专题17 金属的腐蚀与防护——备战2021年高考化学之突破教材实验热点(教师版)

专题17 金属的腐蚀与防护1．钢铁生锈原理实验名称钢铁生锈原理实验装置实验原理负极：2Fe−4e−2Fe2+；正极：O 2+2H2O+4e−4OH−；总反应：2Fe+O 2+2H2O2Fe(OH)2；后续反应：Fe(OH)2→Fe(OH)3→Fe2O3•x H2O实验用品经酸除锈的铁钉、饱和食盐水、水；具支试管、橡皮塞、导管、试管。

实验步骤将经过酸洗涤除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入具支试管中。

几分钟后，观察导管中水柱的变化。

实验现象几分钟后，导管末端的水柱液面上升，铁钉表面有锈迹产生。

实验结论铁钉在中性的食盐水溶液中易发生吸氧腐蚀。

实验说明装置的气密性必须良好，否则很难观察到导管末端的水柱高度变化。

2．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－H 2↑。

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）利用下图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。

下列说法不正确的是A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀B．一段时间后，a管液面高于b管液面C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋【答案】C【解析】根据装置图判断，左边铁丝发生吸氧腐蚀，右边铁丝发生析氢腐蚀，其电极反应为左边负极：Fe－2e－===Fe2＋正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－右边负极：Fe－2e－===Fe2＋正极：2H＋＋2e－===H2↑a、b处的pH均增大，C错误。

【易错点睛】正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。

潮湿的空气、酸性很弱或中性溶液发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液发生析氢腐蚀。

1．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是( )A．当镀锌铁制品镀层破损时，镀层不能对铁制品继续起保护作用。

B．铜表面会覆盖一层绿色的铜锈不是化学过程。

C．保护海轮外壳可以采用牺牲阳极的阴极保护法D．保护地下输油钢管与外加直流电源的正极相连。

【答案】C【详解】A．锌比铁活泼，当镀锌铁制品镀层破损时，锌、铁形成原电池后，Zn为负极被氧化，镀层依然能对铁制品继续起保护作用，故A错误；B．绿色的铜锈主要成分为碱式碳酸铜，铜表面覆盖一层绿色的铜锈的过程中有新的物质生成，属于化学过程，故B错误；C．在海轮外壳连接锌块，锌比铁活泼，锌为负极，保护外壳不受腐蚀，为牺牲阳极的阴极保护法，故C 正确；D．与外加直流电源的正极相连则为阳极，阳极发生氧化反应，铁在阳极失电子，加速了钢管的腐蚀，故D错误；综上所述答案为C。

2．港珠澳大桥的设计使用寿命高达120年，主要的防腐方法有：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．钢铁发生吸氧腐蚀时的负极反应式为：Fe-3e-=Fe3+B．防腐过程中铝和锌均作为牺牲阳极，失去电子C．防腐涂料可以防水、隔离O2，降低吸氧腐蚀速率D．方法①②③只能减缓钢铁腐蚀，未能完全消除【答案】A【详解】A．钢铁发生吸氧腐蚀时的负极反应式为：Fe-2e-=Fe2+，故A错误；B．铝和锌的活泼性大于铁，钢铁防腐过程中铝和锌均作为负极，失去电子，为牺牲阳极的阴极保护法，故B正确；C．防腐涂料可以防水、隔离O2，减少铁与氧气接触，降低吸氧腐蚀速率，故C正确；D．钢铁防腐只能减缓钢铁腐蚀，未能完全消除钢铁腐蚀，故D正确；选A。

3．实验小组研究金属电化学腐蚀，实验如下：实验I 铁钉表面及周边未见明显变化铁钉周边零星、随机出现极少量红色和蓝色区域，有少量红棕色铁锈生成实验II 铁钉周边出现红色区域，未见蓝色出现，锌片周边未见明显变化铁钉周边红色加深，区域变大，未见蓝色出现，锌片周边未见明显变化下列说法不正确．．．的是A．实验II中Zn保护了Fe，使铁的腐蚀速率比实验I慢B．实验II中正极的电极反应式：O2 + 2H2O + 4e- =4OH-C．实验I的现象说明K3[Fe(CN)6]溶液与Fe反应生成了Fe2+D．若将Zn片换成Cu片，推测Cu片周边会出现红色，铁钉周边会出现蓝色【答案】C【详解】A．实验II中Zn比Fe活泼，作原电池的负极，发生吸氧腐蚀，Fe作正极，被保护，铁的腐蚀速率比实验I慢，A正确；B．实验II中Fe作正极，氧气发生得电子的还原反应，其电极反应式：O2 + 2H2O + 4e- =4OH-，B正确；C．实验I的现象说明25min时，Fe失去电子生成Fe2+，K3[Fe(CN)6]溶液与Fe2+发生反应生成特征蓝色沉淀，C错误；D．若将Zn片换成Cu片，因为Fe比Cu活泼，推测Cu片周边氧气发生得电子的还原反应生成氢氧根离子，酚酞溶液会出现红色，铁钉作原电池的负极，发生失电子的氧化反应生成亚铁离子，与K3[Fe(CN)6]溶液反应，使其周边会出现蓝色，D正确；故选C。

4．下图所示的是探究金属腐蚀条件的实验装置图，下列说法错误的是( )A ．通过甲、乙装置的对比说明生铁比纯铁更易腐蚀B ．图乙装置中为了加快吸氧腐蚀的速率，可用酒精灯一直加热试管C ．图乙、图丙装置中的负极材料是铁粉，电极反应式是-2+Fe-2e =FeD ．图丙装置的导管中开始没有红墨水进入，一段时间后有红墨水进入并最终形成一段水柱 【答案】B 【详解】A .甲装置中固体为铁粉，乙装置中固体为铁粉与炭粉的混合物，乙装置中铁粉、炭粉、NaCl 溶液构成原电池，故甲装置中Fe 的腐蚀速率小于乙装置中的，生铁中含有碳，通过甲、乙装置的对比说明生铁比纯铁更易腐蚀，A 正确；B .一直加热试管，试管温度升高，其中的空气、水蒸气会逸出，不能加快吸氧腐蚀速率，B 错误；C .铁发生腐蚀时，铁作负极，电极反应式是2Fe 2e Fe -+-=，C 正确;D .图丙装置中开始时酸度较大，发生析氢腐蚀，即有氢气生成，故导管中开始没有红墨水进入，后来酸度降低，发生了吸氧腐蚀，即消耗了氧气，故一段时间后红墨水进入并最终形成一段水柱，D 正确； 答案选B 。

5．用如图装置探究金属的腐蚀原理。

有关说法正确的是A ．K 打开时，生铁越靠近底端腐蚀越严重B ．K 打开时，生铁的腐蚀速率比K 闭合时慢C ．K 闭合时，锌作阴极保护生铁D ．K 闭合时，生铁上的电极反应式为O 2+2H 2O+4e - = 4OH -【答案】D【分析】K打开时，生铁发生吸氧腐蚀；K闭合时，由于锌比铁活泼，锌为负极，生铁被保护，据此分析判断。

【详解】A．K打开时，生铁发生吸氧腐蚀，接触空气又接触水的部位腐蚀最严重，越靠近底端，氧气的含量越少，越不易被腐蚀，故A错误；B．K打开时，生铁发生吸氧腐蚀；K闭合时，由于锌比铁活泼，锌为负极，生铁被保护，即K打开时，生铁的腐蚀速率比K闭合时快，故B错误；C．K闭合时，由于锌比铁活泼，锌为负极，生铁为正极，被保护，该方法称为牺牲阳极的阴极保护法，故C错误；D．K闭合时，生铁为正极，电极反应式为O2+2H2O+4e-→ 4OH-，故D正确；故选D。

6．利用如下实验探究铁钉在不同溶液中的吸氧腐蚀。

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 1.5 mol/L NH4Cl 5②0.76 mol/L(NH4)2SO4 5③ 1.5 mol/LNaCl 7④0.76 mol/LNa2SO47A．上述正极反应均为O2+4e-+2H2O=4OH-B．在不同溶液中，阴离子是影响吸氧腐蚀速率的主要因素C．向实验④中加入少量NH4Cl固体，吸氧腐蚀速率加快D．在300 min内，铁钉的平均吸氧腐蚀速率酸性溶液大于中性溶液【答案】B【详解】A．根据图像可知，实验探究铁钉在不同溶液中的吸氧腐蚀，正极上氧气得到电子，其正极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-，故A正确；B．根据图像可知，①②的反应速率接近，③④的反应速率接近，且①远大于③，②远大于④，因此，阴NH是影响吸氧腐蚀速率的主要因素，故B错误；离子对反应速率影响不大，+4NH是影响吸氧腐蚀速率的主要因素，能导致钢铁的吸氧腐蚀速率加快，所以向实验④中加入少量C．+4NH4Cl固体，故C正确；D．①②溶液显酸性，③④溶液显中性，根据图像可知，铁钉的吸氧腐蚀速率酸性溶液大于中性溶液，故D正确；故选B。

7．下列说法不正确的是A．钢管被原油中含硫化合物腐蚀发生的是化学腐蚀B．为了增强钢的抗腐蚀性，可以向钢中加入Cr、Ni等元素制成不锈钢C．如图为模拟吸氧腐蚀法D．在铁质船体上镶嵌锌块，可以减缓船体被海水腐蚀速率，称为牺牲阳极的阴极保护法【答案】B【详解】A．钢管被原油中的含硫化合物腐蚀，是金属与非电解质直接发生化学反应，属于化学腐蚀，A正确；B．向钢中加入Cr、Ni等金属和非金属制成不锈钢，不锈钢是合金，是几种金属和非金属熔合而成，B错误；C．该图的电解质溶液——海水呈弱碱性，该装置模拟吸氧腐蚀法，C正确；D．锌比铁活泼，在铁质船体上镶嵌锌块，锌块先被腐蚀，以减缓船体被海水的腐蚀速率，该方法叫作牺牲阳极的阴极保护法，D正确；故选B。

8．某校活动小组为探究金属腐蚀的相关原理，设计了如下图a所示装置，图a的铁棒末段分别连上一块Zn片和Cu片，并静置于含有K3[Fe(CN)6]及酚酞的混合凝胶上。

一段时间后发现凝胶的某些区域(如图b 所示)发生了变化。

已知：3Fe2++2[Fe(CN)6]3－=Fe3[Fe(CN)6]2↓。

则下列说法错误的是( )A．甲区发生还原反应B．乙区产生Zn2+C．丙区呈现红色D．丁区呈现黄色【答案】D【分析】铁棒末段分别联上一块锌片和铜片，并静置于含有K3Fe(CN)6及酚酞的混合凝胶上，则形成原电池装置，实质发生吸氧腐蚀，活泼金属为负极，根据电极反应式来判断各个电极的变化情况。

【详解】A．甲区为正极，氧气得到电子发生还原反应，正极的电极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-，A正确；B．乙区为负极，Zn失去电子，发生氧化反应产生Zn2+，B正确；C．丙区为正极，正极的电极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-，生成的OH-能使附近溶液显碱性，酚酞试液变为红色，所以丙区呈红色，C正确；D．丁区为负极，发生电极反应：2Fe-4e-=2Fe2+，生成Fe2+与K3Fe(CN)6作用呈蓝色，D错误；故合理选项是D。