高考化学备考-考点36 金属的电化学腐蚀与防护

考点36金属的电化学腐蚀与防护１．金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。2.金属腐蚀的类型(1）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（2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析：类型析氢腐蚀吸氧腐蚀图示条件水膜酸性较强(pH≤4。3)水膜酸性很弱或呈中性电极反应负极Fｅ−2e−SKIPＩF1〈0Fe2+正极2H＋+2e−SＫIPIF1＜０H２↑O2+2H2O+4e−ＳKIPIＦ1〈0４ＯH−总反应式Fe＋2H+ＳKＩPIＦ1<０Fe2++H2↑2Fｅ+Ｏ2＋２H２OSKIPＩF1＜０2Fｅ(OH）2联系吸氧腐蚀更普遍铁锈的形成：4Fe（ＯH）2+O２+2H2OSKＩPIＦ1<０４Fｅ(ＯH）３，2Fe(ＯＨ）３SKIＰIF1<0Ｆｅ2O3·xH2O(铁锈）＋(3−ｘ）H２O。３。金属腐蚀的防护方法（1）改变金属的内部组织结构例如把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢，就大大增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力.(2）在金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖致密的保护层,从而使金属制品跟周围物质隔离开来，这是一种普遍采用的防护方法。(3）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依据原电池原理电解原理原理形成原电池时，被保护金属作正极（阴极),不反应受到保护；活泼金属作负极(阳极)，发生反应受到腐蚀,阳极要定期予以更换将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护金属作阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护应用保护一些钢铁设备,如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌片保护土壤、海水及水中的金属设备实例示意图考向一金属的腐蚀快慢与防护方法的比较典例1为延长舰船服役寿命可采用的电化学防腐的方法有①舰体与直流电源相连；②舰体上镶嵌某种金属块.下列有关说法正确的是A．方法①中舰体应连电源的正极Ｂ。方法②中镶嵌金属块可以是锌C．方法①为牺牲阳极的阴极保护法D．方法②为外加电流的阴极保护法【解析】方法①舰体做阴极，应连电源的负极,故A错误；方法②为牺牲阳极的阴极保护法，镶嵌金属块作原电池的负极,其活泼性需要大于Fe,可以是锌，故Ｂ正确;方法①利用电解原理,为外加电流的阴极保护法，故C错误；方法②利用原电池原理，为牺牲阳极的阴极保护法，故D错误。【答案】B过关秘籍（1)判断金属腐蚀快慢的规律①对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀〉化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。②对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中＞非电解质溶液中。③活动性不同的两种金属,活动性差别越大，腐蚀速率越快。④对同一种电解质溶液来说,电解质浓度越大，金属腐蚀越快.(2）两种保护方法的比较外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。考向二析氢腐蚀和吸氧腐蚀典例1一定条件下，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+Fe3O4Fe2Ｏ3下列说法不正确的是A.在pH〈4溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀B．在ｐH〉6溶液中,碳钢主要发生吸氧腐蚀Ｃ．在pH〉14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为Ｏ2+４H++４e-2Ｈ2OD．在煮沸除氧气的碱性溶液中,碳钢腐蚀速率会减缓【解析】pＨ<4为强酸性,发生析氢腐蚀，A正确；ｐH〉6的溶液,氧气得电子,发生吸氧腐蚀，B正确；pH〉14的溶液,氧气与水反应得电子:O2+2Ｈ２O＋４e－4OH－,C错误；煮沸后除去了氧气，碳钢的腐蚀速率会减缓,D正确。【答案】C2。假设图中原电池产生的电压、电流强度均能满足电解、电镀要求,即为理想化。①～⑧为各装置中的电极编号。下列说法错误的是A．当K闭合时，A装置发生吸氧腐蚀，在电路中作电源B.当K断开时,B装置锌片溶解，有氢气产生C。当K闭合后，整个电路中电子的流动方向为③→②；①→⑧；⑦→⑥；⑤→④D．当K闭合后,A、B装置中pH变大，C装置中ｐＨ不变1。如图所示,各烧杯中盛海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为A.②①③④⑤⑥B.⑤④③①②⑥C.⑤④②①③⑥D.⑤③②④①⑥2．下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是A。钢铁在弱碱性条件下发生电化学腐蚀的正极反应是Ｏ２＋2H2O＋4e—===4OH－B。当镀锡铁制品的镀层破损时,镀层仍能对铁制品起保护作用C.在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法D．可将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀3。我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示.下列说法错误的是Ａ．通电时,锌环是阳极，发生氧化反应B．通电时,阴极上的电极反应为2H2O+２ｅ－===H2↑＋２OH－C．断电时,锌环上的电极反应为Zn２+＋2e－=＝=ZｎD．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀４．将两根铁钉分别缠绕铜丝和铝条，放入滴有混合溶液的容器中,如图所示，下列叙述错误的是Ａ．a中铁钉附近呈现蓝色沉淀B。b中发生吸氧腐蚀C。b中铁钉附近呈现红色D．a中铜丝附近有气泡产生5．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是A.图1中,铁钉易被腐蚀B.图2中，滴加少量K3[Fe（CＮ)6]溶液,没有蓝色沉淀出现C。图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀D。图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极6。青铜器的制造是中华民族劳动人民智慧的结晶,成为一个时代的象征，但出土的青铜器大多受到环境腐蚀.如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。环境中的Cl−扩散到孔口，并与各电极产物作用生成多孔粉状锈Ｃｕ２(ＯH)3Ｃl下列说法不正确的是A。腐蚀过程中，负极c被氧化B．环境中的Cｌ−扩散到孔口,并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2（OH)３Ｃl，其离子方程式为2Ｃu2＋＋3ＯH−+Cｌ−Ｃu２（OH)3Ｃｌ↓C．若生成2。145gＣu２(OH）3Cl，则理论上消耗标准状况氧气体积为0.４４8ＬD．正极的电极反应式为：正极反应是O2+4e−+2H２O4ＯＨ−7。某同学做了如下实验:装置现象电流计指针未发生偏转电流计指针发生偏转下列说法中正确的是A．加热铁片Ⅰ所在烧杯，电流表指针会发生偏转Ｂ.用KSCN溶液检验铁片Ⅲ、Ⅳ附近溶液,可判断电池的正、负极Ｃ．铁片Ⅰ、Ⅲ的腐蚀速率相等Ｄ．“电流计指针未发生偏转”,说明铁片Ⅰ、铁片Ⅱ均未被腐蚀8．在生产生活中，金属腐蚀所带来的损失非常严重，所以防止金属腐蚀已经成为科学研究和技术领域的重大问题。某化学兴趣小组的同学在实验室对金属腐蚀进行了探究。（1）分别在三个洁净干燥的试管中各加入一个洁净无锈的铁钉，再向Ⅰ、Ⅱ号两个试管中分别加入经煮沸迅速冷却的蒸馏水,然后向Ⅱ号试管中加入少量植物油，将Ⅲ号试管塞上木塞。请判断：______＿＿号试管中的铁钉最容易生锈。由此可见，铁制品生锈需要的条件是____＿_＿_____＿＿__.

（２）如图2所示，处于A、B、C三种不同环境中的铁片,被腐蚀的速率由大到小的顺序是____＿__＿(用字母表示）。(3）据报道,全世界每年因为金属腐蚀造成的直接经济损失约达７000亿美元,我国因金属腐蚀造成的损失约占国民生产总值的4％.①钢铁在发生电化学腐蚀时，负极反应为_＿__＿＿__＿＿__＿__＿__。②请写出用稀硫酸除去铁锈的化学方程式:___＿__＿＿_＿_＿＿__＿。③请根据不同的原理,提出防止钢铁腐蚀的两条合理措施：_______________、______＿＿_＿____。1。［２0１９江苏］将铁粉和活性炭的混合物用NａCl溶液湿润后，置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是A．铁被氧化的电极反应式为Fｅ−３ｅ−Fe3+Ｂ。铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能C。活性炭的存在会加速铁的腐蚀D．以水代替NaＣl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀2.［201８北京］验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下（烧杯内均为经过酸化的3%ＮａCl溶液)。①②③在Ｆｅ表面生成蓝色沉淀试管内无明显变化试管内生成蓝色沉淀下列说法不正确的是A。对比②③,可以判定Zn保护了FeB．对比①②,K3［Fe（ＣN)６］可能将Fe氧化Ｃ．验证Zn保护Fe时不能用①的方法D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Ｆe比Cｕ活泼３.［２01７江苏]［双选］下列说法正确的是A．反应Ｎ２(g)＋３Ｈ2(g)２ＮH3(g）的ΔH<０,ΔＳ＞０B．地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀C。常温下,Ｋｓp［Mｇ（OＨ）2］＝5.６×１0−12，pH＝10的含Mg２+溶液中，c(Mｇ２+)≤5。6×10−4moｌ·L−1D．常温常压下,锌与稀H2SO4反应生成1１。２ＬH2,反应中转移的电子数为6.02×10２3４。［2017新课标Ⅰ］支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B。通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩Ｃ．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整5。［２015上海]研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是A。d为石墨，铁片腐蚀加快Ｂ。d为石墨,石墨上电极反应为：O2+２H2O＋４ｅ–→4ＯＨ–C．d为锌块，铁片不易被腐蚀D。ｄ为锌块，铁片上电极反应为：２H＋＋2e–→Ｈ2↑变式拓展变式拓展【答案】B【解析】若X为锌棒,开关K置于M处,形成原电池,此时金属锌为负极,金属铁为正极，金属铁被保护,可减缓铁的腐蚀,故A正确；若X为锌棒，开关Ｋ置于M处,形成原电池，此时金属锌为负极，金属铁为正极，氧气在该极发生还原反应,故B不正确；若Ｘ为碳棒,开关K置于N处，形成电解池，此时金属铁为阴极，铁被保护,可减缓铁的腐蚀，故C正确；若X为碳棒,开关K置于N处，形成电解池,X极为阳极,发生氧化反应，铁电极为阴极，发生还原反应,故D正确.２．【答案】Ａ【解析】当K闭合时，形成闭合电路,B中Ｚｎ。Cu形成的原电池比A中Fe­C形成的原电池产生的电压大,Ａ为电解池,B为原电池。考点冲关考点冲关1。【答案】C【解析】①是Fe为负极,杂质碳为正极的原电池腐蚀,是铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢；②③④均为原电池，③中Fe为正极,被保护，②④中Fe为负极，均被腐蚀,但Fe和Ｃu的金属活动性差别大于Fe和Ｓn的，故Ｆe-Cu原电池中Fe被腐蚀的较快；⑤是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀,加快了Ｆe的腐蚀;⑥是Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀，防止了Fe的腐蚀.根据以上分析可知铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤〉④〉②>①〉③>⑥。2．【答案】B【解析】弱碱性条件下，钢铁发生吸氧腐蚀,A正确；当镀层破损时,Ｓｎ、Fe可形成原电池,Fe作负极,加快了Ｆe的腐蚀,B错误;Fe、Zn、海水形成原电池，Ｚｎ失去电子作负极，从而保护了Fe，C正确；采用外加电流的阴极保护法时，被保护金属与直流电源的负极相连，D正确。3．【答案】C【解析】通电时,锌环与电源正极相连,锌环作阳极，锌失电子发生氧化反应，故A正确;铁帽为阴极，阴极上Ｈ+得到电子生成氢气，阴极电极反应为2Ｈ2O+2ｅ—=＝＝Ｈ2↑＋2OH—，故B正确;断电时,锌铁形成原电池，锌失电子生成Zｎ２＋,锌环上的电极反应为Zn-２e—＝==Zｎ2＋，Fｅ作正极被保护,仍能防止铁帽被腐蚀,故C错误、Ｄ正确。4．【答案】C【解析】a中形成原电池时，铁钉作负极，电极反应式为Fe－２e－=＝=Ｆe2＋，生成的Ｆｅ2+与Ｋ3[Fe(CN)6］反应生成蓝色沉淀,Ａ项正确;b中形成原电池时，铝条作负极，铁钉作正极，发生吸氧腐蚀,B项正确；b中铁钉作正极，正极上发生反应：Ｏ2＋２H2O+４e-===4ＯＨ—,无Fe3＋生成，故铁钉附近不会出现红色,C项错误；a中铜丝作正极，正极上发生还原反应:2H++2ｅ—===H２↑，Ｄ项正确。5。【答案】Ｃ【解析】A项，图１中，铁钉处于干燥环境，不易被腐蚀；B项,负极反应为Fe－2e－===Ｆｅ2＋，Fe2+与[Fｅ（CN）６］3—反应生成Fe3[Fe（CN）6］２蓝色沉淀；D项，为牺牲阳极的阴极保护法,镁块相当于原电池的负极。6．【答案】C【解析】Ａ、根据图知，氧气得电子生成氢氧根离子、Cu失电子生成铜离子，发生吸氧腐蚀，则Cu作负极被氧化，腐蚀过程中，负极是a，A正确;Ｂ、Cｌ−扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Ｃｕ２（OH）3Cl，负极上生成铜离子、正极上生成氢氧根离子,所以该离子反应为氯离子、铜离子和氢氧根离子反应生成Cu2(OＨ)3Cl沉淀，离子方程式为2Ｃu2＋+3OH−＋Cl−Ｃｕ２(OH)3Cｌ↓，B正确;C、ｎ[Cu2（OＨ）3Ｃl］＝2。145ｇ÷214。5ｇ/mol=０。01mｏl，根据转移电子相等可得n（O２)=0．0１moｌ×2×2/4=0。01mol，故在标准状态体积为V=0。01mol×22。4Ｌ/moｌ=0.224L，Ｃ错误；Ｄ、氧气在正极得电子生成氢氧根离子,电极反应式为：O２＋4e−+2H2Ｏ4OＨ−,D正确，答案选C.【名师点睛】掌握电化学原理是解题的关键。电化学知识包括原电池和电解池,首先要确定装置是原电池还是电解池.确定方法是观察图示是否有电源，若有就是电解池，否则就是原电池。电解池工作时,阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。结合电解质溶液的酸碱性书写电极反应式、总反应方程式，并根据电性作用原理:同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引确定电解质溶液中离子移动的方向。原电池工作时，活动性强的电极为负极，发生氧化反应，活动性弱的电极为正极,正极上发生还原反应。要掌握电化学反应原理,结合电极及电解质溶液的酸碱性正确书写电极反应式，利用好图示及题干提供的信息,是本题解决的关键。尤其要注意电解质溶液的性质。７．【答案】Ａ【解析】Ａ．温度不同，反应速率不等,能够产生电流,电流表指针会发生偏转,故Ａ正确;Ｂ。两烧杯中溶液的浓度不同，发生离子的定向移动，产生电流,铁失去电子发生氧化反应，生成亚铁离子,与ＫSCＮ溶液无明显现象，不能判断电池的正、负极，故B错误;C．铁片Ⅰ中未构成原电池、铁片Ⅲ构成了原电池，腐蚀速率一定不相等,故C错误;Ｄ．“电流计指针未发生偏转”，说明铁片Ⅰ、铁片Ⅱ未构成原电池，但铁片表面均发生吸氧腐蚀，故Ｄ错误;故选A。8．【答案】(1)Ⅰ有水和氧气（2)A＞C〉Ｂ（3)①Fe—２e-Ｆe2＋②Fe2O3＋3H2SＯ4Fe2(ＳＯ4）３+3H２O③改变金属内部结构刷漆（合理即可）【解析】(１）铁生锈的条件：与氧气接触，有水参加。二者缺一不可，具备该条件的只有Ⅰ。(2）铁处于A环境中作原电池的负极，腐蚀速度较快;处于Ｂ环境中作原电池的正极被保护，腐蚀速度很慢;处于C环境中发生吸氧腐蚀,腐蚀速度较慢。(3)①发生电化学腐蚀时，负极上金属铁发生失电子的氧化反应。②铁锈的主要成分是氧化铁，可以和酸反应生成盐和水。③防止钢铁锈蚀的关键是使铁与氧气、水隔绝,可以进行表面防护处理（如涂油、刷漆、表面镀金属等），还可以改变金属内部结构(如制成不锈钢)等。直通高考直通高考１。【答案】C【解析】根据实验所给条件可知,本题铁发生的是吸氧腐蚀，负极反应为：Fe−2e−=Fe2+;正极反应为：O２＋2H2O+４ｅ−=4OH−；据此解题；A．在铁的电化学腐蚀中，铁单质失去电子转化为二价铁离子，即负极反应为:Fe−2ｅ−=Fe2+,故A错误;B．铁的腐蚀过程中化学能除了转化为电能，还有一部分转化为热能，故B错误；C.活性炭与铁混合,在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池,加速了铁的腐蚀，故C正确；D.以水代替氯化钠溶液，水也呈中性，铁在中性或碱性条件下易发生吸氧腐蚀，故D错误；综上所述，本题应选C。【点睛】本题考查金属铁的腐蚀。根据电解质溶液的酸碱性可判断电化学腐蚀的类型，电解质溶液为酸性条件下,铁发生的电化学腐蚀为析氢腐蚀,负极反应为:Fe−2e−=Fe２+;正极反应为：2H++2e−＝H2↑;电解质溶液为碱性或中性条件下，发生吸氧腐蚀,负极反应为:Ｆe−２e−＝Fe2+；正极反应为：Ｏ２＋2Ｈ２O+４e−=４ＯＨ−.2．【答案】D【解析】②中Zn作负极,发生氧化反应生成Zn2＋，Fｅ作正极被保护,所以取出的少量Fｅ附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液,试管内无明显变化。但③中没有Ｚn保护Fｅ,Ｆe在酸性环境中发生析氢腐蚀,Fe作负极被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液,生成蓝色沉淀，对比②③可知Zn保护了Fe,Ａ项正确；①与②的区别在于:前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液，①中出现了蓝色沉淀，说明有Ｆe２+生成。对比分析可知,可能是铁氰化钾氧化Fe生成了Fe2＋,B项正确;通过上述分析可知，验证Zn保护Fe时不能用①的方法，C项正确；若将Zn换成Cu，铁氰化钾仍会将Fe氧化为Ｆｅ2+，在铁的表面同样会生成蓝色沉淀,所以无法判断Ｆe2＋是不是负极产物,即无法判断Fe与Cｕ的活泼性，Ｄ项错误.3．【答案】BＣ【解析】A。该反应气体的分子数减少了，所以是