （3） 红 B 【解析】钢铁的腐蚀常用牺牲阳极的阴极保护法或者外加电流的阴极保护法防护；燃料电池的电极方程式书写要注意电解质溶液，如CH3OH、O2为原料，KOH溶液为电解质设计的燃料电池，负极甲醇失去电子同时结合氢氧根离子生成碳酸盐，结合原电池和电解池原理碱性分析即可。 （1）为防止金属Fe被腐蚀，可以采用②装置，选择比铁更活泼的金属锌做负极失电子，从而铁作为正极被保护；或者选用③装置，连接外接电源，将被保护的铁和电源负极相连做阴极； ③铁做阴极材料，石墨做阳极材料，相当于电解食盐水，故总反应方程式为：； （2）以CH3OH、O2为原料，KOH溶液为电解质设计成燃料电池，甲醇失去电子同时结合氢氧根离子生成碳酸根离子，则负极的电极反应式为：； （3）据图分析，A为原电池的负极，NaBH4在此电极失去电子；B为原电池的正极，H2O2在正极得到电子。故电池负极区的电极反应为：； 若用硫酸钠和酚酞的混合溶液浸湿滤纸，用导线将a、b直接相连，则负极为锌失去电子，正极则为，故溶液呈现碱性，酚酞溶液变红； 若用KI-淀粉常液漫湿速纸，用导线将b与A，B电极相连，铅笔芯c点处出现蓝色，说明c点发生了碘负离子失去电子变成碘单质的反应，则b为阳极，则b接的是电源的正极即B电极。 25.电化学是化学研究重要分支，请回答下列问题： （1）铅酸蓄电池是最常见的二次电池，电压稳定，安全可靠，价格低廉，应用广泛。 ①放电时，电解质溶液中硫酸的浓度 (填“增大”“减小”或“不变”)，当外电路通过时，理论上负极板的质量增加 g。 ②用该蓄电池作电源，进行铁钉镀锌，电解一段时间后，电解质溶液的浓度 。(填“增大”“减小”或“不变”)，若电解一段时间后将电源正负极反接，则铁钉 (填“能”“否”)复原。 （2）以燃料电池为电源电解法制取，二氧化氯()为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。 ①图中电解池用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取，阳极产生的反应式为 。 ②电解一段时间，从阴极处收集到的气体比阳极处收集到气体多时(标准状况，忽略生成的气体溶解)，停止电解，通过阳离子交换膜的阳离子为 (精确到小数点后两位)。 （3）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 【答案】（1）减小 24 不变 否 （2） （3）C 【解析】放电时铅蓄电池电解质溶液中硫酸浓度减小；放电时，负极板上增加的质量是硫酸根的质量；图示装置以燃料电池为电源电解法制取，阳极反应式为，阴极反应式为；各容器中均盛有海水，④中铁做电解池的阳极，最快被腐蚀，②中铁做原电池的负极，腐蚀速率次之，③中铁做电解池的正极，腐蚀速率小于①，铁被腐蚀时由快到慢的顺序是④>②>①>③。 （1）放电时，正极上二氧化铅得电子，与电解质中的硫酸生成硫酸铅，负极上铅失电子，与电解质中的硫酸生成硫酸铅，故随着反应进行，电解质溶液中硫酸的浓度减小；当外电路通过时，则硫酸根离子参与反应生成硫酸铅，理论上负极板的质量增加；②用该蓄电池作电源，进行铁钉镀锌，电解质溶液的浓度不变；若电解一段时间后将电源正负极反接，镀锌后的铁钉做阳极失电子，铁钉不能复； （2）阳极产生的反应式为阴极上，从阴极处收集到的气体比阳极处收集到气体多，其物质的量为，由电极反应式可知，当转移电子时，阴极收集到的气体比阳极收集到气体多，则阴极收集到的气体比阳极收集到气体多时转移电子，通过阳离子交换膜的阳离子为或； （3）④中铁做电解池的阳极，最快被腐蚀，②中铁做原电池的负极，腐蚀速率次之，③中铁做电解池的正极，腐蚀速率小于①，铁被腐蚀时由快到慢的顺序是④>②>①>③。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $$