1、突破33 金属的腐蚀与防护1、 【突破必备】1金属腐蚀两种类型比较(1)析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜呈酸性水膜呈弱酸性或中性正极反应2H2e=H2O22H2O4e=4OH负极反应Fe2e=Fe2其他反应Fe22OH=Fe(OH)24Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈(2)腐蚀快慢的比较一般来说可用下列原则判断：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；对同一金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液中弱电解质溶液中非电解质溶液中；活泼性不同的两种金属，活泼性差别越大，腐蚀越快；对同一种电解质溶液来说，电解质溶液
2、浓度越大，金属腐蚀的速率越快。2两种保护方法(1)加防护层如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料；采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属或生成一层致密的薄膜。(2)电化学防护牺牲阳极的阴极保护法原电池原理：正极为被保护的金属，负极为比被保护的金属活泼的金属；外加电流的阴极保护法电解原理：阴极为被保护的金属，阳极为惰性电极。2、 【真题示例】【真题示例1】 (2018北京理综，T12)验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。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，可以判
3、定Zn保护了FeB对比，K3Fe(CN)6可能将Fe氧化C验证Zn保护Fe时不能用的方法D将Zn换成Cu，用的方法可判断Fe比Cu活泼【答案】D【真题示例2】(2017新课标卷，T11)支撑海港码头基础的防腐技术，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是()A通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整【答案】C【真题示例3】(2015上海卷，T14)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
4、()Ad为石墨，铁片腐蚀加快Bd为石墨，石墨上电极反应为：O22H2O4e=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【答案】D【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。Bd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，
5、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。3、 【随堂小练】1. 下列说法中，不正确的是()ABCD钢铁表面水膜的酸性很弱或呈中性，发生吸氧腐蚀钢铁表面水膜的酸性较强，发生析氢腐蚀将锌板换成铜板对钢闸门保护效果更好钢闸门作为阴极而受到保护【答案】C【解析】C项，金属活泼性：ZnFeCu，所以若将锌板换成铜板，则先腐蚀活泼金属Fe，错误；D项，钢闸门与电源的负极相连而被保护，正确。2. 深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根腐蚀，其电化学腐蚀原理如下图所示，下列与此原理有关的说法错误的是()A正极反应：SO
6、5H2O8e=HS9OHB输送暖气的管道不易发生此类腐蚀C这种情况下，Fe腐蚀的最终产物为Fe2O3xH2OD管道上刷富锌油漆可以延缓管道的腐蚀【答案】C3. 远洋轮船的船体材料是合金钢，为了保障航行安全，延长轮船的使用寿命，通常在与海水接触的船壳(船底及船侧)上镶嵌一些金属块M。下列有关说法不正确的是()A上述保护船壳免受腐蚀的方法叫牺牲阳极的阴极保护法BM可能是锌、镁、锡等金属C船壳主要发生吸氧腐蚀D在上述保护船壳的过程中，负极反应为Mne =Mn【答案】B【解析】利用原电池原理，在钢铁的表面镶嵌比铁活泼的金属，使钢铁免受腐蚀的方法叫牺牲阳极的阴极保护法，A项正确；如果在与海水接触的船壳上
7、镶嵌锡块，由于铁比锡活泼，在船壳、空气、海水构成的原电池中，铁为负极，会加快船壳的腐蚀，B项错误；海水的pH8，船壳主要发生吸氧腐蚀，C项正确；在牺牲阳极的阴极保护法中，比铁活泼的金属M作负极，发生氧化反应，D项正确。4、 【课后强化专练】1某同学利用下图所示装置探究金属的腐蚀与防护条件。(已知Fe2遇K3Fe(CN)6溶液呈蓝色)下列说法不合理的是()A区Cu电极上产生气泡，Fe电极附近滴加K3Fe(CN)6溶液后出现蓝色，Fe被腐蚀B区Cu电极附近滴加酚酞后变成红色，Fe电极附近滴加K3Fe(CN)6溶液出现蓝色，Fe被腐蚀C区Zn电极的电极反应式为Zn2e=Zn2，Fe电极附近滴加K3F
8、e(CN)6溶液未出现蓝色，Fe被保护D区Zn电极的电极反应式为2H2O2e=H22OH，Fe电极附近滴加K3Fe(CN)6溶液出现蓝色，Fe被腐蚀【答案】A2. 某学生为探究铜生锈的过程设计如图所示装置，下列选项正确的是()A一段时间后C棒上有气泡冒出，附近的溶液变为红色B一段时间后溶液中会有蓝色沉淀产生CCu棒为正极，电极反应式：Cu2e=Cu2DC棒为正极，电极反应式：2H2e=H2【答案】B【解析】由于铜的金属活动性比氢弱，在电解质溶液中发生吸氧腐蚀，负极：Cu2e=Cu2，正极：O24e2H2O=4OH，溶液中，Cu22OH=Cu(OH)2，所以B选项正确。3. 利用如图所示装置，可
9、以模拟铁的电化学防护。下列说法错误的是()A若X是锌棒，将K与M连接，此方法是牺牲阳极的阴极保护法，使铁不易受腐蚀B若X是碳棒，将K与N连接，可减缓铁的腐蚀C若X是碳棒，将K与M连接，碳棒的电极反应式是2H2e=H2D若X是锌棒，将K与N连接，锌棒的电极反应式是Zn2e=Zn2【答案】C4糕点包装中常见的脱氧剂组成为还原性铁粉、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Fe3e=Fe3C脱氧过程中碳作原电池负极，电极反应为2H2OO24e=4OHD含有1.12 g铁粉的脱氧剂，理论上
10、最多能吸收氧气336 mL(标准状况)【答案】D【解析】在脱氧过程中，由铁、碳作电极，氯化钠溶液作电解质溶液形成原电池，发生吸氧腐蚀，该过程为放热反应；在脱氧过程中，碳作正极，铁作负极，铁失电子发生氧化反应，生成Fe2；在脱氧过程中，Fe失电子被氧化为Fe2，Fe2最终还是被氧气氧化为Fe3，由电子得失守恒知消耗氧气的体积(标准状况下)V(O2)22.4 Lmol1336 mL。5在城市中，地下常埋有纵横交错的管道和输电线路，有些地面上还铺有地铁或城铁的铁轨，当有电流泄漏入潮湿的土壤中，并与金属管道或铁轨形成回路时，就会引起金属管道、铁轨的腐蚀，原理简化如图所示，则下列有关说法不正确的是()A
11、原理图可理解为两个串联的电解装置B溶液中铁丝被腐蚀时，左侧有无色气体产生，附近产生少量白色沉淀，随后变为灰绿色C地下管道被腐蚀，不易发现，也不便维修，故应将埋在地下的金属管道表面涂绝缘膜(或油漆等)D溶液中铁丝左侧的电极反应式为Fe2e=Fe2【答案】D6金属的腐蚀除化学腐蚀和普通的电化学腐蚀外，还有“氧浓差腐蚀”，如在管道或缝隙等处的不同部位氧的浓度不同，在氧浓度低的部位是原电池的负极。下列说法正确的是()A纯铁的腐蚀属于电化学腐蚀B钢铁吸氧腐蚀时，负极的电极反应式为Fe3e=Fe3C海轮在浸水部位镶一些铜锭可起到抗腐蚀作用D在图示氧浓差腐蚀中，M极处发生的电极反应为O22H2O4e=4OH
12、【答案】D【解析】纯铁发生腐蚀时，没有正极材料，不能构成原电池，所以发生化学腐蚀，A错误；钢铁发生吸氧腐蚀时，负极的电极反应式为Fe2e=Fe2，B错误；铜不如铁活泼，铜、铁在海水中形成原电池，Fe作负极，加快了海轮的腐蚀，C错误；因氧浓度低的部位是原电池的负极，由图示可知，M处O2浓度高，该处O2得到电子，其电极反应式为O22H2O4e=4OH，D正确。7用如图所示的实验装置进行电化学实验，下列判断中正确的是()A若X为铝片，Y为镁片，Z为NaOH，将开关K置于B处，则镁为原电池的负极B若X为锌片，Y为铁片，Z为NaCl，将开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀C若X为铁片，Y为铜片，Z为CuS
13、O4，将开关K置于A处可实现在铁片上镀铜D若X、Y均为碳棒，Z为Na2SO4，开关K置于A处，X极发生的反应为2H2e=H2【答案】B8. 在日常生活中，我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等众多金属腐蚀现象。现通过如图所示装置进行实验探究。下列说法正确的是()图图图A用图所示装置进行实验，为了更快更清晰地观察到液柱上升，可用酒精灯加热具支试管B图是图所示装置的原理示意图，图所示装置的正极材料是铁C铝制品表面出现白斑的原理可以通过图所示装置进行探究，Cl由活性炭向铝箔表面迁移，并发生电极反应：2Cl2e=Cl2D图所示装置的总反应式为4Al3O26H2O=4Al(OH)3，生成的Al(O
14、H)3进一步脱水形成白斑【答案】D【解析】A项，加热使具支试管中气体体积增大，部分气体逸出，冷却后，气体体积缩小，导管中形成液柱，并不能证明金属发生吸氧腐蚀，错误；B项，负极材料应为铁，错误；C项，铝箔为负极，活性炭为正极，正极反应式为O24e2H2O=4OH，负极反应式为Al3e3OH=Al(OH)3，错误；D项，将正极反应式和负极反应式相加可得图所示装置的总反应式为4Al3O26H2O=4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑，正确。9. 研究金属腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法不正确的是()A图1：a点溶液变红B图1：a点的铁比b点的铁腐蚀严重C图2：若d为锌，则铁
15、不易被腐蚀D图2：正极的电极反应式为O24e2H2O=4OH【答案】D10. 用下列装置能达到预期目的的是()A甲图装置可用于电解精炼铝B乙图装置可得到持续、稳定的电流C丙图装置可达到保护钢闸门的目的D丁图装置可达到保护钢闸门的目的【答案】D【解析】电解精炼铝时，粗铝作阳极，纯铝作阴极，但电解质溶液不能是氯化铝溶液，否则阴极上会析出氢气，可以用熔融的氧化铝作电解质，A项错误；原电池可以产生电流，但不能提供持续、稳定的电流，B项错误；丙中形成原电池，钢闸门是负极，易被腐蚀，不能达到保护钢闸门的目的，C项错误；丁中形成电解池，钢闸门是阴极，不易被腐蚀，可达到保护钢闸门的目的，D项正确。11. 全世
16、界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失。某城拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢质管道，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法不正确的是()A土壤中的钢铁易被腐蚀是因为在潮湿的土壤中形成了原电池B金属棒X的材料应该是比镁活泼的金属C金属棒X上发生反应：Mne=MnD这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法【答案】B12. 关于钢铁腐蚀与防护的说法不正确的是()A钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的负极反应式均为Fe2e=Fe2B钢铁发生吸氧腐蚀时，正极反应式为O22H2O4e=4OHC地下钢管连接镁块是采用牺牲阳极的阴极保护法D用外加电流的阴极保护法防止钢铁腐蚀时，钢铁接电源的正极【答案】D【解析】在电解池中，阴极本身不参与
17、电极反应，故用外加电流的阴极保护法防止钢铁腐蚀时，钢铁应作电解池的阴极，接电源的负极，D项错误。13. 图的目的是精炼铜，图的目的是保护钢闸门。下列说法不正确的是()A图中a为纯铜B图中SO向b极移动C图中如果a、b间连接电源，则a连接负极D图中如果a、b间用导线连接，则X可以是铜【答案】D【解析】由图可知，a为阴极，b为阳极，为粗铜的精炼，其中粗铜作阳极，纯铜作阴极，所以阴极a为纯铜，A项正确；电解时，电解质溶液中阴离子向阳极移动，所以图中SO向阳极(b电极)移动，B项正确；外加电流的阴极保护法中，被保护的金属连接原电池负极，所以图中如果a、b间连接电源，则a连接负极，C项正确；牺牲阳极的阴
18、极保护法中，被保护的金属作原电池正极，图中如果a、b间用导线连接，则X应作负极，其活泼性应大于铁，D项错误。14. 一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如下表所示。pH2466.5813.514腐蚀快慢较快慢较快主要产物Fe2Fe3O4Fe2O3FeO下列说法正确的是()A随pH的升高，含碳钢腐蚀速率逐渐加快BpH4，发生析氢腐蚀CpH为14，其负极反应为2H2OFe3e=FeO4HDpH为7时，负极反应为Fe3e=Fe3，生成的Fe3被空气中的氧气氧化为Fe2O3【答案】B15铁及其化合物与生产、生产关系密切。下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)该电化学腐蚀
19、称为_。(2)图中A、B、C、D 4个区域，生成铁锈最多的是_(填字母)。【答案】(1)吸氧腐蚀 (2)B【解析】(1)金属在中性和较弱的酸性条件下发生的是吸氧腐蚀。(2)发生吸氧腐蚀，越靠近液面接触到的O2越多，腐蚀得越严重。16. 某化学小组以铁为阳极，探究不同条件下阳极发生的电极反应。实验装置实验电压电解液实验现象3 V3 mol/L Na2SO4溶液碳棒表面有大量气泡产生，溶液变黄，有红褐色沉淀产生3 V3 mol/L KI溶液碳棒表面有大量气泡产生，铁丝附近溶液变为棕色，逐渐变为棕褐色，约5 min后，棕褐色消失，逐渐产生灰绿色絮状物3 V3 mol/L NaOH溶液两电极上都有大量
20、气泡产生，5 min后停止实验，取出铁丝，铁丝明显受腐，附有红棕色固体，溶液中未见沉淀物。(1)实验中碳棒表面产生的气体是_。实验中铁丝上生成气体的电极反应式为 _。在实验中，为验证铁丝电极的产物，取少量铁丝附近棕色溶液于试管中，滴加2滴K3Fe(CN)6溶液，无明显变化；另取少量铁丝附近棕色溶液检验发现溶液中有I2，检验方法是_；对比实验、，可得出的结论是_。(2)为进一步探究增大c(OH)对阳极反应的影响，该小组利用原装置做了实验。实验电压电解液实验现象3 V10 mol/L NaOH溶液两电极上都有大量气泡产生，但碳棒上的速率远大于铁丝，且阳极区溶液逐渐变紫红色；停止实验，铁丝明显变细，
21、电解液仍然澄清查阅资料：FeO在溶液中呈紫红色。阳极电极反应式是_。(3)为探究实验中溶液变黄的原因，该小组利用原装置做了实验和。实验电压电解液实验现象3 V煮沸冷却的3 mol/L Na2SO4溶液碳棒表面有大量气泡产生，铁丝外围包裹一层白色絮状沉淀，2min后表层变为褐色。8 V煮沸冷却的3 mol/L Na2SO4溶液碳棒表面迅速产生大量气泡，铁丝表面有气泡，1 min后外围包裹一层白色絮状沉淀，2 min后变绿，溶液中有红褐色悬浮物。实验中白色絮状沉淀变为红褐色的反应化学方程式是 _。由此确定实验中溶液变黄的原因是_。(4)综合上述实验，当铁为阳极时，影响电解过程中的阳极电极产物的因素
22、有_。【答案】(1)_H24OH4e=2H2OO2或 2H2O4e=4HO2取少量铁丝附近棕色溶液于试管中，滴加淀粉溶液，变为蓝色，说明该溶液含有I2相同条件下，还原性I强于Fe，先放电(2)Fe8OH6e=FeO4H2O(3)4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3溶液中溶解的氧气将Fe2氧化成了Fe3(4)电极材料、电解电压、电解液中阴离子的种类(还原性)及氢氧根浓度、溶解氧气等(其他合理答案也可)在实验中，为验证铁丝电极的产物，取少量铁丝附近棕色溶液于试管中，滴加2滴K3Fe(CN)6溶液，无明显变化，说明没有生成亚铁离子；另取少量铁丝附近棕色溶液检验发现溶液中有I2，可以使用淀粉
23、溶液检验；对比实验、可知，相同条件下，还原性I强于Fe，先放电，故答案为：取少量铁丝附近棕色溶液于试管中，滴加淀粉溶液，变为蓝色，说明该溶液含有I2；相同条件下，还原性I强于Fe，先放电；(2)根据实验现象可知，阳极铁溶解生成了FeO，电极反应式为Fe8OH6e=FeO4H2O，故答案为：Fe8OH6e=FeO4H2O；(3)实验中白色絮状沉淀为氢氧化亚铁，氢氧化亚铁容易被氧化生成红褐色的氢氧化铁，反应的化学方程式为4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3，故答案为：4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3；根据实验现象，阳极铁溶解后生成亚铁离子，溶液中溶解的氧气将Fe2氧化成了Fe3，使溶液变黄，故答案为：溶液中溶解的氧气将Fe2氧化成了Fe3； (4)综合上述实验，当铁为阳极时，影响电解过程中的阳极电极产物的因素有电极材料、电解电压、电解液中阴离子的种类(还原性)及氢氧根浓度、溶解氧气等，故答案为：电极材料、电解电压、电解液中阴离子的种类(还原性)及氢氧根浓度、溶解氧气等。13
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