第4章 第4节 金属的电化学腐蚀与防护

1、教育精选第四节金属的电化学腐蚀与防护1了解金属腐蚀及其危害。2了解金属电化学腐蚀的原因及反应原理。(重点)3了解金属防护的方法，特别是电化学防护的方法。(重点)金 属 的 电 化 学 腐 蚀基础初探教材整理1金属的腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与接触到的物质直接反应不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应本质Mne=Mn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联系普遍性：电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，危害也更严重教材整理2钢铁的电化学腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀水膜环境水膜呈酸性水膜呈弱酸性或中性负极反应Fe2e=Fe22Fe4e=2Fe2正极反应2H2e=H2O24e2H2O=4OH

2、总反应Fe2H= Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3联系吸氧腐蚀更普遍探究升华思考探究实验1：将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入下图所示的具支试管中。一段时间后，观察导管中水柱和铁钉的变化。如图1。图1图2实验2：向100 mL烧杯中加入约50 mL饱和食盐水后，插入两个玻璃筒(无底)；将一个无锈铁钉和一个碳棒分别用导线与电流计连接后，再分别插入两个玻璃筒中。如图2。问题思考：(1)实验1的实验现象是什么？铁钉为什么会生锈？说明什么问题？请分析变化的原因。【提示】实验1中导管中的水柱上升，铁钉生锈。说明该过程铁钉被腐蚀。铁

3、钉发生的是吸氧腐蚀。(2)实验2的电流计的指针是否偏转？说明什么问题？若向实验2的插入碳棒的玻璃筒内滴入酚酞溶液，将会看到什么现象？说明什么问题？请写出相关电极反应式。【提示】电流计指针偏转。说明有电流通过。向碳棒一端加入酚酞，显红色。说明该极的电极反应为：O22H2O4e=4OH。(3)若将实验1和实验2的溶液换为盐酸(均足量)。实验1存在哪些形式的化学腐蚀？实验2中是否有电流通过？写出相关电极反应式。【提示】若换为盐酸，则实验1中会发生铁与盐酸的化学腐蚀，同时也有电化学腐蚀。实验2中则发生电化学腐蚀。正极：2H2e=H2，负极：Fe2e=Fe2。认知升华1金属腐蚀类型的判断方法(1)根据是

4、否发生原电池反应来判断。发生原电池反应引起的金属腐蚀，属于电化学腐蚀，否则属于化学腐蚀。(2)根据金属的活动性及电解质溶液的酸性判断，位于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。2影响钢铁腐蚀的因素水、空气、电解质溶液、不活泼金属杂质的存在。题组冲关1钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是()A2H2e=H2BFe22e=FeC2H2OO24e=4OHDFe3e=Fe2【解析】钢铁发生吸氧腐蚀，正极反应为2H2OO24e=4OH。【答案】C2如图为模拟铁生锈的实验。铁粉

5、中均匀混有少量炭粉，撒入内壁已分别用氯化钠溶液和稀醋酸润湿过的甲、乙两个具支试管中，打开止水夹片刻后，下列有关该实验的说法合理的是()A甲装置导管口有气泡，乙装置导管内出现一段液柱B甲装置中发生的电化学腐蚀主要是析氢腐蚀C乙装置中发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀D乙装置导管口有气泡冒出【解析】甲图中的电解质溶液呈中性，所以发生的是吸氧腐蚀，A、B两项均错；乙图中的电解质溶液呈酸性，发生的是析氢腐蚀，有气体产生，C项错，D项正确。【答案】D3.如图所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天后观察：(1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于_腐蚀(填“化学”或“电化学”)。(2)若试管内液面上升，则原溶液呈

6、_性，发生_腐蚀，电极反应式：负极：_；正极：_。(3)若试管内液面下降，则原溶液呈_性，发生_腐蚀，电极反应为：负极_；正极：_。【解析】根据原电池的构成条件：有两种不同的材料(Fe为负极，碳为正极)，有电解质溶液，形成闭合回路，可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件原理及结果可知：试管内液面上升，说明是试管内压强减小，试管内气体被吸收所致，是铁钉吸氧腐蚀的结果，据此写出电极反应式；试管内液面下降，说明是试管内气体压强变大，试管内产生了新气体所致，是铁钉析氢腐蚀的结果，据此写出电极反应式。【答案】(1)电化学(2)弱酸性或中 吸氧2Fe4e=2Fe2O24e2H2O=4OH(3)较

7、强的酸析氢Fe2e=Fe22H2e=H24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()Ad为石墨，铁片腐蚀加快Bd为石墨，石墨上电极反应为：O2 2H2O4e=4OHCd为锌块，铁片不易被腐蚀Dd为锌块，铁片上电极反应为：2H2e=H2【解析】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，比没有形成原电池时的速率快，正确。B.d为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为：O22H2O4e=4OH，正确。C.若d为锌块，则由于金属活动

8、性；ZnFe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，正确。D.d为锌块，由于电解质为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为：O22H2O4e=4OH，错误。【答案】D5用压强传感器探究生铁在pH2和pH4的醋酸溶液中发生腐蚀的装置及得到的图像如下：分析图像，以下结论错误的是()A溶液pH2时，生铁发生析氢腐蚀B在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀C析氢腐蚀和吸氧腐蚀的速率一样快D两溶液中负极反应均为：Fe2e=Fe2【解析】由压强变化图像可知pH2时，压强增大，说明生成氢气，发生析氢腐蚀，同理pH4时，压强减小，说明消耗氧气，发生吸氧腐蚀，两溶液中

9、负极反应均为：Fe2e=Fe2，A、B、D选项正确；由斜率可知消耗氧气的速率比生成氢气的速率快，且消耗1 mol氧气转移4 mol电子，而生成1 mol氢气转移2 mol电子，所以吸氧腐蚀的速率大于析氢腐蚀速率，C选项错误。【答案】C金 属 的 电 化 学 防 护基础初探教材整理1金属的电化学防护1牺牲阳极的阴极保护法应用原电池原理，让被保护金属做正极，一种活泼性较强的金属做负极，用导线相连。2外加电流的阴极保护法利用电解原理，把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极。在电解质溶液里，接外加直流电源。教材整理2金属的其他保护方法1把金属制成防腐的合金，如不锈钢。2加保护层。如喷油漆、

10、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化。探究升华思考探究按如图所示连接好装置；往Fe电极区滴入2滴黄色K3Fe(CN)6(铁氰化钾)溶液。已知Fe2与Fe(CN)63反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀：3Fe22Fe(CN)63=Fe3Fe(CN)62。问题思考：(1)电压表指针有何变化？为什么？【提示】电压表指针发生偏转。ZnFe酸化NaCl溶液形成原电池。(2)Zn、Fe两个电极上发生了什么反应？【提示】Zn电极：Zn2e=Zn2Fe电极：2H2e=H2。(3)在这种装置中有没有Fe2产生？说明了什么问题？【提示】没有。Fe被保护，Zn被腐蚀。(4)若用该方法对金属进行防护，则被保护金属作为原电池

11、的哪个电极？【提示】正极。(5)若改用外加直流电源对金属进行防护，则被保护金属应与电源哪个电极连接？【提示】负极。认知升华1金属腐蚀快慢比较(1)在同一电解质溶液中：电解池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。(2)同一种金属在相同浓度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)有无保护措施的腐蚀快慢顺序：无保护措施的金属腐蚀有一定保护措施的金属腐蚀牺牲阳极的阴极保护法引起的金属腐蚀有外加电流的阴极保护法引起的金属腐蚀。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快。2金属的防护措施与方法3金属防护的关键(1)防止金属与氧化性

12、介质直接接触。(2)防止金属表面形成电解质溶液层。(3)改善金属的内部结构。题组冲关1下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是()A水中的钢闸门连接电源的负极B金属护栏表面涂漆C汽车底盘喷涂高分子膜D地下钢管连接镁块【解析】抓住题干中的关键字“使用外加电流”便可快速解答。A.水中的钢闸门连接电源的负极，即使用了外加电流，正确。B.金属护栏表面涂漆，是一种使用外加涂层而使金属隔绝空气和水分的保护方法。C.汽车底盘喷涂高分子膜，也是一种使用外加涂层而使金属隔绝空气和水分的保护方法。D.地下钢管连接镁块，是牺牲阳极的阴极保护法。【答案】A2下列叙述错误的是()A生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯

13、铁弱B用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈C在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液D铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀【解析】A、B选项，都是原电池原理，铁做负极，使铁更易腐蚀；D是牺牲阳极的阴极保护法。【答案】C3下图所示的各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是() 【导学号：29910059】ABCD【解析】铁在海水中的腐蚀属于电化学腐蚀，当铁与比它活泼性差的Sn相连时，Fe被腐蚀的速率增大(比大)，与活泼性比其强的锌相连时，锌作负极，被腐蚀，铁被保护，其腐蚀的速率要比小；为电解装置，Fe为阳极，发生氧化反应，铁腐蚀的速率最快。【答案】A4某探究小组用铁钉被腐蚀的快慢实验来研究防止

14、钢铁腐蚀的方法。所用试剂有：材质相同的无锈铁钉数枚，食盐水、碳酸水、植物油各多量，实验温度为298 K、308 K，每次实验取用铁钉的数量相同。液体体积相同且足量，用大小相同的试管实验。(1)请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号：实验编号T/K试管内取用液体实验目的298食盐水()实验和探究不同电解质溶液对铁钉腐蚀快慢的影响；()实验和_探究温度对铁钉腐蚀快慢的影响；()实验和_探究铁钉是否接触电解质溶液对铁钉腐蚀快慢的影响(2)请根据上述实验，判断下列有关钢铁制品防腐的说法正确的是_(填字母)。A在铁门、铁窗表面涂上油漆B自行车各部件因有防护涂层或电镀等防腐措施，所以不

15、需要停放在能遮雨的地方C家用铁制厨具每次用完后应擦干放置在干燥处D把挡水铁闸门与直流电源的正极连接且构成回路，可减小铁闸门的腐蚀速率【解析】(1)实验 探究不同电解质对铁钉腐蚀快慢的影响，因此保证温度不变(仍为298 K)，改变电解质(选用碳酸水)。实验 探究温度对铁钉腐蚀快慢的影响，因此保证电解质不变(仍为食盐水)，改变温度(选用308 K)。实验探究铁钉是否接触电解质溶液对铁钉腐蚀快慢的影响。因此保证温度不变(仍为298 K)，改变试管内液体(选用植物油)。(2)A项涂油漆保护铁门、铁窗，使铁门、铁窗与周围物质隔开，正确；自行车放在干燥处，不易形成原电池，能降低腐蚀速率，B错误，C正确；D

16、项挡水铁闸门应与直流电源的负极相连，使之作电解池的阴极，才能起到保护作用，D错误。【答案】(1)实验编号T/K试管内取用液体实验目的298食盐水()()(只要与前面、对应即可)298碳酸水308食盐水298植物油(2)AC学业分层测评(二十四)(建议用时：45分钟)学业达标1下列有关金属腐蚀的说法中正确的是 ()A金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程 B电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程C钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈D金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化学腐蚀伴有电流产生【解析】金属腐蚀的本质，主要是金

17、属原子失电子被氧化，腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，外因是金属与空气、水和其他腐蚀性的物质接触，腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀，所以A错误；电化学腐蚀指不纯金属与电解质溶液接触时发生原电池反应而损耗的过程，不需要外加电流，所以B错误；钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，正极吸收氧气，而不是负极吸收氧气，所以C错误；只有选项D正确。【答案】D2以下现象与电化学腐蚀无关的是()A镀锡铁器比镀锌铁器表面破损时更易被腐蚀B纯铁不容易生锈C镶有相邻的银牙和金牙容易引起头痛D输送氯气的钢管易被氯气腐蚀【解析】A项中镀锡铁器表面破损时形成原电池，Fe作负极，易被腐蚀，而镀锌铁器表面破损时形成原电池，Fe作正极

18、，被保护。B项中纯铁不能形成原电池，所以不容易被腐蚀。C项中相邻的银牙和金牙容易形成原电池产生电流，使人头痛恶心。D项中铁和Cl2直接发生反应，为化学腐蚀，与电化学腐蚀无关。【答案】D3为探究钢铁的吸氧腐蚀原理，设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是()A正极的电极反应方程式为O22H2O4e=4OHB将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成C若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈D断开连接石墨和铁的导线，铁便不会生锈【解析】吸氧腐蚀的正极反应为O24e2H2O=4OH，A正确；若把石墨改为Mg电极，此时Mg作负极，铁不会失电子，不会有铁锈生成，B正确；若向自来水中加入少

19、量NaCl(s)，溶液中离子浓度增大，腐蚀变快，C正确；若断开导线连接，因铁中含有碳，仍会发生腐蚀，D错误。【答案】D4如图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化氢溶液，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红墨水柱两边的液面变为左低右高C两试管中负极电极反应相同Da试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀【解析】a、b试管内分别盛有食盐水和氯化氢溶液，各加入生铁块，a、b中均构成原电池，a中发生铁的吸氧腐蚀，气体减少；b中发生铁的析氢腐蚀，气体增多；生铁块中的碳是原电池的正极，故A正确；红墨水柱两边的液面变为左高右低，故B错

20、误；两试管中都是铁为负极，负极电极反应相同，故C正确；a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀，故D正确。【答案】B5下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀()【解析】当铁棒作为原电池的正极或作为电解池的阴极时不被腐蚀。【答案】B6为保护地下钢管不受腐蚀，下列属于牺牲阳极的阴极保护法的是()A与石墨棒相连B与铜板相连C埋在潮湿、疏松的土壤中D与锌板相连【解析】A项，石墨棒与铁构成原电池，铁活泼失电子作负极，被腐蚀；B项，铜板与铁构成原电池，铁比铜活泼，失电子作负极，被腐蚀；C项，在潮湿、疏松的土壤中，铁与水、空气构成原电池，氧气得电子，铁失电子，被腐蚀；D项，锌板与铁构成原电池，锌比铁活泼，锌失电

21、子作负极，锌被腐蚀，铁被保护。【答案】D7下列关于牺牲阳极的阴极保护法的叙述正确的是()A正极就是阳极B负极就是阴极C阳极上发生氧化反应D正极上发生氧化反应【解析】牺牲阳极的阴极保护法就是原电池的负极(阳极)的金属发生氧化反应被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀。【答案】C8铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法不正确的是()A正极的电极反应式为：2H2e=H2B此过程中还涉及反应：4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3C此过程中铜并不被腐蚀D此过程中电子从Fe移向Cu【解析】该图表示为吸氧腐蚀，其中铁铆钉为负极，电极反应式为Fe2e=Fe2，铜板为正极，电极反应式为O2

22、4e2H2O=4OH，当形成Fe(OH)2后，还有4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3这个反应，故A项错误，B、C、D三项均正确。【答案】A9下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是()图1图2图3图4A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正极【解析】A项，铁棒越靠近海水液面处腐蚀越严重，因为该处O2浓度最大；B项，铁棒作为电解池的阴极被保护；D项，镁块相当于原电池的负极。【答案】C10市场

23、上出售的“热敷袋”，其主要成分是铁屑、炭粉、木屑与少量氯化钠、水等。它在使用之前需使塑料袋与空气隔绝。使用时启开塑料袋上的小孔，轻轻揉搓就会发出热量来。当使用完后还会发现有铁锈(Fe2O3的结晶水合物)生成，依上述现象回答：(1)“热敷袋”放出的热量是利用铁发生了_反应放出热量。(2)炭粉的主要作用是_。(3)加入氯化钠的作用是_。(4)有关的电极反应式：正极_，负极_。【解析】根据题意“热敷袋”使用时必须与空气接触，再从主要成分是铁屑、炭粉、木屑与少量氯化钠、水和使用完后发现有铁锈生成可判断出反应原理为铁的吸氧腐蚀。【答案】(1)氧化(2)做正极(3)做电解质溶液(4)O22H2O4e=4O

24、H2Fe4e=2Fe211.如图所示，甲、乙两试管中各放一枚铁钉，甲试管为NaCl溶液，乙试管为NH4Cl溶液，数天后观察到的现象是_，甲中正极反应式为_，乙中正极反应式为_，试管中残留气体的平均相对分子质量的变化为：甲 乙甲_，乙_。【解析】NaCl溶液为中性溶液，铁钉发生吸氧腐蚀，消耗了氧气，左端气体压强降低，NH4Cl溶液呈酸性，铁钉发生析氢腐蚀，由于产生氢气，右端气体压强增加，所以U形管内的液面左升右降；又因为甲试管中消耗了摩尔质量大的氧气，乙试管中生成了摩尔质量小的氢气，甲、乙两试管中残留气体平均相对分子质量都会减小。【答案】U形管内的液面左升右降O22H2O4e=4OH2H2e=H

25、2减小减小12A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸，如图所示：(1)A中反应的离子方程式是_。(2)B中Sn极的电极反应式为_，Sn极附近溶液的pH_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)C中被腐蚀的金属是_，总反应离子方程式是_，比较A、B、C中铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是_。【解析】(1)A中发生Fe与稀硫酸间的置换反应。(2)B中Sn为正极，H放电生成H2：2H2e=H2，导致Sn附近溶液中c(H)减小，pH增大。(3)C中Zn为负极被腐蚀。【答案】(1)Fe2H=Fe2H2(2)2H2e=H2增大(3)ZnZn2H=Zn2H2BAC能力提升13关于下列各装置图的叙

26、述中，不正确的是()A用装置精炼铜，则a极为粗铜，电解质溶液为CuSO4溶液B装置的总反应是：Cu2Fe3=Cu22Fe2C装置中钢闸门应与外接电源的负极相连D装置中的铁钉几乎没被腐蚀【解析】A项，根据电流方向，a为阳极，b为阴极，粗铜做阳极。B项，装置的总反应为Fe2Fe3=3Fe2，错误。C项，被保护的金属应做阴极。D项，铁钉所处的环境干燥不被腐蚀。【答案】B14我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值，但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。 如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() 【导学号：51182046】A腐蚀

27、过程中，负极是cB正极反应是O2 4e2H2O=4OHC若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为0.224 L(标准状况)D环境中的Cl扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为2Cu23OHCl=Cu2 (OH)3Cl【解析】根据示意图可知此腐蚀是铜的吸氧腐蚀，铜为负极，即c为负极，故A正确；根据原理示意图，正极是氧气得电子，电极反应式为O22H2O4e=4OH，故B正确；n(Cu2(OH)2Cl)4.29/214.5 mol0.02 mol，根据得失电子数目守恒，n(O2)0.0222/4 mol0.02 mol，V(O2)0.0222.4 L0.448 L，故C错误；负极：Cu2e=Cu2，正极：O