1.4 金属的腐蚀与防护 学案（含答案） 2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修1

1.4 金属的腐蚀与防护
【学习目标】
1.通过实验探究了解金属腐蚀的种类,知道金属发生电化学腐蚀的原因,培养动手操作能力和根据所学知识解决实际问题的能力。
2.通过了解金属发生腐蚀的原因及现代的防腐措施,认识金属腐蚀的危害,知道防止金属腐蚀的方法。
3.通过交流与讨论,了解电化学腐蚀原理的应用,感受化学对人类生产和生活的影响。
【自主预习】
一、金属电化学腐蚀的原理
1.金属腐蚀的定义和分类
2.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:金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接　　　　而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而增大。
(2)电化学腐蚀:当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生　　　　反应,比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。
3.钢铁的电化学腐蚀
析氢腐蚀 吸氧腐蚀
图形描述
条件 水膜酸性较　　　 水膜酸性很　　　　或呈　　　　性
负极 Fe-2e-Fe2+
正极 　　　　　　 　　　　　　
总反应 　　　　　　　　 　　　　　　　　
后续反应 最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·nH2O),反应为4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,2Fe(OH)3Fe2O3·nH2O+(3-n)H2O
联系 通常两种腐蚀同时存在,但后者更普遍
二、金属腐蚀的防护
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
金属在发生电化学腐蚀时,总是作为原电池负极(阳极)的金属被腐蚀,作为正极(阴极)的金属不被腐蚀,如果能使被保护的金属成为阴极,该金属就不易被腐蚀。
(1)牺牲阳极保护法
原理:　　　　原理。
要求:被保护的金属作　　　　　极,活泼性更强的金属作　　　　　极。
应用:锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块。
(2)阴极电保护法(外加电流阴极保护法)
原理:电解池原理。
要求:被保护的金属作为　　　　极,与电源的　　　　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。
三、电化学腐蚀原理的应用
1.铁腐蚀原理的应用
(1)测定空气中氧气的含量;
(2)食品包装袋中以铁粉为主要成分的双吸剂,延长食物的保质期;
(3)制成一次性保暖贴,使用后其主要成分为　　　　、氯化钠固体、　　　　以及含镁、铝的盐。
2.微电解技术处理工业废水
电极产物活性强发生氧化还原反应去除污染
【参考答案】一、1.氧化还原　氧化　吸氧　析氢　2.反应
原电池　3.强　弱　中　2H++2e-H2↑
O2+4e-+2H2O4OH-
Fe+2H+Fe2++H2↑
2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2
二、3.(1)原电池　正　负　(2)阴　负
三、1.炭粉　三氧化二铁固体
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)金属被腐蚀的本质是M+nH2OM(OH)n+H2↑。(　　)
(2)马口铁(镀锡铁)镀层破损后,首先是镀层被氧化。 (　　)
(3)金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀。 (　　)
(4)常温下,置于空气中的金属主要发生化学腐蚀。 (　　)
(5)钢铁发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的正极反应相同。 (　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
2.铁的腐蚀以哪种类型为主 为什么
【答案】因为钢铁通常所处的外部环境干燥程度较低,氧气的存在又比较广泛,且原电池反应比一般的氧化还原反应速率大,所以钢铁主要是发生电化学腐蚀,其次为化学腐蚀,又因为钢铁表面一般不会遇到酸性较强的溶液,故吸氧腐蚀是钢铁腐蚀的主要形式。
3.金属电化学防护的方法有哪些 哪一个效果更好
【答案】牺牲阳极保护法(原电池原理);阴极电保护法(电解池原理)。阴极电保护法的保护效果大于牺牲阳极保护法。
【合作探究】
任务1：金属的电化学腐蚀
情境导入　我国是世界上钢铁产量最多的国家,因为金属腐蚀而造成的经济损失远远超过因自然灾害和各类事故造成的经济损失的总和。生铁在干燥的空气中不易被腐蚀,但在潮湿的空气中却很快被腐蚀,在海水边被腐蚀得更快,且生铁比纯铁更易被腐蚀。
【实验探究】
(1)实验探究金属腐蚀的两种类型
①完成下列实验,并填写下列实验报告。
实验步骤 实验现象 解释(用化学用语表示)
a.向盛有铁粉的试管中加入适量的稀硫酸
b.反应片刻后,再向上述试管中加入少量铜
②上述实验中金属都发生了腐蚀,步骤a发生了化学腐蚀,步骤b发生了电化学腐蚀。请你通过完成下表,加深对两种腐蚀的认识。
化学腐蚀 电化学腐蚀
条件
是否发生原电池反应
是否有电流产生
本质
　　【答案】①a.有气泡产生,溶液逐渐变浅绿色　Fe+H2SO4FeSO4+H2↑　b.气泡产生的速率加快　构成原电池,反应速率加快,负极反应为Fe-2e-Fe2+,正极反应为2H++2e-H2↑
　　②
与外界物质直接接触反应 不纯金属或合金在潮湿的空气环境中
否 是
无 有
金属失电子,被氧化
(2)生铁在干燥的空气中不易被腐蚀,但在潮湿的空气中却很快被腐蚀,为什么 为什么生铁比纯铁更易被腐蚀
【答案】在潮湿的空气里,铁表面凝结一层水膜,空气中的O2、CO2溶解到水膜中形成了电解质溶液,它与生铁中的铁和少量的碳构成无数微小的原电池,发生电化学腐蚀。因为生铁中含有杂质碳。
(3)实验探究金属电化学腐蚀的两种类型
向铁粉中加入少量的炭粉,混合均匀后,撒入内壁分别用氯化钠溶液(甲)和稀醋酸(乙)润湿过的两支具支试管中,按如图所示分别连接好仪器。几分钟后,打开止水夹,观察现象。
①完成下列实验报告。
实验现象 解释 电极反应 腐蚀类型
甲
乙
②分析比较钢铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的不同,完成下表。
吸氧腐蚀 析氢腐蚀
电解质溶液
电极材料
得电子微粒
电极反应
　　【答案】①甲:导管中的液面上升　由于盛铁粉的具支试管中不断消耗O2而使具支试管中压强减小,从而引起倒吸　负极反应为Fe-2e-Fe2+,正极反应为2H2O+O2+4e-4OH-　吸氧腐蚀
乙:导管口有气泡产生　具支试管中有气体生成　负极反应为Fe-2e-Fe2+,正极反应为2H++2e-H2↑　析氢腐蚀
②
中性或弱酸性 较强的酸性
负极为铁,正极为碳 负极为铁,正极为碳
O2 H+
负极反应为Fe-2e-Fe2+, 正极反应为2H2O+O2+4e-4OH- 负极反应为Fe-2e-Fe2+, 正极反应为2H++2e-H2↑
(4)实验探究铁锈蚀的影响因素
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 常温下将铁丝放在干燥的空气中一个月 干燥的铁丝表面依然光亮
2 常温下将铁丝放在潮湿的空气中一小时 铁丝表面依然光亮
3 常温下将铁丝放在潮湿的空气中一个月 铁丝表面已变得灰暗
4 将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时 铁丝表面略显灰暗
5 将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时 铁丝表面已变得灰暗
6 将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时 铁丝表面灰暗程度比实验5严重
①上述实验中发生了电化学腐蚀的是　　　　　　(填实验序号);在电化学腐蚀中,负极的电极反应是　　　　　　　　,正极的电极反应是　 。
②由该实验可知,可以影响铁锈蚀速率的因素是 　。
③为防止铁的锈蚀,工业上普遍采用的方法是 　。
【答案】①3、4、5、6　Fe-2e-Fe2+　2H2O+O2+4e-4OH-
②湿度、温度、O2的浓度、电解质的存在
③电镀、烤蓝、覆盖保护层等合理方法
【核心归纳】
1.化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
发生条件 金属与接触到的物质直接反应 不纯金属或合金与接触到的电解质溶液发生原电池反应
共同点 M-ne-Mn+
是否构成原电池 无原电池构成 由无数微小原电池构成
实质 金属被腐蚀 较活泼金属被腐蚀
有无电流 无电流产生 有电流产生
联系 两者往往同时发生,电化学腐蚀更普遍,危害更大,且电化学腐蚀比化学腐蚀更快
2.析氢腐蚀与吸氧腐蚀的“三同”“三不同”
(1)析氢腐蚀与吸氧腐蚀的“三同”
①负极相同:均为Fe,电极反应为Fe-2e-Fe2+。
②正极材料相同:均为碳。
③最终产物相同:最终都形成铁锈,主要成分为Fe2O3·nH2O。
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀的“三不同”
①条件不同:酸性较强时发生析氢腐蚀,否则为吸氧腐蚀。
②正极反应不同:2H++2e-H2↑(析氢)
O2+4e-+2H2O4OH-(吸氧)
③电池总反应不同:
Fe+2H+Fe2++H2↑(析氢)
2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2(吸氧)
【典型例题】
【例1】钢铁腐蚀有如下两种情况,下列说法正确的是(　　)。
A.碳表面发生氧化反应
B.钢铁被腐蚀的最终产物为FeO
C.生活中钢铁制品的腐蚀以图①所示为主
D.图②中,正极反应为O2+4e-+2H2O4OH-
【答案】D
【解析】结合图示可知①为析氢腐蚀,②为吸氧腐蚀,两种腐蚀中Fe均作负极发生氧化反应,碳均作正极发生还原反应,A项错误;钢铁被腐蚀后最终转化为铁锈,其主要成分是Fe2O3·nH2O,B项错误;生活中钢铁制品的腐蚀以图②的吸氧腐蚀为主,C项错误;图②中正极上O2被还原,转化为OH-,D项正确。
【例2】生活中处处有化学,下列有关说法正确的是(　　)。
Ⅰ Ⅱ
现象 切过咸菜的刀不及时清洗,不久便会因被腐蚀而出现锈斑 深埋在潮湿土壤中的供水铁管道,在硫酸盐还原菌作用下出现漏水
原理图
A.Ⅰ和Ⅱ发生的都是吸氧腐蚀
B.Ⅰ和Ⅱ中Fe都为负极,电极反应是Fe-3e-Fe3+
C.输送暖气的铁管道极易发生Ⅱ中的腐蚀
D.Ⅰ中锈斑的主要成分是Fe2O3·nH2O
【答案】D
【解析】Ⅱ中在还原菌作用下硫酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成硫氢根离子,没有氧气参与正极放电,所以Ⅱ发生的不是发生吸氧腐蚀,A项错误;Ⅰ和Ⅱ中铁都为负极,铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子,B项错误;输送暖气的铁管道暴露在空气中,极易发生Ⅰ中的吸氧腐蚀,C项错误;由图可知,Ⅰ中发生的是吸氧腐蚀,锈斑的主要成分是Fe2O3·nH2O,D项正确。
任务2：金属腐蚀的防护
情境导入　人们在生产、生活中采取了多种防止金属腐蚀的措施,如对自行车采取的防护措施如图所示。
问题生成
1.图中自行车采取了哪些防护措施 简述其原理。
【答案】(1)在金属表面覆盖保护层:涂机油、镀铬、镀锌、烤漆、烤蓝等;这些措施使钢铁与空气、水隔绝,以达到防止被腐蚀的目的。
(2)制成合金:不锈钢;通过改善金属的内部结构,达到防止被腐蚀的目的。
2.在铁的表面镀上一层其他金属是常见的防止铁生锈的方法,常见的有镀锡(马口铁)和镀锌(白铁皮)。不同金属镀层对金属的保护作用一样吗 当金属镀层损坏时,镀层金属还能对铁起到保护作用吗
【答案】当金属镀层完好时,保护作用一样。当金属镀层损坏时,镀层金属与铁会形成原电池,马口铁中铁作负极材料,发生氧化反应,使腐蚀加重,不能起到保护作用;白铁皮中铁作正极材料受到保护,能起到保护作用。
3.电化学防护的实质是什么
【答案】电化学防护的实质是把被保护的金属作原电池的正极或电解池的阴极,不参与电极反应,从而不被氧化。
【实验探究】
(1)为了降低水库铁闸门腐蚀的速率,常在铁闸门上镶嵌一种金属,如图,镶嵌的金属R可选择何种材料 这种防护措施叫什么 简述其原理。
【答案】R可选择锌块等比铁活动性强的金属;牺牲阳极保护法;利用原电池原理,形成原电池时,被保护的金属作正极材料(阴极),不反应受到保护,活泼金属作负极材料(阳极),发生氧化反应而损耗。
(2)将水库铁闸门与直流电源相连也能防止其腐蚀,则铁闸门应连接直流电源的哪个电极 这种防护方法叫什么 利用了什么原理
【答案】铁闸门连接直流电源的负极;阴极电保护法;电解池原理。
(3)下列烧杯中盛有海水,判断生铁在其中腐蚀速率由快到慢的顺序。
【答案】④>②>①>③>⑤。
【核心归纳】
金属腐蚀快慢的判断
(1)影响金属腐蚀快慢的因素
①与构成微电池的材料有关。两极材料的活动性差别越大,氧化还原反应的速率越快,活泼金属被腐蚀的速率就越快。
②与金属所接触的电解质强弱有关。活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀,在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。对于同一种电解质溶液,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。
(2)判断原则
①对同一种金属来说,腐蚀的快慢:强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
②活泼性不同的金属,活泼性差别越大,腐蚀越快。
③对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。
④在不同条件下金属腐蚀的快慢比较:电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀(原电池原理的防护>电解原理的防护)。
【典型例题】
【例3】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-Zn
D.断电时,仍能防止铁帽被腐蚀
【答案】C
【解析】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。
【例4】某兴趣小组为验证牺牲阳极保护法,进行实验如下{烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液,Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液反应产生蓝色沉淀}。
① ②
在Fe表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化
③
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Fe
B.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的方法可证明Fe比Cu活泼
【答案】D
【解析】A项,对比②③,②Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6] 无明显变化,说明②Fe附近的溶液中不含Fe2+,③Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]产生蓝色沉淀,说明③Fe附近的溶液中含Fe2+,②中Fe被保护,A项正确;①加入K3[Fe(CN)6] 在Fe表面产生蓝色沉淀,Fe表面产生了Fe2+,
对比①②的异同,①可能是K3[Fe(CN)6]将Fe氧化成Fe2+,B项正确;对比①②,①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀,①也能检验出Fe2+,不能用①的方法验证Zn保护Fe,C项正确;由实验可知K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2+,将Zn换成Cu不能用①的方法证明Fe比Cu活泼,D项错误。
任务3：电化学腐蚀原理的应用
情境导入　金属的电化学腐蚀原理不仅可用于保护金属不被腐蚀,在生活中还有很多应用。例如,在食品包装袋中的双吸剂可延长食品保质期,利用铁腐蚀能消耗空气中的氧气快速测定空气中氧气的含量,制一次性保暖贴,利用微电解技术处理工业废水等。
【实验探究】
(1)铁粉和炭粉制成的双吸剂常用于食品保鲜,使用时会发生电化学腐蚀。
①双吸剂所吸收的物质主要是什么
②简述双吸剂保鲜的原理。
③双吸剂使用一段时间后会变成红色,红色物质的主要成分是什么
④请你提出一条延长食品保质期的建议。
【答案】①氧气和水。
②铁粉、炭粉、水与氧气发生原电池反应,消耗空气中的氧气和水蒸气,防止食品与氧气反应后变质,从而达到防腐保鲜的效果。
③Fe2O3。
④真空包装等。
(2)利用铁锈蚀原理测定空气中氧气的含量。
【查阅资料】脱氧剂的主要成分为铁粉、少量活性炭和少量氯化钠等。
【实验过程】
①取一个容积为150 mL的集气瓶,再取一个量筒,量取100 mL水。
②在室温下,将足量的脱氧剂悬吊在橡皮塞反面,再将橡皮塞旋紧在集气瓶口,然后将导管插入量筒内(如图所示)。
一段时间后观察到的现象:　　　　　　　　　　　,这是因为　。
③当量筒内水面高度不再变化,且温度恢复至室温时,读出水面在73 mL刻度处。
【实验结果】该实验测得空气中氧气的体积分数是　　　　　　　。
【反思拓展】本实验的测量结果与理论值不一致,可能的原因是　
(写两点)。
【答案】②量筒内的液面下降,部分水从量筒进入集气瓶　铁粉锈蚀消耗了集气瓶内的部分氧气,导致集气瓶内压强小于外界大气压
③18%　脱氧剂中有部分铁粉在实验前已被氧化,脱氧剂中内层的铁粉没有与氧气接触等
(3)一次性保暖贴的主要成分有铁粉、活性炭、食盐、水、蛭石(一种铁镁质铝硅酸盐矿物)、吸水性树脂等。
①保暖贴在发热过程中,其主要成分分别起什么作用 为什么保暖贴能快速地发热
②保暖贴使用的是双层包装。外层由不透气的明胶层制成,内层由微孔透气膜制成,为什么要这样设计
③为什么保暖贴能较持久而又稳定地提供热量
④为什么保暖贴使用后会变得较硬
【答案】①铁粉作负极材料,活性炭作正极材料,食盐溶于水成为离子导体。氧气作正极反应物,铁粉作负极反应物,构成无数个微小原电池,加快反应速率,放出大量热量。
②因产品在使用前不能发生反应,所以外层由不透气的明胶层制成,阻止与外界氧气接触。在使用时去掉外层,让内层暴露在空气里,空气中的氧气通过透气膜进入里面,发生反应。
③蛭石作保温材料,放热时间和温度可通过透气膜的透氧速率进行控制。
④铁最终转化为三氧化二铁,使用后保暖贴中的物质主要成分为三氧化二铁固体、炭粉、氯化钠固体以及含镁和铝的盐,因而变得较硬。
(4)可利用铁炭微电解工艺处理含铬酸性废水(主要含有Cr2、Cr3+),其中铸铁屑作负极材料,焦炭作正极材料,废水作离子导体。电极反应产物Fe2+能与废水中的Cr2发生氧化还原反应,反应后的废水中仍含有大量的Fe2+,将反应后的废水调节至中性,经曝气后生成絮凝性极强的Fe(OH)3,能够有效吸附废水中的悬浮物及Cr3+,从而达到去除水中污染物的目的。
①写出生成Fe2+的电极反应。
②写出在酸性条件下Fe2+与Cr2反应的离子方程式。
③写出曝气后生成Fe(OH)3的有关反应。
【答案】①Fe-2e-Fe2+
②Cr2+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O
③O2+2H2O+4e-4OH-、Fe2++2OH-Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3
【核心归纳】
1.保暖贴的发热原理
利用原电池反应加快氧化反应速率,将化学能转化为热能。
负极反应:Fe-2e-Fe2+;正极反应:O2+2H2O+4e-4OH-;总反应:2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,2Fe(OH)3Fe2O3·nH2O+(3-n)H2O,最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·nH2O)。
使用蛭石作保温材料。通过透气膜的透氧速率控制放热的温度和时间。
2.根据吸氧腐蚀原理测定空气中的氧气含量,延长食品保质期
可用如图装置测定空气中的含氧量,样品中含有炭粉、铁粉、食盐和少量水,通过量筒中水的体积的变化量测量氧气的消耗量。
3.微电解技术处理工业废水
微电解技术是处理高浓度有机废水的一种理想工艺,又称内电解法。它是在不通电的情况下,利用填充在废水中的微电解材料自身产生电位差对废水进行电解处理,以达到降解有机污染物的目的。当系统通水后,设备内会形成无数的微电池系统,在其作用空间构成一个电场。在处理过程中产生的新生态[H]、Fe2+等能与废水中的许多组分发生氧化还原反应,Fe2+进一步被氧化成Fe3+,它们的水合物具有较强的吸附、絮凝活性,特别是在加碱调pH后生成的氢氧化亚铁和氢氧化铁胶体絮凝剂的吸附能力远远高于一般药剂水解得到的氢氧化铁胶体,能大量吸附水中分散的微小颗粒、金属粒子及有机大分子。其工作原理基于电化学、氧化-还原、物理吸附以及絮凝沉淀的共同作用对废水进行处理。该法具有适用范围广、处理效果好、成本低廉、操作维护方便、不需消耗电力资源等优点。
【典型例题】
【例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:O2+2H2O+4e-4OH-
D.暖贴使用后铁粉最终转化为Fe(OH)2
【答案】D
【解析】由于氯化钠溶液呈中性,故暖贴工作时发生了吸氧腐蚀,A项正确;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项正确;由分析可知,正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,C项正确;总反应为2Fe+O2+2H2O2Fe(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项错误。
【例6】海港、码头的钢制管桩会受到海水的长期侵蚀,常用阴极电保护法对其进行保护(如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极)。下列有关叙述中错误的是(　　)。
A.高硅铸铁作为惰性辅助阳极是不会损耗的
B.通电后外电路的电流被强制流向钢制管桩
C.保护电流应该根据环境条件变化进行调整
D.通电后使钢制管桩表面的腐蚀电流接近零
【答案】B
【解析】高硅铸铁为惰性辅助阳极,所以高硅铸铁不损耗,A项正确;通电后,惰性高硅铸铁作阳极,海水中的氯离子等在阳极失电子发生氧化反应,电流由电源正极经导线流向阳极,再从阴极流向电源负极,B项错误;在保护过程中要使被保护金属结构电位低于周围环境,则通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整,C项正确;被保护的钢制管桩作为阴极,从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制,使钢制管桩表面腐蚀电流接近于零,减弱或避免电化学腐蚀的发生,D项正确。
【随堂检测】
课堂基础
1.下列有关金属腐蚀的说法中正确的是(　　)。
A.金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程
B.电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程
C.钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀,负极吸收氧气,产物最终转化为铁锈
D.金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同,但电化学腐蚀伴有电流产生
【答案】D
【解析】金属腐蚀的本质,主要是金属原子失电子被氧化,腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼,外因是金属与空气、水和其他腐蚀性的物质接触,腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀,A项错误;电化学腐蚀指不纯金属与电解质溶液接触时发生原电池反应而损耗的过程,不需要外加电流,B项错误;钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀,正极吸收氧气,而不是负极吸收氧气,C项错误。
2.铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是(　　)。
A.正极反应为2H++2e-H2↑
B.此过程中还涉及反应:4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3
C.此过程中Fe、Cu均被腐蚀
D.此过程中电流从Fe流向Cu
【答案】B
【解析】铁铆钉发生吸氧腐蚀的正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,铜作正极不被腐蚀,电流从正极流向负极。
3.“雪龙2号”从深圳启航,执行中国第36次南极科考任务。下列有关科考船的说法正确的是(　　)。
A.外壳镶嵌一些铅块可提高科考船的抗腐蚀能力
B.停靠期间可将电源正极与船体相连保护船体
C.利用牺牲阳极保护法保护船体时,正极反应为O2+4e-+2H2O4OH-
D.只能采用电化学保护法提高科考船船体抗腐蚀能力
【答案】C
【解析】在船壳上镶嵌铅块,铁比铅活泼,构成原电池时,船壳作负极加快腐蚀,不能减慢船体的腐蚀,A项错误;船体与电源正极相连,作阳极,加快船体的腐蚀,B项错误;利用牺牲阳极保护法保护船体时,船体作正极被保护,正极是氧气得电子生成氢氧根离子,正极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,C项正确;还可以利用在船体表面涂上保护层等方法,提高其抗腐蚀能力,D项错误。
对接高考
4.(2016·浙江10月选考,17)在一块表面无锈的铁片上滴食盐水,放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现,铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式:2Fe+2H2O+O22Fe(OH)2,Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3,再在一定条件下脱水生成铁锈,其原理如图。
下列说法正确的是(　　)。
A.铁片发生还原反应而被腐蚀
B.铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域
C.铁片腐蚀中负极发生的电极反应:2H2O+O2+4e-4OH-
D.铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池,发生了电化学腐蚀
【答案】D
【解析】A项,铁作负极,发生失电子的氧化反应,错误;B项,铁片负极腐蚀最严重,由于离子的移动,在正极区域生成铁锈最多,错误;C项,铁作负极,发生失电子的氧化反应,即Fe-2e-Fe2+,错误;D项,在一块表面无锈的铁片上滴食盐水,铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池,发生了电化学腐蚀,铁作负极,碳作正极,正确。
5.(2020·江苏卷,11)将金属M连接在钢铁设施表面,可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中,下列有关说法正确的是(　　)。
A.阴极的电极反应式为Fe-2e-Fe2+
B.金属M的活动性比Fe的活动性弱
C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
【答案】C
【解析】A项,阴极的钢铁设施实际作原电池的正极,正极金属被保护不失电子,错误;B项,阳极金属M实际为原电池装置的负极,电子流出,原电池中负极金属比正极活泼,因此M的活动性比Fe的活动性强,错误;C项,金属M失电子,电子经导线流入钢铁设备,从而使钢铁设施表面积累大量电子,自身金属不再失电子从而被保护,正确;D项,海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度,离子浓度越大,溶液的导电性越强,因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快,错误。
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