高二化学选择性必修第一册同步讲义第十三讲《金属的腐蚀与防护》2022年修订word版

第十三讲金属的腐蚀与防护
知识点：金属的腐蚀与防护
一、金属的腐蚀
1．金属的腐蚀
(1)概念：金属或合金与周围的气体或液体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不同，金属腐蚀可分为两类：
①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。

腐蚀的速率随温度升高而加快。

②电化学腐蚀：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。

特别提醒金属腐蚀过程中，电化学腐蚀和化学腐蚀同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀，且比化学腐蚀的速率大得多。

2．钢铁的电化学腐蚀
水膜酸性较强水膜酸性很弱或呈中性
3.实验探究：电化学腐蚀(1)
(2)
二、金属的防护
金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。

1．改变金属材料的组成
在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金。

如普通钢加入镍、铬制成不锈钢，钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性能且具有良好的生物相容性。

2．在金属表面覆盖保护层
在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。

如，在钢铁制品表面喷油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷等；电镀锌、锡、铬、镍等，利用化学方法、离子注入法、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。

3．电化学保护法
金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极(阳极)的金属被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为阴极，就不易被腐蚀。

(1)牺牲阳极法
原理：原电池原理
要求：被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极。

应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块
实验探究一
如图装置反应一段时间后，往Fe电极区滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察实验现象。

已知Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的KFe[Fe(CN)6]沉淀。

实验探究二：
培养皿中放入含有NaCl的琼脂，并注入5～6滴酚酞和K3[Fe(CN)6]溶液，取两个2～3 cm的铁钉，用砂纸擦光，将裹有锌皮的铁钉放入a，缠有铜丝的铁钉放入b。

铁钉周围变红铁钉周围生成蓝色沉淀，铜丝周围变红
(2)外加电流法
原理：电解池原理
要求：被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连
应用：钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极。

例题精练
1．（2021春•让胡路区校级期末）下列说法不正确的是（）
A．化学电源包括一次电池、二次电池和燃料电池等
B．铅酸蓄电池的缺点是比能量低、笨重
C．电镀时，通常把待镀的金属制品一端作阳极，把镀层金属一端作阴极
D．金属腐蚀过程中电化学腐蚀和化学腐蚀往往同时发生
2．（2021春•绿园区校级期末）下列关于电化学的说法正确的是（）A．掩埋废旧电池不会造成环境污染
B．电解精炼铜用纯铜作阳极
C．钢铁上镶嵌铜块能减缓钢铁腐蚀
D．铜上的铝钉，在潮湿空气中易发生电化学腐蚀
随堂练习
1．（2021春•瑶海区月考）为了探究钢铁的电化学保护方法，设计了如图装置。

下列说法在确的是（）
A．若K和M连接，X为锌，则它是牺牲阴极保护法
B．若K和M连接，X为铜，则铜极电极反应为Cu﹣2e﹣═Cu2+
C．若K和N连接，X为锌，则锌极电极反应为2H2O﹣4e﹣═4H++O2↑
D．若K和N连接，X为铂，则它是外加电流的阴极保护法
2．（2021•梅州模拟）电化学腐蚀与防护一直是科研人员的研究热点。

下列方法正确的是（）A．为保护水库的钢铁闸门，常将闸门与电源正极相连
B．与铜质水龙头连接处的钢质水管易生铁锈
C．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
D．当搪瓷杯的搪瓷层破损后，仍能防止铁生锈
综合练习
一．选择题（共20小题）
1．（2021•襄城区校级模拟）《汉书•货殖列传》中记载：“章山之铜，所谓丹阳铜也。

今世有白铜，盖点化为之，非其本质。

”已知白铜中含有锡元素，下列说法错误的是（）A．纯铜比白铜硬度小，熔点高
B．纯铜和白铜都可耐强酸、强碱腐蚀
C．白铜置于潮湿的空气中，Cu受到保护
D．铜和锡都可用于制作生活中的器皿
2．（2020秋•河西区期末）化学在日常生活和生产中有着重要应用，下列说法正确的是（）A．加热纯碱溶液可以增强清洗油污效果
B．暖贴制作原理是利用金属的化学腐蚀
C．银器久置表面变暗与电化学腐蚀有关
D．草木灰和铵态氮肥混合使用肥效更高
3．（2021春•鼓楼区校级期中）钢铁在潮湿的空气中发生电化腐蚀而生锈，下列有关钢铁生锈的说法正确的是（）
A．铁是负极，发生氧化反应：Fe﹣3e﹣＝Fe3+
B．碳是正极，碳发生还原反应
C．铁腐蚀后生成的铁锈的主要成分为Fe2O3•xH2O
D．钢铁腐蚀过程中，空气中的氧气起催化作用
4．（2021•西城区二模）下列事实与电化学无关的是（）
A．暖宝宝（含铁粉、碳、氯化钠等）发热
B．海沙比河沙混凝土更易使钢筋生锈
C．家用铁锅生锈
D．铁罐运输浓硫酸
5．（2021•深圳模拟）铅霜（醋酸铅），又称为“铅糖”，其古代制法为“以铅杂水银十五分之一，合炼作片，置醋瓮中，密封，经久成霜。

”下列相关说法正确的是（）
A．“铅糖”有甜味，可充当食品甜味剂
B．“瓮”为铁质容器
C．“经久成霜”是结晶的过程
D．该制法以铅作正极，汞作负极，发生电化学腐蚀
6．（2021春•五莲县期中）化学与生产、生活密切相关。

下列说法正确的是（）
A．如图，对钢管的防护措施为牺牲阳极保护法
B．硅太阳能电池将化学能转化为电能
C．燃料电池的能量转化率为100%
D．太阳能、氢能、核能、生物质能、水能都属于新能源
7．（2021春•成都期中）如图所示装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有浓氯化铵溶液和食盐水，各加入一生铁块，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．两支试管中的铁都发生氧化反应
C．一段时间后，U形管内红墨水两边的液面变为左高右低
D．a试管中主要发生了析氢腐蚀，b试管中主要发生了吸氧腐蚀
8．（2021春•兴庆区校级期中）下列与金属腐蚀有关的说法正确的是（）
A．如图中，插入海水中的铁棒（含碳量为10.8%）越靠近水面发生电化学腐蚀就越严重
B．如图中，开关由N改置于M时，金属铁的腐蚀速率减小
C．如图中，接通开关时Zn腐蚀速率减小，Pt电极上放出气体的速率增大
D．如图中，Zn﹣MnO2酸性干电池自放电反应主要是由MnO2的催化作用引起的
9．（2021春•沭阳县期中）下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是（）A．纯铝制品表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗
B．生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁更强
C．海轮外壳连接铜块以保护外壳不受腐蚀
D．当镀锡的铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用
10．（2021•徐汇区二模）锥形瓶内壁用某溶液润洗后，放入混合均匀的新制铁粉和碳粉，塞紧瓶塞，同时测量锥形瓶内压强的变化，如图所示。

下列说法错误的是（）
A．0～t1时，铁可能发生了析氢腐蚀
B．0～t1时，铁可能发生了吸氧腐蚀
C．t1～t2时，铁一定发生了吸氧腐蚀
D．用于润洗锥形瓶的溶液一定显酸性
11．（2021春•吴中区期中）炒过菜的铁锅未及时洗净（残液中含NaCl），不久便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑．腐蚀原理如图所示，下列说法正确的是（）
A．腐蚀过程中，负极是Fe，发生电极反应：Fe﹣3e﹣═Fe3+
B．Fe失去电子经电解质溶液转移给C
C．正极的电极反应式为4OH﹣﹣4e﹣═2H2O+O2 ↑
D．C是正极，O2在C表面上发生还原反应
12．（2021•闵行区二模）港珠澳大桥桥体的钢构件采用了多种防腐方法。

有关其分析正确的是（）
A．越靠近海底的钢构件，腐蚀越严重
B．钢构件上镶嵌铝块，属牺牲阳极阴极保护法
C．钢构件若腐蚀，正极反应式为：Fe﹣2e→Fe2+
D．钢构件表面喷涂环氧树脂涂层，防止形成电解池
13．（2021•普陀区二模）在潮湿的深层土壤中，钢管主要发生厌氧腐蚀，其中一种厌氧腐蚀
的理论为厌氧细菌可促使SO 42﹣
与H 2反应生成S 2﹣
，加速钢管的腐蚀，其反应原理如图所
示。

下列说法正确的是（ ）
A ．正极的电极反应式为O 2+4e+2H 2O →4OH ﹣
B ．钢管腐蚀的直接产物中含有FeS 、Fe （OH ）2
C ．在钢管表面镀锌或铜可减缓钢管的腐蚀
D ．SO 42﹣与
H 2的反应可表示为4H 2+SO 42﹣
﹣8e →
厌氧细菌
S 2﹣
+4H 2O
14．（2021春•瑶海区月考）2018年10月24日，使用寿命达120港珠澳大桥正式通车，钢铁防腐工程起到极为重要的作用，深埋在大海中的桥墩，在海水和水泥中的硫酸盐作用下被腐蚀，腐蚀过程中，SO 42﹣
转化为S 2﹣
，下列说法不正确的是（ ）
A ．排尽钢筋混凝土中的空气能起到较好的防护效果
B ．桥墩硫酸盐导致钢材腐蚀时正极主要的电极反应为：SO 42﹣
+4H 2O+8e ﹣
═S 2﹣
+8OH ﹣
C ．大桥钢结构上刷富锌油漆可以延缓的其腐蚀
D ．桥墩钢材发生吸氧腐蚀
15．（2021•辽宁模拟）验证钢铁腐蚀的类型与溶液pH 的关系。

如表说法不正确的是（ ）
①
②
③
腐蚀较快，主要产物Fe 2+
腐蚀较慢，主要产物 Fe 2O 3
腐蚀较快，主要产物FeO 2﹣
A ．在pH ＝3溶液中，主要发生析氢腐蚀，现象是铁棒逐渐溶解，碳棒表面有气泡产生
B ．在pH ＝7溶液中，主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为O 2+2H 2O+4e ﹣
═4OH ﹣
C ．在pH ＝7溶液中，主要发生吸氧腐蚀，负极反应式为Fe ﹣2e ﹣
═Fe 2+
D．在pH＝14溶液中，主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为Fe﹣3e﹣+4OH﹣═FeO2﹣+2H2O 16．（2020秋•连云港期末）下列说法正确的是（）
A．1mol 中含有4mol碳碳双键
B．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
C．反应4Fe（s）+3O2（g）═2Fe2O3（s）常温下可自发进行，该反应为吸热反应
D．3mol H2与1mol N2混合反应生成NH3，转移电子的数目小于6×6.02×1023 17．（2020秋•包头期末）潮湿环境中的Cl﹣、溶解氧是造成青铜器锈蚀的主要环境因素，腐蚀严重的青铜器表面大多存在起催化作用的多孔催化层。

如图为青铜器发生电化学腐蚀的
原理示意图，下列说法正确的是（）
A．腐蚀过程中，青铜基体发生还原反应
B．环境中的Cl﹣、正负极产物作用生成多孔粉状锈，其离子方程式为：2Cu2++3OH﹣+Cl ﹣═Cu2（OH）3C1↓
C．多孔催化层的形成加速了青铜器的腐蚀速率，是因为增大了反应的平衡常数
D．若生成4.29g Cu2（OH）3Cl（M＝214.5g•mol﹣1），则耗氧体积为0.448L 18．（2021•全国一模）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度比富氧介质（流动或充气）中钢的腐蚀速度大，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图如图，下列叙述中错误的是（）
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．阴极区附近溶液的pH增大
D．电路中转移0.01mol电子时，有0.08g O2参与反应
19．（2020秋•湖北期末）探究铁钉在不同溶液环境中被腐蚀的情况，实验记录如表。

下列说法不正确的是（ ）
实验装置
实验编号 浸泡液 pH 氧气浓度随时间的变化
① 1.0mol/L NH 4Cl 5
② 0.5mol/L （NH 4）2SO 4 5 ③
1.0mol/L NaCl 7 ④
0.5mol/L Na 2SO 4
7
A ．实验中铁钉发生的主要是吸氧腐蚀
B ．相同条件下，铁钉腐蚀速率大小可能与阴离子种类有关
C ．相同条件下，铁钉在弱酸性溶液中比中性溶液吸氧腐蚀速率快
D ．与②作比较，铁钉在0.5mol/L （NH 4）2SO 4和3.0mol/L H 2SO 4等体积混合的溶液中，吸氧腐蚀一定速率加快
20．（2021•天河区二模）国产航母山东舰已经列装服役，它采用模块制造然后焊接组装而成，对焊接有着极高的要求。

实验室模拟海水环境和河水环境对焊接金属材料的影响，实验结
果如图所示。

下列说法正确的是（ ）
A ．Sn 元素的金属性强于Fe 元素
B ．甲是海水环境下的腐蚀情况，乙是河水环境下的腐蚀情况
C ．两种环境下，铁被腐蚀时的电极反应式均为Fe ﹣3e ﹣
═Fe 3+
D ．为了防止舰艇在海水中被腐蚀，可在焊点附近用锌块打“补丁” 二．多选题（共3小题）
21．（2020秋•蔡甸区校级期末）下列有关说法正确的是（ ） A ．0.1mol •L ﹣1
NH 4Cl 溶液加水稀释，
c(NH 3⋅H 2O)
c(NH 4
+)的值减小
B ．电解精炼铜时，阳极泥中含有Zn 、Fe 、Ag 、Au 等金属
C ．反应8NH 3（g ）+6NO 2（g ）═7N 2（g ）+12H 2O （g ），若△H ＜0，则该反应一定能自发进行
D．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22．（2020秋•建邺区校级月考）下列有关说法不正确的是（）
A．一定条件下反应2SO2+O2⇌2SO3达到平衡时，2v（O2）正＝v（SO3）逆B．用上图所示方法可保护钢闸门不被腐蚀
C．常温下，向NH4Cl溶液中加入少量NaOH固体，溶液中c(NH3⋅H2O)
c(NH4+)c(H+)
的值增大D．常温下，pH＝2的HCl溶液与pH＝12的Ba（OH）2溶液等体积混合，两者恰好完全反应
23．（2020秋•滨州期中）如图所示，将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。

下列有关说法正确的是（）
A．阴极的电极反应式为Fe﹣2e﹣═Fe2+
B．金属M可以是Cu
C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢
三．实验题（共2小题）
24．（2020秋•湖北月考）学习小组在实验室探究铁发生吸氧腐蚀的条件及防护措施，分别组装相关仪器进行实验。

回答下列问题：
（1）将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞。

从胶头滴管中滴入液体，同时测量容器中的压强变化如图1。