化学选修4（人教版）习题 第4章 第四节 金属的电化学腐蚀与防护

第四节金属的电化学腐蚀与防护

课程目标核心素养建构

L理解金属发生电化学腐蚀的原因。

2.了解金属腐蚀的危害。

3.了解防止金属腐蚀的措施。

［知识梳理］

一、金属的腐蚀

1.概念

金属或合金与周围接触到的气体或液体物质发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过

程。

2.本质

金属原子供去电子变为恒离子，金属发生氧化反应。

3.分类

⑴化学腐蚀：

金属与接触到的干燥气体(如02、02、S02等)或非电解质溶液(如石油)等直接发

生化学反应而引起的腐蚀。

(2)电化学腐蚀；

不纯的金属跟电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失电子而

被氧化。

4.钢铁的电化学腐蚀

(1)钢铁的电化学腐蚀的分类：

电化学腐蚀｛析氨腐蚀吸氧腐蚀

(2)钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较:

析氢腐蚀吸氧腐蚀

/斑凝褊送运祓：中：电解股溶液O：：二三士0H

图形描述

钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的吸氧腐蚀示意图

条件水膜酸性较强水膜呈中性或酸性很弱

负极Fe_2e=Fe2+2Fe_4e=2Fe21

电极反

院-

正极C2*+2=H2tO2+4e+2H2O=4OH

应

总反应2+

Fe+2H=Fe+H2t2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2

【自主思考】

1.铁制品在潮寓的环境中比在干燥的环境中容易生锈，为什么？

提示铁制品中含有杂质碳，在潮湿的环境中构成原电池，加快了铁被氧化的反

应速率。

二、金属的防护

1.金属的电化学防护

⑴牺牲阳极的阴极保护法：

应用原电池原理,让被保护金属作正极，另外一种活泼性较强的金属作负极。

如图所示：

(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，月惰性电极作为辅助阳极,接外

加直流电源。

如图所示：

2.改变金属的内部组织结构

制成防腐合金。如不锈钢。

3.加保护层

如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或使其钝化等。

【自主思考】

2.电化学防护的实质是什么？

提示把被保护的金属作原电池正极或电解池阴极，不参与电极反应，从而不被

氧化。

［效果自测］

1.判断正误，正确的画“，错误的画“X”。

(1)在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质，能够减缓金属的

腐蚀()

（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、铭、

锲等，能够减缓金属的腐蚀（）

⑶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）把铭、银等加入普通钢里制成不锈钢，就大大地增加了钢铁对各种侵蚀的抵

抗力（）

⑸给铁件通入直流电，把铁件与电池负极相连接以防止铁腐蚀（）

（6）制成合金后均比纯金属耐腐蚀（）

答案⑴J（2）7（3）V（4）7（5）V（6）X

2.钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分

之一。

⑴钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为

⑵为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用甲图所示的方案，其中焊

接在铁闸门上的固体材料R可以采用。

A.铜B.钠

C.锌D.石墨

⑶如乙图所示方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流

电源的极上。

解析（1）发生吸氧腐蚀时，负极上铁失电子，正极上02得电子；（2）铁闸门上连

接一块比铁活泼的金属，如锌，可使锌失电子而保护铁，不能用钠，因钠非常活

泼与水反应；（3）属于外加电流的阴极保护法。

探究一、化学腐蚀与电化学腐蚀的比较

【☆作交流】

1.纯铁和生铁分别与等浓度的盐酸反应，哪种反应更快？

提示生铁（因为形成原电池）。

2.金属的电化学腐蚀和化学腐蚀有何异同？

提示金属的电化学腐蚀和化学腐蚀的实质相同，都是金属失电子被氧化，但电

化学腐蚀形成原电池，有电流产生，而化学腐蚀不产生电流。

3.决定金属电化学腐蚀类型的因素是什么？

提示与金属接触的电解质溶液的酸碱性决定了电化学腐蚀的类型。若电解质溶

液的酸性较强，则发生析氢腐蚀，若酸性很弱或呈中性，则发生吸氧腐蚀。

【点拨提升】

化学腐蚀与电化学腐蚀的区别与联系

化学腐蚀电化学腐蚀（主要）

不纯金属（或合金）与接触到的电解质溶液

金属与接触到的物质

所发生的原电池反应，较活泼金属原子失去

（一般是单质或非电解

定义电子而被氧化引起的腐蚀

质）直接发生化学反应

而引起的腐蚀吸氧腐蚀（主要）析氢腐蚀

金属与非电解质直接水膜中溶有02,呈极

条件水膜酸性较强

接触弱酸性或中性

现象无电流产生有微弱电流产生

负极：Fe-2e==Fe2+

反应式（以

铁腐蚀为2Fe4-3Ch=2FeCh正极：2H2O+O2+4e正极：2H'+2e-=

例）-=40H-H2t

两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害

联系

更大

【典题例证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。

答案D

【变式训练1】利用下图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好,

放置一段时间。下列说法不正确的是()

A.a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀

B.一段时间后，a管液面高于b管液面

C.a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小

D.a、b两处具有相同的电极反应式：Fe—2e=Fe2

解析根据装置图判断，左边铁丝发生吸氧腐蚀，右边铁丝发生析氢腐蚀，其电

极反应为

左边负极：Fe—2e-=Fe2"

正极：O2+4e—+2H2O=4OH—

右边负极：Fe—2e=Fe2

正极：2H++2e=H2t

a、b处的pH均增大，C错误。

答案C

探究二、金属腐蚀快慢的判断以及金属的防护

【合作交流】

1.把生铁放在水中与放在食盐水中，哪个腐蚀的快？

提示食盐水中。

2.轮船的外壳装有镁合金或锌块，其作用是什么？

提示保护船体。

【点拨提升】

1.判断金属腐蚀快慢的规律

(1)电解原理引起的腐蚀,原电池原理引起的腐蚀〉化学腐蚀,有防护措施的腐蚀。

(2)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液＞弱电解质溶液,非电解质溶

液。

(3)活泼性不同的两种金属，构成原电池活动性差别越大，腐蚀越快。

(4)对同一种电解质溶液来说，一般是电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。

2.金属的防护方法

戳盖防

金如涂油漆、油脂：电镀、喷镀、表面钝化等

属

牺牲阳极的

的被保护金属作原电池正极

防电化学阴极保护法

护外加电源的

方被保护金属作电解池阴极

阴极保护法

法改变内

如制成防腐合金、不锈钢等

部结构

【典题例证2】一根铁丝插入煮沸过的蒸怖水中，铁丝上有三点：4（液面以下）、

B（液面）、C（液面以上）。问:

（1）4、B、C三点哪点腐蚀最快？

（2）若向蒸储水中加入少量食盐，B处的腐蚀速率将如何变化？

（3）若将蒸馆水换成:®0.1molL_1H2s04溶液;②1mol・L「H2s。4溶液;③18.4

mol-L-1H2s04溶液。则A处腐蚀由快到慢的顺序是。

解析（1）根据题意可知：A在煮沸的蒸僧水内部，因缺少02,几乎不腐蚀。B

在水面处，发生了电化学腐蚀。C在水面以上，与02接触，发生化学腐蚀，根

据同一种物质，发生电化学腐蚀与化学腐蚀的对比可知B处铁丝的腐蚀比C处

的快。

（2）蒸储水中加入少量食盐（强电解质），构成了原电池，B点腐蚀速率远大于以前。

（3）①②硫酸为稀硫酸，但是①中硫酸的浓度小于②中硫酸的浓度，铁丝在②中

的腐蚀速率比①中的快，③中18.4mol.L」的硫酸（98%）是浓硫酸，铁很快发生

了钝化几乎不腐蚀。

答案（1）8点腐蚀最快（2）8处腐蚀的速率将加快

⑶②，①〉③

【变式训练2】如图所示，各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时，由快到慢

的顺序是（）

A.④②①③B.②①③④

C.④②③①D.③②④①

解析④中Fe作阳极，腐蚀最快。③中Fe作正极，被保护，腐蚀慢。②中Fe

作负极，被腐蚀。

答案A

1.下列叙述中不正确的是（）

A.金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍

B.钢铁在干燥空气中不易被腐蚀

C.用铝质钾钉钾接铁板，铁板不易被腐蚀

D.原电池中电子由正极流入负极

答案D

2.近年来，我国南方大面积持续降雪使得融雪剂需求量大。“化冰盐”氯盐类（氯

化钠、氯化钙等）融雪剂，对钢轨设施的腐蚀如图所示。下列有关说法中不正确

的是（）

NaCI（水膜）

A.正极电极反应式为：2H++2e=H2f

B.此过程中还涉及反应：4Fe（OH）2+2H2O+O2=4Fe（OH）3

C.此过程为吸氧腐蚀原理

D.此过程中电子从Fe移向C

解析从图示中已清楚看出是吸氧腐蚀。A项错误，此为析氢腐蚀的正极反应式,

一般发生在酸性较强的环境中，在中性或碱性环境中一般以吸氧腐蚀为主；B项

正确，这是电池反应的后继反应；C项正确，图中已标示出Ch的进入；D项正

确，电子从原电池的攵极流向正极。

答案A

3.下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是（）

A.钢管与电源正极连接，钢管可被保护

B.铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀

C.钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀

D.钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe—3e--Fe：A

解析钢管连电源正极，则作阳极，易腐蚀；铜管与钢管堆放，钢管作负极，易

腐蚀。

答案B

4.钢铁工业是国家工业的基础，请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。

(1)生产中可用盐酸来除铁锈。现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被除尽后,

溶液中发生的化合反应的化学方程式是。

(2)下列装置可防止铁棒被腐蚀的是。

(3)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀，装置示意图如图。

CuSO,溶液

①A电极对应的金属是(写元素名称)，B电极的电极反应式是

②若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量,

二者质量差为5.12g,则电镀时电路中通过的电子为mole

③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因：

答案(l)2FeC13+Fe=3FeC12(2)BD(3)①铜Cur+2e=Cu②0.08

③铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐

蚀课时作业

1.关于金属腐蚀的叙述中，正确的是()

n

A.金属被腐蚀的本质是M+//H2O=M(OH)„+^H2t

B.马口铁(镀锡铁)镀层破损后被腐蚀时，首先是镀层被氧化

C.金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀

D.常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀

解析A中金属腐蚀的本质应包括化学腐蚀和电化学腐蚀，为

B选项中Sn、Fe构成电化学腐蚀，主要是Fe—2e=Fe",铁先被腐蚀；常温

下，空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，难以和非金属氧化剂（C12、

S）等反应发生化学腐蚀。

答案c

2.下列事实与电化学腐蚀无关的是（）

A.光亮的自行车钢圈不易生锈

B.黄铜（Cu-Zn合金）制的铜锣不易生锈

C.铜、铝电线一般不连接起来作导线

D.生铁比熟铁（几乎是纯铁）容易生锈

解析B、C、D项均与原电池有关，能用电化学知识来解释，故选A。

答案A

3.出土的锡青铜（铜锡合金）文物常有CU2（OH）3。覆盖在其表面。下列说法不正确

的是（）

A.锡青铜的熔点比纯铜低

B.在自然环境中，锡青铜中的锡可对铜起保护作用

C.锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快

D.生成CU2（OH）3C1覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程

解析锡青铜是合金，合金的熔点比任何一种纯金属的熔点都低，一般合金的硬

度比任何一种纯金属的硬度都大，可判断A对；由于锡比铜活泼，故在发生电

化学腐蚀时，锡失电子保护铜，B正确；潮湿的环境将会加快金属的腐蚀，C正

确；电化学腐蚀过程实质是金属失去电子生成金属阳离子，有电子的转移，属于

化学反应过程，D错。

答案D

4.铁生锈是一种常见的自然现象，其主要的化学反应方程式为4Fe+3O2+

AH2O=2Fe2O3­AH2OO如图为一放在水槽中的铁架，水位高度如图。最容易生

锈的铁架横杆是（）

A.0B.②

C.@D.@

解析④处没有和电解质溶解接触，不能构成原电池，锈蚀较慢；©©③处已与

电解质溶液接触，但①②处含02较少，所以③处腐蚀最快。

答案C

5.如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铉溶液,

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b

A.生铁块中的碳是原电池的正极

B.红墨水水柱两边的液面变为左低右高

C.两试管中相同的电极反应式是Fe—2e=Fe2'

D.a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀

答案B

6.下列有关金属的保护方法的说法中正确的是（）

A.常使用的快餐杯表面有一层搪瓷，搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用

B.白铁（镀锌铁）镀层破损后，铁皮的腐蚀仍很慢

C.轮船的船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阴极的阳极保护法

D.钢铁制造的暖气管道外常涂有一层沥青，这是钢铁的电化学保护法

解析A项中涂层破损后，铁直接暴露在空气中，因而搪密层不能对破损部分进

行保护；B项中镀层破损后由于锌的金属性比铁强，与铁构成原电池，锌作负极,

保护铁不被腐蚀；C选项应是牺牲阳极的阴极保护法；D项中应是用沥青作涂层

的涂层保护法。

答案B

7.钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为2Fe+2H20+

O2=2Fe（OH）2o以下说法正确的是（）

A.负极发生的反应为Fe—2c=Fe2'

B.正极发生的反应为2H2O+O2+2e-=4OFT

C.原电池是将电能转变为化学能的装置

D.钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀

答案A

8.如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH=4的雨水和生铁片。观

察到：开始导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。

以下有关解释合理的是（）

A.生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应

B.雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀

C.墨水回升时，碳极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH一

D.具支试管中溶液pH逐渐减小

解析生铁片中的碳是原电池的正极，A错误；雨水酸性较强.，开始时铁片发生

析氢腐蚀，产生氢气，导管内液面下降，一段时间后铁片发生吸氧腐蚀，吸收氧

气，导管内液面回升，B错误；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，

电极反应式为O2+2H9+4e一=40H，C正确；铁片无论是发生析氢腐蚀还是

吸氧腐蚀，具支试管内溶液pH均增大，D错误。

答案C

9.为了防止钢铁锈蚀，下列防护方法中正确的是（）

A.在精密机床的铁床上安装铜螺钉

B.在排放海水的钢铁匣门上用导线连接一块石墨，一同浸入海水中

C.在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里

D.在地下输油的铸铁管上接直流电源的正极

解析A、B中形成的原电池都是铁作负极，加速钢铁腐蚀；D中铸铁管作阳极,

加速腐蚀；C中锌比铁活泼，铁作正极。

答案C

10.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司的

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，下列对

实验结束时现象描述不正确的是（）

A.装置I左侧的液面一定会上升

B.左测液面装置i比装置n的低

c.装置II中的铁钉腐蚀最严重

D.装置in中的铁钉几乎没被腐蚀

解析装置I中潮湿的水蒸气为中性，铁钉发生吸氧腐蚀，左侧的液面一定会上

升；装置n中潮湿的水蒸气为酸性，铁钉发生析氢腐蚀，左侧的液面下降，故左

侧液面装置I比装置II的高；装置H中铜与铁构成原电池，腐蚀最为严重；装置

in中铁钉处于干燥环境，几乎没被腐蚀。

答案B

11.下列与金属腐蚀有关的说法正确的是（）

A.图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重

B.图b中，开关由M改置于N时，Cu—Zn合金的腐蚀速率减小

C.图c中，接通开关时7n腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大

D.图d中，Zn-MnCh干电池自放电腐蚀主要是由MnCh的氧化作用引起的

解析图a中，铁棒发生电化学腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度

较轻，A项错误；图b中开关由M置于N,Cu—Zn作正极，腐蚀速率减小，B

项正确；图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，但氢气在Pt上放出，C

项错误；图d中干电池自放电腐蚀主要是Zn被氧化发生氧化反应引起的，D项

错误。

答案B

12.铁是用途最广的金属材料之一，但生铁易生锈。请讨论电化学实验中有关铁

的性质。

⑴①某原电池装置如二图所示，右侧烧杯中的电极反应式为，

左侧烧杯中的c（cr）（填“增大”、“减小”或“不变”）o

②己如下图甲、乙两池的总反应式均为F匕+H2sO4=FeSO4+H2t,且在同侧

电极（指均在“左电极”或“右电极”）产生H2。请在两池上标出电极材料（填“Fe”

或“C”）。

（2）装置丙中，易生锈的是（填“屋或“b”）点。装置丁中可观察到的实验现象

是____________________________________________________________。

解析（1）①电池反应中Fe作负极，石墨棒作正极，右侧电极反应式为2H++2e

■=H2to由于平衡电荷的需要，盐桥中的C厂向负极迁移，故Na。溶液中c（Cl

一）增大。②装置乙是电解装置，阴极（右侧）产生H2,同时根据总反应式可知Fe

只能作阳极（左侧）。由已知条件知，在装置甲中，Fe作原电池的负极，在左侧，

C作原电池的正极，在右侧。

（2）装置丙中由于a点既与电解液接触，又与空气接触，故易生锈。装置丁中铁

屑发生吸氧腐蚀，负极：Fe-2e==Fe