第09讲 金属的腐蚀与防护（学生版）

第09第09讲金属的腐蚀与防护知识导航知识导航知识精讲知识精讲一、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。2．实质：金属失电子变成阳离子，被氧化，其反应为：M-ne-=Mn+（M为金属元素）。3．分类：分类化学腐蚀电化学腐蚀条件与其表面接触的一些物质O2、Cl2、SO2等现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼的金属被氧化联系化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，速率更快二、钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀图示条件水膜呈较强酸性（pH≤4.3）水膜呈弱酸性、中性或碱性负极反应正极反应总反应式其他反应Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3﹣x)H2O联系通常两种腐蚀同时存在，但吸氧腐蚀更普遍三、金属的防护1．电化学防护法牺牲阳极的阴极保护法外加电流的阴极保护法原理________原理________原理电极要求被保护的金属作______极，活泼性更强的金属作______极被保护的金属作为_____极，与电源的____极相连应用锅炉内壁、船舶外壳安装镁合金或锌块钢铁闸门，地下管道连接电源负极2．其他保护方法（1）改变金属组成和结构把金属制成防腐的合金，如含铬、镍、硅等合金元素的不锈钢具有很好的抗腐蚀性能。（2）金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖致密的保护层，如喷油漆、涂油脂、镀抗腐蚀金属等。四、金属腐蚀快慢规律同一金属在相同电解质溶液中，腐蚀快慢如下：对点训练对点训练题型一：金属的化学腐蚀与电化学腐蚀【例1】（2021·四川郫都·高二期中）下列有关金属腐蚀的说法，正确的是A．化学腐蚀比电化学腐蚀要普遍得多B．化学腐蚀和电化学腐蚀不可能同时发生C．化学腐蚀比电化学腐蚀的腐蚀速度要快得多D．电化学腐蚀过程伴随有电流产生，而化学腐蚀过程没有题型二：析氢腐蚀与吸氧腐蚀【变2-2】（2021·吉林·长春十一高高三阶段练习）用压强传感器探究生铁在pH=2和pH=4醋酸溶液中发生腐蚀的装置及得到的图像如下，分析图像，以下结论错误的是A．溶液pH≤2时，生铁发生析氢腐蚀B．生铁的腐蚀中电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍C．在酸性溶液中生铁不可能发生吸氧腐蚀D．两溶液中负极反应均为：Fe–2e-=Fe2+题型三：金属的防护【变3-2】（2021·山东省济钢高级中学高二阶段练习）钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的三分之一。请回答钢铁在腐蚀、防护过程中的有关问题。（1）在实际生产中，可在铁件的表面镀上锌保护层或锡保护层防止铁被腐蚀。镀层破损后，镀锡铁和镀锌铁更容易被腐蚀的是______。(填“镀锡铁”或“镀锌铁”)（2）下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀______。A．B．C．D．

（3）利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。①若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于_____处。假设海水中只有NaCl溶质，写出此时总离子反应方程式：_____。②若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为_____，写出铁电极处的电极反应式：_____。题型四：金属的腐蚀与防护综合【例4】（2021·福建福州·高二期中）铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：序号内容实验现象1常温下将铁钉放在潮湿空气中一小时铁钉表面依然光亮2常温下将铁钉放在潮湿的空气中一个月铁钉表面已变得灰暗3常温下将铁钉放在干燥空气中一个月干燥的铁钉表面依然光亮4将潮湿的铁钉放在常温的氧气流中一小时铁钉表面略显灰暗5将潮湿的铁钉放在高于常温的氧气流中一小时铁钉表面已变得灰暗6将铁钉放在燃煤的厨房中一个月铁钉表面已变得灰暗7将浸过氯化钠溶液的铁钉放在高于常温的氧气流中一小时铁钉表面灰暗程度比实验5严重（1）上述实验中发生了吸氧腐蚀的是___________(根据实验现象填序号，下同)，正极反应式是___________；（2）发生的腐蚀是析氢腐蚀的是___________(填序号)负极反应式是___________。（3）由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素有_____(填两项)；（4）为防止铁的锈蚀，地下埋的水管可采用外加电流的阴极保护法，请列举工业上普遍采用的其它方法是___________(答两种方法)。【例7】（2021·河南南阳·高二期中）研究金属腐蚀和防护的原理很有现实意义。（1）图甲为探究钢铁的吸氧腐蚀的装置。某兴趣小组按该装置进行实验，发现导管中水柱上升缓慢，下列措施可以更快、更清晰地观察到水柱上升现象的有_______(填序号)。A．用纯氧气代替具支试管内空气B．用酒精灯加热具支试管提高温度C．将铁钉换成铁粉和碳粉混合粉末并加入少许食盐水D．将玻璃导管换成更细的导管，水中滴加红墨水（2）该小组将图甲装置改进成图乙装置并进行实验，导管中红墨水液柱高度随时间的变化如表所示，根据数据可判断腐蚀的速率随时间变化逐渐_______(填“加快”“减慢”或“不变”)，你认为影响钢铁腐蚀的因素为_______。时间/min13579液柱高度/cm0.82.13.03.74.2（3）为探究图乙中a、b两点所发生的反应，进行以下实验，请完成表中空白：实验操作实验现象实验结论向NaCl溶液中滴加2~3滴酚酞溶液a点附近溶液出现红色a点电极反应为_______一段时间后再滴加2~3滴铁氰化钾溶液b点周围出现蓝色沉淀b点电极反应为Fe-2e-=Fe2+（4）设计图丙装置研究弱酸性环境中腐蚀的主要形式。测定锥形瓶内气压和空气中氧气的体积分数随时间变化如图丁所示，从图丁中可分析，t1~t2s之间主要发生_______(填“吸氧”或“析氢”)腐蚀，原因是_______。（5）金属阳极钝化是一种电化学防护方法。将Fe作阳极置于H2SO4溶液中，一定条件下，Fe钝化形成致密Fe3O4氧化膜，试写出该阳极的电极反应_______。提分特训提分特训【题1】（2021·全国·高二课时练习）某地下了一场酸雨，在这种环境中的铁制品极易被腐蚀。对该条件下铁制品发生电化学腐蚀的叙述正确的是A．该电化学腐蚀是析氢腐蚀 B．正极反应式：C．原电池反应减缓了铁制品的腐蚀 D．负极反应式：【题2】（2021·北京十八中高二开学考试）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【题3】（2021·山东·菏泽一中高二期中）下列事实不能用原电池原理解释的是A．白铁(镀锌)制品比一般铁器耐腐蚀B．铁片、铝片在冷的浓硫酸中钝化C．工程施工队在铁制水管外刷一层“银粉”D．纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量溶液后反应速率加快【题4】（2021·河北石家庄·高三阶段练习）点蚀又称为孔蚀，是一种集中于金属表面很小的范围并深入到金属内部的腐蚀形态。某铁合金钝化膜破损后的孔蚀如图，下列说法正确的是A．为防止孔蚀发生可以将外接电源正极与金属相连B．蚀孔外每吸收2.24LO2，可氧化0.2molFeC．由于孔蚀中Fe3+水解导致电解质酸性增强D．孔隙中可以发生析氢腐蚀【题6】（2019·重庆南开中学高三阶段练习）以NaCl为主要成分的融雪剂会腐蚀桥梁、铁轨等钢铁设备。某研究小组探究NaCl溶液对钢铁腐蚀的影响。（1）将滤纸用3.5%的NaCl溶液润湿，涂上铁粉、碳粉的混合物，贴在表面皿上。在滤纸上加几滴检验试剂，再缓慢加入NaCl溶液至没过滤纸，操作如下所示：①实验ⅰ的现象说明，得电子的物质是_______________________________。②碳粉的作用是___________________________________________________。③为了说明NaCl的作用，需要补充的对照实验是_____________________。（2）向如图示装置的烧杯a、b中各加入30mL3.5%的NaCl溶液，闭合K，指针未发生偏转。加热烧杯a，指针向右偏转。①取a、b中溶液少量，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，a中出现蓝色沉淀，b中无变化，b中铁片作________极。②加热后，指针发生偏转的原因可能是_____________________。（3）用（2）中图示装置探究不同浓度NaCl溶液对钢铁腐蚀的影响，向烧杯a、b中各加入30mL不同质量分数的NaCl溶液，实验记录如下表所示。实验ab指针偏转方向I0.1%0.01%向右II0.1%3.5%向左Ⅲ3.5%饱和溶液向右①Ⅱ中，b中电极发生的电极反应式是_______________________________。②Ⅲ中，铁在饱和NaCl溶液中不易被腐蚀。查阅资料可知：在饱和NaCl溶液中O2浓度较低，钢铁不易被腐蚀。设计实验证明：_______________________________。（4）根据上述实验，对钢铁腐蚀有影响的因素是_______________________________。提分作业提分作业【练1】（2021·浙江嘉兴·高二期末）下列关于金属腐蚀的说法错误的是A．河水中的钢闸门连接电源的负极，使用的是外加电流的阴极保护法B．金属腐蚀的实质就是金属原子失去电子被氧化的过程C．镀锌铁皮(白铁皮)的镀层破损后铁皮仍耐腐蚀D．钢铁在潮湿的空气中生锈，主要发生了析氢腐蚀【练2】（2021·全国·高二课时练习）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．t1~t2时，铁一定发生了吸氧腐蚀C．负极反应为：Fe-3e-=Fe3+D．用于润洗锥形瓶的溶液一定显酸性【练3】（2021·广东天河·高二期末）一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下：pH2466.5813.514腐蚀快慢较快慢较快主要产物Fe2+Fe3O4Fe2O3FeO下列说法不正确的是A．在pH<4的溶液中，碳钢腐蚀的负极反应式为Fe-2e-=Fe2+B．在pH>6的溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀C．在pH>14的溶液中，碳钢腐蚀的正极反应式为O2+4OH-+4e-=2H2OD．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减慢【练4】（2021·福建·文博中学高一期中）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稀醋酸溶液，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．红墨水柱两边的液面为左低右高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【练5】（2021·贵州·高二学业考试）下列不能有效防止钢铁锈蚀的措施是A．将钢铁与锌板相连 B．将钢铁置于潮湿的空气中C．在钢铁表面喷油漆 D．将钢铁与直流电源负极相连【练6】（2021·浙江温州·高二期中）下列关于电化学腐蚀及防护的说法不正确的是A．“牺牲阳极的阴极保护法”就是将被保护的钢铁设备连接到外接直流电源的负极B．白铁皮是在薄钢板表面镀锌，即便镀层破损，仍然可以保护钢板不被腐蚀C．在钢铁制品表面喷漆、涂油、镀铬或覆盖搪瓷、塑料都可以避免钢铁腐蚀D．钢铁表面吸附的溶有氧气的水膜酸性很弱时，仍然以吸氧腐蚀为主【练7】（2019·陕西·西安电子科技大学附属中学太白校区高二期中）如图，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：(1)若液面上升，则溶液呈______性，发生______腐蚀，电极反应式为：负极：______________，正极：___________________。(2)若液面下降，则溶液呈________性，发生_________腐蚀，电极反应式为：负极：______________；正极：__________________。【练9】（2020·福建·三明一中高二阶段练习）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。I．如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有氯化铵（显酸性）溶液和食盐水，各加入生铁块，放置一段时间均被腐蚀，这两种腐蚀都属于____腐蚀。（1）红墨水柱两边的液面变为左低右高，则_____（填“a”或“b”）边盛有食盐水。（2）b试管中铁发生的是_____腐蚀。II．下面两个图都是金属防护的例子。（3）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_______（从下面选项中选择），此方法叫做_____保护法。A．铜B．钠C．锌D．石墨（4）图乙方案也可以降低铁闸门腐蚀的速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的______极。（5）采取以上两种方法，_________（填“甲”或“乙”）种能使铁闸门保护得更好。第09讲第09讲金属的腐蚀与防护知识导航知识导航知识精讲知识精讲一、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。2．实质：金属失电子变成阳离子，被氧化，其反应为：M-ne-=Mn+（M为金属元素）。3．分类：分类化学腐蚀电化学腐蚀条件与其表面接触的一些物质O2、Cl2、SO2等现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼的金属被氧化联系化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，速率更快二、钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀图示条件水膜呈较强酸性（pH≤4.3）水膜呈弱酸性、中性或碱性负极反应正极反应总反应式其他反应Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3﹣x)H2O联系通常两种腐蚀同时存在，但吸氧腐蚀更普遍【答案】Fe-2e-=Fe2+2H++2e-=H2↑O2+2H2O+4e-=4OH-Fe+2H+=Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2三、金属的防护1．电化学防护法牺牲阳极的阴极保护法外加电流的阴极保护法原理________原理________原理电极要求被保护的金属作______极，活泼性更强的金属作______极被保护的金属作为_____极，与电源的____极相连应用锅炉内壁、船舶外壳安装镁合金或锌块钢铁闸门，地下管道连接电源负极【答案】原电池电解池正负阴负2．其他保护方法（1）改变金属组成和结构把金属制成防腐的合金，如含铬、镍、硅等合金元素的不锈钢具有很好的抗腐蚀性能。（2）金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖致密的保护层，如喷油漆、涂油脂、镀抗腐蚀金属等。四、金属腐蚀快慢规律同一金属在相同电解质溶液中，腐蚀快慢如下：对点训练对点训练题型一：金属的化学腐蚀与电化学腐蚀【例1】（2021·四川郫都·高二期中）下列有关金属腐蚀的说法，正确的是A．化学腐蚀比电化学腐蚀要普遍得多B．化学腐蚀和电化学腐蚀不可能同时发生C．化学腐蚀比电化学腐蚀的腐蚀速度要快得多D．电化学腐蚀过程伴随有电流产生，而化学腐蚀过程没有【答案】D【分析】化学腐蚀是金属与接触到的干燥气体或非电解质液体等直接发生反应而引起的腐蚀；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。【详解】A．金属一般都不纯，电化学腐蚀比化学腐蚀要普遍得多，故A错误；B．化学腐蚀和电化学腐蚀可能同时发生，故B错误；C．电化学腐蚀比化学腐蚀的腐蚀速度要快得多，故C错误；D．电化学腐蚀过程伴随有电流产生，而化学腐蚀过程没有，故D正确；故选D。题型二：析氢腐蚀与吸氧腐蚀【变2-2】（2021·吉林·长春十一高高三阶段练习）用压强传感器探究生铁在pH=2和pH=4醋酸溶液中发生腐蚀的装置及得到的图像如下，分析图像，以下结论错误的是A．溶液pH≤2时，生铁发生析氢腐蚀B．生铁的腐蚀中电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍C．在酸性溶液中生铁不可能发生吸氧腐蚀D．两溶液中负极反应均为：Fe–2e-=Fe2+【答案】C【分析】根据压强与时间关系图知，pH=2的醋酸溶液中压强随着反应的进行而逐渐增大，说明该反应发生析氢腐蚀，pH=4的醋酸溶液中压强随着反应的进行而逐渐减小，说明发生吸氧腐蚀，根据原电池原理来分析解答。【详解】A．根据pH=2的溶液中压强与时间的关系知，压强随着反应的进行而逐渐增大，说明该装置发生析氢腐蚀，则溶液pH≤2时，生铁发生析氢腐蚀，故A正确；B．金属的腐蚀以电化学腐蚀为主，所以生铁的腐蚀中电化学腐蚀更普遍，故B正确；C．pH=4的醋酸溶液中压强随着反应的进行而逐渐减小，说明发生吸氧腐蚀，pH=4的醋酸溶液呈酸性，所以在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀，故C错误；D．两个溶液中都发生电化学腐蚀，铁均作负极，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，故D正确；故选C。题型三：金属的防护【变3-2】（2021·山东省济钢高级中学高二阶段练习）钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的三分之一。请回答钢铁在腐蚀、防护过程中的有关问题。（1）在实际生产中，可在铁件的表面镀上锌保护层或锡保护层防止铁被腐蚀。镀层破损后，镀锡铁和镀锌铁更容易被腐蚀的是______。(填“镀锡铁”或“镀锌铁”)（2）下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀______。A．B．C．D．

（3）利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。①若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于_____处。假设海水中只有NaCl溶质，写出此时总离子反应方程式：_____。②若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为_____，写出铁电极处的电极反应式：_____。【答案】（1）镀锡铁（2）BD（3）N2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-牺牲阳极保护法(牺牲阳极的阴极保护法)O2+4e-+2H2O=4OH-【解析】（1）铁比锡活泼，形成原电池反应时，铁为负极，锡为正极，镀层破损后，镀锡铁比镀锌铁更容易被腐蚀，而锌比铁活泼，形成原电池反应时，铁为正极，锌为负极，铁难以被氧化；（2）A．形成原电池反应，铁为负极，碳为正极，为铁的吸氧腐蚀，故A错误；B．锌比铁活泼，铁为正极，被保护而难以腐蚀，故B正确；C．水中溶解氧气，铁可发生腐蚀，故C错误；D．铁连接电源负极，为阴极，被保护不易腐蚀，故D正确；故答案为BD；（3）①若X为碳棒，由于Fe比较活泼，为减缓铁的腐蚀，应使Fe为电解池的阴极，故K连接N处，假设海水中只有NaCl溶质，则此时总离子反应方程式为2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-；②若X为锌，开关K置于M处，Zn为负极被腐蚀，Fe为正极被保护，该防护法称为牺牲阳极的阴极保护法，正极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-。题型四：金属的腐蚀与防护综合【例4】（2021·福建福州·高二期中）铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：序号内容实验现象1常温下将铁钉放在潮湿空气中一小时铁钉表面依然光亮2常温下将铁钉放在潮湿的空气中一个月铁钉表面已变得灰暗3常温下将铁钉放在干燥空气中一个月干燥的铁钉表面依然光亮4将潮湿的铁钉放在常温的氧气流中一小时铁钉表面略显灰暗5将潮湿的铁钉放在高于常温的氧气流中一小时铁钉表面已变得灰暗6将铁钉放在燃煤的厨房中一个月铁钉表面已变得灰暗7将浸过氯化钠溶液的铁钉放在高于常温的氧气流中一小时铁钉表面灰暗程度比实验5严重（1）上述实验中发生了吸氧腐蚀的是___________(根据实验现象填序号，下同)，正极反应式是___________；（2）发生的腐蚀是析氢腐蚀的是___________(填序号)负极反应式是___________。（3）由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素有_____(填两项)；（4）为防止铁的锈蚀，地下埋的水管可采用外加电流的阴极保护法，请列举工业上普遍采用的其它方法是___________(答两种方法)。【答案】（1）2457O2+2H2O+4e-=4OH－（2）6Fe-2e-=Fe2＋（3）温度、氧气浓度、电解质溶液等（4）覆盖保护层法；牺牲阳极的阴极保护法等其它合理方法【解析】（1）金属在中性或碱性环境下的腐蚀是吸氧腐蚀，上述实验中2、4、5、7都发生了吸氧腐蚀，都属于吸氧腐蚀，在电化学腐蚀中，正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH－。（2）金属在酸性环境下的腐蚀是析氢腐蚀，上述实验中6都发生了析氢腐蚀，都属于析氢腐蚀，在电化学腐蚀中，负极反应式为Fe-2e-=Fe2＋。（3）实验过程中改变的条件是温度、氧气浓度、电解质溶液、还有反应介质，故影响铁锈蚀速率的因素是温度、氧气浓度、电解质溶液等。（4）为防止铁的锈蚀，可以采用覆盖保护层法；牺牲阳极的阴极保护法等其它合理方法。【例7】（2021·河南南阳·高二期中）研究金属腐蚀和防护的原理很有现实意义。（1）图甲为探究钢铁的吸氧腐蚀的装置。某兴趣小组按该装置进行实验，发现导管中水柱上升缓慢，下列措施可以更快、更清晰地观察到水柱上升现象的有_______(填序号)。A．用纯氧气代替具支试管内空气B．用酒精灯加热具支试管提高温度C．将铁钉换成铁粉和碳粉混合粉末并加入少许食盐水D．将玻璃导管换成更细的导管，水中滴加红墨水（2）该小组将图甲装置改进成图乙装置并进行实验，导管中红墨水液柱高度随时间的变化如表所示，根据数据可判断腐蚀的速率随时间变化逐渐_______(填“加快”“减慢”或“不变”)，你认为影响钢铁腐蚀的因素为_______。时间/min13579液柱高度/cm0.82.13.03.74.2（3）为探究图乙中a、b两点所发生的反应，进行以下实验，请完成表中空白：实验操作实验现象实验结论向NaCl溶液中滴加2~3滴酚酞溶液a点附近溶液出现红色a点电极反应为_______一段时间后再滴加2~3滴铁氰化钾溶液b点周围出现蓝色沉淀b点电极反应为Fe-2e-=Fe2+（4）设计图丙装置研究弱酸性环境中腐蚀的主要形式。测定锥形瓶内气压和空气中氧气的体积分数随时间变化如图丁所示，从图丁中可分析，t1~t2s之间主要发生_______(填“吸氧”或“析氢”)腐蚀，原因是_______。（5）金属阳极钝化是一种电化学防护方法。将Fe作阳极置于H2SO4溶液中，一定条件下，Fe钝化形成致密Fe3O4氧化膜，试写出该阳极的电极反应_______。【答案】（1）ACD（2）减慢氧气的浓度（3）O2+4e-+2H2O=4OH-（4）吸氧容器内氧气含量和压强都降低，所以主要是发生吸氧腐蚀（5）3Fe-8e-+4H2O=Fe3O4+8H+【解析】（1）A．用纯氧气代替试管内空气，氧气的浓度增大，反应速率加快，故A正确；

B．用酒精灯加热试管提高温度，试管内气体受热压强增大，不能更快更清晰地观察到液柱上升，故B错误；

C．将铁钉换成铁粉和炭粉混合粉末，增大反应物的接触面积，反应速率加快，故C正确；

D．换成更细的导管，水中滴加红墨水，毛细尖嘴管上升的高度大于玻璃导管，且红墨水现象更明显，故D正确；

故答案为：ACD；（2）液柱高度变化值与铁腐蚀的速率成正比，分析2min时间内液柱高度变化值即可判断腐蚀的速率变化，2min时间内：1min～3、3～5、5～7、7～9min时间段液柱上升高度分别为：1.3cm、0.9cm、0.6cm、0.5cm，则铁腐蚀的速率逐渐减慢；由于铁的锈蚀是铁与氧气、水的反应，反应过程中不断消耗氧气，容器内氧气的浓度不断减小，反应速率逐渐减慢，相同时间内液柱上升的高度逐渐减弱，故答案为：减慢；氧气的浓度；（3）向NaCl溶液中滴加2～3滴酚酞溶液，并且a点附近溶液出现红色，说明a点电极上有OH-生成，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，故答案为：O2+4e-+2H2O=4OH-；（4）由图可知，0～t1时间内锥形瓶内压强增大，则0～t1时间内发生析氢腐蚀生成氢气，随着反应进行，容器内气体的压强降低，则酸不断消耗，溶液的酸性减弱，容器内发生了吸氧腐蚀，消耗氧气使容器内气体的压强降低，故答案为：吸氧；容器内氧气含量和压强都降低，所以主要是发生吸氧腐蚀；（5）Fe作阳极置于H2SO4溶液中，Fe钝化形成致密Fe3O4，阳极反应式为3Fe-8e-+4H2O=Fe3O4+8H+，故答案为：3Fe-8e-+4H2O=Fe3O4+8H+。提分特训提分特训【题1】（2021·全国·高二课时练习）某地下了一场酸雨，在这种环境中的铁制品极易被腐蚀。对该条件下铁制品发生电化学腐蚀的叙述正确的是A．该电化学腐蚀是析氢腐蚀 B．正极反应式：C．原电池反应减缓了铁制品的腐蚀 D．负极反应式：【答案】A【详解】A．铁制品中含有铁和碳，酸雨使水膜呈酸性，构成了原电池，会发生析氢腐蚀，故A正确；B．酸性环境中发生析氢腐蚀，正极反应为氢离子得电子生成氢气：2H++2e-=H2，故B错误；C．原电池反应会加快铁制品的腐蚀，故C错误；D．发生电化学腐蚀时金属铁被氧化为Fe2+，负极反应式为︰Fe-2e-=Fe2+，故D错误；故选A。【题2】（2021·北京十八中高二开学考试）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【答案】B【分析】0-t1醋酸与铁直接反应产生了氢气发生化学腐蚀和形成Fe-C原电池，Fe发生析氢腐蚀产生氢气和亚铁离子，压强增大；t1以后，亚铁离子被氧气氧化，氧气被消耗，压强减小，之后形成Fe-C原电池，Fe发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，压强明显减小，据此解答。【详解】A．0-t1时压强增大的原因可能是醋酸与铁直接反应产生了氢气，也可能是形成铁-C原电池，Fe发生析氢腐蚀，即不一定是铁发生了析氢腐蚀，A正确；B．无论发生化学腐蚀还是析氢腐蚀，铁粉均发生反应：Fe-2e-=Fe2+，B错误；C．Fe发生电化学腐蚀，Fe作负极，发生氧化反应，C作正极，C表面发生还原反应，C正确；D．结合分析可知，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，D正确；答案选B。【题3】（2021·山东·菏泽一中高二期中）下列事实不能用原电池原理解释的是A．白铁(镀锌)制品比一般铁器耐腐蚀B．铁片、铝片在冷的浓硫酸中钝化C．工程施工队在铁制水管外刷一层“银粉”D．纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量溶液后反应速率加快【答案】B【详解】A．白铁中铁和锌组成原电池，由金属活泼性Zn>Fe，则Fe做正极被保护，所以白铁(镀锌)制品比一般铁器耐腐蚀，A不选；B．铁、铝常温下与冷的浓硫酸反应生成致密的氧化膜而钝化，不能用原电池原理解释，B选；C．铁外刷一层“银粉”，阻止与氧气接触，破坏了原电池的构成条件，保护铁不被腐蚀，C不选；D．锌与少量溶液反应置换单质Cu，形成Zn-Cu原电池，可加快反应速率，D不选；故选：B。【题4】（2021·河北石家庄·高三阶段练习）点蚀又称为孔蚀，是一种集中于金属表面很小的范围并深入到金属内部的腐蚀形态。某铁合金钝化膜破损后的孔蚀如图，下列说法正确的是A．为防止孔蚀发生可以将外接电源正极与金属相连B．蚀孔外每吸收2.24LO2，可氧化0.2molFeC．由于孔蚀中Fe3+水解导致电解质酸性增强D．孔隙中可以发生析氢腐蚀【答案】D【详解】A．为防止孔蚀发生可以将外接电源负极与金属相连，A错误；B．2.24LO2没有指明是否为标准状况，不一定为0.1molO2，B错误；C．封闭环境中由于Fe2+水解导致酸性增强，C错误；D．由于孔隙中介质的酸性增强有HCl存在，可发生析氢腐蚀，D正确；故选D。【题6】（2019·重庆南开中学高三阶段练习）以NaCl为主要成分的融雪剂会腐蚀桥梁、铁轨等钢铁设备。某研究小组探究NaCl溶液对钢铁腐蚀的影响。（1）将滤纸用3.5%的NaCl溶液润湿，涂上铁粉、碳粉的混合物，贴在表面皿上。在滤纸上加几滴检验试剂，再缓慢加入NaCl溶液至没过滤纸，操作如下所示：①实验ⅰ的现象说明，得电子的物质是_______________________________。②碳粉的作用是___________________________________________________。③为了说明NaCl的作用，需要补充的对照实验是_____________________。（2）向如图示装置的烧杯a、b中各加入30mL3.5%的NaCl溶液，闭合K，指针未发生偏转。加热烧杯a，指针向右偏转。①取a、b中溶液少量，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，a中出现蓝色沉淀，b中无变化，b中铁片作________极。②加热后，指针发生偏转的原因可能是_____________________。（3）用（2）中图示装置探究不同浓度NaCl溶液对钢铁腐蚀的影响，向烧杯a、b中各加入30mL不同质量分数的NaCl溶液，实验记录如下表所示。实验ab指针偏转方向I0.1%0.01%向右II0.1%3.5%向左Ⅲ3.5%饱和溶液向右①Ⅱ中，b中电极发生的电极反应式是_______________________________。②Ⅲ中，铁在饱和NaCl溶液中不易被腐蚀。查阅资料可知：在饱和NaCl溶液中O2浓度较低，钢铁不易被腐蚀。设计实验证明：_______________________________。（4）根据上述实验，对钢铁腐蚀有影响的因素是_______________________________。【答案】O2与铁组成原电池，作原电池的正极用水代替NaCl溶液进行上述实验正温度升高，Fe还原性增强，反应速率加快Fe－2e-=Fe2+另取两个烧杯，分别往其中加入铁片和一定量的饱和NaCl溶液，再分别滴加几滴K3Fe(CN)6溶液，然后往其中一个烧杯中通入O2，观察现象温度、NaCl溶液的浓度、O2的浓度【分析】（1）铁、碳以氯化钠溶液为电解质形成原电池，发生吸氧腐蚀生成氢氧根离子，溶液显碱性，遇到酚酞变红；（2）①K3[Fe(CN)6]溶液与二价铁离子反应生成蓝色沉淀；②温度升高，Fe还原性增强，反应速率加快；（3）①依据不同浓度下，检流计指针偏转方向判断电极，书写电极反应式；②要证明在饱和NaCl溶液中O2浓度较低，钢铁不易被腐蚀，可以设计对比试验，一个实验中通入氧气，另一个实验中不通入氧气，观察铁的腐蚀情况；（4）依据上述实验总结归纳解答。【详解】（1）①铁、碳以氯化钠溶液为电解质形成原电池，酚酞变红说明生成氢氧根离子，发生吸氧腐蚀，故得电子的物质是O2；②铁与碳以氯化钠溶液为电解质形成原电，铁做原电池负极，碳做正极；③为了说明NaCl的作用，需要补充的对照实验是，用水做电解质，代替氯化钠进行上述实验；（2）①K3[Fe(CN)6]溶液与二价铁离子反应生成蓝色沉淀，而取a、b中溶液少量，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，a中出现蓝色沉淀，说明a中生成二价铁离子，b中无变化，b中没有二价铁离子生成，所以a做负极，b做正极；②加热后，指针发生偏转的原因可能是：温度升高，Fe还原性增强，反应速率加快；（3）①依据图表中Ⅱ组数据及指针向左偏转，则可知：b极为负极，失去电子发生氧化反应，电极反应式：Fe－2e-=Fe2+；②要证明氧气浓度对金属腐蚀速率的影响，可以设计对比实验，如下：另取两个烧杯，分别往其中加入铁片和一定量的饱和NaCl溶液，再分别滴加几滴K3Fe(CN)6溶液，然后往其中一个烧杯中通入O2，观察现象；（4）通过上述实验可知：对钢铁腐蚀有影响的因素是有温度、NaCl溶液的浓度、O2的浓度。提分作业提分作业【练1】（2021·浙江嘉兴·高二期末）下列关于金属腐蚀的说法错误的是A．河水中的钢闸门连接电源的负极，使用的是外加电流的阴极保护法B．金属腐蚀的实质就是金属原子失去电子被氧化的过程C．镀锌铁皮(白铁皮)的镀层破损后铁皮仍耐腐蚀D．钢铁在潮湿的空气中生锈，主要发生了析氢腐蚀【答案】D【详解】A．河水中的钢闸门连接电源的负极，作阴极，被保护，使用的是外加电流的阴极保护法，A说法正确；B．金属腐蚀的实质就是金属原子失去电子，化合价升高，被氧化的过程，B说法正确；C．镀锌铁皮(白铁皮)的镀层破损后，锌作负极，失电子，铁作正极氧气得电子，铁皮仍耐腐蚀，C说法正确；D．钢铁在潮湿的空气中生锈，电解质溶液呈中性，主要发生了吸氧腐蚀，D说法错误；答案为D。【练2】（2021·全国·高二课时练习）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．t1~t2时，铁一定发生了吸氧腐蚀C．负极反应为：Fe-3e-=Fe3+D．用于润洗锥形瓶的溶液一定显酸性【答案】C【详解】A．有图可知，0~t1时锥形瓶内压强增大，说明气体的物质的量增加，则铁可能发生了析氢腐蚀，故A不选；B．有图可知，t1~t2时锥形瓶内压强减少，说明气体物质的量减少，则铁一定发生了吸氧腐蚀，故B不选；C．负极反应为：Fe-2e-=Fe2+，故C选；D．锥形瓶内开始发生析氢腐蚀，则用于润洗锥形瓶的溶液一定显酸性，故D不选；故选：C。【练3】（2021·广东天河·高二期末）一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下：pH2466.5813.514腐蚀快慢较快慢较快主要产物Fe2+Fe3O4Fe2O3FeO下列说法不正确的是A．在pH<4的溶液中，碳钢腐蚀的负极反应式为Fe-2e-=Fe2+B．在pH>6的溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀C．在pH>14的溶液中，碳钢腐蚀的正极反应式为O2+4OH-+4e-=2H2OD．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减慢【答案】C【详解】A.当pH＜4溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀，正极上电极反应式为：2H++2e-=H2↑，A正确；B.当pH＞6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀，负极电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+，正极上电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，B正确；C.在pH＞14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应O2+2H2O+4e-=4OH-，C错误；D.将碱性溶液煮沸除去氧气后，正极上氧气生成氢氧根离子的速率减小，所以碳钢腐蚀速率会减缓，D正确；故选C。【练4】（2021·福建·文博中学高一期中）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稀醋酸溶液，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．红墨水柱两边的液面为左低右高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【详解】A．生铁块是铁碳合金，活泼金属作负极，失去电子，所以碳是原电池的正极，A项不符合要求；B．左侧盛有食盐水，形成吸氧腐蚀，吸收氧气，气体压强减小，右侧盛有食醋，形成析氢腐蚀，释放出氢气，气体压强增大，右侧压强偏大，红墨水向左侧运动，红墨水的液面为左高右低，B项符合题意；C．左侧试管中负极是Fe反应，正极是O2反应，左侧试管中负极是Fe反应，正极是H+反应，相同的反应为Fe-2e-=Fe2+，C项不符合题意；D．a试管是中性环境，发生吸氧腐蚀，b试管是酸性环境，发生析氢腐蚀，D项不符合题意；故正确选项是B【练5】（2021·贵州·高二学业考试）下列不能有效防止钢铁锈蚀的措施是A．将钢铁与锌板相连 B．将钢铁置于潮湿的空气中C．在钢铁表面喷油漆 D．将钢铁与直流电源负极相连【答案】B【详解】A．由于金属活动性Zn>Fe，所以在钢铁中加入铬制成不锈钢，首先被腐蚀的是活动性强的Zn，Fe就得到了保护，所以能有效防止钢铁腐蚀，A不符合题意；B．钢铁只与潮湿空气中，会加速钢铁生锈，不能有效防止钢铁腐蚀，B符合题意；C．在钢铁表面喷涂油漆，起到隔绝空气和水作用，能有效防止钢铁腐蚀，C不符合题意；D．钢铁与电源的负极相连，钢铁为阴极，外加电流的阴极保护法，钢铁受到保护，D不符合题意；故选B。【练6】（2021·浙江温州·高二期中）下列关于电化学腐蚀及防护的说法不正确的是A．“牺牲阳极的阴极保护法”就是将被保护的钢铁设备连接到外接直流电源的负极B．白铁皮是在薄钢板表面镀锌，即便镀层破损，仍然可以保护钢板不被腐蚀C．在钢铁制品表面喷漆、涂油、镀铬或覆盖搪瓷、塑料都可以避免钢铁腐蚀D．钢铁表面吸附的溶有氧气的水膜酸性很弱时，仍然以吸氧腐蚀为主【答案】A【详解】A．牺牲阳极的阴极保护法指的是将被保护的钢铁作为原电池的正极，用其他比铁活泼的金属做负极去消耗牺牲，故A错误；B．锌、铁和电解质溶液可形成原电池，锌作负极，对铁制品起保护作用，故B正确；C．在钢铁制品表面喷漆等可隔绝与氧气接触，避免发生化学腐蚀，故C正确；D．当钢铁表面的水膜酸性很弱或显中性时，铁在负极放电，氧气在正极上放电，发生的是钢铁的吸氧腐蚀，故D