高考化学精讲及练习：金属的电化学腐蚀与防护 2021届word答案版

第四节金属的电化学腐蚀与防护
基础知识落实
一、金属的腐蚀
1.金属的腐蚀
(1)概念：金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。

其实质是金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。

(2)根据与金属接触的气体或液体物质不同，金属腐蚀可分为两类：
①化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。

腐蚀的速率随温度升高而加快。

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，比较活泼的金属失去电子而被氧化。

2.钢铁的电化学腐蚀
根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀：
(1)析氢腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，腐蚀过程中有氢气放出。

①负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；
②正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；
③总反应方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。

(2)吸氧腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液呈中性或呈弱酸性并溶有一定量的氧气时，将会发生吸氧腐蚀。

①负极反应式为2Fe－4e－===2Fe2＋；
②正极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－；
③总反应方程式为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2。

铁锈(Fe2O3·x H2O)的形成：2Fe(OH)3===Fe2O3·x H2O＋(3－x)H2O。

总结归纳：
1化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大。

2析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况中以吸氧腐蚀为主。

3钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极都是铁，失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。

二、金属的防护方法
1.电化学保护法
(1)牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理
如图1所示，在被保护的钢闸门上装上若干的金属锌块(比铁活泼)，锌块作原电池的负极；钢闸门作原电池的正极。

图1
图2
(2)外加电流的阴极保护法——电解原理
如图2所示，被保护的钢闸门作阴极，与电源的负极相连；惰性电极作阳极，与电源的正极相连。

2.其他保护法
(1)加涂保护层：如采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法，使金属与空气、水等物质隔离，防止金属被氧化腐蚀。

(2)改变金属的内部结构：如把铬、镍等金属加入普通钢里制成耐腐蚀的不锈钢。

结归纳：
金属的防护
针对性训练
知识点一 金属的腐蚀
1．关于金属腐蚀的叙述中，正确的是( )
A ．金属被腐蚀的本质是M ＋n H 2O===M(OH)n ＋n
2H 2↑
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
答案 C
2．如图所示水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：
(1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于________腐蚀。

(2)若试管内液面上升，则原溶液呈________________性，发生________腐蚀，电极反应式：负极：__________________________________________________________，
正极：___________________________________________________________________。

(1)若试管内液面下降，则原溶液呈______性，发生________腐蚀。

电极反应式：负极
________________________________________________________________________，
正极：____________________________________________________________________。

答案(1)电化学(2)弱酸性或中吸氧2Fe－4e－===2Fe2＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(3)较强的酸析氢Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑
知识点二金属的防护
3．下列各种方法中，能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是( )
①金属表面涂抹油漆②改变金属内部结构③保持金属表面清洁干燥④金属表面进行电镀⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜
A．①②③④ B．①③④⑤
C．①②④⑤ D．全部
答案 D
4．下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是( )
A．纯银器的表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗
B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层不能对铁制品起保护作用
C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法
D．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
答案 D
跟踪训练
1、下列有关金属电化学腐蚀的说法正确的是( )
A.铜既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀
B.铁只能发生析氢腐蚀
C.铜只能发生吸氧腐蚀
D.析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍
答案 C
2．铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。

下列说法正确的是( )
A.正极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B.此过程中还涉及反应4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
C.此过程中Fe、Cu均被腐蚀
D.此过程中电流从Fe流向Cu
答案 B
3.为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是( )
A.正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B.将石墨电极改成镁电极，难以观察到铁锈生成
C.若向自来水中加入少量的氯化钠固体，可较快地看到铁锈
D.分别向铁、石墨电极附近吹入氧气，前者铁锈出现得快
答案 D
4．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Fe－2e－===Fe2＋
B.钢铁发生吸氧腐蚀时，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C.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
5．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同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相同的一段时间。

下列对实验结束时现象的描述不正确的是( )
A．装置Ⅰ左侧的液面一定会下降 B．左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低
C．装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重 D．装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀
答案 B
6.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铵溶液，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
7.如图是模拟电化学反应装置图。

下列说法正确的是( )
A.开关K置于N处，则铁电极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B.开关K置于N处，可以减缓铁的腐蚀
C.开关K置于M处，则铁电极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
D.开关K置于M处，电子从碳棒经开关K流向铁棒
答案 B
8．在A、B、C三个烧杯中分别盛有相同浓度的稀硫酸，如图所示：
(1)A中反应的离子方程式为________________________________________________。

(2)B中Sn极的电极反应式为______________________________________________，
Sn极附近溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(2)C中被腐蚀的金属是________，总反应的离子方程式为_______________________，
比较A、B、C中铁被腐蚀的速率，由快到慢的顺序是________________。

答案(1)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
(2)2H＋＋2e－===H2↑增大
(3)Zn Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑B＞A＞C
9．金属腐蚀的电化学原理可用下图模拟。

(1)请写出有关电极反应式：
①铁棒上的电极反应式：__________________________________________________
________________________________________________________________________。

①碳棒上的电极反应式：__________________________________________________
________________________________________________________________________。

(2)该图所表示的是_______________________________________________________
(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀。

(3)若将O2撤走，并将NaCl溶液改为稀H2SO4溶液，则此图可表示__________________(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀原理；若用牺牲阳极法来保护铁棒不被腐蚀溶解，即可将碳棒改为________棒。

答案(1)①2Fe－4e－===2Fe2＋
②O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)吸氧(3)析氢锌(或其他比铁活泼的金属)
10.某实验小组欲探究牺牲阳极的阴极保护法的原理，设计如图实验装置：
实验Ⅰ：向烧杯中加入一定量的饱和食盐水，插入两个无底玻璃筒。

将一根锌棒和一根铁棒用导线与电流计连接后，再分别插入两个玻璃筒中，电流表指针发生偏转。

(1)锌棒上发生的电极反应为________________；铁棒上发生的电极反应为________________。

(2)向铁棒附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，无明显现象，这说明该实验中无________产生。

实验Ⅱ：该小组的同学将锌棒换为铜棒，并用导线将其与电流表连接。

一段时间后，向插入铁棒的玻璃筒内滴入几滴K3[Fe(CN)6]溶液，向插入铜棒的玻璃筒内滴入几滴酚酞溶液。

(3)实验Ⅱ中电流计指针的偏转方向与实验Ⅰ________(填“相同”或“相反”)。

(4)在铁棒和铜棒附近可观察到的现象分别是____________________、________________。

(5)上述两个实验表明，活泼性不同的两种金属作电极构成原电池时，一般是相对________(填“活泼”或“不活泼”)的金属被保护，根据此原理采取的金属防护方法称为________________________。

答案(1)2Zn－4e－===2Zn2＋2H2O＋O2＋4e－===4OH－(2)Fe2＋(3)相反(4)产生蓝色沉淀溶液变红色(5)不活泼牺牲阳极的阴极保护法。