4.3金属的腐蚀与防护 同步练习 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第三节 金属的腐蚀与防护 · 导入 在日常生活中，我们经常见到钢铁制品生锈，铜制品长出铜绿，这就是金属腐蚀的现象（图4.3-1、图4.3-2）。 金属腐蚀的现象普遍存在，常常是自发进行的。金属被腐蚀后，在外形、色泽及机械性能等方面就会发生变化，从而使机械设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，直至报废。金属腐蚀还会使桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成坍塌，会使地下金属管道发生泄漏、轮船船体损坏等。因此，了解金属腐蚀的原因，并采取有效措施防止金属腐蚀有重要意义。 图4.3-1 生锈的铁索 图4.3-2 生锈的铜像 知识1 金属的腐蚀☆☆ 1.概念与分类☆ 项目 内容 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。 分类 化学腐蚀（chemical corrosion） 含义：金属直接发生化学反应而引起的腐蚀。 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。 电化学腐蚀（electrochemical corrosion） 含义：不纯的金属发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。 条件：接触到电解质溶液。 2.电化学腐蚀☆ 实验 探究：电化学腐蚀 铁钉的电化学腐蚀 实验操作 实验现象 实验解释 铁钉的吸氧腐蚀实验 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 铁钉的析氢腐蚀实验 ①试管中产生气泡速率快 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 钢铁的电化学腐蚀 腐蚀类型 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 电极反应 负极(Fe) Fe-2e-===Fe2+ 正极(C) 2H++2e-===H2↑ 2H2O+O2+4e-===4OH- 总反应 Fe+2H+===Fe2++H2↑ 2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2 其他反应 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3失去部分水生成Fe2O3•xH2O，是铁锈的主要成分 相互关系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍 · 例题 考点：金属的化学腐蚀与电化学腐蚀 1．（2025春•浙江期中）海港、码头的钢制管会受到海水的长期侵蚀，常用外加电流法对其进行保护（如图所示，其中高硅铸铁为辅助性阳极）。下列叙述错误的是（　　） 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制管桩 C．保护电流应该根据环境条件变化进行调整 D．通电后使钢制管桩表面的腐蚀电流接近零 考点：吸氧腐蚀与析氢腐蚀 2．（2026•深圳模拟）化学与生产、生活和社会发展密切相关，下列说法不正确的是（　　） A．酿酒工艺中加入的“酒曲”与面包工艺中加入的“发酵粉”的作用相同 B．人体血浆中存在的缓冲体系，可以避免体系pH出现大幅度变化而影响身体健康 C．电车出行促环保，电车中的锂离子电池属于二次电池 D．民谚：青铜和铁器“干千年，湿万年，不干不湿就半年”，半干半湿条件下最易发生吸氧腐蚀 考点：电化学腐蚀原理的应用 3．（2025秋•洛阳月考）下列描述与电化学无关的是（　　） A．固定铜板的铁螺丝易生锈 B．铜线和铝线不能直接对接 C．铝制品可以露置在空中保存 D．“暖宝宝”撕开包装迅速发热 知识2 金属的防护☆☆☆ 1.改变金属材料的组成☆ 项目 内容 金属防腐原理 金属防护就是防止金属的腐蚀，要解决的主要问题时如何使金属不被氧化，应从金属腐蚀的电化学反应原理、腐蚀的类型等方面来确定金属防护的具体方法。 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☆ 项目 内容 原理 在金属表面覆盖一层保护层，使金属与周围具有腐蚀性的气体和电解质溶液隔离，便可保护金属，防止金属腐蚀。具体方法如下： 非金属保护层 使用非金属材料，如将油漆、矿物性油脂、搪瓷、塑料等喷涂在钢铁制品的表面形成一个保护层，使金属与腐蚀介质隔开，起到保护作用。 金属保护层 在被保护的金属上镀上一层金属或合金，如在钢铁表面可镀锌、锡、铬、镍等金属。 其他保护方法 ①用化学方法在钢铁不见表面进行发蓝处理(生成一层致密的四氧化三铁薄膜)。 ②利用阳极氧化处理铝制品的表面，使之形成致密的氧化膜而钝化。 ③采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的镀化膜。 3.电化学保护法☆ 项目 内容 牺牲阳极法 ①实验探究 实验步骤 按图连接好装置，观察电流表和Fe电极上的现象，向Fe电极区滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6]溶液，观察烧杯内现象 将1g琼脂加入50mL饱和食盐水和150mL水中，搅拌，加热煮沸，琼脂溶解后趁热把溶液分装在两个培养皿中，均滴入5~6滴酚酞和K3[Fe(CN)6]溶液，分别放入裹有锌皮(图a)和缠有铜丝(图b)的铁钉 实验装置 实验现象 ①电流表指针偏转，②Fe电极上有气泡产生，在Fe电极附近滴入2滴K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀产生 a中铁钉周围溶液变红 b中铁钉周围生成蓝色沉淀，铜丝周围溶液变红 电极反应 负极：Zn-2e-===Zn2+ 正极：2H++2e-===H2↑ a图负极：Zn-2e-===Zn2+ b图负极：Fe-2e-===Fe2+ 共同正极：2H2O+O2+4e-===4OH- 实验结论 Zn、Fe和经过酸化的NaCl溶液构成原电池，该装置溶液中不含Fe2+，铁作正极未被腐蚀 a图装置中Zn作负极，Fe未被腐蚀； b图装置中Fe作负极，被腐蚀，即铁作为负极时易腐蚀，作为正极时未被腐蚀 ②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。如下图。 外加电流法 原理 电解池原理。 要求 被保护的金属作阴极，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。如下图。 · 例题 考点：金属的防护 4．（2025秋•揭阳期末）汽车领域的发展离不开化学。下列说法错误的是（　　） A．燃油汽车：燃料的燃烧为放热反应 B．电动汽车：充电时将电能转化为化学能 C．尾气处理：利用三效催化剂可完全消除尾气 D．车身材料：在钢铁上涂油漆可防止金属腐蚀 考点：金属腐蚀的化学原理 5．（2025•湖北模拟）化学与生产、生活和科技密切相关。下列叙述错误的是（　　） A．市场上销售的暖贴通常是利用金属的电化学腐蚀原理制作的 B．苯甲酸及其钠盐可用作食品防腐剂 C．量子通信材料螺旋碳纳米管与富勒烯互为同素异形体 D．稀土元素就是镧系元素，在科技、生产中有广泛的用途，被称为“冶金工业的维生素” 考点：金属防护的常用方法 6．（2026•杭州模拟）利用下列装置进行实验，能达到实验目的的是（　　） H2（g）+I2（g）⇌2HI（g） A.验证牺牲阳极法保护铁 B.探究压强对化学平衡的影响 C.制备苯甲酸苯甲酯 D.测定KI溶液的浓度 A．A B．B C．C D．D · 牛刀小试 1、 单项选择题 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．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．某同学进行下列实验 操作 现象 取一块打磨过的生铁片，在其表面滴一滴含酚酞和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．中心区的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ C．边缘处的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．交界处发生的反应为4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3＋8H＋ 4．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↓ 5．相同材质的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是(　　) 6．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 7．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 8．我国有多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应 B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ C．断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－===Zn D．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀 9．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 二、非选择题 10．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________________________。 一、单项选择题 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 【参考答案】B 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 电化学腐蚀 A 金属在潮湿的空气中腐蚀的实质是电化学腐蚀，若水膜酸性较强，发生析氢腐蚀，若水膜酸性很弱或呈中性，发生吸氧腐蚀。 L1 B L1 C L1 D L1 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 【参考答案】B 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 吸氧腐蚀 A 铁铆钉吸氧腐蚀的正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ L1 B 吸氧腐蚀生成的Fe(OH)2进一步被氧化为Fe(OH)3 L1 C 铜作正极不被腐蚀 L1 D 电子从负极Fe通过导线流向正极Cu，电流方向相反 L1 3．某同学进行下列实验 操作 现象 取一块打磨过的生铁片，在其表面滴一滴含酚酞和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．中心区的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ C．边缘处的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．交界处发生的反应为4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3＋8H＋ 【参考答案】D 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 吸氧腐蚀 A 生铁片边缘处为红色，说明生成了OH－，生铁片发生吸氧腐蚀 L1 B 根据实验现象，中心区域为蓝色，说明生成了Fe2＋，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ L1 C 电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ L1 D 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成了氢氧化铁 L1 4．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↓ 【参考答案】C 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 电化学腐蚀 A 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 L2 B 潮湿环境中Cl－浓度大时，有利于多孔粉状锈的生成 L2 C 未指明是否为标准状况，无法计算消耗的O2体积 L2 D 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↓ L2 5．相同材质的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是(　　) 【参考答案】C 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 金属腐蚀快慢的比较 A 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，铁是活泼金属作负极 L1 B 食盐水提供电解质溶液环境，铁炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成的条件，铁是活泼金属作负极，碳作正极 L1 C 铜镀层将铁球覆盖，使铁被保护，所以铁不易被腐蚀 L2 D 酸雨提供电解质溶液环境，铁铆钉和铜板分别作负、正极，形成原电池；在上述三种情况中，都是铁作负极，铁容易被腐蚀 L2 6．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 【参考答案】B 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 金属腐蚀快慢的比较 A 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 L2 B L2 C 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 L2 D Ⅲ中浓硫酸吸水，使铁钉处在干燥空气中几乎不被腐蚀 L2 7．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 【参考答案】C 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 牺牲阳极法 A 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 L2 B L2 C 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 L2 D 图中没有外加电源，故为牺牲阳极法 L2 8．我国有多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应 B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ C．断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－===Zn D．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀 【参考答案】C 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 外加电流法 A 锌环与电源的正极相连，为阳极，发生氧化反应 L2 B 通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ L2 C 断电时，锌比铁活泼，作负极，电极反应为Zn－2e－=Zn2＋ L2 D 断电时，锌比铁活泼，铁做负极，仍能防止铁帽被腐蚀 L2 9．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 【参考答案】B 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 复杂电化学防护模型的判断识别 A 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 L3 B 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 L3 C Fe作阳极被腐蚀，作阴极被保护，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 L3 D 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 L3 三、非选择题 10．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________________________。 【参考答案】 （1）2Zn－4e－===2Zn2＋　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 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 电化学腐蚀 （1） 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。 L1 （2） 电化学防护 （3） 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。 L2 （4） 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。 L2 （5） 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。 L2 第 2 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三节 金属的腐蚀与防护 · 导入 在日常生活中，我们经常见到钢铁制品生锈，铜制品长出铜绿，这就是金属腐蚀的现象（图4.3-1、图4.3-2）。 金属腐蚀的现象普遍存在，常常是自发进行的。金属被腐蚀后，在外形、色泽及机械性能等方面就会发生变化，从而使机械设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，直至报废。金属腐蚀还会使桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成坍塌，会使地下金属管道发生泄漏、轮船船体损坏等。因此，了解金属腐蚀的原因，并采取有效措施防止金属腐蚀有重要意义。 图4.3-1 生锈的铁索 图4.3-2 生锈的铜像 知识1 金属的腐蚀☆☆ 1.概念与分类☆ 项目 内容 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。 分类 化学腐蚀（chemical corrosion） 含义：金属直接发生化学反应而引起的腐蚀。 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。 电化学腐蚀（electrochemical corrosion） 含义：不纯的金属发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。 条件：接触到电解质溶液。 2.电化学腐蚀☆ 实验 探究：电化学腐蚀 铁钉的电化学腐蚀 实验操作 实验现象 实验解释 铁钉的吸氧腐蚀实验 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 铁钉的析氢腐蚀实验 ①试管中产生气泡速率快 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 钢铁的电化学腐蚀 腐蚀类型 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 电极反应 负极(Fe) Fe-2e-===Fe2+ 正极(C) 2H++2e-===H2↑ 2H2O+O2+4e-===4OH- 总反应 Fe+2H+===Fe2++H2↑ 2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2 其他反应 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3失去部分水生成Fe2O3•xH2O，是铁锈的主要成分 相互关系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍 · 例题 考点：金属的化学腐蚀与电化学腐蚀 1．（2025春•浙江期中）海港、码头的钢制管会受到海水的长期侵蚀，常用外加电流法对其进行保护（如图所示，其中高硅铸铁为辅助性阳极）。下列叙述错误的是（　　） 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制管桩 C．保护电流应该根据环境条件变化进行调整 D．通电后使钢制管桩表面的腐蚀电流接近零 【解答】解：A．高硅铸铁为惰性辅助阳极，阳极周边发生氧化反应，电极不损耗，故A错误； B．通电后，惰性高硅铸铁作阳极，海水中的氯离子等在阳极失电子发生氧化反应，电子经导线流向电源正极，再从电源负极流出经导线流向钢管桩，故B正确； C.在保护过程中要使被保护金属结构电位低于周围环境，则通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整，故C正确； D.被保护的钢管桩应作为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，使钢管桩表面腐蚀电流接近于零，避免或减弱电化学腐蚀的发生，故D正确； 故选：A。 考点：吸氧腐蚀与析氢腐蚀 2．（2026•深圳模拟）化学与生产、生活和社会发展密切相关，下列说法不正确的是（　　） A．酿酒工艺中加入的“酒曲”与面包工艺中加入的“发酵粉”的作用相同 B．人体血浆中存在的缓冲体系，可以避免体系pH出现大幅度变化而影响身体健康 C．电车出行促环保，电车中的锂离子电池属于二次电池 D．民谚：青铜和铁器“干千年，湿万年，不干不湿就半年”，半干半湿条件下最易发生吸氧腐蚀 【解答】解：A．发酵粉主要成分为碳酸氢钠，作用是反应生成CO2使面食疏松多孔，酒曲是酿酒过程的酶催化剂，作用是将糖类发酵转化为乙醇，二者作用不相同，故A错误； B．人体血浆中的缓冲体系可分别与外来的OH﹣、H+反应，维持pH相对稳定，避免pH大幅变化危害健康，故B正确； C．锂离子电池可反复充放电，属于二次电池，电车使用锂离子电池符合环保要求，故C正确； D．半干半湿条件下，金属表面有薄水膜且氧气充足，最易发生吸氧腐蚀，因此有“不干不湿就半年”的说法，故D正确； 故选：A。 考点：电化学腐蚀原理的应用 3．（2025秋•洛阳月考）下列描述与电化学无关的是（　　） A．固定铜板的铁螺丝易生锈 B．铜线和铝线不能直接对接 C．铝制品可以露置在空中保存 D．“暖宝宝”撕开包装迅速发热 【解答】解：A．铁、铜、潮湿的空气构成原电池，属于电化学腐蚀，故A错误； B．铜、铝、潮湿的空气构成原电池，属于电化学腐蚀，故B错误； C．铝制品在空气中易形成致密的氧化物保护膜，与电化学无关，故C正确； 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，故D错误； 故选：C。 知识2 金属的防护☆☆☆ 1.改变金属材料的组成☆ 项目 内容 金属防腐原理 金属防护就是防止金属的腐蚀，要解决的主要问题时如何使金属不被氧化，应从金属腐蚀的电化学反应原理、腐蚀的类型等方面来确定金属防护的具体方法。 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☆ 项目 内容 原理 在金属表面覆盖一层保护层，使金属与周围具有腐蚀性的气体和电解质溶液隔离，便可保护金属，防止金属腐蚀。具体方法如下： 非金属保护层 使用非金属材料，如将油漆、矿物性油脂、搪瓷、塑料等喷涂在钢铁制品的表面形成一个保护层，使金属与腐蚀介质隔开，起到保护作用。 金属保护层 在被保护的金属上镀上一层金属或合金，如在钢铁表面可镀锌、锡、铬、镍等金属。 其他保护方法 ①用化学方法在钢铁不见表面进行发蓝处理(生成一层致密的四氧化三铁薄膜)。 ②利用阳极氧化处理铝制品的表面，使之形成致密的氧化膜而钝化。 ③采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的镀化膜。 3.电化学保护法☆ 项目 内容 牺牲阳极法 ①实验探究 实验步骤 按图连接好装置，观察电流表和Fe电极上的现象，向Fe电极区滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6]溶液，观察烧杯内现象 将1g琼脂加入50mL饱和食盐水和150mL水中，搅拌，加热煮沸，琼脂溶解后趁热把溶液分装在两个培养皿中，均滴入5~6滴酚酞和K3[Fe(CN)6]溶液，分别放入裹有锌皮(图a)和缠有铜丝(图b)的铁钉 实验装置 实验现象 ①电流表指针偏转，②Fe电极上有气泡产生，在Fe电极附近滴入2滴K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀产生 a中铁钉周围溶液变红警，b中铁钉周围生成蓝色沉淀，铜丝周围溶液变红 电极反应 负极：Zn-2e-===Zn2+ 正极：2H++2e-===H2↑ a图中负极：Zn-2e-===Zn2+ b图中负极：Fe-2e-===Fe2+ 共同正极：2H2O+O2+4e-===4OH- 实验结论 Zn、Fe和经过酸化的NaCl溶液构成原电池，该装置溶液中不含Fe2+，铁作正极未被腐蚀 a图装置中Zn作负极，Fe未被腐蚀； b图装置中Fe作负极，被腐蚀，即铁作为负极时易腐蚀，作为正极时未被腐蚀 ②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。如下图。 外加电流法 原理 电解池原理。 要求 被保护的金属作阴极，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。如下图。 · 例题 考点：金属的防护 4．（2025秋•揭阳期末）汽车领域的发展离不开化学。下列说法错误的是（　　） A．燃油汽车：燃料的燃烧为放热反应 B．电动汽车：充电时将电能转化为化学能 C．尾气处理：利用三效催化剂可完全消除尾气 D．车身材料：在钢铁上涂油漆可防止金属腐蚀 【解答】解：A．所有的燃烧都是放热反应，故燃料的燃烧为放热反应，故A正确； B．充电时是电解池装置，是电能转化为化学能的装置，故B正确； C．利用三效催化剂可以将CO和NO转化为无毒气体，但不能全部消除，比如臭氧等有毒气体不能消除，故C错误； D．在钢铁上涂油漆可以隔绝水和氧气，破坏铁生锈的条件，可以防止金属腐蚀，故D正确； 故选：C。 考点：金属腐蚀的化学原理 5．（2025•湖北模拟）化学与生产、生活和科技密切相关。下列叙述错误的是（　　） A．市场上销售的暖贴通常是利用金属的电化学腐蚀原理制作的 B．苯甲酸及其钠盐可用作食品防腐剂 C．量子通信材料螺旋碳纳米管与富勒烯互为同素异形体 D．稀土元素就是镧系元素，在科技、生产中有广泛的用途，被称为“冶金工业的维生素” 【解答】解：A．暖贴是利用金属的吸氧腐蚀时放热来制作的，利用了金属的电化学腐蚀原理，故A正确； B．苯甲酸及苯甲酸钠均是常用的食品防腐剂，能延长食品的保质期，故B正确； C．螺旋碳纳米管与富勒烯均是碳元素形成的不同单质，互为同素异形体，故C正确； D．稀土元素包括镧系元素以及钪和钇，不只是镧系元素，故D错误； 故选：D。 考点：金属防护的常用方法 6．（2026•杭州模拟）利用下列装置进行实验，能达到实验目的的是（　　） H2（g）+I2（g）⇌2HI（g） A.验证牺牲阳极法保护铁 B.探究压强对化学平衡的影响 C.制备苯甲酸苯甲酯 D.测定KI溶液的浓度 A．A B．B C．C D．D 【解答】解：A．牺牲阳极法利用原电池原理，被保护金属作原电池正极，活泼金属作负极；KSCN溶液仅可检验Fe3+，无法检验Fe2+，该装置无法验证Fe电极是否被氧化，故A错误； B．反应前后气体分子总数相等，压强改变平衡不发生移动，无法通过现象变化探究压强对平衡的影响，故B错误； C．苯甲酸与苯甲醇的酯化反应生成水，苯与水不互溶，分水器可分离反应生成的水，促进酯化反应正向进行，冷凝管可冷凝回流挥发的反应物与苯，提高原料利用率，故C正确； D．溴水具有强氧化性，会腐蚀碱式滴定管的橡胶管，需用酸式滴定管盛装，图示滴定管为碱式滴定管，实验装置错误，故D错误； 故选：C。 · 牛刀小试 一、单项选择题 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 【参考答案】B 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 电化学腐蚀 A 金属在潮湿的空气中腐蚀的实质是电化学腐蚀，若水膜酸性较强，发生析氢腐蚀，若水膜酸性很弱或呈中性，发生吸氧腐蚀。 L1 B L1 C L1 D L1 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 【参考答案】B 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 吸氧腐蚀 A 铁铆钉吸氧腐蚀的正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ L1 B 吸氧腐蚀生成的Fe(OH)2进一步被氧化为Fe(OH)3 L1 C 铜作正极不被腐蚀 L1 D 电子从负极Fe通过导线流向正极Cu，电流方向相反 L1 3．某同学进行下列实验 操作 现象 取一块打磨过的生铁片，在其表面滴一滴含酚酞和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．中心区的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ C．边缘处的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．交界处发生的反应为4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3＋8H＋ 【参考答案】D 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 吸氧腐蚀 A 生铁片边缘处为红色，说明生成了OH－，生铁片发生吸氧腐蚀 L1 B 根据实验现象，中心区域为蓝色，说明生成了Fe2＋，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ L1 C 电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ L1 D 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成了氢氧化铁 L1 4．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↓ 【参考答案】C 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 电化学腐蚀 A 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 L2 B 潮湿环境中Cl－浓度大时，有利于多孔粉状锈的生成 L2 C 未指明是否为标准状况，无法计算消耗的O2体积 L2 D 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↓ L2 5．相同材质的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是(　　) 【参考答案】C 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 金属腐蚀快慢的比较 A 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，铁是活泼金属作负极 L1 B 食盐水提供电解质溶液环境，铁炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成的条件，铁是活泼金属作负极，碳作正极 L1 C 铜镀层将铁球覆盖，使铁被保护，所以铁不易被腐蚀 L2 D 酸雨提供电解质溶液环境，铁铆钉和铜板分别作负、正极，形成原电池；在上述三种情况中，都是铁作负极，铁容易被腐蚀 L2 6．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 【参考答案】B 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 金属腐蚀快慢的比较 A 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 L2 B L2 C 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 L2 D Ⅲ中浓硫酸吸水，使铁钉处在干燥空气中几乎不被腐蚀 L2 7．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 【参考答案】C 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 牺牲阳极法 A 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 L2 B L2 C 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 L2 D 图中没有外加电源，故为牺牲阳极法 L2 8．我国有多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应 B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ C．断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－===Zn D．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀 【参考答案】C 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 外加电流法 A 锌环与电源的正极相连，为阳极，发生氧化反应 L2 B 通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ L2 C 断电时，锌比铁活泼，作负极，电极反应为Zn－2e－=Zn2＋ L2 D 断电时，锌比铁活泼，铁做负极，仍能防止铁帽被腐蚀 L2 9．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 【参考答案】B 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 复杂电化学防护模型的判断识别 A 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 L3 B 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 L3 C Fe作阳极被腐蚀，作阴极被保护，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 L3 D 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 L3 三、非选择题 10．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________________________。 【参考答案】 （1）2Zn－4e－===2Zn2＋　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 【质量水平】 考点 细化内容 质量水平 电化学腐蚀 （1） 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。 L1 （2） 电化学防护 （3） 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。 L2 （4） 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。 L2 （5） 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。 L2 第 2 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 $