考点21金属的腐蚀与防护

考点21金属的腐蚀与防护【核心考点梳理】一、金属的腐蚀1．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。(2)由于与金属接触的气体或液体物质不同，发生腐蚀的情况也不同，一般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。温度对化学腐蚀的影响很大。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。2．钢铁的电化学腐蚀由于条件不同，钢铁腐蚀可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种类型。析氢腐蚀吸氧腐蚀示意图钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的吸氧腐蚀示意图水膜环境在酸性环境中水膜酸性很弱或呈中性负极反应Fe－2e－=Fe2＋2Fe－4e－=2Fe2＋正极反应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联系吸氧腐蚀更普遍(1)化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，速率也大得多危害更大。(2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况中以吸氧腐蚀为主。(3)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极都是铁，失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。【核心归纳】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。二、金属的防护1．改变金属材料的组成在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。例如，把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢产品。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。(1)在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。(2)用电镀的方法，在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。(3)工业上常利用一些溶液的氧化作用，在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜。(4)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。(5)采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面可以形成稳定的钝化膜。3．电化学保护法(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。【核心归纳】【必备知识基础练】1．（2024上·甘肃酒泉·高二统考期末）关于如图所示各装置的叙述正确的是A．图1支撑海港码头基础的钢管桩与电源相连，以防止被海水腐蚀B．图2铁钉发生析氢腐蚀，导管中水面下降，负极反应为C．图3装置可在铁件表面镀铜，溶液浓度不变D．用图4装置精炼铜，b极为精铜，电解质溶液为溶液【答案】D【解析】A．为防止腐蚀，应使钢管桩与电源负极相连，A错误；B．食盐水为中性，此时发生的为吸氧腐蚀，B错误；C．在铁件表面镀铜，应使Cu为阳极与电源正极相连，C错误；D．电流流出的一极为电源正极，电解精炼铜时，粗铜做阳极，与电源正极相连，精铜做阴极，与电源负极相连，电解质溶液为溶液，D正确；故选D。2．（2024上·河北石家庄·高二石家庄二中阶段练习）糕点包装中常见的脱氧剂成分为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是A．脱氧过程是吸热反应，可降低温度，延长糕点保质期B．脱氧过程中铁作原电池正极，电极反应为：Fe2e=Fe2+C．脱氧过程中碳做原电池负极，电极反应为：2H2O+O2+4e=4OHD．含有1.12g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气336mL(标准状况)【答案】D【解析】A．脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同，该过程为放热反应，A错误；B．脱氧过程，铁作负极，B错误；C．脱氧过程，碳作正极，C错误；D．由电子守恒可知，还原性铁粉最终被氧化为+3价，含有1.12g铁粉的脱氧剂完全氧化转移电子的物质的量为，每消耗1mol氧气转移电子4mol，所以消耗氧气的物质的量为，标况下，D正确；故选D。3．（2024上·黑龙江哈尔滨·高二哈尔滨三中校考期末）下列有关电化学原理的说法正确的是A．在轮船船体四周镶嵌锌块保护船体不受腐蚀的方法叫牺牲阳极法B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用C．电解精炼铜时，可以从阴极泥中提炼金、银等贵金属D．不锈钢有较强的抗腐蚀能力是因为在钢铁表面镀上了铬、镍【答案】A【解析】A．在轮船船体四周镶嵌锌块，牺牲阳极随着流出的电流而逐渐消耗，船体不受腐蚀，称为船用牺牲阳极，故A正确；B．镀锡铁在大气或水中，锡的电位比铁正，因此镀层破坏后，铁做为阳极加速腐蚀，故B错误；C．电解精练铜的阳极泥可以回收铜，并提取金、银等贵金属，故C错误；D．不锈钢既含铬又含镍，由于镍属于较稳定元素，那么它的抗腐蚀能力自然要比不锈铁强很多，故D错误；故答案选A。4．（2023上·陕西渭南·高二渭南市杜桥中学校考期中）随着全球经济的不断发展汽车的使用越来越普及，已经成为现代社会重要的交通工具。但是汽车腐蚀已经成为当今社会不可避免的问题，汽车腐蚀不仅造成巨大的经济损失，物质和能源浪费，而且还会造成环境污染和交通事故。汽车腐蚀主要是构成汽车的钢材的腐蚀。在空气中，如图所示的四种情况里，铁的腐蚀速率最快的是A． B． C．D．【答案】D【解析】A．铁比铜活泼，形成的原电池中铁为负极，铜为正极，铁比较容易被腐蚀；B．锌比铁活泼，形成的原电池中铁为正极，锌为负极，铁难以被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法；C．在电解池中铁与电源的负极相连、为阴极，铁被保护，属于外接电源的阴极保护法；D．在电解池中铁与电源的正极相连、为阳极，铁失去电子被氧化，则铁被腐蚀，且腐蚀的速率大于铁做原电池的负极时的速率；综上，选D。5．（2023上·黑龙江·高二黑龙江实验中学校考阶段练习）化学与生产生活密切相关。下列说法错误的是A．用硫酸铁除去水中的悬浮物B．镀锡铁皮的镀层破损后，铁皮会加速腐蚀。C．铅蓄电池在充电时，其正极与外接电源的正极相连D．明矾可用作净水剂和消毒剂【答案】D【解析】A．铁离子水解生成具有吸附性的氢氧化铁胶体，可以吸附水中固体杂质颗粒，具有净水作用，A正确；B．镀层破损后，锡、铁和电解质溶液构成原电池，铁为负极，铁皮腐蚀加快，B正确；C．铅蓄电池在充电时，其正极作阳极，与外接电源的正极相连，C正确；D．明矾电离出的铝离子水解生成氢氧化铝胶体，能够净水，但明矾没有强氧化性，不能作消毒剂，D错误；故选D。6．（2023上·云南·高二云南师大附中校考阶段练习）出土于陕西的两千多年前的越王剑(主要成分为铁)，现藏于广州博物馆，该剑剑格左右侧皆以鸟虫书体铸刻“王戊”二字，剑色为水银古，时至如今，依然锋利。剑脊含铜量较多，韧性好，不易折断；刃部含锡高，硬度强，可见其性能优异，锻造技术优良。已知：剑在地下因构成原电池发生了腐蚀，导致生锈()。下列叙述错误的是A．铁与铜、锡构成原电池时，铁为负极B．铁发生的电极反应为C．生活中，为了防止铁板被腐蚀，可以在铁板上镀铜或者镀锌，镀锌效果更好D．铜碳合金在强酸性条件下不会发生析氢腐蚀【答案】B【解析】A．铁与铜、锡构成原电池时，铁的活泼性强于铜和锡，铁作负极，A正确；B．铁电极反应为，B错误；C．在铁板上镀铜或者镀锌，镀层把铁与周围环境隔绝而防止了铁的腐蚀，镀锌效果更好，是因为白铁皮(镀锌铁)表面镀层被划伤后，形成原电池时锌为负极，铁为正极，镀层仍能对铁起到保护作用，C正确；D．铜碳合金在强酸性条件下铜不与氢离子反应，故不会发生析氢腐蚀，D正确；故选B。【关键能力提升练】7．（2024上·辽宁·高二校联考期末）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．整个过程中，铁粉作为负极电极反应式均为：B．时，只发生析氢腐蚀，正极电极反应式为：C．时，正极电极反应式为：和D．将均匀覆盖铁粉和碳粉的滤纸更换为只均匀覆盖纯铁粉的滤纸，压强随时间变化的曲线走势与原图相同【答案】C【解析】A．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：，A错误；B．由图可知，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；因此既发生析氢腐蚀，又发生吸氧腐蚀，B错误；C．若时只发生吸氧腐蚀，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．只均匀覆盖纯铁粉的滤纸不能形成原电池，反应变慢，压强随时间变化的曲线走势与原图不相同，D错误；故选C。8．（2024上·山东济宁·高三统考期末）下图所示的实验操作中，能达到相应目的的是A．验证铁钉的吸氧腐蚀B．测定的溶解度C．探究浓度对反应速率的影响D．制备氢氧化铁胶体A．A B．B C．C D．D【答案】A【解析】A．若铁钉在食盐水中发生吸氧腐蚀，试管内气体减小，压强降低，右侧玻璃导管中液面会上升，则题给装置能达到验证铁钉的吸氧腐蚀的实验目的，故A正确；B．测定硝酸钾的溶解度时，温度计应插入硝酸钾溶液中，不能插入水浴中，则题给装置不能达到测定硝酸钾的溶解度的实验目的，故B错误；C．过氧化氢溶液与亚硫酸钠溶液反应生产硫酸钠和水，反应中没有明显的实验现象，则题给装置不能达到探究浓度对反应速率的影响的实验目的，故C错误；D．氢氧化钠溶液与氯化铁溶液反应生产氢氧化铁沉淀，无法制得氢氧化铁胶体，则题给装置不能达到制备氢氧化铁胶体的实验目的，故D错误；故选A。9．（2024上·河北石家庄·高二石家庄精英中学阶段练习）钢铁闸门的防护方法有多种，下列对于图中的防护方法描述错误的是A．a、b以导线连接，辅助电极发生氧化反应B．a、b分别连接直流电源的负极、正极，该方法是牺牲阳极法C．a、b以电源连接，辅助电极的材料可能含有CuD．a、b分别连接直流电源，通电后外电路电子被强制从辅助电极流向钢铁闸门【答案】B【解析】A．a、b以导线连接，构成的是原电池，辅助电极作负极发生氧化反应，A正确；B．由于有外加电源，故此方法为外加电流的阴极保护法，B错误；C．a、b以电源连接，该方法为外加电流的阴极保护法，则辅助电极作阳极，铜是活性电极，可作辅助电极，C正确；D．通电后，被保护的钢铁闸门作阴极，辅助电极作阳极，因此通电后外电路电子被强制从辅助电极流向钢铁闸门，使钢铁闸门得到保护，D正确；故选B。10．（2023上·河北石家庄·高二正定中学校联考阶段练习）某小组研究金属电化学腐蚀，实验如下：实验装置5min时现象25min时现象Ⅰ铁钉表面及周边未见明显变化铁钉周边出现少量红色和蓝色区域，有少量红棕色铁锈生成Ⅱ铁钉周边出现红色区域，未见蓝色出现，锌片周边未见明显变化铁钉周边红色加深，区域变大，未见蓝色出现，锌片周边未见明显变化下列说法正确的是A．实验Ⅱ中5min时出现红色区域，说明铁钉腐蚀速率比Ⅰ快B．实验Ⅱ中正极的电极反应式为C．若将Ⅱ中Zn片换成Cu片，推测Cu片周边会出现红色，铁钉周边会出现蓝色D．实验Ⅰ如果使用纯铁材质铁钉腐蚀速率会更快【答案】C【分析】实验I铁钉周边零星、随机出现极少量红色和蓝色区域，正极发生的是氧气得电子的还原反应，即2H2O+O2+4e=4OH，使酚酞溶液变红，负极是铁失电子的氧化反应，即Fe2e=Fe2+，与K3[Fe(CN)6]反应出现蓝色区域，Fe2++2OH=Fe(OH)2，合并得到：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2↓，4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3，有少量红棕色铁锈生成，实验II5min铁钉周边出现红色区域，未见蓝色出现锌片周边未见明显变化，25min铁钉周边红色加深，区域变大，未见蓝色出现锌片周边未见明显变化，说明Zn保护了Fe，使铁的腐蚀速率比实验I慢。【解析】A．实验II5min铁钉周边出现红色区域，未见蓝色出现锌片周边未见明显变化，25min铁钉周边红色加深，区域变大，未见蓝色出现锌片周边未见明显变化，说明Zn保护了Fe，使铁的腐蚀速率比实验I慢，A错误；B．实验II中金属铜是正极，氧气发生得电子的还原反应：O2+2H2O+4e=4OH，B错误；C．将Zn片换成Cu片，铁做负极加快腐蚀，推测Cu片周边会出现红色，铁钉周边会出现蓝色，C正确；D．实验I如果使用纯铁材质铁钉只能进行化学腐蚀，而不纯的铁质材料则能够形成电化学腐蚀，电化学腐蚀速率比化学腐蚀快，故能减慢其腐蚀速率，D错误；故选C。11．（2024上·吉林·高二四平市第一高级中学校联考期末）下列关于金属的腐蚀与防护说法正确的是A．图①中往Fe电极区滴入2滴硫氰化钾溶液，溶液变红B．图②中铁丝容易生成Fe2O3·xH2OC．图③中M可用石墨代替D．图④中若电源断开，闸门易发生吸氧腐蚀【答案】D【解析】A．图①中铁是正极，铁被保护，往Fe电极区滴入2滴硫氰化钾溶液，溶液不变红，故A错误；B．铁丝在干燥的空气中不易生锈，故B错误；C．若图③中M用石墨代替，则钢铁输水管做负极，钢铁输水管的腐蚀速率加快，故C错误；D．图④为外加电流阴极保护法，若电源断开，闸门不再被保护，闸门易发生吸氧腐蚀，故D正确；选D。12．（2024上·河北石家庄·高二石家庄精英中学阶段练习）近日，三星堆文化与青铜文明学术研讨会在德阳广汉市举行，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腐蚀的原理示意图如图甲和图乙。下列说法错误的是A．图甲可知青铜器生锈发生的是化学腐蚀B．图甲可知铜锈的主要成分有Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3ClC．图乙中c青铜基体作原电池负极，发生氧化反应D．图乙生成a多孔粉状锈的离子方程式为2Cu2++3OH+Cl=Cu(OH)3Cl↓【答案】A【解析】A．由图甲可知，青铜器生锈发生的是电化学腐蚀，故A错误；B．图甲显示，铜被腐蚀为Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl，故B正确；C．根据图知，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，则Cu作负极被氧化，腐蚀过程中，负极是c，故C正确；D．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Cu2(OH)3Cl，负极上生成铜离子、正极上生成氢氧根离子，所以该离子反应为氯离子、铜离子和氢氧根离子反应生成Cu2(OH)3Cl沉淀，离子方程式为2Cu2++3OH+Cl=Cu(OH)3Cl↓，故D正确；故答案选A。13．（2024上·吉林长春·高二长春市第二中学校考期末）下列叙述中不正确的是A．生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱B．铁质器件附有铜质配件，在接触处铁易生锈C．在铁制品上镀铜时，铁制品为阳极，铜盐为电镀液D．铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀【答案】C【解析】A．生铁中含有碳，铁、碳构成原电池，铁为负极，铁的抗腐蚀能力比纯铁弱，故A正确；B．铁质器件附有铜质配件，铁、铜构成原电池，铁为负极，在接触处铁易生锈，故B正确；C．在铁制品上镀铜时，铁制品为阴极，铜为阳极，铜盐为电镀液，故C错误；D．铁管上镶嵌锌块，铁、锌构成原电池，锌为负极，铁管不易被腐蚀，为牺牲阳极的阴极保护，故D正确；选C。14．（2023上·福建福州·高二福建省福州格致中学校考期中）电化学在实际生活生产中十分常见，如金属的腐蚀及防护，利用电化学合成物质、处理废水等等。(1)按图1进行实验，测得锥形瓶内气压和空气中氧气的体积分数随时间变化如图2所示，之间主要发生(填“吸氧”或“析氢”)腐蚀，其正极反应式为。(2)金属阳极钝化是一种电化学防护方法。将作阳极置于一定浓度的溶液中，一定条件下，钝化形成致密氧化膜，试写出该阳极的电极反应。(3)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗。①离子交换膜应选择离子交换膜(填“阴”或“阳”)②反应的总化学方程式为。③当电路中通过电子时，右侧溶液质量(填“增加”或“减少”)。【答案】(1)吸氧或(2)(3)阳增加6.2【分析】（3）该装置电极A发生电极反应：，电极B发生电极反应：；【解析】（1）之间，压强的氧气体积分数都在下降，说明发生吸氧腐蚀；正极反应式：或；（2）在一定浓度的溶液中钝化形成致密氧化膜，反应方程式：；（3）①根据分析，离子交换膜应选择阳离子交换膜；②反应的总化学方程式：；③该装置离子交换膜为阳离子交换膜，当电路中通过电子时，有0.2mol钠离子移向右侧，根据电极反应可判断同时吸收0.5mol氧气，则右侧溶液质量增加：。【学科素养拔高练】15．（2022上·北京·高二北京十五中校考期中）某小组同学对不同条件下铁钉的锈蚀进行了实验。序号①②③④实验(1)一周后观察，铁钉被腐蚀程度最大的是(填实验序号)。(2)实验小组将实验④中氯化钠溶液分别替换为pH=2和pH=4的盐酸溶液。在密闭容器中，分别用压强传感器记录实验过程中的压强