第13讲 金属的腐蚀与防护 -【暑假弯道超车】2023年新高二化学暑假讲义、习题（解析版）

学而优教有方第13讲金属的腐蚀与防护1.科学探究与创新意识：通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因，认识金属腐蚀的主要类型，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式。2.科学态度与社会责任：认识金属腐蚀产生的危害和影响，树立防止金属腐蚀的意识，熟知金属腐蚀常用的防护方法。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，金属腐蚀可分为化学腐蚀与电化学腐蚀：类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍【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．钢铁的电化学腐蚀类别项目析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强水膜酸性很弱或呈中性负极Fe－2e－Fe2＋正极2H＋＋2e－H2↑O2＋4e－＋2H2O4OH－总反应Fe＋2H＋Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O2Fe(OH)2后续反应最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O联系通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍3.金属腐蚀快慢的判断方法(1)在同一电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序为：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)同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液。(3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。(4)金属活泼性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快。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（1）牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理a.负极：比被保护金属活泼的金属；b.正极：被保护的金属设备。（2）外加电流的阴极保护法——电解原理a.阴极：被保护的金属设备；b.阳极：惰性金属或石墨。【特别提醒】(1)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁去电子生成Fe2＋，而不是生成Fe3＋。(2)金属腐蚀时，电化学腐蚀与化学腐蚀往往同时存在，但前者更普遍，危害也更严重。(3)铜暴露在潮湿的空气中发生的是化学腐蚀，而不是电化学腐蚀，生成铜绿的化学成分是Cu2(OH)2CO3。(4)两种保护方法的比较：外加电流的阴极保护法比牺牲阳极的阴极保护法保护效果好。(5)金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀，金属活动顺序表中位于氢前面和氢后面的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动顺序表中氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。题组一金属的腐蚀例1．下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀C．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀D．钢铁发生吸氧腐蚀时，负极反应是【答案】B【解析】钢管与电源正极连接，钢管作阳极，铁失电子生成Fe2+，从而加快腐蚀，A不正确；铁遇冷浓硝酸表面钝化，钝化膜可阻止内部金属与浓硝酸进一步反应，从而保护内部金属不被腐蚀，B正确；钢管与铜管露天堆放在一起时，二者与表面的水膜构成原电池，钢管作负极，从而加速腐蚀，C不正确；钢铁发生吸氧腐蚀时，Fe作负极，Fe失电子生成Fe2+，则负极反应是，D不正确；故选B。题组二金属腐蚀的防护方法例2．下列措施不能有效防止钢铁锈蚀的是A．在钢铁表面喷涂油漆 B．铁与铬、镍制成不锈钢C．钢制水闸门与电源的正极相连 D．在轮船的船壳水线以下焊上锌块【答案】C【解析】在钢铁表面刷油漆可以隔绝氧气和水，可以防止钢铁生锈，A正确；在铁中加入铬、镍制成不锈钢，制成合金，改变了金属的内部结构，抗腐蚀性增强，可防止铁生锈,，B正确；钢制水闸门与电源的正极相连，钢制水闸门作阳极，腐蚀加剧，C错误；在轮船的船壳水线以下焊上锌块，锌作负极，轮船被保护，D正确；故选C。题组三金属腐蚀快慢的比较例3．下列四种情况下，铁的腐蚀速率由快到慢的是A．b>a>d>c B．a>b>c>d C．d>c>b>a D．b>d>a>c【答案】A【分析】利用腐蚀速率：电解池中阳极铁＞原电池负极铁＞原电池正极铁＞电解池中阴极铁，据此分析；【解析】b构成原电池，铁作负极被快速腐蚀，a也构成原电池，属于铁的吸氧腐蚀，缓慢腐蚀，d中铁构成原电池，作正极，被保护，c构成电解池，铁作阴极，被更好地保护。所以答案是b>a>d>c，选项A正确；答案为A。1．下列装置中(杯中均盛有海水)能使铁受到保护不被腐蚀的是A． B． C． D．【答案】B【分析】在含有金属材料作电极的原电池中，负极加速被腐蚀、正极被保护；在电解池中，如果金属材料作阳极，则加速被腐蚀，阴极被保护，且金属材料作阳极被腐蚀速率大于作原电池负极的金属材料，据此分析解答。【解析】A．该电解池中Fe作阳极而加速被腐蚀，A不符合题意；B．该电解池中Fe作阴极而保护，B符合题意；C．该原电池中Fe作负极而加速被腐蚀，C不符合题意；D．该装置没有形成原电池或电解池，正常腐蚀，D不符合题意；故选B。2．下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是A．金属腐蚀是金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应B．金属腐蚀过程中电化学腐蚀和化学腐蚀往往同时发生C．钢铁在潮湿的空气中直接发生反应：，继而形成铁锈D．牺牲阳极法和外加电流法都需要采用辅助阳极【答案】C【解析】A．金属腐蚀的实质是金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应，A项正确；B．金属腐蚀过程中电化学腐蚀和化学腐蚀往往同时发生，B项正确；C．在原电池中，铁只能失去电子，转化为亚铁离子，C项错误；D．牺牲阳极法和外加电流法都需要采用辅助阳极，将被保护的金属做阴极，D项正确；答案选C。3．下列说法错误的是A．钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的负极反应均为：Fe-2e-=Fe2+B．钢铁发生吸氧腐蚀，正极的电极反应为：O2＋4e-＋2H2O=4OH-C．破损后的镀锌铁板比镀锡铁板更耐腐蚀D．用牺牲阳极的阴极保护法保护钢铁，钢铁作原电池的负极【答案】D【解析】A．钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀中都是铁作负极，负极上铁失电子发生氧化反应，电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+，A正确；B．钢铁发生吸氧腐蚀时，铁作负极，碳作正极，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为：2H2O+O2+4e-=4OH-，B正确；C．在原电池中，镀锌铁板中锌作负极，铁作正极而被保护，镀锡铁板中铁作负极而被腐蚀，C正确；D．用牺牲阳极的阴极保护法保护钢铁，牺牲阳极作原电池负极，被保护的钢铁作原电池正极，D错误；故选D。4．下列各种方法中：①金属表面涂抹油漆；②改变金属形状；③保持金属表面干燥；④在金属表面进行电镀；⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜，其中能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是A．①②③④ B．①③④⑤ C．①②④⑤ D．①②③④⑤【答案】B【解析】防止金属生锈的方法有：牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法、喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等其它方法使金属与空气、水等物质隔离，以防止金属腐蚀；所以：①金属表面涂抹油漆；③保持金属表面清洁干燥；④在金属表面进行电镀；⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜，均能对金属起到防护或减缓腐蚀作用，故选B。5．暖贴的主要成分有铁粉、水、食盐、活性炭、吸水性树脂等，下列说法错误的是A．暖贴工作时发生了吸氧腐蚀B．食盐是电解质，铁粉作负极材料C．正极反应式：D．暖贴使用后铁粉最终转化为【答案】D【分析】根据暖贴的成分可知，铁粉和活性炭在氯化钠溶液中形成原电池，铁做负极，碳做正极，铁发生吸氧腐蚀，铁电极反应为：2Fe-4e-=2Fe2+，碳极的电极反应为：O2+4e-+2H2O=4OH-，总反应为：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2，铁发生吸氧腐蚀放出热量，据此分析。【解析】A．由于氯化钠溶液呈中性，故暖贴工作时发生了吸氧腐蚀，A正确；B．在形成的原电池中，食盐是电解质，铁粉作负极材料，电极反应为：2Fe-4e-=2Fe2+，B正确；C．由分析可知，正极反应式：，C正确；D．总反应为：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2，但Fe(OH)2不稳定，最终与氧气、水反应生成Fe(OH)3，然后氢氧化铁受热分解为Fe2O3，D错误；故答案为D。6．如下装置烧杯中均为稀硫酸，Fe的腐蚀速率由快到慢的是A．①②③④⑤ B．②①③⑤④ C．③①②⑤④ D．③②⑤①④【答案】D【解析】①中Fe为正极，②中Fe为负极，③中铁为阳极，④中Fe为阴极，⑤为化学腐蚀，同一电解质溶液中金属腐蚀的快慢可用下列规律判断：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，综上所述故选D。7．下列实验装置图正确且能达到相应实验目的的是A．图甲装置验证铁的吸氧腐蚀 B．图乙装置可在待镀铁件表面镀铜C．图丙测定盐酸的浓度 D．图丁是牺牲阳极法防止钢闸门生锈【答案】A【解析】A．食盐水为中性溶液，易发生吸氧腐蚀，A正确；B．电镀时，镀层应该在阳极，镀件在阴极，图中待镀件应该连在电源负极，B错误；C．氢氧化钠为碱性溶液，应该放在碱式滴定管中，C错误；D．要保护钢闸门，应该将其与外接电源负极相连，做阴极以实现外加电源的阴极保护，该方法为外加电流的阴极保护法，D错误；故答案为A。8．下列说法正确的是A．钢铁因含杂质而容易发生电化学腐蚀，所以合金都不耐腐蚀B．原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，故能用原电池原理来减缓金属的腐蚀C．钢铁电化学腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的酸性不同，引起的负极反应不同D．无论哪种类型的腐蚀，其实质都是金属被还原【答案】B【解析】A．不锈钢和铝合金等耐腐蚀，所以合金也可能耐腐蚀，故A错误；B．金属作原电池的正极被保护，所以可以用原电池原理来减缓金属的腐蚀，故B正确；C．酸性较强时Fe主要发生析氢腐蚀，中性或弱酸性发生吸氧腐蚀，所以钢铁电化学腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的酸性不同，引起的正极反应不同，故C错误；D．金属被腐蚀实质是金属失电子，所以无论哪种类型的腐蚀，其实质都是金属被氧化，故D错误。故选B。9．下列关于图示两个装置的叙述不正确的是A．装置甲不可以在铁钉上持续地镀铜B．装置甲电解过程中，电解质溶液的浓度保持不变C．装置乙为电解精炼铜装置，则X电极为精铜D．装置乙为电解精炼铜装置，当电路转移的电子时，X电极质量增加【答案】B【解析】A．由图可知，两个装置都是电解装置，在电解装置中，和电源正极相连的是阳极，发生氧化反应，和电源负极相连的是阴极，发生还原反应。电镀时，镀层金属作阳极，镀件作阴极，装置甲不可以在铁钉上持续镀铜，故A正确；B．装置甲电解过程中，阳极反应为，阴极反应为，电解质溶液的浓度减小，故B错误；C．装置乙中Y为阳极，X为阴极，电解精炼铜装置中，粗铜作阳极，精铜作阴极，则X电极为精铜，故C正确；D．阴极得电子，所以当电路转移的电子时，X电极增加质量为，故D正确。故选B。10．下列关于电化学腐蚀、防护与利用的说法中，正确的是A．铜板打上铁铆钉后，铜板更易被腐蚀 B．金属表面钝化处理可防止金属腐蚀C．连接锌棒后，电子由铁管道流向锌 D．阴极的电极反应式为【答案】B【解析】A．铜板打上铁铆钉，铜、铁和水膜构成原电池，铁做负极易被腐蚀，铜作正极不易腐蚀，A错误；B．金属表面钝化处理，可在金属表面形成致密的氧化膜，防止内部的金属与空气等反应，可防止金属腐蚀，B正确；C．连接锌棒后，锌作负极，电子从锌流向铁导管，C错误；D．阴极上是电解质中的阳离子发生得电子的还原反应，废铁是阳极，发生反应为Fe-2e-=Fe2+，D错误；故答案选B。11．下列说法与电化学腐蚀无关的是A．镀锌铁(白铁板)耐用B．纯镁粉与稀硫酸反应产生大量气泡C．一段时间后，如图烧杯中的Fe片质量变小D．铁锅未及时洗净(残液中含有NaCl)，不久会出现红褐色锈斑【答案】B【解析】A．镀锌铁中锌、铁和电解质组成了原电池，而锌更活泼作为负极发生反应，而铁作为正极不发生反应，故白铁板更耐用，A项有关；B．镁粉活泼能与稀硫酸制H2，但没有形成原电池，B项无关；C．烧杯中铁和Cu与电解质形成原电池为铁的吸氧腐蚀，铁极Fe-2e-=Fe2+，C项有关；D．铁锅为合金与残液组合形成原电池加快生锈，D项有关；故选B。12．下列有关叙述中，错误的是A．电解精炼铜时，阴极的电极反应为B．工业电解饱和食盐水时，阴极区获得烧碱溶液和氢气C．碱性或中性条件下钢铁发生吸氧腐蚀时，正极的电极反应式为D．船舶的外壳安装若干镁合金或锌块以防止其生锈，该法叫外加电流保护法【答案】D【解析】A．电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，阴极铜离子得电子发生还原反应，电极反应式为Cu2++2e-=Cu，A正确；B．工业电解饱和食盐水时，阴极水电离出的氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阳极区的钠离子通过阳离子交换膜移向阴极，因此阴极区获得NaOH溶液和氢气，B正确；C．碱性或中性条件下钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，C正确；D．船舶的外壳安装若干镁合金或锌块以防止其生锈，利用的是原电池原理，该法叫牺牲阳极的阴极保护法，D错误；故选D。13．支撑海港码头基础的防腐技术，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述正确的是

A．高硅铸铁作用为传递电流和损耗阳极材料B．通电后外电路电子被强制从钢管桩流向高硅铸铁C．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零D．该防腐技术为牺牲阳极的阴极保护法【答案】C【解析】A．高硅铸铁为惰性辅助阳极，作用为传递电流，没有作损耗阳极材料，A错误；B．高硅铸铁为阳极，通电后，电子从阳极（高硅铸铁）经导线流向电源正极，负极流向阴极（钢管柱），B错误；C．钢管桩为电解池的阴极，没有被损耗，其表面腐蚀电流接近为零，C正确；D．在电流的作用下，该装置为外接电源的阴极保护法，D错误；故选C。14．“孔蚀”是一种集中于金属表面极小范围并能深入到金属内部的电化学腐蚀。某铁合金表面钝化膜破损后，发生“孔蚀”的电化学腐蚀过程如图所示。下列有关说法正确的是A．正极反应：Fe-2e-=Fe2+B．铁合金腐蚀的最终产物为Fe(OH)2C．整个过程发生的是析氢腐蚀D．为防止孔蚀发生可以将铁合金与外接电源的负极相连【答案】D【解析】A．在负极，发生反应：Fe-2e-=Fe2+，在正极，发生反应O2+2H2O+4e-=4OH-，A不正确；B．铁合金腐蚀，起初产物为Fe(OH)2，Fe(OH)2很快被空气中O2氧化为Fe(OH)3，Fe(OH)3分解生成Fe2O3，B不正确；C．整个过程中，O2为主要反应物，发生的是吸氧腐蚀，C不正确；D．将铁合金与外接电源的负极相连，能阻止铁失电子，从而防止孔蚀发生，D正确；故选D。15．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是A．图1中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重B．图2中，往烧杯中铁棒附近滴加几滴溶液，生成蓝色沉淀C．图3中，开关由M改置于N时，Cu-Zn合金的腐蚀速率增大D．图4中，采用外加电流法防止地下钢铁管道的腐蚀【答案】B【解析】A．插入海水中的铁棒，越靠近底端，海水中氧气的浓度越小，越不易腐蚀，故A错误；B．由图可知，铁和铜在酸化的氯化钠溶液中构成原电池，金属铁是负极，失电子发生氧化反应生成亚铁离子，亚铁离子与滴入的铁氰化钾溶液反应生成蓝色沉淀，故B正确；C．由图可知，开关由M改置于N时，锌为原电池的负极，铜锌合金为正极被保护，则合金的腐蚀速率减慢，故C错误；D．由图可知，保护钢铁管道的方法为牺牲阳极的阴极保护法，不是外加直流电源的阴极保护法，故D错误；故选B。16．用图示的方法可以保护钢质闸门，下列说法不正确的是A．当a、b间用导线连接时，则X应发生氧化反应B．当a、b间用导线连接时，则X可以是锌C．当a、b与外接电源相连时，a应连接电源的负极D．当a、b与外接电源相连时，其方法为牺牲阳极的阴极保护法【答案】D【分析】可以利用牺牲阳极法和外加电流法保护金属。【解析】A．当a、b间用导线连接时形成了原电池，铁需要被保护，则铁做正极，X做负极，发生氧化反应，故A正确；B．当a、b间用导线连接时形成了原电池，铁需要被保护，则铁做正极，X做负极，X需要的是一种活泼性比铁强的金属，可以是锌，故B正确；C．当a、b与外接电源相连时，铁需要被保护，则铁做阴极，a应连接电源的负极，故C正确；D．当a、b与外接电源相连时，利用电解原理保护金属铁，其方法是外加电流法，故D错误；故选D。17．用如图所示装置及试剂进行铁的电化学腐蚀实验探究，测定三颈烧瓶中压强随时间变化关系以及溶解氧(DO)随时间变化关系的曲线如图。下列说法正确的是A．溶解氧随着溶液酸性减弱而增大B．pH=2.0的溶液压强增大，主要是因为产生了氢气C．整个过程中，负极电极反应式为：Fe-3e-=Fe3+D．pH=4.0时，发生析氢腐蚀，不发生吸氧腐蚀【答案】B【解析】A．溶液酸性减弱，铁发生吸氧腐蚀，消耗氧气导致溶解氧减少，A错误；B．pH=2时，溶液酸性较强，氢离子与铁反应生成氢气，导致烧瓶内压强增大，B正确；C．整个过程中，锥形瓶中的Fe与C粉构成原电池，Fe为原电池负极，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，C错误；D．pH=4时，烧瓶内压强几乎不变，发生吸氧腐蚀消耗氧气导致压强减小，发生析氢腐蚀产生氢气导致压强增大，故说明pH=4时，吸氧腐蚀和析氢腐蚀同时发生，D错误；故答案选B。18．利用如图装置实现钢铁的化学防护，下列说法正确的是A．连，极发生还原反应B．连，称牺牲阳极法C．K连，为时，铁不易被腐蚀D．连，铁上电极反应为【答案】C【解析】A．连，则形成电解池，则极做阳极发生氧化反应，铁电极做阴极，发生还原反应，保护铁不被氧化，故A不正确；B．连，则形成电解池，铁做阴极被保护，故称外加电流法，故B不正确；C．连，形成原电池，铁需做正极，故需要比铁活泼，为时，锌失电子，铁不易被腐蚀，故C正确；D．K连，形成原电池，做负极被腐蚀，铁电极是氧气得电子