4.4 金属的电化学腐蚀与防护（6大题型专项训练） 化学沪科版2020选择性必修1

4.4 金属的电化学腐蚀与防护 题型01 金属腐蚀 题型02 电化学腐蚀的种类和原理 题型03 金属腐蚀速率快慢规律 题型04 金属的防护普通方法 题型05 金属的防护牺牲阳极法 题型06 金属的防护外加电流法 题型01 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.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：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而加快。 ②电化学腐蚀：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。 【特别提醒】金属腐蚀过程中，电化学腐蚀和化学腐蚀同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀，且比化学腐蚀的速率大得多。 【典例1】 下列做法对人类不利的是 A．将钢铁放置在潮湿空气中 B．将食物放入冰箱储存 C．工业合成硫酸时使用催化剂 D．在橡胶中加入防老剂 【答案】A 【解析】A．钢铁在潮湿空气中易与氧气、水发生反应，发生腐蚀，造成钢铁制品损坏，对人类利用钢铁不利，A正确； B．冰箱低温环境能抑制微生物繁殖、减缓食物氧化变质速度，利于食物保鲜储存，对人类有利，B错误； C．工业合成硫酸时使用催化剂，可加快反应速率、提高生产效率，降低生产成本，对人类有利，C错误； D．在橡胶中加入防老剂，能延缓橡胶老化、延长橡胶制品使用寿命，对人类有利，D错误； 故选A。 【变式1-1】港珠澳大桥的设计使用寿命达120年，施工中对桥体钢构件采用了多种防腐蚀方法。下列分析错误的是 A．防腐蚀原理主要是避免发生反应：2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2 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直接在钢构件上安装锌块 D．钢构件可采用不锈钢材料以减缓电化学腐蚀 【答案】C 【解析】A．防腐蚀原理是避免钢铁发生吸氧腐蚀，总反应为2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2，A正确； B．环氧树脂涂层隔绝空气和水，防止形成原电池，B正确； C．外加电流阴极保护法需通过外部电源使钢构件成为阴极，无需安装锌块（锌块用于牺牲阳极法），C错误； D．不锈钢通过合金化增强抗腐蚀能力，D正确； 故选C。 【变式1-2】学校化学兴趣小组模拟铝的电化学腐蚀实验从而探究铝制品表面出现白斑的原因，装置如图所示，下列说法错误的是 A．铝在发生腐蚀的过程中将化学能转变成电能和热能 B．电流从铝箔通过电流表流向活性炭 C．活性炭粉的存在加速了铝箔的腐蚀 D．该反应总反应为，生成的进一步脱水形成白斑 【答案】B 【分析】由图可知，该腐蚀为电化学腐蚀，该过程将化学能转变成电能和热能，铝箔作负极，活性炭作正极，电流从正极流向负极； 【解析】A．铝在发生腐蚀的过程中将化学能转变成电能和热能，A正确； B．电流应该从活性炭通过电流表流向铝箔，B错误； C．活性炭粉的存在使铝箔发生电化学腐蚀，加速了铝箔的腐蚀，C正确； D．该反应总反应为，生成的进一步脱水形成白斑，D正确； 故选B。 【变式1-3】在下图所示装置的烧杯中均盛有海水，其中能保持铁不被腐蚀的是 A．②③ B．②③④ C．②④ D．①②④ 【答案】C 【解析】①为电解池，Fe电极连接电源的正极，作阳极，发生氧化反应，变为Fe2+进入溶液，会加快铁的腐蚀，不能起保护作用； ②为电解池，Fe电极连接电源的负极，作阴极，Fe电极上发生还原反应，能起保护作用，使铁不被腐蚀； ③为原电池，Fe为负极，失去电子被氧化，Fe发生的是吸氧腐蚀，会加快铁的腐蚀； ④为原电池，Fe为正极，Zn为负极，失去电子被氧化，能起保护作用，使铁不被腐蚀； 故选C。 题型02 电化学腐蚀的种类和原理 1．钢铁的电化学腐蚀 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 2.电化学腐蚀 (1) 实验操作 实验现象 实验解释 导管中液面上升 装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀 (2) 实验操作 实验现象 实验解释 ①试管中产生气泡的速率快 Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，形成电化学腐蚀，速率更快 【典例2】一块铆有铁铆钉的铜板暴露在潮湿空气中的示意图如图，下列说法正确的是 A．铜板表面有气泡生成 B．在干燥空气中该铜板也容易腐蚀 C．铁铆钉表面的电极反应： D．一段时间后，向水膜滴加一滴酚酞溶液，出现浅红色 【答案】D 【分析】铁铆钉的铜板暴露在潮湿空气中形成一个铁铜原电池，铁为负极，发生Fe-2e-=Fe2+，铜为正极，又因为是中性环境，发生吸氧腐蚀，发生O2+4e-十2H2O=4OH-。 【解析】A．Cu表面发生O2+4e-十2H2O=4OH-，没有气泡产生，A错误； B．在干燥的空气中不能形成原电池，不易腐蚀，B错误； C．Fe表面发生腐蚀，电极反应为Fe-2e-=Fe2+，C错误； D．铜为正极，发生O2+4e-十2H2O=4OH-碱性增强，加入酚酞后，出现浅红色，D正确； 故选D。 【变式2-1】化学小组研究金属的电化学腐蚀，实验如下： 序号 实验I 实验Ⅱ 实验 下列说法错误的是 A．实验Ⅰ中铁钉周边出现蓝色，铜片周边略显红色 B．实验Ⅱ中铁钉周边出现红色，锌片周边未见明显变化 C．实验I、Ⅱ均发生吸氧腐蚀，正极的电极反应式为：O2+4H++4e−=2H2O D．对比实验I、Ⅱ可知，生活中镀锌铁板比镀铜铁板在镀层破损后更耐腐蚀 【答案】C 【分析】实验I中，铁更活泼，发生吸氧腐蚀，铁为负极，失电子，生成亚铁离子，铜为正极，发生电极反应为O2+2H2O+4e−=4OH-；实验Ⅱ中，Zn更活泼，做负极，失电子，生成锌离子，从而保护了铁不被腐蚀，铁做正极，电极反应式和实验I中铜电极相同。 【解析】A．实验I中，铁更活泼，为负极，失电子生成亚铁离子，遇K3[Fe(CN)6]溶液显蓝色，铜做正极，电极反应为O2+2H2O+4e−=4OH-，酚酞遇碱变红，A正确； B．实验Ⅱ中，铁做正极，电极反应为O2+2H2O+4e−=4OH-，酚酞遇碱变红，而锌为负极，失电子生成锌离子，无明显现象，B正确； C．实验I发生吸氧腐蚀，实验Ⅱ铁被保护，正极的电极反应式为：O2+2H2O+4e−=4OH-，C错误； D．对比实验I、Ⅱ可知，镀铜铁板在镀层破损后铁为负极，更易被腐蚀，D正确； 故选C。 【变式2-2】厌氧腐蚀是指在缺乏氧气的深层潮湿土壤中，存在的硫酸盐还原菌会附着在钢管表面能加速钢铁的腐蚀，其反应原理如图所示。下列说法错误的是 A．负极的电极反应式： B．正极的电极反应式： C．厌氧细菌可促使与H2反应生成S2-，加速钢管的腐蚀 D．厌氧腐蚀属于化学腐蚀 【答案】D 【分析】根据图示，Fe发生失电子的氧化反应生成Fe2+，Fe作负极，由于厌氧环境缺少氧气，所以正极H2O发生还原反应。 【解析】A．钢铁腐蚀中，Fe作为负极失去电子生成Fe2+，电极反应式：，A正确； B．厌氧环境下缺乏O2，正极可能由H2O得电子生成H2和OH-，电极反应式为，B正确； C．厌氧细菌促使生成的H2与反应，与Fe2+结合生成FeS沉淀，促进反应正向进行，加速腐蚀，C正确； D．厌氧腐蚀中钢管表面形成原电池（Fe为负极，杂质或细菌附着处为正极），存在电子转移和电流，属于电化学腐蚀，而非化学腐蚀，D错误； 故选D。 【变式2-3】轮船底部的钢铁在海水中容易受到腐蚀，其腐蚀原理如图所示。下列有关说法正确的是 A．负极反应为： B．钢铁在海水中发生吸氧腐蚀 C．正极反应： D．轮船外壳镶嵌铜块可减缓轮船的腐蚀速度 【答案】B 【解析】A．钢铁腐蚀时，负极Fe失去电子生成Fe2+，负极反应式为Fe - 2e⁻ = Fe2+，A错误； B．海水呈中性或弱碱性，图中显示O2参与反应并生成OH-，发生吸氧腐蚀，B正确； C．根据图示，正极氧气得电子生成氢氧根离子，正极反应式为O2+ 2H2O + 4e⁻-= 4OH-，C错误； D．铁比铜活泼，镶嵌铜块后形成原电池，铁作负极加速腐蚀，D错误； 故选B。 题型03 金属腐蚀速率快慢规律 1. 在同一电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序为：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。 2. 同一种金属在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. 对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。 4. 金属活泼性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快。 【典例3】下列装置中(容器中的液体均足量)，铁的腐蚀速率最快的是 A B C D 【答案】D 【解析】A．无水乙醇属于非电解质，不能构成原电池； B．蔗糖属于非电解质，不能构成原电池； C．Al比Fe活泼，氢氧化钠为电解质，构成原电池，Al为负极，Fe为正极，Fe被保护； D．构成原电池，Fe为负极，加速铁的腐蚀； 综上所述，形成原电池，反应速率加快，因此铁的腐蚀速率最快的是D选项； 故选D。 【变式3-1】钢铁在海水中容易被腐蚀，下图四种装置可用于探究海水对钢铁腐蚀的快慢，其中铁被腐蚀最慢的是 A．   B．   C．   D．   【答案】C 【解析】A．发生化学腐蚀； B．装置为原电池反应，其中为负极，铁的腐蚀速率加快； C．装置为电解池，为外加电源的阴极保护法，铁的腐蚀速率最慢； D．装置为原电池反应，为正极，属于牺牲阳极的阴极保护法，铁的发生速率减慢； 故选C。 【变式3-2】城镇地面下常埋有纵横交错的金属管道，地面上还铺有铁轨．一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液的关系如下表： 2 4 6 6.5 8 13.5 14 腐蚀快慢 较快 慢 较快 主要产物 下列说法正确的是 A．含碳钢在中性环境腐蚀较慢 B．当时，主要发生析氢腐蚀 C．当时，负极的电极反应式为： D．采用外加电流法时，需外接镁、锌等作辅助阳极 【答案】A 【解析】A．由表可知，含碳钢在中性环境腐蚀较慢，A正确； B．由表可知，溶液pH>6时，在溶液呈中性或弱酸性条件下，铁主要发生吸氧腐蚀，B错误； C．由表可知，pH为13.5时，溶液碱性较强条件下铁做负极失去电子发生氧化反应生成，电极反应式为，C错误； D．采用外加电流的阴极保护时，与直流电源负极相连的钢铁做电解池的阴极，不再需要外接镁、锌等作辅助阳极，D错误； 故选A。 【变式3-3】某小组同学研究“84”消毒液(有效成分为NaClO)对铁的腐蚀作用：将等量的铁钉(铁碳合金)和纯铁粉分别浸入10mL“84”消毒液中，记录现象如下： 1小时 2小时 5小时 铁钉 无明显现象 铁钉表面出现少量红褐色物质 铁钉表面“生长”出大量红褐色物质 纯铁粉 无明显现象 无明显现象 无明显现象 下列说法不正确的是 A．铁钉主要发生的是电化学腐蚀 B．铁钉腐蚀后的溶液中c(Cl-)增大 C．纯铁粉的腐蚀速率慢主要是因为其表面积大 D．铁钉被腐蚀时发生反应：Fe-2e-=Fe2＋ 【答案】C 【解析】A．铁钉为铁碳合金，主要发生的是电化学腐蚀，A正确； B．铁钉腐蚀后，次氯酸根离子转化为氯离子，溶液中c(Cl-)增大，B正确； C．纯铁粉的腐蚀速率慢主要是因为纯铁粉与次氯酸钠不发生电化学腐蚀，与其表面积无关，C错误； D．铁钉发生电化学腐蚀，Fe失电子生成亚铁离子，电极反应式为Fe-2e-=Fe2＋，D正确； 故选C。 题型04 金属的防护方法 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。 【典例4】港珠澳大桥设计寿命为120年，桥体钢构件防腐是使用过程中面临的重要问题，下列说法错误的是 A．海水的pH一般在8.0~8.5，则钢构件的腐蚀主要是析氢腐蚀 B．钢构件可采用不锈钢材料以减缓腐蚀 C．钢构件表面喷涂环氧树脂涂层，是为了隔绝空气、水等 D．后期采用牺牲阳极的阴极保护法时，可使用铝作为负极 【答案】A 【解析】A．海水的pH一般在8.0~8.5，碱性条件下钢构件的腐蚀主要是吸氧腐蚀，A项错误； B．通过改变钢构件材料的组成，可以减缓腐蚀速率，B项正确； C．在钢构件表面喷涂环氧树脂涂层，可以防止钢构件与空气、水接触，C项正确； D．铝与钢铁连接时，铝作原电池的负极，更容易被氧化，对桥体钢构件起到保护作用，D项正确； 故选A。 【变式4-1】下列说法错误的是 A．镀锌铁的镀层破损铁仍可得到保护 B．钢铁进行发蓝处理表面形成保护膜 C．工业上通过电解饱和食盐水冶炼钠 D．利用电解精炼铜的阳极泥提炼金、银等金属 【答案】C 【解析】A．镀锌铁破损时，锌作为活泼金属优先被腐蚀，保护铁不被氧化，A正确； B．发蓝处理使钢铁表面生成致密氧化膜（如），隔绝氧气和水，B正确； C．工业制钠需电解熔融NaCl，电解食盐水生成NaOH、和，无法得到金属钠，C错误； D．电解精炼铜时，阳极泥含不活泼金属（如Au、Ag），可从中提取金、银，D正确； 故选C。 【变式4-2】 北京冬奥会火种灯的外形设计灵感来自于西汉的“长信宫灯”。下列说法正确的是 A．青铜的熔点大于纯铜 B．铜锈的主要成分是 C．镏金层破损后，金作负极可以继续保护破损处的铜，此法称为牺牲阳极的阴极保护法 D．铝合金表面氧化物薄膜可保护内部金属不被腐蚀 【答案】D 【解析】A．青铜是铜的合金，合金熔点低于成分金属，青铜的熔点低于纯铜，A错误； B．铜锈的主要成分为碱式碳酸铜：Cu2(OH)2CO3，B错误； C．铜比金活泼，镏金层破损后，铜作负极会导致铜被加速锈蚀，C错误； D．铝合金表面氧化物薄膜，性质稳定，阻止合金和空气接触发生反应，可以保护内部金属不被腐蚀，D正确； 故选D。 【变式4-3】“福建舰”是我国首艘电磁弹射型航母。下列有关说法正确的是 A．舰用燃料重油是煤干馏产物 B．舰体安装铝等金属块防锈是利用牺牲阳极保护法 C．航母挡焰板上的耐高温防护涂层属于有机高分子材料 D．舰上用于高速数据交换的光纤主要成分是晶体硅 【答案】B 【解析】A．重油是石油分馏的产物，而煤干馏产物包括出炉煤气、焦炭、煤焦油等，A错误； B．铝的金属活动性比铁强，作为阳极被腐蚀，保护舰体金属，属于牺牲阳极保护法，B正确； C．耐高温防护涂层通常为无机非金属材料（如高温结构陶瓷），而非有机高分子材料，C错误； D．光纤主要成分是二氧化硅（SiO2），而非晶体硅，D错误； 故选B。 题型05 牺牲阳极法 这种方法是利用原电池原理，通常是在被保护的钢铁设备（如钢闸门、锅炉内壁、船体外壳等）上装上若干镁合金或锌块，使镁合金或锌块作原电池的负极，不断遭受腐蚀（需定期检查、更换），而作为正极的钢铁设备被保护。 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 【典例5】某地下输油管为钢质材料，且该地下输油管所在区域内为潮湿土壤，为减缓输油管的腐蚀，科研人员设计如图所示装置保护输油管。下列叙述正确的是 A．金属M可能是锌、锡等金属 B．输油管的保护过程是电能转化为化学能的过程 C．金属M失电子，电子沿导线源源不断地输送到输油管 D．正极的电极反应一定是 【答案】C 【解析】A．由于Sn的金属性比Fe弱，不能起到保护Fe的作用，故金属M可能是锌、Mg等金属，不能是锡、Cu等金属，A错误； B．输油管的保护过程是一个牺牲阳极的阴极保护法，是利用原电池原理，即化学能转化为电能的过程，B错误； C．金属M失电子，电子沿导线源源不断地输送到输油管，从而保护输油管中的Fe不失去电子而被腐蚀，C正确； D．正极上发生还原反应，当电解质环境为弱酸性、中性和碱性时正极的电极反应为，当电解质环境为强酸性时，正极反应为：2H++2e-=H2↑，D错误； 故选C。 【变式5-1】科研人员采用牺牲阳极法延缓港珠澳大桥钢管桩的腐蚀。下列有关说法正确的是 A．牺牲阳极法中钢管桩可镶嵌铜块 B．钢管桩发生反应： C．钢管桩为电子流入的一极 D．牺牲阳极法中钢管桩与外加电源负极相连 【答案】C 【解析】A．牺牲阳极法中需使用比铁活泼的金属作为阳极，铜的金属活动性比铁弱，无法作为被牺牲的阳极，A错误； B．钢管桩作正极被保护，不会发生失电子的氧化反应，正极一般为氧气得电子发生反应，B错误； C．牺牲阳极法中钢管桩是正极，电子从活泼金属（负极）流向正极，因此钢管桩为电子流入的一极，C正确； D．牺牲阳极法基于原电池原理，无需外加电源，与电源负极相连属于外加电源的阴极保护法，D错误； 故选C。 【变式5-2】将一块镀层破损的铁片置于海边潮湿环境中，一段时间后铁片如图所示。下列说法正确的是 A．电子由铁片流向镀层 B．铁片凹陷深处产生了较多的OH- C．镀层的金属活动性比铁强 D．对铁进行了牺牲阳极法保护 【答案】A 【分析】根据图示可知，该装置为原电池装置，有铁锈生成，根据原电池工作原理，说明铁片作负极，镀层作正极，据此分析； 【解析】A．根据上述分析，电子从铁片流向镀层金属，A正确； B．铁作负极，失电子产生较多的Fe2+，即铁片凹陷处产生较多的Fe2+，B错误； C．构成原电池的条件之一就是由两活性不同的电极，由图可知，铁片被腐蚀，说明铁做负极，所以镀层金属的金属性比铁弱，C错误； D．如果镀层金属的金属性比铁强，则铁作正极，镀层金属为负极，则为牺牲阳极保护法，但本题中镀层金属的金属性比铁弱，不属于牺牲阳极保护法，D错误； 故选A。 【变式5-3】金属腐蚀直接关系到人民的生命财产安全等。下列金属的防护措施属于牺牲阳极法的是 A．健身器材表面涂油漆 B．轮船上镶嵌锌块 C．铁制品镀铜 D．钢铁部件发蓝处理 【答案】B 【解析】A．健身器材表面涂油漆是增加保护层，与牺牲阳极法无关，A错误； B．钢铁船身嵌入锌，形成的原电池Zn是负极，Fe是正极，应用了牺牲阳极的阴极保护法，B正确； C．在铁件的表面镀铜可以隔绝空气，防止铁被腐蚀，与牺牲阳极法无关，C错误； D．钢铁部件发蓝处理，使其表面产生极薄的氧化物膜的材料，与牺牲阳极法无关，D错误； 故选B。 题型06 外加电流法 这种方法是利用电解原理，将被保护的钢铁设备(如钢闸门等)作阴极，用惰性电极作辅助阳极，两者均放在电解质溶液(如海水)中，外接直流电源；通电后,调整外加电压,电子被强制流向被保护的钢铁设备使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零，从而防止了钢铁的腐蚀。 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。 【典例6】与地震、海啸等自然灾害相比，腐蚀同样具备极强的破坏力。研究发现，每1.5分钟，全世界就有2吨的钢铁被腐蚀成铁锈，某学习小组探究金属电化学腐蚀与防护原理的示意图如下，下列说法错误的是 A．若X为食盐水，K未闭合，Fe棒上B点表面铁锈最多 B．若X为食盐水，K与M连接，石墨处溶液pH增大 C．若X为稀盐酸，K分别与N、M连接，前者Fe腐蚀得更快 D．K与M连接，石墨电极上的反应式为，则X可能为稀盐酸 【答案】C 【解析】铁丝易被腐蚀的条件是有氧气和水；若X为NaCl溶液，K与M链接，构成原电池，铁做负极；X为稀盐酸，K与N、M连接，前者做正极被保护；若X为稀盐酸，K与M链接，构成原电池，铁做负极，石墨做正极；据此分析解题。 A．铁丝易被腐蚀的条件是：有氧气和水，C点没有氧气，所以腐蚀较慢，B中含有氧气和水，所以腐蚀较快，A中没有水所以腐蚀较慢，则B点腐蚀最快，铁锈最多，A正确； B．若X为NaCl溶液，K与M链接，构成原电池，铁做负极，Fe上电极发生为Fe−2e−＝Fe2＋，Fe2＋水解显酸性，正极上生成氢氧根离子，正极上pH增大，B正确； C．若X为稀盐酸，K与N链接铁做正极被保护，与M相连接，铁做负极，加快腐蚀，所以Fe腐蚀情况前者更慢，C错误； D．K与M链接，构成原电池，铁做负极，石墨做正极，若电极反应为，则X可能为稀盐酸，D正确； 故选C。 【变式6-1】 金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为对海水中钢闸门的防腐措施示意图，下列说法不正确的是 A．高硅铸铁是作为损耗阳极材料发挥作用的 B．通电后外电路的电子被强制流向钢闸门 C．保护电流应该根据环境条件变化进行调整 D．通电后使钢闸门表面的腐蚀电流接近零 【答案】A 【分析】该装置为外加电流的阴极保护法：钢闸门连接电源负极，作电解池的阴极；高硅铸铁连接电源正极，作电解池的阳极 ，据此回答。 【解析】A．在外加电流的阴极保护法中，阳极材料（高硅铸铁）并非 “损耗阳极”（牺牲阳极的阴极保护法中才是损耗阳极），而是惰性阳极（不参与电极反应，仅传递电子），阳极发生氧化反应（一般是溶液中阴离子放电），高硅铸铁不被损耗，A错误； B．通电后，外电路中电子从电源负极流出，流向钢闸门（阴极）；电源正极从阳极（高硅铸铁 ）获得电子，故外电路电子被强制流向钢闸门，B正确； C．环境条件（如海水成分、温度、流速等 ）会影响金属腐蚀的速率，为确保钢闸门得到有效保护，需根据环境条件变化调整保护电流大小，C正确； D．外加电流的阴极保护法可使钢闸门作为阴极，抑制其发生氧化反应（腐蚀反应），使钢闸门表面的腐蚀电流（因腐蚀产生的电流）接近零，D正确； 故选A。 【变式6-2】甲、乙、丙、丁同学分别用如图所示装置验证铁的电化学防腐原理，相同时间后继续进行实验。 实验①：甲同学分别向I、Ⅱ中电极附近滴加溶液，I中产生蓝色沉淀，Ⅱ中无明显现象。 实验②：乙同学分别取I、Ⅱ中电极附近溶液于试管中，滴加溶液，I、Ⅱ中均无红色 实验③：丙同学分别取I、Ⅱ中电极附近溶液于试管中，滴加溶液，I、Ⅱ中均无蓝色沉淀。 实验④：丁同学分别取I、Ⅱ中电极附近溶液做焰色试验。 下列说法正确的是 A．甲同学的实验说明电化学保护中，外加电流法的保护效果比牺牲阳极法好 B．乙同学的实验说明两种保护法均能有效保护 C．丙同学的实验说明两种保护法均能有效保护 D．丁同学的实验，可以通过火焰颜色，判断电化学保护法的效果 【答案】C 【分析】装置Ⅰ是牺牲阳极法，Zn为负极，Fe为正极，Fe被保护装置；Ⅱ是外加电流法，Fe为阴极，被保护。 【解析】A．甲同学分别向I、Ⅱ中电极附近滴加溶液，I中产生蓝色沉淀，II中无明显现象，中的Fe3+会氧化铁电极，根据此实验不能说明电化学保护中，外加电流法的保护效果比牺牲阳极法好，A错误； B．溶液，检验Fe3+，若溶液变为红色，则含有Fe3+；装置I、Ⅱ中均不会有Fe3+生成，用实验②不能说明两种保护法均能有效保护，B错误； C．实验③中，取I、Ⅱ中电极附近溶液于试管中，滴加溶液，I、Ⅱ中均无蓝色沉淀，说明I、Ⅱ中无Fe2+生成，故该实验可说明两种保护法均能有效保护，C正确； D．丁同学的实验，由于溶液中有Na+，火焰颜色会受影响，不能确定是否有微量Fe2+生成，故不能判断电化学保护法的效果，D错误； 故选C。 【变式6-3】浓硫酸贮存罐的钝化金属保护法示意图如图，其原理是利用可钝化的金属与直流电源相连，控制合适的电压，使金属贮存罐表面形成致密的钝化膜，以有效减缓金属腐蚀。下列叙述不正确的是 A．金属贮存罐可用钢、铝等材料 B．直流电源b极为负极 C．贮存浓硫酸的金属罐与电源负极相连 D．电压高到一定程度有可能会加剧腐蚀 【答案】C 【解析】A．钢的主要成分是铁，铁、铝单质遇冷的浓硫酸发生钝化，因此金属贮存罐可用钢、铝等材料，A正确； B．金属贮存罐表面形成致密的钝化膜，铁发生氧化反应，根据电解池工作原理，金属贮存罐作阳极，即a为正极，b为负极，B正确； C．根据B选项分析，金属贮存罐作阳极，与电源正极相连，C错误； D．Fe为阳极，电压过高时，大量Fe失电子转化成Fe2+，有可能会加剧腐蚀，D正确； 故选C。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.4 金属的电化学腐蚀与防护 题型01 金属腐蚀 题型02 电化学腐蚀的种类和原理 题型03 金属腐蚀速率快慢规律 题型04 金属的防护普通方法 题型05 金属的防护牺牲阳极法 题型06 金属的防护外加电流法 题型01 金属腐蚀 1.概念：金属或合金与周围的气体或液体发生 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 。 2.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 ：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而加快。 ② ：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。 【特别提醒】金属腐蚀过程中，电化学腐蚀和化学腐蚀同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀，且比化学腐蚀的速率大得多。 【典例1】 下列做法对人类不利的是 A．将钢铁放置在潮湿空气中 B．将食物放入冰箱储存 C．工业合成硫酸时使用催化剂 D．在橡胶中加入防老剂 【变式1-1】港珠澳大桥的设计使用寿命达120年，施工中对桥体钢构件采用了多种防腐蚀方法。下列分析错误的是 A．防腐蚀原理主要是避免发生反应：2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2 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直接在钢构件上安装锌块 D．钢构件可采用不锈钢材料以减缓电化学腐蚀 【变式1-2】学校化学兴趣小组模拟铝的电化学腐蚀实验从而探究铝制品表面出现白斑的原因，装置如图所示，下列说法错误的是 A．铝在发生腐蚀的过程中将化学能转变成电能和热能 B．电流从铝箔通过电流表流向活性炭 C．活性炭粉的存在加速了铝箔的腐蚀 D．该反应总反应为，生成的进一步脱水形成白斑 【变式1-3】在下图所示装置的烧杯中均盛有海水，其中能保持铁不被腐蚀的是 A．②③ B．②③④ C．②④ D．①②④ 题型02 电化学腐蚀的种类和原理 1．钢铁的电化学腐蚀 类别 项目　　 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 图形描述 条件 负极 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：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 2.电化学腐蚀 (1) 实验操作 实验现象 实验解释 导管中液面上升 装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀 (2) 实验操作 实验现象 实验解释 ①试管中产生气泡的速率快 Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，形成电化学腐蚀，速率更快 【典例2】一块铆有铁铆钉的铜板暴露在潮湿空气中的示意图如图，下列说法正确的是 A．铜板表面有气泡生成 B．在干燥空气中该铜板也容易腐蚀 C．铁铆钉表面的电极反应： D．一段时间后，向水膜滴加一滴酚酞溶液，出现浅红色 【变式2-1】化学小组研究金属的电化学腐蚀，实验如下： 序号 实验I 实验Ⅱ 实验 下列说法错误的是 A．实验Ⅰ中铁钉周边出现蓝色，铜片周边略显红色 B．实验Ⅱ中铁钉周边出现红色，锌片周边未见明显变化 C．实验I、Ⅱ均发生吸氧腐蚀，正极的电极反应式为：O2+4H++4e−=2H2O D．对比实验I、Ⅱ可知，生活中镀锌铁板比镀铜铁板在镀层破损后更耐腐蚀 【变式2-2】厌氧腐蚀是指在缺乏氧气的深层潮湿土壤中，存在的硫酸盐还原菌会附着在钢管表面能加速钢铁的腐蚀，其反应原理如图所示。下列说法错误的是 A．负极的电极反应式： B．正极的电极反应式： C．厌氧细菌可促使与H2反应生成S2-，加速钢管的腐蚀 D．厌氧腐蚀属于化学腐蚀 【变式2-3】轮船底部的钢铁在海水中容易受到腐蚀，其腐蚀原理如图所示。下列有关说法正确的是 A．负极反应为： B．钢铁在海水中发生吸氧腐蚀 C．正极反应： D．轮船外壳镶嵌铜块可减缓轮船的腐蚀速度 题型03 金属腐蚀速率快慢规律 1. 在同一电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序为：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。 2. 同一种金属在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. 对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。 4. 金属活泼性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快。 【典例3】下列装置中(容器中的液体均足量)，铁的腐蚀速率最快的是 A B C D 【变式3-1】钢铁在海水中容易被腐蚀，下图四种装置可用于探究海水对钢铁腐蚀的快慢，其中铁被腐蚀最慢的是 A．   B．   C．   D．   【变式3-2】城镇地面下常埋有纵横交错的金属管道，地面上还铺有铁轨．一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液的关系如下表： 2 4 6 6.5 8 13.5 14 腐蚀快慢 较快 慢 较快 主要产物 下列说法正确的是 A．含碳钢在中性环境腐蚀较慢 B．当时，主要发生析氢腐蚀 C．当时，负极的电极反应式为： D．采用外加电流法时，需外接镁、锌等作辅助阳极 【变式3-3】某小组同学研究“84”消毒液(有效成分为NaClO)对铁的腐蚀作用：将等量的铁钉(铁碳合金)和纯铁粉分别浸入10mL“84”消毒液中，记录现象如下： 1小时 2小时 5小时 铁钉 无明显现象 铁钉表面出现少量红褐色物质 铁钉表面“生长”出大量红褐色物质 纯铁粉 无明显现象 无明显现象 无明显现象 下列说法不正确的是 A．铁钉主要发生的是电化学腐蚀 B．铁钉腐蚀后的溶液中c(Cl-)增大 C．纯铁粉的腐蚀速率慢主要是因为其表面积大 D．铁钉被腐蚀时发生反应：Fe-2e-=Fe2＋ 题型04 金属的防护方法 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。 【典例4】港珠澳大桥设计寿命为120年，桥体钢构件防腐是使用过程中面临的重要问题，下列说法错误的是 A．海水的pH一般在8.0~8.5，则钢构件的腐蚀主要是析氢腐蚀 B．钢构件可采用不锈钢材料以减缓腐蚀 C．钢构件表面喷涂环氧树脂涂层，是为了隔绝空气、水等 D．后期采用牺牲阳极的阴极保护法时，可使用铝作为负极 【变式4-1】下列说法错误的是 A．镀锌铁的镀层破损铁仍可得到保护 B．钢铁进行发蓝处理表面形成保护膜 C．工业上通过电解饱和食盐水冶炼钠 D．利用电解精炼铜的阳极泥提炼金、银等金属 【变式4-2】 北京冬奥会火种灯的外形设计灵感来自于西汉的“长信宫灯”。下列说法正确的是 A．青铜的熔点大于纯铜 B．铜锈的主要成分是 C．镏金层破损后，金作负极可以继续保护破损处的铜，此法称为牺牲阳极的阴极保护法 D．铝合金表面氧化物薄膜可保护内部金属不被腐蚀 【变式4-3】“福建舰”是我国首艘电磁弹射型航母。下列有关说法正确的是 A．舰用燃料重油是煤干馏产物 B．舰体安装铝等金属块防锈是利用牺牲阳极保护法 C．航母挡焰板上的耐高温防护涂层属于有机高分子材料 D．舰上用于高速数据交换的光纤主要成分是晶体硅 。 题型05 牺牲阳极法 这种方法是利用原电池原理，通常是在被保护的钢铁设备（如钢闸门、锅炉内壁、船体外壳等）上装上若干镁合金或锌块，使镁合金或锌块作原电池的负极，不断遭受腐蚀（需定期检查、更换），而作为正极的钢铁设备被保护。 原理： 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 【典例5】某地下输油管为钢质材料，且该地下输油管所在区域内为潮湿土壤，为减缓输油管的腐蚀，科研人员设计如图所示装置保护输油管。下列叙述正确的是 A．金属M可能是锌、锡等金属 B．输油管的保护过程是电能转化为化学能的过程 C．金属M失电子，电子沿导线源源不断地输送到输油管 D．正极的电极反应一定是 【变式5-1】科研人员采用牺牲阳极法延缓港珠澳大桥钢管桩的腐蚀。下列有关说法正确的是 A．牺牲阳极法中钢管桩可镶嵌铜块 B．钢管桩发生反应： C．钢管桩为电子流入的一极 D．牺牲阳极法中钢管桩与外加电源负极相连 【变式5-2】将一块镀层破损的铁片置于海边潮湿环境中，一段时间后铁片如图所示。下列说法正确的是 A．电子由铁片流向镀层 B．铁片凹陷深处产生了较多的OH- C．镀层的金属活动性比铁强 D．对铁进行了牺牲阳极法保护 【变式5-3】金属腐蚀直接关系到人民的生命财产安全等。下列金属的防护措施属于牺牲阳极法的是 A．健身器材表面涂油漆 B．轮船上镶嵌锌块 C．铁制品镀铜 D．钢铁部件发蓝处理 【答案】B 【解析】A．健身器材表面涂油漆是增加保护层，与牺牲阳极法无关，A错误； B．钢铁船身嵌入锌，形成的原电池Zn是负极，Fe是正极，应用了牺牲阳极的阴极保护法，B正确； C．在铁件的表面镀铜可以隔绝空气，防止铁被腐蚀，与牺牲阳极法无关，C错误； D．钢铁部件发蓝处理，使其表面产生极薄的氧化物膜的材料，与牺牲阳极法无关，D错误； 故选B。 题型06 外加电流法 这种方法是利用电解原理，将被保护的钢铁设备(如钢闸门等)作阴极，用惰性电极作辅助阳极，两者均放在电解质溶液(如海水)中，外接直流电源；通电后,调整外加电压,电子被强制流向被保护的钢铁设备使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零，从而防止了钢铁的腐蚀。 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。 【典例6】与地震、海啸等自然灾害相比，腐蚀同样具备极强的破坏力。研究发现，每1.5分钟，全世界就有2吨的钢铁被腐蚀成铁锈，某学习小组探究金属电化学腐蚀与防护原理的示意图如下，下列说法错误的是 A．若X为食盐水，K未闭合，Fe棒上B点表面铁锈最多 B．若X为食盐水，K与M连接，石墨处溶液pH增大 C．若X为稀盐酸，K分别与N、M连接，前者Fe腐蚀得更快 D．K与M连接，石墨电极上的反应式为，则X可能为稀盐酸 【变式6-1】 金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为对海水中钢闸门的防腐措施示意图，下列说法不正确的是 A．高硅铸铁是作为损耗阳极材料发挥作用的 B．通电后外电路的电子被强制流向钢闸门 C．保护电流应该根据环境条件变化进行调整 D．通电后使钢闸门表面的腐蚀电流接近零 【变式6-2】甲、乙、丙、丁同学分别用如图所示装置验证铁的电化学防腐原理，相同时间后继续进行实验。 实验①：甲同学分别向I、Ⅱ中电极附近滴加溶液，I中产生蓝色沉淀，Ⅱ中无明显现象。 实验②：乙同学分别取I、Ⅱ中电极附近溶液于试管中，滴加溶液，I、Ⅱ中均无红色 实验③：丙同学分别取I、Ⅱ中电极附近溶液于试管中，滴加溶液，I、Ⅱ中均无蓝色沉淀。 实验④：丁同学分别取I、Ⅱ中电极附近溶液做焰色试验。 下列说法正确的是 A．甲同学的实验说明电化学保护中，外加电流法的保护效果比牺牲阳极法好 B．乙同学的实验说明两种保护法均能有效保护 C．丙同学的实验说明两种保护法均能有效保护 D．丁同学的实验，可以通过火焰颜色，判断电化学保护法的效果 【变式6-3】浓硫酸贮存罐的钝化金属保护法示意图如图，其原理是利用可钝化的金属与直流电源相连，控制合适的电压，使金属贮存罐表面形成致密的钝化膜，以有效减缓金属腐蚀。下列叙述不正确的是 A．金属贮存罐可用钢、铝等材料 B．直流电源b极为负极 C．贮存浓硫酸的金属罐与电源负极相连 D．电压高到一定程度有可能会加剧腐蚀 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $