2018_2019学年高中化学第04章电化学基础专题4.4金属的电化学腐蚀与防护试题新人教版选修4

第四节 金属的电化学腐蚀与防护
一、金属的电化学腐蚀 1．金属腐蚀：
（1）概念：金属与周围的__________________物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。

（2）本质：金属本身失去电子变成阳离子的过程（发生________反应）：M −ne− Mn+ 。

（3）金属腐蚀的类型。

①化学腐蚀 金属跟接触到的_______________(如SO2、Cl2、O2等）或_______________液体（如石油） 等直接发生化学反应而引起的腐蚀。

②电化学腐蚀 不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生________反应，比较活泼的金属失去电子被 ________的腐蚀。

电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大。

2．钢铁的电化学腐蚀： （1）腐蚀类型
图 类型
钢铁的析氢腐蚀示意图 析氢腐蚀
发生条件
水膜酸性较强
正极反应 负极反应
2H++2e− H2↑ Fe−2e− Fe2+
钢铁的吸氧腐蚀示意
吸氧腐蚀 水膜弱酸性、中性或碱性
O2+2H2O+4e− 4OH− 2Fe−4e− 2Fe2+
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总反应
Fe+2H+ Fe2++H2↑
2Fe+O2+2H2O 2Fe(OH)2
最 终 生 成 铁 锈 （ 主 要 成 分 为 Fe2O3•xH2O) ， 反 应 如 下 ： _______________________， 2Fe(OH)3 Fe2O3•xH2O+(3−x)H2O
（2）钢铁的吸氧腐蚀实验 实验操作
实验现象
实验结论
装置中铁、碳和饱和食盐水 导管中____________________，
构成原电池，铁钉发生 铁钉表面有________生成
________腐蚀
二、金属的防护 1．金属的电化学防护：
（1）牺牲阳极的阴极保护法：利用________原理，让被保护金属作________，另找一种 活泼性较强的金属作________。

如图所示：
用实验验证牺牲阳极的阴极保护法： 实验名称
验证牺牲阳极的阴极保护法
实验装置
实验原理 锌电极：Zn－2e－ Zn2+； 铁电极：2H++2e－ H2↑。

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实验用品 K3[Fe(CN)6]溶液、经过酸化的3%NaCl溶液；Zn电极、Fe电极、电压表、烧杯。

实验步骤
按图连接好装置，观察电压表和铁电极上的现象。

往铁电极区滴入2滴黄色 K3[Fe(CN)6]（铁氰化钾）溶液，观察烧杯内溶液颜色的变化。

实验现象
电压表指针发生偏转，铁电极上有气泡产生；往铁电极区滴入K3[Fe(CN)6]溶液后， 溶液不变蓝色。

实验结论 图示装置构成了原电池，较活泼金属锌被腐蚀，铁未被腐蚀（被保护）
（2）外加电流的阴极保护法：利用________原理，把被保护的钢铁设备作为________极，
用惰性电极作为辅助________极，在电解质溶液里，接外加________。

如图所示：
2．金属防护的其他方法： （1）改变金属的结构：如把金属制成防腐蚀能力强的合金，如不锈钢。

（2）加覆盖保护层：如可采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等其他方法使金 属与空气、水等物质隔离，以防止金属被腐蚀。

【答案】一、1．（1）气体或液体 （2）氧化 （3）①干燥气体 非电解质 ②原电 池 氧化 2．（1）4Fe(OH)2+O2 + 2H2O 4Fe(OH)3 （2）有水柱上升 铁锈 吸氧 二、1．（1）原电池 正极 负极 （2）电解池 阴 阳 直流电源
一、化学腐蚀与电化学腐蚀比较
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化学腐蚀
电化学腐蚀(主要)
定义
条件 现象
金属跟接触到的物质(一般是非 电解质)直接发生化学反应而引 起的腐蚀
不纯金属(或合金)跟接触到的电解质溶液所 发生的原电池反应，较活泼金属原子失去电 子而被氧化引起的腐蚀
吸氧腐蚀(主要)
析氢腐蚀
金属与非电解质直接接触
水膜中溶有 O2，呈极弱 水膜酸性较强 酸性或中性
无电流产生
有微弱电流产生
负极：Fe－2e－ Fe2＋
反应式
例：2Fe＋3Cl2 2FeCl3
正 极： 2H2O＋ O2＋ 4e － 正极：
4OH－
2H＋＋2e－
H2↑
联系 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、危害更大
提醒：只有在金属活动性顺序中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之 后的金属只能发生吸氧腐蚀。

我们在学习和生活过程中所观察到的以下现象与电化学腐蚀有关的是
A．光亮的自行车钢圈不易生锈 B．炒过菜的铁锅未及时洗净出现红褐色锈斑 C．光亮的铜丝在火焰上灼烧后变黑 D．实验室镁带拆封放置一段时间后表面变灰暗
【解析】自行车钢圈表面有一层电镀保护层使钢圈不易生锈；炒过菜的铁锅残余菜汁中有 NaCl 形成电解质溶液，发生吸氧腐蚀，而出现锈斑；C、D 选项中都是金属 Cu、Mg 与 O2 直 接反应，是化学腐蚀。

【答案】B
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二、金属腐蚀快慢的判断以及金属的防护 1．金属腐蚀快慢的判断方法
（1）在同一电解质溶液中：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）同一种金属在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：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 的阴极的金属腐蚀＞有外接电源的阴极金属腐蚀。

（4）对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。

提醒：对于活动性不同的两金属，活动性越强，氧化还原反应的速率越快，活泼金 属腐蚀越快；纯度越高的金属，腐蚀速率越慢。

2．金属腐蚀的防护方法
（1）改变金属的组成结构。

如铁中加入一定比例的铬炼制得铬钢，具有很高的耐腐蚀性。

含铬又含镍的铬镍不锈钢，其耐腐蚀性更好。

（2）在金属表面覆盖一层保护层，使金属与周围具有腐蚀性的气体和电解质溶液隔离， 便可保护金属，防止金属腐蚀。

如在金属表面上喷漆、电镀或覆盖搪瓷，使表面钝化等。

（3）电化学保护法。

如把金属连接在电源的负极上，用阴极保护法，这样就能消除引起 金属腐蚀的原电池反应；也可在金属上铆接比它更活泼的另一种金属，用牺牲阳极保护 法，发生电化学腐蚀时是较活泼的金属被腐蚀而本身受到保护。

下列措施不能防止或减缓钢铁腐蚀的是 A．在钢铁制品表面镀一层金属锌 B．将钢铁制品放置在潮湿处 C．在钢铁中加入锰、铬等金属，以改变钢铁结构 D．将钢铁制品与电源负极相连
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【答案】B 【解析】钢铁表面镀锌，可使内部金属被保护；钢铁在潮湿空气中会发生吸氧腐蚀；钢铁中 加入锰、铬金属，制成不锈钢，能有效防止钢铁被腐蚀；电源负极能为钢铁制品输入电子， 防止 Fe 失电子被腐蚀。

1．下列有关金属腐蚀的说法正确的是 A．金属的腐蚀一定伴有电流产生 B．钢铁在干燥的空气里比在潮湿的空气里更易被腐蚀 C．发生化学能转变为电能的腐蚀时，较活泼的金属总是作正极而被腐蚀 D．发生电化学腐蚀时有能量的转变，且被腐蚀的金属总是失电子
2．下列措施不能防止或减缓钢铁腐蚀的是 A．在钢铁制品表面镀一层金属锌 B．将钢铁制品放置在潮湿处 C．在钢铁中加入锰、铬等金属，以改变钢铁结构 D．将钢铁制品与电源负极相连
3．下列有关金属保护的说法中正确的是 A．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，铁皮的腐蚀速率很小 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．钢铁制成的暖气管道外常涂有一层沥青，这是利用了钢铁的电化学保护法
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4．把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞的混合溶液的玻璃皿中(如图所示)，经一段时间 后，首先观察到溶液变红的区域是
A．Ⅰ和Ⅲ附近 B．Ⅰ和Ⅳ附近
C．Ⅱ和Ⅲ附近
D．Ⅱ和Ⅳ附近
5．如图，小试管内为红墨水，具支试管内盛有 pH=4 的雨水和生铁片。

实验观察到:开始时 导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。

下列说法正确的 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，生铁片始终发生析氢腐蚀 C．墨水回升时，碳电极反应式为 O2+2H2O+4e- 4OHD．具支试管中溶液酸性增强
6．下列关于如图所示四个实验装置的说法正确的是
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A．装置甲能防止铁钉生锈
B．装置乙为电镀铜装置
C．装置丙中阳离子交换膜能避免氯气与碱反应，且 b 端产生的气体能使湿润的淀粉碘化 钾试纸变蓝
D．装置丁能测定中和反应的反应热
7．钢铁是目前应用最广泛的金属材料，了解钢铁腐蚀的原因与防护方法具有重要意义，对 钢铁制品进行抗腐蚀处理，可适当延长其使用寿命。

（1）抗腐蚀处理前，生产中常用盐酸来除铁锈。

现将一表面生锈的铁件放入盐酸中，当
铁锈除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式为。

（2）利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。

①若 X 为碳棒，则为减缓铁件的腐蚀，开关 K 应置于 处。

②若 X 为锌，开关 K 置于 M 处，则该电化学防护法称为。

8．[2017 新课标Ⅰ]支撑海港码头基础的钢管桩，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 8 / 11


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 9．[2016 天津]下列叙述正确的是 A．使用催化剂能够降低化学反应的反应热(Δ H) B．金属发生吸氧腐蚀时，被腐蚀的速率和氧气浓度无关 C．原电池中发生的反应达平衡时，该电池仍有电流产生 D．在同浓度的盐酸中，ZnS 可溶而 CuS 不溶，说明 CuS 的溶解度比 ZnS 的小
1．【答案】D
2．【答案】B 【解析】钢铁表面镀锌，可使内部金属被保护；钢铁在潮湿空气中会发生吸氧腐蚀；钢铁中 加入锰、铬金属，制成不锈钢，能有效防止钢铁被腐蚀；电源负极能为钢铁制品输入电子， 防止 Fe 失电子被腐蚀。

3．【答案】B 【解析】A 项中搪瓷层破损后，铁直接暴露在空气中，因而搪瓷层破损后不能起到防止铁生 锈的作用，错误；B 项中镀层破损后，锌与铁构成原电池，由于锌的金属性比铁的强，锌作
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负极，保护铁不被腐蚀，正确；C 项是牺牲阳极的阴极保护法，错误；D 项是用沥青作涂层 的涂层保护法，错误。

4．【答案】B 【解析】a 是电解池，Zn 为阴极，电极产物为 H2 和 NaOH，b 是原电池，Zn 发生吸氧腐蚀， Fe 为正极，电极反应为 O2+2H2O+4e- 4OH-。

5．【答案】C
6．【答案】D 【解析】A 项铁做阳极，更容易被氧化。

B 项为铜的电解精炼。

C 项 b 端产生的气体为氢气， 不能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。

7．【答案】（1）2FeCl3+Fe 3FeCl2 （2）①N ②牺牲阳极的阴极保护法 【解析】（1）铁锈的主要成分是 Fe2O3，与盐酸反应生成 Fe3+，Fe3+会与 Fe 反应生成 Fe2+。

（2）①若 X 为碳棒，则需将铁件接电源的负极，即开关 K 置于 N 处。

②若 X 为 Zn，开关 K 置于 M 处，则 Zn-Fe-海水构成原电池，其中 Zn 作负极，Fe 作正极，此方法称为牺牲阳极的 阴极保护法。

8．【答案】C 【解析】本题使用的是外加电流的阴极保护法，钢管柱与电源的负极相连，被保护。

A．外 加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流，从而保护钢管柱，A 正确；B．通电后， 被保护的钢管柱作阴极，高硅铸铁作阳极，因此外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩， B 正确；C．高硅铸铁为惰性辅助阳极，所以高硅铸铁不损耗，C 错误；D．通过外加电流抑 制金属电化学腐蚀产生的电流，因此通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整，D 正
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确。

答案选C。

9．【答案】D
【解析】A．使用催化剂不能改变化学反应的反应热(ΔH) ，错误；B．金属发生吸氧腐蚀时，被腐蚀的速率和氧气浓度有关，氧气的浓度越大，腐蚀速率越快，错误；C．原电池中发生的反应达到平衡时，两端就不存在电势差了，无法形成电压驱动电子移动，无法形成电流，错误；D．根据K sp的计算公式，二者化学式形式相似，在同浓度的盐酸中，ZnS可溶而CuS 不溶，说明CuS的溶解度比ZnS的小，正确；故选D。

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