第10章　第38讲　金属的腐蚀与防护

第38讲金属的腐蚀与防护[复习目标]1.了解金属发生电化学腐蚀的本质及危害。2.能用电化学原理解释金属腐蚀的现象。3.能选择、设计金属的防腐措施。一、金属腐蚀的本质与腐蚀类型1.金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子，发生氧化反应。2.金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与接触到的干燥气体或非电解质液体直接发生化学反应不纯的金属接触到电解质溶液发生原电池反应本质M-ne-=Mn+M-ne-=Mn+现象金属被腐蚀较活泼的金属被腐蚀区别无电流产生有微弱电流产生联系电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率更快，危害也更严重(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)类型析氢腐蚀吸氧腐蚀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-2e-=Fe2+正极2H++2e-=H2↑O2+2H2O+4e-=4OH-总反应式Fe+2H+=Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2联系吸氧腐蚀更普遍1.实验探究(如图所示)(1)若棉团浸有NH4Cl溶液，铁钉发生腐蚀，正极反应式为

，

右边试管中的现象是。

(2)若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生腐蚀，正极反应式为

，

右边试管中的现象是。

答案(1)析氢2H++2e-=H2↑有气泡冒出(2)吸氧O2+4e-+2H2O=4OH-导管内液面上升2.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生铁片发生腐蚀，中心区域的电极反应式为，

边缘处的电极反应式为，交界处发生的反应为。

答案吸氧Fe-2e-=Fe2+2H2O+O2+4e-=4OH-4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3、2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O3.恒温条件下，用图1所示装置研究铁的电化学腐蚀，测定结果如图2。下列说法错误的是()A.AB段pH越大，析氢速率越大B.AD段负极反应式为Fe-2e-=Fe2+C.BC段正极反应式主要为O2+4e-+4H+=2H2OD.DE段溶液pH基本不变，可能的原因：相同时间内，2Fe+O2+4H+=2Fe2++2H2O消耗H+的量与4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+产生H+的量基本相同答案A解析图1中构成原电池，铁作负极，开始时pH=1.8，AB段溶液pH增大，体系压强增大，铁主要发生析氢腐蚀；BD段溶液的pH增大，体系压强减小，正极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O；DE段溶液pH基本不变，但压强减小，产生的Fe2+被O2氧化。由图可知，AB段体系的压强增大，说明产生了氢气，故AB段主要发生析氢腐蚀，pH越大，氢离子浓度越小，析氢速率越小，A错误；AD段内发生铁的电化学腐蚀，负极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，B正确；由图可知BC段pH增大、压强减小，正极上氧气得电子生成水，电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，C正确；根据分析，DE段溶液pH基本不变的可能原因：相同时间内，2Fe+O2+4H+=2Fe2++2H2O消耗H+的量与4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+产生H+的量基本相同，D正确。二、金属腐蚀的快慢规律对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢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；外界条件相同时，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中；活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快4.如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为。

答案⑤④②①③⑥解析②③④均为原电池，③中Fe为正极，被保护；②④中Fe为负极，均被腐蚀，但Fe和Cu的金属活动性差别大于Fe和Sn的，活动性差别越大，腐蚀越快，故Fe⁃Cu原电池中Fe被腐蚀的较快。⑤中Fe接电源正极作阳极，Cu作阴极，加快了Fe的腐蚀。⑥中Fe接电源负极作阴极，Cu作阳极，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤④②①③⑥。5.如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。(1)该化学腐蚀属于

腐蚀。(2)图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是区域。

答案(1)吸氧(2)B三、金属腐蚀的防护措施6.正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀()(2)铜在酸性环境下，不易发生析氢腐蚀()(3)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样()(4)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物()(5)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3+()答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×7.港珠澳大桥的设计使用寿命高达120年，主要的防腐蚀方法：①钢梁上安装铝片；②使用高性能富锌(富含锌粉)底漆；③使用高附着性防腐涂料；④预留钢铁腐蚀量。下列分析不合理的是()A.防腐涂料可以防水、隔离O2，降低吸氧腐蚀速率B.防腐过程中铝和锌均作为负极，失去电子C.钢铁在海水中发生吸氧腐蚀时正极反应为O2+4e-=2O2-D.方法①②③只能减缓钢铁腐蚀，不能完全消除答案C解析钢是铁碳合金，表面接触空气、水蒸气易形成原电池，发生吸氧腐蚀，防腐涂料可以防水、隔离O2，降低吸氧腐蚀速率，A项正确；铝和锌的金属活动性大于铁，故铝和锌均作为负极，失去电子，保护了铁，B项正确；钢铁在海水中发生吸氧腐蚀时，正极电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，C项错误。8.利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法错误的是()A.若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀B.若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应C.若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀D.若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应答案B解析若X为锌棒，开关K置于M处时，锌作负极，发生氧化反应，铁作正极被保护，A项正确、B项错误；若X为碳棒，开关K置于N处，铁连接电源负极，作阴极被保护，C项正确；X连接电源正极，作阳极发生氧化反应，D项正确。四、金属腐蚀原理的应用1.(2025·南京模拟)暖贴是一种便捷的自发热保暖产品，具有发热快、持续时间久等优点。它主要由铁粉、活性炭、食盐、水等成分组成，如图所示。下列有关说法不正确的是()A.暖贴生效时，将化学能转化为热能B.水与食盐、活性炭共同作用可加快铁粉的腐蚀速率C.正极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-D.透气膜的透氧速率可控制暖贴的发热时间和温度答案C解析铁粉、水与食盐、活性炭共同作用形成原电池，可加快铁粉的腐蚀速率，B正确；该装置为原电池装置，铁作负极，氧气作正极，正极反应式为2H2O+4e-+O2=4OH-，C错误。2.铝⁃空气燃料电池是一种新型高能量电池，具有能量密度大、无污染、可靠性高、寿命长、使用安全等优点。图1是一种盐水⁃铝⁃空气电池装置原理图，图2是石墨空气电极结构示意图。下列说法不正确的是()A.铝极为负极，发生氧化反应B.该电池属于金属铝的吸氧腐蚀C.石墨空气电极的电极反应式：O2+4e-+2H2O=4OH-D.在石墨空气电极中，OH-能穿过多孔防水透气层进入右侧答案D1.(2024·湖北，2)2024年5月8日，我国第三艘航空母舰福建舰顺利完成首次海试。舰体表面需要采取有效的防锈措施，下列防锈措施中不形成表面钝化膜的是()A.发蓝处理 B.阳极氧化C.表面渗镀 D.喷涂油漆答案D解析发蓝处理技术通常用于钢铁等黑色金属，通过在空气中加热或直接浸泡于浓氧化性溶液中来实现，可在金属表面形成一层极薄的氧化膜，这层氧化膜能有效防锈，A不符合题意；阳极氧化是将待保护的金属与电源正极连接，在金属表面形成一层氧化膜的过程，B不符合题意；表面渗镀是在高温下将气态、固态或熔化状态的欲渗镀的物质(金属或非金属元素)通过扩散作用从被渗镀的金属的表面渗入内部以形成表层合金镀层的一种表面处理的方法，C不符合题意；喷涂油漆是将油漆涂在待保护的金属表面，并没有在其表面形成钝化膜，D符合题意。2.(2024·浙江1月选考，13)破损的镀锌铁皮在氨水中发生电化学腐蚀，生成[Zn(NH3)4]2+和H2，下列说法不正确的是()A.氨水浓度越大，腐蚀趋势越大B.随着腐蚀的进行，溶液pH变大C.铁电极上的电极反应式为2NH3+2e-=2NH2-+HD.每生成标准状况下224mLH2，消耗0.010molZn答案C解析氨水浓度越大，越容易生成[Zn(NH3)4]2+，腐蚀趋势越大，A项正确；电化学腐蚀的总反应为Zn+4NH3·H2O=[Zn(NH3)4]2++H2↑+2H2O+2OH-，有OH-生成，溶液pH变大，B项正确；该电化学腐蚀中Zn作负极，Fe作正极，正极上H2O电离的氢离子得电子生成氢气，铁电极上的电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，C项错误；根据得失电子守恒，每生成标准状况下224mLH2，转移电子的物质的量为0.224L×222.4L·mol-1=0.02mol，消耗0.0103.(2024·浙江6月选考，13)金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图：下列说法正确的是()A.图1、图2中，阳极材料本身均失去电子B.图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应：O2+4e-+2H2O=4OH-C.图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果D.图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应答案B解析图1为牺牲阳极保护法，牺牲阳极一般为较活泼金属，其作为原电池的负极，失去电子被氧化；图2为阴极电保护法，辅助阳极通常是惰性电极，本身不失去电子，电解质溶液中的阴离子在其表面失去电子，如海水中的Cl-，A不正确；图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面积累的电子很多，除了海水中的H+放电外，海水中溶解的O2也会竞争放电，故可发生反应：O2+4e-+2H2O=4OH-，B正确；图2为阴极电保护法，理论上只要能对抗钢闸门表面的腐蚀电流即可，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时保护效果最好；腐蚀电流会随着环境的变化而变化，若外加电压保持恒定不变，则不能保证抵消腐蚀电流，不利于提高对钢闸门的防护效果，C不正确；图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，说明从牺牲阳极或外加电源传递过来的电子阻止了Fe-2e-=Fe2+的发生，钢闸门不发生化学反应，但是牺牲阳极发生了氧化反应，辅助阳极上也发生了氧化反应，D不正确。课时精练[分值：50分](1~8题，每小题3分，9~12题，每小题4分)1.(2025·陕西宝鸡模拟)宝鸡被誉为“青铜器之乡”，下列修复青铜文物的方法其主要目的是减缓青铜器化学腐蚀速率的是()A.锡焊接法 B.修整复原法C.烫蜡覆盖法 D.花纹翻刻法答案C解析锡焊接法指利用青铜器断口的金属性，通过加热烙铁和焊锡进行焊接，使破残铜器复原，A错误；修整复原法指采用传统工艺与现代科学技术相结合的手段，一般分为矫形和残片拼对连接两个部分，B错误；烫蜡覆盖(表面封护)可以阻止青铜器与水、空气接触，减慢化学腐蚀速率，C正确；花纹翻刻法指使用自制的各种錾刀，按照已摹绘好的花纹轮廓，用锤击加压法进行雕刻，对照原器花纹，反复重刻、磨锉，直至花纹和原器花纹一样精细，D错误。2.下列事实与电化学无关的是()A.纯锌与稀硫酸反应时，滴加少量硫酸铜后速率加快B.埋在潮湿土壤里的铁管比埋在干燥土壤里的铁管更易被腐蚀C.炒过菜的铁锅未清洗生锈D.铁槽车运输浓硫酸答案D解析纯锌与稀硫酸反应时，滴加硫酸铜后锌置换出铜，形成Zn⁃Cu原电池，反应速率加快，属于电化学过程，A不符合题意；潮湿土壤中的铁管因存在电解质溶液，易形成原电池发生电化学腐蚀，B不符合题意；铁锅未清洗时残留的电解质(如盐分)与水形成原电池，导致电化学腐蚀，C不符合题意；浓硫酸使铁钝化是在金属表面形成致密氧化膜，未形成原电池，D符合题意。3.(2024·广东，5)我国自主设计建造的浮式生产储油装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域使用，其钢铁外壳镶嵌了锌块，以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是()A.钢铁外壳为负极B.镶嵌的锌块可永久使用C.该法为外加电流法D.锌发生反应：Zn-2e-=Zn2+答案D解析由于金属活动性：Zn>Fe，钢铁外壳为正极，锌块为负极，故A错误；Zn失去电子，发生氧化反应：Zn-2e-=Zn2+，镶嵌的锌块会被逐渐消耗，需根据腐蚀情况进行维护和更换，不能永久使用，故B错误、D正确；该方法为牺牲阳极保护法，故C错误。4.(2025·全国卷，8)下列关于铁腐蚀与防护的反应式正确的是()A.酸性环境中铁发生析氢腐蚀的负极反应：Fe-2e-=Fe2+B.铁发生腐蚀生锈的反应：3Fe+2O2+xH2O=Fe3O4·xH2OC.铁经过发蓝处理形成致密氧化膜：Fe+2HNO3(浓)=FeO+2NO2↑+H2OD.安装锌块保护船舶外壳，铁电极上发生的反应：Fe3++3e-=Fe答案A解析酸性环境中铁发生析氢腐蚀，负极是Fe，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，故A正确；铁腐蚀生锈的产物应为Fe2O3·xH2O，故B错误；铁经过发蓝处理形成的是Fe3O4氧化膜，故C错误；安装锌块保护船舶外壳，属于牺牲阳极保护法，铁作为阴极，铁电极上发生得电子的还原反应，且船体周围没有大量的Fe3+，故D错误。5.(2026·深圳高三阶段练习)轮船底部的钢铁在海水中容易受到腐蚀，其腐蚀原理如图所示。下列有关说法正确的是()A.负极反应：Fe-3e-=Fe3+B.钢铁在海水中发生吸氧腐蚀C.正极反应：O2+4e-+4H+=2H2OD.轮船外壳镶嵌铜块可减缓轮船的腐蚀速度答案B解析钢铁腐蚀时，负极Fe失去电子生成Fe2+，负极反应式为Fe-2e-=Fe2+，故A错误；海水呈中性或弱碱性，图中显示O2参与反应并生成OH-，发生吸氧腐蚀，故B正确；根据图示，正极氧气得电子生成氢氧根离子，正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故C错误；铁比铜活泼，镶嵌铜块后形成原电池，铁作负极加速腐蚀，故D错误。6.(2022·广东，11)为检验牺牲阳极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是()A.加入AgNO3溶液产生沉淀B.加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现C.加入KSCN溶液无红色出现D.加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成答案D解析将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中，会构成原电池，由于锌比铁活泼，锌作原电池的负极，铁片作正极，溶液中破损的位置会变大，铁也会继续和酸化的氯化钠溶液反应产生氢气，溶液中会有亚铁离子生成。氯化钠溶液中始终存在氯离子，所以加入硝酸银溶液后，不管铁片是否被腐蚀，均会出现白色沉淀，故A不符合题意；KSCN溶液可检测铁离子的存在，上述过程中不会出现铁离子，所以无论铁片是否被腐蚀，加入KSCN溶液后，均无红色出现，故C不符合题意；K3[Fe(CN)6]溶液是用于检测Fe2+的试剂，若铁片没有被腐蚀，则溶液中不会生成亚铁离子，则加入K3[Fe(CN)6]溶液就不会出现蓝色沉淀，故D符合题意。7.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-=ZnD.断电时，仍能防止铁帽被腐蚀答案C解析锌环与电源的正极相连，为阳极，发生氧化反应，A项正确；断电时，Zn作负极，电极反应为Zn-2e-=Zn2+，C项错误。8.航母山东舰采用模块制造再焊接组装而成。实验室模拟海水和淡水对焊接金属材料的影响，结果如图所示。下列分析正确的是()A.舰艇腐蚀是因为形成了电解池B.图甲是海水环境下的腐蚀情况C.腐蚀时负极反应为Fe-3e-=Fe3+D.焊点附近可用锌块打“补丁”延缓腐蚀答案D解析舰艇被腐蚀是因为形成了原电池，故A错误；海水中电解质的浓度大，腐蚀速率快，故乙为海水环境下的腐蚀情况，甲为淡水环境下的腐蚀情况，故B错误；Fe比Sn活泼，Sn作正极被保护，Fe作负极，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，故C错误；焊点附近用锌块打“补丁”，Zn比Fe活泼，Zn作负极，Fe作正极被保护，可延缓腐蚀，故D正确。9.古代青铜器的出土，体现了古代中国对人类物质文明的巨大贡献。青铜器埋藏会产生多种锈蚀产物，其中Cu2(OH)2CO3结构致密，可以阻止内部青铜继续被腐蚀，而Cu2(OH)3Cl结构疏松膨胀，可使锈蚀很快蔓延。青铜锈蚀过程大致如下：下列说法不正确的是()A.青铜锈蚀Ⅰ过程属于电化学腐蚀，负极的电极反应式为Cu+Cl--e-=CuClB.青铜锈蚀Ⅰ过程中Cl-浓度越大，腐蚀趋势越大C.青铜锈蚀Ⅲ过程生成Cu2(OH)3Cl的化学方程式为Cu2O+HCl+2H2O=Cu2(OH)3Cl+H2↑D.青铜器修复可用碳酸钠溶液浸泡一段时间，使其保存更长久答案C解析青铜锈蚀Ⅰ过程属于电化学腐蚀，Cu在负极失去电子生成CuCl，电极反应式为Cu+Cl--e-=CuCl，Cl-浓度越大，腐蚀趋势越大，故A、B正确；青铜锈蚀Ⅲ过程中Cu2O和空气中的O2、HCl发生氧化还原反应生成Cu2(OH)3Cl，化学方程式为2Cu2O+O2+2HCl+2H2O=2Cu2(OH)3Cl，故C错误；青铜器修复可用碳酸钠溶液浸泡一段时间，可使Cu2(OH)3Cl转化为结构致密的Cu2(OH)2CO3，能使其保存更长久，D正确。10.在一定条件下，某碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如表所示，下列说法正确的是()pH2466.5813.514腐蚀快慢较快慢较快主要产物Fe2+Fe3O4Fe2O3FeOA.当pH<6.5时，碳钢主要发生化学腐蚀B.当pH<4和pH>13.5时，碳钢主要发生析氢腐蚀C.pH越大，碳钢的腐蚀速率越慢D.pH=14时，负极反应为4OH-+Fe-3e-=FeO2-+2H答案D解析当pH<4时，碳钢主要发生析氢腐蚀，当pH>13.5时，碳钢主要发生吸氧腐蚀，B不正确；从表中信息可以得出，pH在6~8之间时，碳钢的腐蚀速率慢，但pH>8时，碳钢的腐蚀速率加快，C不正确；pH=14时，在负极，Fe失电子的产物与OH-反应生成FeO2-等，电极反应式为4OH-+Fe-3e-=FeO2-+2H211.(2025·安阳模拟)中国科学院长春应用化学研究所模拟实验研究了低合金钢在海水中的局部腐蚀，研究发现缺氧的阳极区腐蚀速率比富氧介质(流动或充气)中钢的腐蚀速率大，验证了宏观氧浓差电池的存在。模拟氧浓差电池的简易装置如图，下列叙述错误的是()A.电子从M电极经导线流向N电极B.N电极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+C.正极区附近溶液的pH增大D.电路中转移0.01mol电子时，有0.08gO2参与反应答案A解析M电极为正极，N电极为负极，电子从N电极经导线流向M电极，A错误；正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，因此正极区附近溶液的pH增大，C正确；电路中转移0.01mol电子时，有0.01mol4=0.0025mol氧气反应，质量为0.0025mol×32g·mol-1=0.08g，D12.验证牺牲阳极保护法实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。①②③在Fe表面生成蓝色沉淀试管内无明显变化试管内生成蓝色沉淀下列说法不正确的是()A.对比②③，可以判定Zn保护了FeB.对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法D.将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼答案D解析对比②③，②中Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]溶液无明显变化，说明Fe附近的溶液中不含Fe2+，③中Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]溶液产生蓝色沉淀，说明Fe附近的溶液中含Fe2+，对比②③可知，②中Fe被保护，A项正确；①中加入K3[Fe(CN)6]溶液，在Fe表面产生蓝色沉淀，Fe表面产生了Fe2+，对比①②的异同，可能是K3[Fe(CN)6]将Fe氧化成Fe2+，B项正确；对比①②，①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀，①能检验出Fe2+，因此不能用①的方法验证Zn保护Fe，C项正确；由实验可知，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2+，将Zn换成Cu，不能用①的方法证明Fe比Cu活泼，D项错误。13.(10分)(2026·江苏南通高三开学考试)铁制品在生产生活中应用广泛。(1)工业上以CO为