第07讲-金属的腐蚀与防护(学生版)(鲁科2020选择性必修一).docx

第07讲 金属的腐蚀与防护
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课程标准
课标解读
1．了解金属腐蚀的原因，能辨别金属发生腐蚀的类型。
2．理解金属发生电化学腐蚀的原理及类型，了解金属腐蚀带来的危害。
3．掌握金属防护的方法以及金属的电化学防护的原理。
1．能从宏观与微观结合的视角对金属防护进行分类和表征，能分析金属防护与金属腐蚀之间的关系。
2．能利用电化学模型分析和解决金属的防腐问题。
3．能依据“绿色化学”思想和科学理论对金属的腐蚀过程进行分析，权衡利弊，作出合理决策。
知识精讲

知识点01 金属的腐蚀
1．金属腐蚀的定义和分类

2．化学腐蚀和电化学腐蚀
金属腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
定义
金属与接触到的物质直接反应
不纯的金属在潮湿的空气或电解质溶液中发生______反应
现象
金属被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
区别
______电流产生
______微弱电流产生
实质与联系
①实质：都是金属原子失去电子被_____而损耗；
②化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但____________更普遍
3．钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀
类别
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
条件
水膜酸性______
水膜酸度______
正极反应
__________________
__________________
负极反应
________________________
生成铁锈
的反应
______________________________
____________________________________
2Fe（OH）3＝Fe2O3·xH2O+（3－x）H2O
【即学即练1】下列关于金属腐蚀的说法中正确的是（ ）。
A．金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程
B．化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程
C．钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈
D．金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化学腐蚀伴有电流产生
知识点02 金属的防护
1．在金属表面覆盖______
（1）涂油漆等。
（2）镀抗腐蚀金属，如电镀等。
（3）镀膜，如烤蓝等。
2．改变金属内部组成、结构等，如制成______。
3．电化学防护
（1）牺牲阳极保护法
①原理：______原理
②方法：在被保护的金属上连接更______的金属，使被保护金属成为______极。
（2）外加电流阴极电保护法
①原理：______原理
②方法：使被保护的金属连接电源的______极成为______极。
【即学即练2】下列防止金属腐蚀的做法不可行的是（ ）。
A．在某些工具的机械转动部位刷油漆以防锈
B．衣架和电线外面包上一层塑料层以防锈
C．在钢材制造的大型船舶上装上一定数量的锌块
D．自行车的钢圈和车铃上镀上一层铬，既耐腐蚀又美观耐磨
能力拓展

考法01 金属的腐蚀
【典例1】（2021·广东省肇庆市高二上学期期末）利用物质由高浓度向低浓度自发扩散的能量可制成浓差电池。在海水中的不锈钢制品，缝隙处氧浓度比海水低，易形成浓差电池而发生缝隙腐蚀。缝隙处腐蚀机理如图所示。下列说法不正确的是（ ）。

A．金属缝隙内表面为负极，外自由表面为正极
B．缝隙内溶液pH增大，加快了缝隙内腐蚀速率
C．为了维持电中性，海水中大量Cl－进入缝隙
D．正极的电极反应为O2+2H2O+4e－＝4OH－
【知识拓展】金属的腐蚀
1．金属的电化学腐蚀、注意事项
（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+。
（4）一般情况下，只有在金属活动性顺序中排在氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀。
2．金属腐蚀的快慢比较
（1）在同一种电解质溶液中，金属腐蚀的由快到慢的顺序是电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极＞电解池的阴极。
（2）在不同溶液中，金属在电解质溶液中的腐蚀＞金属在非电解质溶液中的腐蚀；金属在强电解质溶液中的腐蚀＞金属在弱电解质溶液中的腐蚀。
（3）对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
考法02 电化学防护法
【典例2】（2021•天津河东区高二上学期期末检测）用如图装置研究电化学原理，下列分析中错误的是（ ）。
选项
连接
电极材料
分析
a
b
A
K1，K2
石墨
铁
模拟铁的吸氧腐蚀
B
K1，K2
锌
铁
模拟钢铁防护中牺牲阳极的阴极保护法
C
K1，K3
石墨
铁
模拟电解饱和食盐水
D
K1，K3
铁
石墨
模拟钢铁防护中外加电流的阴极保护法

【知识拓展】金属的电化学防护法
电化
学防
护
牺牲阳极保护法
外加电流阴极保护法
原理
原电池原理
电解原理
措施
被保护的金属作正极（阴极），以一种活动性较强的金属作负极（阳极）
被保护的金属作阴极，惰性电极作辅助阳极，连上直流电源
应用
如锅炉内壁、船舶外壳、铁塔、铁管道装上若干锌块，可保护钢铁设备
如钢闸门、输送酸性溶液的铁管道等
示意图

分层提分

题组A 基础过关练
1．全世界每年因钢铁锈蚀造成了巨大的损失，下列有关说法正确的是（ ）。

A．钢铁腐蚀的正极反应式为Fe－2e－Fe2+
B．钢铁腐蚀时化学能不能全部转化为电能
C．如图所示，将导线与金属铜相连可保护地下铁管
D．如图所示，将导线与外接电源的正极相连可保护地下铁管
2．（2021~2022学年北京延庆区高二上学期期末检测）下列关于轮船嵌有锌块实施保护的判断不合理的是（ ）。
A．嵌入锌块后的负极反应：Fe－2e－＝Fe2+
B．可用镁合金块代替锌块进行保护
C．腐蚀的正极反应：2H2O+O2+4e－＝4OH－
D．该方法采用的是牺牲阳极的阴极保护法
3．（2021~2022学年湖北黄石高二检测）某铁柱需长期浸入水下，为了减少腐蚀，下列措施中不能达到目的是（ ）。
A．在铁柱上铆上一些锌片
B．将铁柱与直流电源的正极相连
C．在铁柱表面涂上一层较厚的沥青
D．在铁柱表面镀锡
4．下列说法中正确的是（ ）。
A．由反应：2Fe2++Cl2→2Fe3++2Cl－，可以得出还原性Cl2＜Fe3+
B．由于钢铁表面水膜里溶有氧气和二氧化碳，所以日常的金属腐蚀以析氢腐蚀为主
C．将钢铁接在外电源的负极上，另一金属（不是惰性金属）接在外电源的正极上组成电解池，可以防钢铁腐蚀
D．纯锌与稀硫酸反应比不纯的锌（一般含铁、铜等杂质）与相同的稀硫酸反应快
5．（2021~2022广东省湛江市高二上学期期末）在船体的钢铁外壳上镶嵌锌块可以有效避免船体遭受腐蚀。下列说法不正确的是（ ）。
A．锌块作原电池的负极
B．钢铁在海水中易发生吸氧腐蚀
C．电子由船体钢铁外壳向锌块移动
D．在海水中阳离子向船体钢铁外壳移动
6．研究海水中金属桥墩的腐蚀及防护是桥梁建设的重要课题。下列有关说法错误的是（ ）。

图1 图2
A．桥墩的腐蚀主要是析氢腐蚀
B．钢铁桥墩在海水中比在河水中腐蚀更快
C．图1辅助电极的材料可以为石墨
D．图2钢铁桥墩上发生的反应是O2+2H2O+4e－4OH－
7．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。
（1）钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为_____________________________。
（2）为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________（填写字母序号）。
A．铜 B．钠 C．锌 D．石墨
（3）图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的______极。

甲 乙
8．（2021·杭州高二检测）2018年7月至9月，国家文物局在辽宁开展水下考古，搜寻、发现并确认了甲午海战北洋水师沉舰－－经远舰。已知：正常海水呈弱碱性。
（1）经远舰在海底“沉睡”124年后，钢铁制成的舰体腐蚀严重。舰体发生电化学腐蚀时，负极的电极反应式为_____________________。
（2）为了保护文物，考古队员采用“牺牲阳极的阴极保护法”对舰船水下遗址进行了处理。
①考古队员贴在舰体上的材料块可以是______（填字母序号）。
A．铝锌合金 B．石墨 C．铅 D．铜
②采用“牺牲阳极的阴极保护法”后，水下舰体上正极的电极反应式为___________________________。
（3）考古队员将舰船上的部分文物打捞出水后，采取脱盐、干燥等措施防止文物继续被腐蚀。从电化学原理的角度分析“脱盐、干燥”的防腐原理：________________________________________。
题组B 能力提升练
1．为防止铁管道腐蚀分别采取了如下甲、乙两种方法，下列有关说法错误的是（ ）。

A．方法甲叫作牺牲阳极保护法，R可以选择Zn、Cu等金属
B．方法乙叫作外加电流阴极保护法
C．两种方法的实质均是阻止铁发生氧化反应而腐蚀
D．在潮湿的酸性土壤中，铁管道主要发生析氢腐蚀
2．（2022·广东省等级考）为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是（ ）。
A．加入AgNO3溶液产生沉淀
B．加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C．加入KSCN溶液无红色出现
D．加入K3［Fe（CN）6］溶液无蓝色沉淀生成
3．（济南大学城实验高中2021~2022学年高二阶段性调研）考古中出土的锡青铜（铜锡合金）文物常有Cu2（OH）3Cl覆盖在其表面。下列说法正确的是（ ）。
A．锡青铜的熔点比纯铜高
B．锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快
C．锡青铜中的锡加速了铜的腐蚀速度
D．生成Cu2（OH）3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程
4．用铁柳钉固定铜板，通常会发生腐蚀如下图所示，下列说法不正确的是（ ）。

A．铁柳钉作负极被锈蚀
B．铁失去电子通过水膜传递给O2
C．正极反应：O2+4e－+2H2O＝4OH－
D．铁钉变化过程：Fe→Fe2+→Fe（OH）2→Fe（OH）3→Fe2O3·xH2O
5．如图所示，装置中都盛有0.1mol·L－1的NaCl溶液，放置一定时间后，装置中的四块相同的锌片腐蚀速率由快到慢的正确顺序是（ ）。

A．①②③④ B．①②④③
C．③①④② D．②①④③
6．（北京市西城区2022年高三3月模拟）研究小组将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞（如图1）。从胶头滴管中滴入醋酸溶液，容器中的压强随时间的变化曲线如图2。下列说法不正确的是（ ）。

A．0~t1时压强增大的原因不一定是铁发生了析氢腐蚀
B．铁粉发生反应：Fe－3e－＝Fe3+
C．碳粉上发生了还原反应
D．t2时，容器中压强明显小于起始压强，原因是铁发生了吸氧腐蚀
7．金属腐蚀的电化学原理可用如图模拟。

（1）请写出有关电极反应式：
①铁棒上电极反应式：___________________。
②碳棒上电极反应式：___________________。
（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溶液改为稀硫酸溶液，则此图可表示________（填“析氢”或“吸氧”）腐蚀原理；若用牺牲阳极保护法来保护铁棒不被腐蚀溶解，即可将碳棒改为________棒。
8．铝的阳极氧化，是一种常用的金属表面处理技术，它能使铝的表面生成一层致密的氧化膜，该氧化膜不溶于稀硫酸。某化学研究小组在实验室中按下列步骤模拟该生产过程。填写下列空白：
（1）配制实验用的溶液。要配制200mL密度为1.2g·cm－3的溶质质量分数为16％的NaOH溶液，需要称取_______gNaOH固体。
（2）把铝片浸入热的16％NaOH溶液中约半分钟左右洗去油污，除去表面的氧化膜，取出用水冲洗。写出除去氧化膜的离子方程式____________________________。
（3）如图，组装好仪器，接通开关K，通电约25min。在阳极生成氧化铝，阴极产生气体。写出该过程中的电极反应式：阳极：__________________________________；阴极：____________________________；

（4）断开电路，取出铝片，用1％稀氨水中和表面的酸液，再用水冲洗干净。写出该过程发生反应的离子方程式______________________________。
题组C 培优拔尖练
1．（2022·辽宁省选择考）镀锌铁钉放入棕色的碘水中，溶液褪色；取出铁钉后加入少量漂白粉，溶液恢复棕色；加入CCl4，振荡，静置，液体分层。下列说法正确的是（ ）。
A．褪色原因为I2被Fe还原
B．液体分层后，上层呈紫红色
C．镀锌铁钉比镀锡铁钉更易生锈
D．溶液恢复棕色的原因为I－被氧化
2．（2021·成都实验中学高二上期中）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：SO42－+5H2O+8e－＝HS－+9OH－
B．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Fe2O3·xH2O
D．管道上刷富锌油漆可以延缓管道的腐蚀
3．青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀原理如图所示：多孔催化层中的Cl－扩散到孔口，与电极产物作用生成多孔粉状锈Cu2（OH）3Cl，下列说法正确的是（ ）。

A．此过程为电化学腐蚀中的析氢腐蚀
B．电极b发生的反应：O2+4e－+2H2O＝4OH－
C．生成Cu2（OH）3Cl的反应：2Cu2++3H2O+Cl－＝Cu2（OH）3Cl↓+3H+
D．若采用牺牲阳极的阴极保护法保护青铜器是利用了电解的原理
4．在一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如表所示，下列说法正确的是（ ）。
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2+
Fe3O4
Fe2O3
FeO2－
A．当pH＜6.5时，碳钢主要发生化学腐蚀
B．当pH＜4和pH＞13.5时，碳钢主要发生析氢腐蚀
C．pH越大，碳钢的腐蚀速率越慢
D．pH＝14时，负极反应为4OH－+Fe－3e－＝FeO2－+2H2O
5．某小组同学研究84消毒液（主要成分为NaClO）对铁的腐蚀作用：将等量的铁钉（铁碳合金）和纯铁粉分别浸没于10mL84消毒液中，记录现象如下：

1小时
2小时
5小时
铁钉
无明显现象
铁钉表面出现少量红褐色物质
铁钉表面“生长”出大量红褐色物质
纯铁粉
无明显现象
无明显现象
无明显现象
下列说法正确的是（ ）。
A．铁钉主要发生的是化学腐蚀
B．铁钉腐蚀后的溶液中c（Cl－）增大
C．铁粉的腐蚀速率慢主要是由于其表面积大
D．84消毒液有强氧化性，因此Fe被腐蚀时发生：Fe－3e－＝Fe3+
6．在潮湿的深层土壤中，钢管主要发生厌氧腐蚀，有关厌氧腐蚀的机理有多种，其中一种理论为厌氧细菌可促使SO42－与H2反应生成S2－，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O2+4e－+2H2O4OH－
B．钢管腐蚀的直接产物中含有FeS、Fe（OH）2
C．SO42－与H2的反应可表示为4H2+SO42－－8e－S2－+4H2O
D．在钢管表面镀锌或铜可减缓钢管的腐蚀
7．（1）某兴趣小组利用如图所示装置进行实验。

闭合K1，U形管内除电极上有气泡外，还可观察到的现象是_____________________；在A注射器收集到的气体是_______，阳极电极反应式为______________。当电路中转移0.001mol电子时，B注射器最多可以收集到气体_______mL（折算为标准状况）。
（2）某兴趣小组利用如图所示装置进行实验，对钢铁的电化学腐蚀原理进行探究。

①首先向锥形瓶内加入铁粉和碳粉的混合物、氯化钠溶液，半分钟后发现U型管内左侧液面高过右侧液面，这现象说明，在中性条件下发生_______腐蚀，请写出该反应的电极反应方程式
负极：_____________________；正极：_____________________。
②清洗锥形瓶后，重新加入铁粉和碳粉的混合物，加入1mol/L醋酸溶液，半分钟后发现U型管内左侧液面高过右侧液面，这一现象说明，前半分钟_______腐蚀占优势，请写出这时正极主要的电极反应方程式_____________________，5分钟后发现U型管内右侧液面高过左侧液面，此时_______腐蚀占据优势，请写出此时正极的电极反应方程式_____________________。
8．（2021~2022学年安徽马鞍山高二下学期期末检测）中国传统的农具、兵器曾大量使用铁，铁器的修复是文物保护的重要课题。

战国时期的铁制农具
（1）潮湿环境中，铁器发生电化学腐蚀的负极反应式是_______________。
（2）铁器表面氧化层的成分有多种，性质如下：
成分
Fe3O4
FeO（OH）
FeOCl
性质
致密
疏松
疏松
①Fe（OH）2被空气氧化为Fe3O4的化学方程式是_________________。
②在有氧条件下，Fe3O4在含Cl－溶液中会转化为FeOCl，将相关反应的离子方程式补充完整：
4Fe3O4+O2++H2O＝FeOCl+
（3）化学修复可以使FeOCl转化为Fe3O4致密保护层：用Na2SO3和NaOH混合溶液浸泡锈蚀的铁器，一段时间后取出，再用NaOH溶液反复洗涤。
①FeOCl在NaOH的作用下转变为FeO（OH），推测溶解度FeOCl_____FeO（OH）（填“＞”或“＜”）。
②Na2SO3的作用是___________________。
③检验FeOCl转化完全的操作和现象是___________________。