第18讲金属的腐蚀与防护2024年高考化学精准一轮复习讲义（原卷版）

第18讲金属的腐蚀与防护（原卷版）知识主线：一、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2．本质：金属本身失去电子变成阳离子的过程(发生氧化反应)，M－ne－=Mn＋3．金属腐蚀的类型——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：金属和接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀，其腐蚀过程没有电流产生(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，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。电化学腐蚀过程有电流产生(3)化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀概念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，如：铁与氯气直接反应而腐蚀，输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀等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本质金属和非电解质或其它物质相接触直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀发生原电池反应特点腐蚀过程没有电流产生，腐蚀的速率随温度升高而加快电化学腐蚀过程有微弱电流产生联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍4．电化学腐蚀的分类——钢铁的电化学腐蚀类型析氢腐蚀(腐蚀过程中不断有氢气放出)吸氧腐蚀(反应过程吸收氧气)示意图条件水膜酸性较强水膜酸性很弱或呈中性电极材料及反应负极(Fe)Fe－2e－=Fe2＋Fe－2e－=Fe2＋正极(碳)2H＋＋2e－=H2↑O2＋2H2O＋4e－=4OH－总反应Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O联系吸氧腐蚀更普遍【注意】①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②钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极均是Fe失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋③一般情况下，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，金属活动顺序表中氢后的金属不能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀=4\*GB3④金属活动顺序表中氢之前、镁之后金属的电化学腐蚀与钢铁的电化学腐蚀相似5．判断金属腐蚀快慢的规律(1)同一金属在相同电解质溶液中，金属腐蚀的快慢：电解原理引起的腐蚀(即电解池的阳极)＞原电池原理引起的腐蚀(即原电池的负极)＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀(即电解池的阴极、原电池的正极及加有镀层的金属等)(2)同一金属在不同电解质溶液中，金属腐蚀的快慢：强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液(3)活动性不同的两种金属，活动性越强，腐蚀得越快(4)同一金属在相同电解质溶液中，电解质浓度越大，腐蚀越快二、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：把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢产品；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。(1)在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质(2)用电镀的方法，在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如：锌、锡、铬、镍等(3)工业上常利用一些溶液的氧化作用，在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜(4)利用阳极氧化处理铝制品的表面，使之形成致密的氧化膜而钝化(5)采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面可以形成稳定的钝化膜3．电化学防护法(1)牺牲阳极法——原电池原理原理利用原电池原理，让被保护金属做正极，一种活泼性较强的金属做负极，用导线相连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(2)外加电流法——电解原理原理利用电解池原理，把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者均放在电解质溶液里，接外加直流电源。通电后，调整外加电压，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零。在这个系统中，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护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(3)两种保护方法的比较：外加电流法保护效果大于牺牲阳极法例1．下列实验方案能达到实验目的的是A．装置验证CuSO4对H2O2分解反应有催化作用B．装置除去CCl4中的Br2C．装置用铁氰化钾溶液验证牺牲阳极法D．装置验证非金属性：Cl＞C＞Si例2．研究小组将混合均匀的铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入一定浓度醋酸溶液，进行铁的电化学腐蚀实验，容器中的压强随时间的变化曲线如图2。下列说法正确的是A．0t1时压强增大的原因可能是铁腐蚀放出热量B．铁被氧化的电极反应式为：C．碳粉上发生了氧化反应D．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能例3．某同学按图示装置进行实验，大头针固定固体，塑料瓶盛放液体试剂。实验时先打开止水夹，手指压紧小孔并挤压塑料瓶，使液体试剂沿玻璃管上升至完全充满，排尽玻璃管中空气，立即关闭止水夹，一会儿后，手指堵住小孔，打开止水夹。下列所加液体试剂、对应现象及结论均正确的是选项固体液体试剂现象结论A钠块水钠块熔化成小球并浮在水面上；打开止水夹，点燃气体，火焰呈淡蓝色钠块与水反应产生氢气B铝条溶液先有沉淀生成，后沉淀溶解；打开止水夹，点燃气体，火焰呈淡蓝色铝条与氢氧化钠溶液反应产生氢气C铜丝稀产生红棕色气体，溶液呈蓝色铜丝与稀硝酸反应产生D铁丝食盐水打开止水夹，并松开小孔片刻，关闭止水夹，发现塑料瓶中液面下降铁丝发生了析氢腐蚀A．A B．B C．C D．D例4．下列方案设计、现象和结论正确的是方案设计现象和结论A将裹有锌皮的铁钉放入滴加了酚酞和的热琼脂溶液中观察到锌皮附近的琼脂变红色，则锌皮发生了电化学腐蚀，锌做负极B向溶液中加入醋酸，将产生的气体通入苯酚钠水溶液中观察到苯酚钠溶液变浑浊，说明碳酸的酸性比苯酚强C向放有少量脱脂棉的试管中加入几滴和几滴浓硫酸，充分搅拌后，加入新制悬浊液，加热未观察到砖红色沉淀生成，说明纤维素没有发生水解D在大试管中加入苯酚、过量的质量分数为的甲醛溶液，置于水浴中加热片刻，加入浓氨水，继续在水浴中加热观察到固体生成，固体为网状结构的酚醛树脂A．A B．B C．C D．D例5．是铁锈的主要成分，下列说法正确的是A．在纯氧中受热可以生成B．的检验，可用溶液，生成蓝色溶液C．铁元素位于周期表中第四周期，第ⅧB族D．钢铁发生吸氧腐蚀可形成铁锈()，负极反应式为例6．化学在生活、社会、环境和科技进步方面发挥着重要的作用，下列说法正确的是A．针对新冠肺炎疫情，用无水酒精、双氧水对环境进行杀菌消毒B．“朝坛雾卷，曙岭烟沉”中的雾是一种气溶胶，能产生丁达尔现象C．2022年北京冬奥会速滑竞赛服使用了蜂窝样式的聚氨酯材料，属于天然有机高分子材料D．“世界铜像之王”三星堆青铜大立人属于合金，其深埋于地下生锈是发生了析氢腐蚀例7．类比是预测物质性质与化学反应的重要方法，下列类比结果合理的是A．Br2的沸点高于Cl2，则单晶硅的沸点高于金刚石B．SiCl4可以水解生成原硅酸和盐酸，则PCl5可以水解生成磷酸和盐酸C．原子核外电子先填满L层再填M层，则电子先填满M层再填N层D．铁碳合金插入稀硫酸发生析氢腐蚀，则铜碳合金插入稀硫酸会发生析氢腐蚀例8．下列实验装置(部分夹持装置略)或现象错误的是A．图①：观察到钠燃烧的火焰颜色为黄色，且有淡黄色固体生成B．图②：两支试管中滴入酚酞溶液后，甲中溶液为红色，乙中溶液为浅红色C．图③：一段时间后，观察到右侧导管有一段高于液面的水柱D．图④：石蜡油受热分解，右侧试管盛放的酸性溶液褪色例9．下列现象与电化学腐蚀无关的是A．铜锌合金(黄铜)不易被腐蚀B．银质物品久置表面变黑C．附有银制配件的铁制品其接触处易生锈D．铁锅炒菜后未洗净擦干容易生锈例10．下列实验方案能达到实验目的的是选项ABCD实验方案实验目的验证CuSO4对H2O2分解反应有催化作用进行喷泉实验验证非金属性：Cl＞C＞Si用铁氰化钾溶液验证牺牲阳极的阴极保护法A．A B．B C．C D．D1．钢铁工业是国家工业的基础，钢铁生锈现象却随处可见，为此每年国家损失大量资金。(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的正极电极反应式为：(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图①所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用。A．铜

B．钠

C．锌

D．石墨(3)图②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。(4)钢铁的防护除了用电化学保护方法之外，在钢铁制品表面镀铜也可以有效地防止其腐蚀，电镀的装置如图所示：①电镀装置图的“直流电源”中，填“a”或“b”是正极。Fe电极反应式为；②接通电源前，装置图中的铜、铁两个电极质量相等，电镀完成后，将两个电极取出，用水小心冲洗干净、烘干，然后称量，二者质量之差为5.12g，由此计算电镀过程中电路中通过电子的物质的量为。③上述铁镀件破损后，铁更容易被腐蚀。请简要说明镀铜铁镀件破损后，铁更容易被腐蚀的原因：。2．中国的高铁技术居于国际领先地位。(1)我国高铁轨道目前使用的高锰钢轨属于（填“铁合金”或“单质铁”）(2)雨后的铁轨表面易产生少量的锈迹，这是因为铁轨在潮湿的空气中形成许多微小的原电池，发生（填“电化学腐蚀”或“化学腐蚀”），其中负极材料是，负极的电极反应式；(3)铺设在隧道中的钢轨每隔一根轨枕系一块锌片，这是采用电化学的方法（填“牺牲阳极的阴极保护法”或“外加电流的阴极保护法”）来保护铁轨，防止锈蚀。3．(1)检测人的血液中葡萄糖(简称血糖，相对分子质量为180)的含量，参考指标常以两种计量单位表示，即“mmol/L”和“mg/dL”(1L=10dL)。以“mmol/L”表示时，人的血糖正常值为3.61~6.11mmol/L之间。如果以“mg/dL”表示，若某人的血糖检测结果是92mg/dL，他的血糖正常吗（填正常或不正常）(2)某工厂的工业废水中含有大量的FeSO4、较多的Cu2+和少量的Na+。为了减少污染并变废为宝，工厂计划从该废水中回收硫酸亚铁和金属铜。请根据流程图，在方框和括号内填写物质名称(或主要成分的化学式)或操作方法，完成回收硫酸亚铁和铜的简单实验方案。(3)如图，验证牺牲阳极的阴极保护法时，往Fe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有无变化.请回答：①.电压表指针有何变化原因是②.请写出Fe2+与[Fe(CN)6]3−反应的离子方程式：(4)K3[Fe(C2O4)3]·3H2O（三草酸合铁酸钾）为亮绿色晶体，可用于晒制蓝图。晒制蓝图时，用K3[Fe(C2O4)3]·3H2O作感光剂，以K3[Fe(CN)6]溶液为显色剂。其光解反应的化学方程式为：2K3[Fe(C2O4)3]2FeC2O4+3K2C2O4+2CO2↑；显色反应的化学方程式为。4．Ⅰ、铁能形成多种价态的化合物，单质铁能被众多的氧化剂所氧化。（1）将5.6g的生铁与足量的稀盐酸反应，生成H2的质量0.2g(填“>”“<”“=”)，向此生铁上滴加几滴稀硝酸，写出反应的离子方程式：。（2）配制FeCl3溶液时常会出现浑浊现象，其原因是(用离子方程式表示)。室温下配制5mol/L200mLFeCl3溶液，至少需要添加mL2mol/L的盐酸才会不出现浑浊（已知室温时Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10－38，忽略加入盐酸对溶液体积的影响）。（3）钢铁制品易生锈，导致其生锈的最主要原因是发生了腐蚀；用NaOH、NaNO2等溶液对铁制品进行钝化处理可提高其抗腐蚀能力，下面是处理过程中所发生的一个反应：Na2FeO2+_____NaNO2+_____H2O===_____Na2Fe2O4+_____NH3↑+_____，请完善该反应方程式。II、硝化法是一种古老的生产硫酸的方法，同时实现了氮氧化物的循环转化，主要反应为NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)△H＝－41.8kJ·mol－1（1）下列说法中可以说明该反应已达到平衡状态的是。

a.体系内混合气体的密度保持不变

b.

c.容器内气体的总压强保持不变

d.NO体积分数不再改变（2）某温度下，NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)的平衡常数k=2.25，该温度下在甲、乙、丙三个体积为2L的恒容密闭容器中，投入NO2(g)和SO2(g)，其起始浓度如下表所示。起始浓度甲乙丙c(NO2)/mol/Lc(SO2)/mol/L①10min后，甲中达到平衡，则甲中反应的平均速率。②丙达到平衡所用的时间(填“<”“>”“=”)10min，达到平衡后，设甲、乙、丙中SO2(g)的转化率分别为a、b、c，则三者的大小关系为。5．锡是一种银白色金属，在生产、生活中有着重要的用途，在化合物中主要呈现+2和+4价。（l）我国云南个旧锡矿闻名于世，其主要成分为SnO2。用焦炭作还原剂，在高温下用该矿石可制得粗锡，该反应的化学方程式为。（2）马口铁是在铁皮表面镀一层金属锡。马口铁破损后，负极上的电极反应是。（3）锡的氯化物有SnCl2和SnCl4。SnCl2是生产和化学实验中常用的还原剂，易发生水解；SnCl4常温下是无色液体，在空气中极易水解，熔点36℃，沸点114℃。①若实验室中以SnCl2固体配制SnCl2溶液，试简述操作方法。②SnCl4蒸气遇氨及水汽呈浓烟状，因而可制作烟幕弹，其反应的化学方程式为。（4）Sn(OH)2具有明显的两性，在碱性条件下以Sn(OH)3的形式存在。写出Sn(OH)2发生酸式电离的电离方程式。（5）SnS2是黄色固体，俗称“金粉”，将H2S通入SnCl4溶液中可得SnS2沉淀，写出该反应的离子方程式。（6）某同学对微电子器件生产的锡粉设计如下方法进行纯度测定：①取试样溶于稀硫酸中（杂质不参与反应），使Sn完全转化为Sn2+；②加入过量的Fe2(SO4)32Cr2O7溶液滴定（产物中Cr呈+3价）；④根据数据计算出锡粉的纯度。步骤②中加入Fe2(SO4)3的作用是；用离子方程式表示K2Cr2O7溶液进行滴定实验的原理。6．铜是一种重要的有色金属，近年来用途越来越广泛．请回答下列问题：（1）下列四种化合物中含铜量最高的是（填字母）A．Cu5FeS4B．CuFeS2C．Cu2SD．Cu2（OH）2CO3（2）2014年我国精炼铜产量796万吨，若全部由含Cu2S质量分数为32%的铜矿石冶炼得到，则需要铜矿石质量为万吨．（保留一位小数）（3）可溶性铜盐常用于生产其它含铜化合物．在KOH溶液中加入一定量的CuSO4溶液，再加入一定量的还原剂﹣﹣肼（N2H4），加热并保持温度在90℃，生成一种对环境无污染的气体，反应完全后，分离，洗涤，真空干燥得到纳米氧化亚铜固体（Cu2O）．①该制备过程的反应方程式为．②工业上常用的固液分离设备有（填字母）A．离心机

B．分馏塔

C．框式压滤机

D．反应釜（4）我国出土的青铜器工艺精湛，具有很高的艺术价值和历史价值．但出土的青铜器大多受到环境腐蚀．如图是青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图：①腐蚀过程中，负极是（填“a”“b”或“c”），正极反应方程式为．②环境中的Cl﹣扩散到孔口，并与正极产物和负极产物生成多孔粉状锈Cu2（OH）3Cl，其离子方程式为．7．电化学原理在金属腐蚀、能量转换、物质合成等方面应用广泛。（1）通常可用图l、图2所示的两种方式减缓海水埘钢闸门A的腐蚀，则图l中材料B通常选择(填字母序号)，图2中材料C最好选择(填字母序号)。a．钠块

b．铜块

c．锌块

d．石墨

图3

图4则图2中C上发生的主要电极反应式为。（2）镁燃料电池在可移动电子设备电源和备用电源等方面应用前景广阔。图3为“镁—次氯酸盐”燃料电池原理示意图，电极为镁合金和铂合金。①D为该燃料电池的极(填“正”或“负”)。E电极上的电极反应式为。②镁燃料电池负极容易发生自腐蚀使负极利用率降低，该过程中产生的气体a为(填化学式)。（3）乙醇酸(HOOC—CHO)是有机合成的重要中间体。工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸，原理如图4所示，该装置中阴、阳两极为惰性电极，两极室均可产生乙醛酸。①乙二醛(OHC—CHO)与M电极的气体产物反应生成乙醛酸，则反应的化学方程式为。+通过质子交换膜，并完全参与了反应，则该装置中生成的乙醛酸为mol。8．电化学原理在防止金属腐蚀、能量转换、物质合成等方面应用广泛。（1）图1中，为了减缓海水对钢闸门A的腐蚀，材料B可以选择（填字母序号）。a．碳棒

b．锌板

c．铜板用电化学原理解释材料B需定期拆换的原因：。（2）图2中，钢闸门C做极。用氯化钠溶液模拟海水进行实验，D为石墨块，则D上的电极反应式为，检测该电极反应产物的方法是。（3）镁燃料电池在可移动电子设备电源和备用电源等方面应用前景广阔。图3为“镁—次氯酸盐”燃料电池原理示意图，电极为镁合金和