第17讲4.4金属的电化学腐蚀与防护寒假班高二化学教材知识点精讲练（沪科版2020）

第十七讲金属的电化学腐蚀与防护知识梳理考点一、金属的腐蚀金属腐蚀的本质：是金属或合金被氧化而损耗的过程。(1)化学腐蚀：金属或合金直接与周围介质发生反应而产生的腐蚀，直接被氧化剂氧化，无电流产生；。(2)电化学腐蚀：不纯的金属或合金与周围电解质溶液接触而发生原电池反应产生的腐蚀，相对活泼的金属被氧化，有电流产生．钢铁的电化腐蚀又分为析氢腐蚀（酸性条件下）和吸氧腐蚀（中性或碱性条件下）．钢铁腐蚀的电极反应方程式吸氧腐蚀：负极：2Fe一4e=2Fe2+，正极：O2+2H2O+4e=4OH析氢腐蚀：负极：2Fe一4e=2Fe2+，正极：2H++2e=H2↑金属的腐蚀以电化学腐蚀为主，例如，钢铁生锈的主要过程为：析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强（pH＜4.3水膜酸性很弱或中性电极反应负极Fe2e—=Fe2+正极2H++2e—=H2↑O2+2H2O+4e—=4OH—总反应式Fe+2H+=Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2金属的析氢腐蚀金属的吸氧腐蚀1．用下图所示装置及试剂进行铁的电化学腐蚀实验探究，测得具支锥形瓶中压强、溶解氧随时间变化关系的曲线如下。下列分析不正确的是A．pH=4时，既发生吸氧腐蚀，又发生析氢腐蚀B．pH=6时，正极反应主要是：O2+4e+4H+=2H2OC．不同pH时，负极的反应都是：Fe－2e－=Fe2+D．压强增大主要是因为该反应为放热反应【答案】D【解析】A．图中pH=4时，具支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，因此具支锥形瓶内压强几乎不变，A正确；B．pH=6时，具支锥形瓶内溶解氧减少，且具支锥形瓶内气压减小，说明发生了消耗氧气的吸氧腐蚀，溶液为酸性，则正极电极反应式为：O2+4e+4H+=2H2O，B正确；C．具支锥形瓶中的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：Fe2e═Fe2+，且pH不同时，负极反应相同，C正确；D．由分析可知，压强增大主要是因为Fe在酸性环境下主要发生析氢腐蚀，产生氢气，从而使具支锥形瓶内压强增大，D错误；故选D。2．在生产、生活中金属腐蚀所带来的损失非常严重，下列有关金属腐蚀与防护的说法错误的是A．生铁浸泡在食盐水中会发生析氢腐蚀B．钢铁发生吸氧腐蚀的正极的电极反应式为OC．暖气片表面刷油漆可防止金属腐蚀D．将钢铁闸门与电源负极相连的防腐措施属于外加电流法【答案】A【解析】A．食盐水显中性，生铁浸泡在中性溶液中易发生吸氧腐蚀，故A错误；B．钢铁发生吸氧腐蚀的正极的电极反应式为O2+4e−+2H2O=4OH−，故C正确；C．暖气片表面刷油漆可将金属和空气中的氧气以及水蒸气隔绝，防止金属腐蚀，故C正确；D．钢铁闸门应与电源负极相连，属于外加电流保护法，故D正确；故选A。3．以NaCl为主要成分的融雪剂会腐蚀桥梁、铁轨等钢铁设备。某研究小组探究NaCl溶液对钢铁腐蚀的影响。(1)将滤纸用35%的NaCl溶液润湿，涂上铁粉、碳粉的混合物，贴在表面皿上。在滤纸上加几滴检验试剂，再缓慢加入NaCl溶液至没过滤纸，操作如下所示：①实验ⅰ的现象说明，得电子的物质是。②为了说明NaCl的作用，需要补充的对照实验是。(2)向如图所示装置的烧杯a、b中各加入30mL3.5%的NaCl溶液，闭合K，指针未发生偏转。加热烧杯a，指针向右偏转。①各取a、b中溶液少量，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，a中出现蓝色沉淀，b中无变化，b中铁片作极。②加热后，指针发生偏转的原因可能是。(3)用(2)中图示装置探究不同浓度NaCl溶液对钢铁腐蚀的影响，向烧杯a、b中各加入30mL不同质量分数的NaCl溶液，实验记录如下表所示。实验ab指针偏转方向Ⅰ0.1%0.01%向右Ⅱ0.1%3.5%向左Ⅲ3.5%饱和溶液向右①Ⅱ中，b中电极发生的电极反应是。②Ⅲ中，铁在饱和NaCl溶液中不易被腐蚀，查阅资料可知：在饱和NaCl溶液中O2浓度较低，钢铁不易被腐蚀。设计实验证明：。【答案】(1)O2用水做电解质，代替氯化钠进行上述实验(2)正温度升高，Fe还原性增强，反应速率加快(3)Fe－2e=Fe2+另取两个烧杯，分别往其中加入铁片和一定量的饱和NaCl溶液，再分别滴加几滴K3Fe(CN)6溶液，然后往其中一个烧杯中通入O2，观察现象【解析】（1）①铁、碳以氯化钠溶液为电解质形成原电池，酚酞变红说明生成氢氧根离子，发生吸氧腐蚀，故得电子的物质是O2；②为了说明NaCl的作用，需要补充的对照实验是，用水做电解质，代替氯化钠进行上述实验。（2）①K3[Fe(CN)6]溶液与二价铁离子反应生成蓝色沉淀，而取a、b中溶液少量，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，a中出现蓝色沉淀，说明a中生成二价铁离子，b中无变化，b中没有二价铁离子生成，所以a做负极，b做正极；②加热后，指针发生偏转的原因可能是：温度升高，Fe还原性增强，反应速率加快。（3）①依据图表中Ⅱ组数据及指针向左偏转，则可知：b极为负极，失去电子发生氧化反应，电极反应式：Fe－2e=Fe2+；②要证明氧气浓度对金属腐蚀速率的影响，可以设计对比实验，如下：另取两个烧杯，分别往其中加入铁片和一定量的饱和NaCl溶液，再分别滴加几滴K3Fe(CN)6溶液，然后往其中一个烧杯中通入O2，观察现象。考点二、金属的防护一般有三条途径：其一是改变金属内部结构，如制成合金；其二是涂保护层，保持干燥；其三是电化学保护法[牺牲阳极的阴极保护法(被保护金属作负极)；外加电源的阴极保护法(被保护金属接电源的负极)]。强调：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐蚀措施的腐蚀；同一种金属腐蚀：强电解质>弱电解质>非电解质溶液牺牲阳极的阴极保护法外加电流的阴极保护法4．设计实验改变电解质溶液的pH值，并使用压强传感器测定Fe−A．pH=2.0时，300~400s的反应速率比B．pH=4.0时，铁做正极，电极反应为C．当析氢腐蚀为主时，pH越大，反应速率越快D．把铁粉换成铁片，曲线变化幅度会更明显【答案】A【解析】A．pH=2.0时以析氢腐蚀为主，300~400s的反应速率比B．pH=4.0C．当pH=2.0~3.5，析氢腐蚀为主，由图可知pHD．把铁粉换成铁片，接触面积减小，反应速率减慢，曲线变化幅度会变小，D错误；故选A。5．Ⅰ．某化学兴趣小组的同学学了金属的电化学腐蚀，对教材叙述[钢铁在酸性环境中发生析氢腐蚀；在酸性很弱或呈中性，溶有O2(1)用图1所示装置进行实验：打开a(填仪器名称)的活塞，加入1mL溶液，测得压强随时间变化曲线如图2。同学甲得出结论：酸性条件下，铁粉发生析氢腐蚀。(2)同学乙认为甲的结论不科学，锥形瓶内压强变大还可能是，提出改进措施。改进后，再次实验，证明甲、乙的猜想均正确，请在图2绘制出改进后的曲线。(3)同学丙认为甲、乙的实验不具代表性，建议用不同浓度的酸进行实验。在改进后的装置中分别用pH=4、pH=6的硫酸实验，测定压强随时间变化情况，结果如图3.同学丙得出：酸性较弱时，铁会发生吸氧腐蚀，其依据是(4)对于图3中pH=4时，铁是否发生了腐蚀？同学们意见不统一，经讨论，他们把压强传感器换成氧气传感器，得出不同pH时装置中O结合实验分析：pH=4时，压强几乎不随时间改变是因为综上，小组同学得出结论：教材表述科学严谨。Ⅱ．拓展研究：(5)侯保荣院士专门研究海洋钢架结构桥海洋大气层梁腐蚀，他发现腐蚀最严重的是浪花飞溅区浪花飞溅区(海洋环境分区如图5)，请你解释原因。(6)科学家还发现在O2浓度很小的海底也有厌氧微生物(如硫酸盐还原菌SRB)对海洋钢制部件的腐蚀，其原理如图6，已知溶液中的S2−完全转化为FeS，请写出该铁合金腐蚀的总反应(7)请列举出生产生活中金属制品的防腐措施(任写一点即可)。【答案】(1)恒压滴液漏斗(2)反应放热，温度升高使瓶内压强变大在恒温装置中进行或在恒温槽中进行(3)pH=(4)析氢腐蚀产生H2与吸氧腐蚀消耗O(5)在浪花飞溅区，海水不断破坏桥梁表面的腐蚀产物和保护涂层，使铁不断与氧气和水接触反应，所以浪花飞溅区腐蚀最严重(6)4Fe(7)金属刷油漆(外加涂层)、制不锈钢、电化学保护法等【解析】（1）图1所示装置a仪器名称为恒压滴液漏斗。（2）同学乙认为甲的结论不科学，锥形瓶内压强变大除了生成气体以外，还可能是反应放热，温度升高使瓶内压强变大。因此，需要控制装置的温度，故可在恒温装置中进行或在恒温槽中进行。改进后，再次实验，证明甲、乙的猜想均正确，则改进后压强也随时间变大但小于改进前；在图2绘制出改进后的曲线为：。（3）同学丙认为甲、乙的实验不具代表性，建议用不同浓度的酸进行实验。在改进后的装置中分别用pH=4、pH=6的硫酸实验，测定压强随时间变化情况，结果如图3.同学丙得出：酸性较弱时，铁会发生吸氧腐蚀，其依据是：（4）结合图4分析可知，pH=4时，O2浓度随时间而减小，但是测得压强基本保持不变，因此分析可知发生析氢腐蚀产生H2（5）侯保荣院士专门研究海洋钢架结构桥海洋大气层梁腐蚀，他发现腐蚀最严重的是浪花飞溅区浪花飞