金属的腐蚀与防护(新人教版选择性必修一)(解析版)

4.3金属的腐蚀与防护考点精讲考点分析考点分析考点1：探究金属的腐蚀与防护问题情境探究如图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动)。ab【问题1】根据所学知识分析a中你能观察到什么现象？并解释其原因。【解答】铜丝附近呈现红色。因为a中铁比铜活泼，铁作负极，发生氧化反应，铜作正极，发生还原反应，电极反应式分别为负极：2Fe－4e－=2Fe2＋，正极：O2＋2H2O＋4e－=4OH－，因此a中铜丝附近呈现红色。【问题2】根据所学知识分析b中你能观察到什么现象？并解释其原因。【解答】铁钉附近呈现红色。b中铝比铁活泼，铝作负极，发生氧化反应，铁作正极，发生还原反应，电极反应式分别为负极：4Al－12e－=4Al3＋，正极：3O2＋6H2O＋12e－=12OH－，因此b中铁钉附近呈现红色。【问题3】a、b中铁钉的腐蚀速率快慢是怎样的？【解答】a中铁钉腐蚀速率更快。核心知识核心知识金属腐蚀快慢比较（1）在同一电解质溶液中：电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。（2）同一种金属在相同浓度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）有无保护措施的腐蚀快慢顺序：无保护措施的金属腐蚀>有一定保护措施的金属腐蚀>牺牲阳极的阴极保护法引起的金属腐蚀>有外加电流的阴极保护法引起的金属腐蚀。（4）对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快。考点演练考点演练1．下列各种镀有金属保护层的铁板，镀层破损后在相同的环境中，铁板最易被腐蚀的是()A．镀锌铁(白铁) B．镀锡铁(马口铁)C．镀铜铁 D．镀银铁【解答】D镀有金属保护层的铁板，在镀层破损时，与周围环境形成原电池。A中镀层破损时，锌作负极，铁作正极受到保护；B、C、D中镀层破损时，铁均作负极而被腐蚀，与正极金属的活动性相差越大，负极被腐蚀的速率越快，所以选D。2．如图所示，各烧杯中均盛的是海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为()A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥【解答】C②③④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Fe­Cu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的速率由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。3．某探究小组用铁钉被腐蚀的快慢实验来研究防止钢铁腐蚀的方法。所用试剂有：材质相同的无锈铁钉数个，食盐水、碳酸水、植物油各多量，实验温度为298K、308K，每次实验取用铁钉的数量相同。液体体积相同且足量，用大小相同的试管实验。(1)请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号：实验编号T/K用液体试管内取用液体实验目的①298食盐水(Ⅰ)实验①和②探究不同电解质溶液对铁钉腐蚀快慢的影响(Ⅱ)实验①和________探究温度对铁钉腐蚀快慢的影响(Ⅲ)实验①和________探究铁钉是否接触电解质溶液对铁钉腐蚀快慢的影响②③④(2)请根据上述实验，判断下列有关钢铁制品防腐的说法正确的是________(填字母)。A．在铁门、铁窗表面涂上油漆B．自行车各部件因有防护涂层或电镀等防腐措施，所以不需要停放在能遮雨的地方C．家用铁制厨具每次用完后应擦干放置在干燥处D．把挡水铁闸门与直流电源的正极连接且构成回路，可减少铁闸门的腐蚀速率【解答】(1)实验Ⅰ探究不同电解质对铁钉腐蚀快慢的影响，因此保证温度不变(仍为298K)，改变电解质(选用碳酸水)。实验Ⅱ探究温度对铁钉腐蚀快慢的影响，因此保证电解质不变(仍为食盐水)，改变温度(选308K)。实验Ⅲ探究铁钉是否接触电解质溶液对铁钉腐蚀快慢的影响。因此保证温度不变(仍为298K)，改变试管内液体(选植物油)。(2)A项涂油漆保护铁窗，使铁窗与周围物质隔开，正确；自行车放在干燥处，不易形成原电池，能降低腐蚀速率，B错误，C正确；D项挡水铁闸门应与直流电源的负极相连，使之作电解池的阴极，才能起到保护作用，D错误。【答案】(1)实验编号T/K试管内取用液体实验目的①298食盐水(Ⅱ)③(Ⅲ)④(只要与前面③、④对应即可)②298碳酸水③308食盐水④298植物油(2)AC考点过关考点过关1．炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中含NaCl)，不久便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑。腐蚀原理如图所示，下列说法正确的是()A．腐蚀过程中，负极是CB．Fe失去电子经电解质溶液转移给CC．正极的电极反应式为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑D．C是正极，O2在C表面上发生还原反应【解答】DA项，铁锅中含有的Fe、C和电解质溶液构成原电池，活泼金属作负极，Fe易失电子，故腐蚀过程中，负极是Fe，错误；B项，原电池中电子由负极Fe经外电路向正极C流动，在电解质溶液中依靠离子的移动导电，错误；C项，该原电池中，C作正极，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，错误；D项，C是正极，O2在C表面上发生还原反应，正确。2．下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀()ABCD【解答】B当铁棒作为原电池的正极或作为电解池的阴极时不被腐蚀。3．缠有金属丝的铁钉插在含有酚酞的NaCl溶液中，如图所示，可以看到在贴近金属丝一边的溶液中出现粉红色。则该金属丝可能是()A．镁 B．铝C．锌 D．铜【解答】D金属丝一边溶液出现粉红色，说明金属丝附近产生OH－，即正极反应式：2H2O＋O2＋4e－=4OH－，因此金属丝的活泼性比Fe差，铜符合题目要求。4．目前，脱氧保鲜剂已广泛用于食品保鲜、粮食及药材防虫、防霉等领域。含铁脱氧剂利用铁易被氧化的性质，完全吸收包装内的氧，从而对包装内的物品起到防氧化作用。当脱氧剂变成红棕色时则失效。下表是一种含铁脱氧保鲜剂的配方：主要原料用量含碳4%的铸铁粉80g滑石粉40g食盐4g乙醇适量下列反应式中与铁脱氧原理无关的是()A．Fe－2e－=Fe2＋B．C＋O2=CO2C．4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3D．2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O【解答】B脱氧保鲜剂的脱氧原理与铁的吸氧腐蚀类似。铁锈的形成过程主要是Fe­C原电池发生吸氧腐蚀的过程：负极反应为2Fe－4e－=2Fe2＋，正极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，Fe2＋和OH－结合：Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2，Fe(OH)2被空气氧化：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，Fe(OH)3缓慢分解：2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O。铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O，也可含有未分解的Fe(OH)3。5．(双选)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．在自然环境中，锡青铜中的锡可对铜起保护作用C．锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快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【解答】BCA项，锡青铜为合金，合金的熔点低于它的各成分金属的熔点，错误；B项，由于锡比铜活泼，在发生电化学腐蚀时，锡失电子保护铜，正确；C项，潮湿环境更易发生电化学腐蚀，加快金属的腐蚀，正确；D项，电化学腐蚀过程的实质是氧化还原反应，为化学过程，错误。6．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【解答】CA项，图1中，铁钉处于干燥环境，不易被腐蚀；B项，负极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，Fe2＋与K3[Fe(CN)6]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。7．一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下，下列说法不正确的是()pH2466.5813.514腐蚀快慢较快慢较快主要产物Fe2＋Fe3O4Fe2O3FeOeq\o\al(－,2)A.在pH＞14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为O2＋4H＋＋4e－=2H2OB．在pH＜4溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀C．在pH＞6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀D．在煮沸除氧气的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓【解答】AA项，pH＞14的溶液为碱性，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，故A符合题意；B项，pH＜4溶液为酸性溶液，碳钢主要发生析氢腐蚀，正极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，故B不符合题意；C项，pH＞6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，故C不符合题意；D项，在碱性溶液中碳钢发生吸氧腐蚀，煮沸除氧气后，腐蚀速率会减慢，故D不符合题意。8．某同学进行下列实验操作现象取一块打磨过的生铁片，在其表面滴一滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食盐水放置一段时间后，生铁片上出现如图所示“斑痕”，其边缘为红色，中心区域为蓝色，在两色环交界处出现铁锈下列说法不合理的是()A．生铁片发生吸氧腐蚀B．中心区的电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋C．边缘处的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－D．交界处发生的反应为4Fe2＋＋O2＋10H2O=4Fe(OH)3＋8H＋【解答】D生铁片边缘处为红色，说明生成了OH－，O2＋2H2O＋4e－=4OH－，生铁片发生吸氧腐蚀，故A、C两项合理；根据实验现象，中心区域为蓝色，说明生成了Fe2＋，Fe－2e－=Fe2＋，故B项合理；在两色环交界处出现铁锈，是因为生成的氢氧化亚铁被氧气氧化成了氢氧化铁，不是4Fe2＋＋O2＋10H2O=4Fe(OH)3＋8H＋，故D项不合理。9．利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法错误的是()A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应【解答】B若X为锌棒，开关K置于M处时，锌作负极，铁作正极被保护，A项正确、B项错误；若X为碳棒，开关K置于N处，铁连接电源负极作阴极被保护，C项正确；X连接电源正极作阳极被氧化，D项正确。【巩固提升】10．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【解答】C钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B正确；C项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，错误。11．铝阳极氧化处理后形成的氧化膜比铝的天然氧化膜耐磨性、耐腐蚀性及装饰性有明显的提高，工业中以铝为阳极，置于硫酸溶液中电解，装置如图所示，下列说法正确的是()A．阳极电极反应式为2Al－6e－＋6OH－=Al2O3＋3H2OB．随着电解的进行，溶液的pH逐渐增大C．当阴极生成气体3.36L(标准状况)时，阳极增重2.4gD．电解过程中H＋移向铝电极【解答】CA项，硫酸溶液显酸性，阳极反应式为2Al－6e－＋3H2O=Al2O3＋6H＋；B项，阴极反应式为6H＋＋6e－=3H2↑，电解过程中H2O减少，pH减小；D项，电解过程中H＋移向阴极(石墨极)。12．我国有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【解答】C锌环与电源的正极相连，为阳极，A项正确；断电时，Zn比铁活泼，作负极，电极反应为Zn－2e－=Zn2＋，C项错误。13．用压强传感器探究生铁在pH＝2和pH＝4的醋酸溶液中发生腐蚀的装置及得到的图像如下：pH＝2时锥形瓶中气pH＝4时锥形瓶中气体压强变化的曲线图体压强变化的曲线图分析图像，以下结论错误的是()A．溶液pH≤2时，生铁发生析氢腐蚀B．在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀C．析氢腐蚀和吸氧腐蚀的速率一样快D．两溶液中负极反应均为：Fe－2e－=Fe2＋【解答】C由压强变化图像可知pH＝2时，压强增大，说明生成氢气，发生析氢腐蚀，同理pH＝4时，压强减小，说明消耗氧气，发生吸氧腐蚀，两溶液中负极反应均为：Fe－2e－=Fe2＋，A、B、D选项正确；由斜率可知消耗氧气的速率比生成氢气的速率快，且消耗1mol氧气转移4mol电子，而生成1mol氢气转移2mol电子，所以吸氧腐蚀的速率大于析氢腐蚀速率，C选项错误。14．回答下列问题：(1)如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。①该电化腐蚀称为______________。②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是______(填字母)。③以锌为负极，采用牺牲阳极的阴极保护法防止铁闸的腐蚀，图中锌块的固定位置最好应在________处(填字母)。(2)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成如图防腐示意图，并作相应标注：(3)下图所示的各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是________。①②③④(4)如图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中，下列分析正确的是________(填字母)。A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H＋＋2e－=H2↑B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法D．K2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001mol气体【解答】(1)①金属在中性或较弱的酸性条件下发生的是吸氧腐蚀。②发生吸氧腐蚀，越靠近液面接触到的O2越多，腐蚀得越严重。③锌块应固定在腐蚀最严重的C处形成原电池，锌作负极，铁闸作正极，得到保护。(2)要用石墨通过电化学腐蚀保护铜，只能用电解池原理，碳接电源正极，铜接电源负极。(3)当电解质溶液相同时，同一金属腐蚀的快慢是电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。故本小题中，铁腐蚀由快到慢的顺序为④>②>①>③。(4)A项，K1闭合时，该装置构成了Fe­C­NaCl溶液原电池，铁作负极，发生氧化反应，电极反应式是Fe－2e－=Fe2＋；B项，石墨棒作正极，发生的电极反应式是2H2O＋O2＋4e－=4OH－，故石墨棒周围溶液pH逐渐升高；C项，K2闭合时，该装置构成了Fe­C­外加电源的电解池，石墨棒作阳极，Fe作阴极而不被腐蚀，该方法称为外加电流的阴极保护法；D项，K2闭合时，阳极的电极反应式是2Cl－－2e－=Cl2↑，阴极的电极反应式是2H＋＋2e－=H2↑，所以当电路中通过0.002NA个即0.002mol电子时，生成H2和Cl2的物质的量均为0.001mol，则两极共产生0.002mol气体。【答案】(1)①吸氧腐蚀②B③C(2)(3)④>②>①>③(4)B15．某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳