(共22张PPT)
1.金属腐蚀的定义、本质
第4节 金属的腐蚀与防护
知识点 1 金属腐蚀及其分类
必备知识 清单破
2.金属腐蚀的分类
化学腐蚀 电化学腐蚀
定义 金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀 不纯金属或合金发生原电池
反应,较活泼的金属失去电子
被氧化而引起的腐蚀
现象 金属被腐蚀,无电流产生 较活泼金属被腐蚀,有微弱电
流产生
本质 M-ne- Mn+(电化学腐蚀是较活泼金属失电子被氧化) 联系 两者往往同时发生,电化学腐蚀更普遍 1.原理
以铜板上铁铆钉的电化学腐蚀为例进行分析,负极材料是铁,正极材料是铜,空气中的CO2、
SO2或沿海地区空气中的NaCl等溶解到铜板表面凝结的水膜中形成电解质溶液,铜板和铁
铆钉与电解质溶液互相接触形成原电池。
知识点 2 金属电化学腐蚀的原理
吸氧腐蚀 析氢腐蚀
条件 水膜呈弱酸性、中性或碱性 水膜呈较强酸性
正极反应 O2+2H2O+4e- 4OH- 2H++2e- H2↑
负极反应 Fe-2e- Fe2+ 总反应 2Fe+O2+2H2O 2Fe(OH)2 Fe+2H+ Fe2++H2↑
其他反应 4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3、2Fe(OH)3 Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O 联系 吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍 2.分类
1.在金属表面覆盖保护层
(1)涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等。
(2)镀耐腐蚀的金属或合金。
(3)用化学方法使金属表面钝化,形成一层致密的氧化膜。
2.改变金属的内部结构
在金属中添加其他元素形成耐腐蚀金属,如不锈钢等。
知识点 3 金属的防护
牺牲阳极保护法 阴极电保护法
原理 原电池原理 电解原理
措施 形成原电池时,让被保护的金属作正极受到保护;而活泼的金属作负极 将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两个电极,使被保护的金属作阴极,用废铁等作辅助阳极,在外加直流电源的作用下使阴极的金属得到保护
应用 常用于保护船舶外壳等 主要用于防止土壤、海水及河水中的金属设备的腐蚀
3.电化学防护法
知识点 4 电化学腐蚀原理的应用
1.将纯铁、生铁分别同时放入稀硫酸中,发生的腐蚀一样。这种说法正确吗 ( )
纯铁与稀硫酸直接反应,发生化学腐蚀;将生铁放入稀硫酸中,生铁中含有碳,则会形
成原电池,铁为负极,发生电化学腐蚀。
2.为使某些铁制品保持亮洁美观的效果,经常在其表面镀上一层锡,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。这种说法正确吗 ( )
因为铁比锡活泼,镀层破损后形成原电池,铁作负极被腐蚀。
3.若在轮船外壳上附着一些铜块,可以减缓轮船外壳的腐蚀。这种说法正确吗 ( )
若在轮船外壳上附着一些铜块,铜作正极,轮船外壳作负极,会加快轮船外壳的腐蚀。
4.干燥环境下,所有金属都不能被腐蚀,这种说法正确吗 ( )
干燥环境下,金属可发生化学腐蚀。
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
提示
提示
提示
提示
1.对同一电解质溶液来说,金属腐蚀速率的快慢:电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐
蚀>化学腐蚀>应用原电池原理有保护措施的腐蚀>应用电解原理有保护措施的腐蚀。
2.电解质溶液相同,活泼性不同的两金属,活泼性差别越大,较活泼金属的腐蚀速率越快。
3.对同一金属来说,在不同介质中腐蚀速率的快慢:强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电
解质溶液中。
4.对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀速率越快(钝化除外)。
关键能力 定点破
定点 金属腐蚀快慢的规律
典例 如图所示各装置中都盛有0.1 mol/L的NaCl溶液,放置一段时间后,装置中锌片的腐蚀
速率由快到慢的顺序是 。
思路点拨：金属腐蚀速率由快到慢的顺序是电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>
化学腐蚀>应用原电池原理有保护措施的腐蚀>应用电解原理有保护措施的腐蚀。
解析：根据题图可知,①⑤装置为原电池,锌均为负极,由于锡比铜活泼,①中两电极活泼性差
别比⑤大,加快锌的腐蚀,腐蚀速率①比⑤快;②装置为电解池,锌为阳极,腐蚀速率最快;③装
置为电解池,锌为阴极,腐蚀速率最慢;④中Zn发生化学腐蚀;故锌片的腐蚀速率由快到慢的顺
序是②>①>⑤>④>③。
答案： ②>①>⑤>④>③
一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中,Zn2+以Zn(OH 存
在]。(情境选自2022年全国甲卷10题)
学科素养 情境破
素养 证据推理与模型认知——探究“隔膜”在电化学装置中的应用
问题1 请根据图示装置,写出负极反应式和正极反应式。能否写出总反应式
根据图示装置可知,Ⅲ区Zn电极为电池的负极,Ⅰ区MnO2电极为正极。负极Zn失电子
被氧化生成Zn(OH ,负极反应为Zn-2e-+4OH- Zn(OH ;正极MnO2在酸性条件下被还原
为Mn2+,正极反应为MnO2+2e-+4H+ Mn2++2H2O。结合正极反应和负极反应可写出电池总
反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+ Zn(OH +Mn2++2H2O。
问题2 电池工作时,两个离子选择隔膜的类型是什么
结合正、负极反应可知,Ⅰ区正电荷减少,Ⅲ区负电荷减少,则Ⅲ区K+通过右侧隔膜向
Ⅱ区移动,Ⅰ区S 通过左侧隔膜向Ⅱ区移动,则左侧隔膜为阴离子交换膜,右侧隔膜为阳离
子交换膜。
阳离子交换膜 对阳离子有选择性透过作用的膜,简称阳膜
质子交换膜 一般指对H+有选择性透过作用的膜
阴离子交换膜 对阴离子有选择性透过作用的膜,简称阴膜
“两性离子”交换膜 同时含有阳离子交换基团和阴离子交换基团的离子交换膜,对某些离子有较高的选择性,主要用于离子分离和回收溶液中的微量金属
双极性膜 一面是阴离子交换膜,另一面是阳离子交换膜,中间有一层很薄的相界面,在直流电作用下,相界面中的H2O解离成H+和OH-并分别透过阳膜和阴膜,作为H+和OH-的供应源,简称双极膜
“隔膜”在电化学装置中的应用
1.几种常见的“隔膜”
讲解分析
2.含“隔膜”的多室电解池模型
多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性(只允许带某种电荷的离子通过)将电解池
分为两室、三室、四室等,以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。
(1)“双膜三室”电解池
在电解装置中,利用两个离子交换膜隔开三个盛有电解质溶液的“室”。如图所示,
“双膜”为离子交换膜a和离子交换膜b,“三室”为Ⅰ室、Ⅱ室和Ⅲ室。
根据电解的目的不同,离子交换膜a和离子交换膜b可以均是阳离子交换膜,也可以均是
阴离子交换膜,还可以一个是阳离子交换膜,一个是阴离子交换膜。
(2)“三膜四室”电解池
在电解装置中,利用三个离子交换膜隔开四个盛有电解质溶液的“室”。以四室电渗析
法制备H3PO2为例,其工作原理如图所示。
阳极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+,产生的H+通过阳离子交换膜进入产品室;原料室中
的H2P 通过阴离子交换膜进入产品室,与H+结合生成弱电解质H3PO2;阴极反应为4H2O+4e-
2H2↑+4OH-,原料室中的Na+通过阳离子交换膜进入阴极室。
例题 Co是磁性合金的重要材料。工业上可用如下装置制取单质Co并获得副产品盐酸(A、
B膜均为离子交换膜)。
典例呈现
下列说法正确的是 ( )
A.若阴极析出5.9 g Co,则加入0.1 mol Co(OH)2可将溶液恢复至原状态
B.A膜为阴离子交换膜,B膜为阳离子交换膜
C.若产品室Δn(HCl)=0.2 mol,则两电极室溶液的质量变化差为|Δm阴极室溶液|-|Δm阳极室溶液|=11.2 g
D.电解结束后,阳极室溶液的pH增大
C
素养解读： 本题以电解制备Co和副产品盐酸为情境素材,考查对电解原理的理解及“隔
膜”在电化学装置中的应用,体现了证据推理与模型认知的化学学科核心素养。
信息提取： 与电源正极相连的石墨电极为阳极,阳极上水放电:2H2O-4e- 4H++O2↑,H+通
过A膜进入产品室;阴极上Co2+放电:Co2++2e- Co,溶液中Cl-通过B膜进入产品室。
解题思路： 电解总反应为2Co2++2H2O 4H++2Co+O2↑,电解过程中溶液中H元素质量不
变,故复原时不能加入Co(OH)2,A错误;石墨电极为阳极,阳极室中H+通过A膜进入产品室,则A
膜为阳离子交换膜,阴极室中Cl-通过B膜进入产品室,则B膜为阴离子交换膜,B错误;若产品室
Δn(HCl)=0.2 mol,则阳极消耗0.1 mol H2O,阳极室溶液质量减少0.1 mol×18 g/mol=1.8 g,阴极
消耗0.1 mol CoCl2,阴极室溶液质量减少0.1 mol×130 g/mol=13 g,故两电极室溶液的质量变化
差为|Δm阴极室溶液|-|Δm阳极室溶液|=13 g-1.8 g=11.2 g,C正确;电解结束后,阳极室中溶剂水减少,硫酸浓
度增大,溶液的pH减小,D错误。
思维升华
电化学知识是高考必考点,题目素材常与生产、生活相联系,所涉及的电化学装置往往
含有“隔膜”。
在原电池中应用“隔膜”,一般可起到平衡电荷的作用,还能防止电解质溶液中的部分
离子与电极直接反应。在电解池中使用“隔膜”的主要目的是限制某些离子(或分子)的定
向移动,避免电解质溶液中的离子(或分子)与电极产物反应,提高产品纯度或防止发生危险
等。第4节 金属的腐蚀与防护
基础过关练
题组一 金属的腐蚀
1.用如下装置进行铁的电化学腐蚀实验,一段时间后,试管发热,导管口有气泡产生。下列说法正确的是 ( )
A.铁发生的电极反应:Fe-3e- Fe3+
B.铁腐蚀过程中,部分化学能转化为热能
C.碳粉的存在对铁腐蚀的速率无影响
D.导管口产生气泡,证明铁发生了析氢腐蚀
2.(经典题)一定条件下,碳钢腐蚀与溶液pH有关,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- 2H2O
D.在煮沸除氧气后的碱性溶液中,碳钢腐蚀速率会减慢
3.地下管线穿过不同的地质结构及潮湿程度不同的土壤带时,如图所示,由于氧气浓度存在差别,会引起金属管道的腐蚀。下列说法正确的是 ( )
A.黏土区钢管作正极
B.电子由砂土区钢管流向黏土区钢管
C.每消耗22.4 L O2最终可生成铁锈1 mol
D.砂土区钢管表面发生的电极反应可能为O2+4e-+2H2O 4OH-
题组二 金属的防护
4.(教材习题改编)潜艇的金属外壳浸在海水中,在海水和海水中所溶解的空气作用下会被腐蚀,下列有关潜艇的金属外壳的腐蚀与防护的叙述错误的是 ( )
A.潜艇在海水中发生的电化学腐蚀主要是析氢腐蚀
B.可将潜艇的金属外壳上刷油漆进行保护
C.可在潜艇底部安装锌块进行保护
D.可将潜艇外壳与电源的负极相连进行保护
5.下列防止钢铁腐蚀的方法中,属于牺牲阳极保护法的是 ( )
6.研究金属腐蚀及防护的装置如图所示,下列有关说法不正确的是 ( )
A.图1:溶液变红
B.若图2中d为铜棒,海水换成稀硫酸,则铜棒上有H2生成
C.图2:若d为锌,则铁不易被腐蚀
D.图1:a点产生的铁锈比b点少
7.(易错题)利用如图装置,可以模拟铁的电化学防护。下列说法正确的是 ( )
A.若X为碳棒,为减缓铁的腐蚀,开关K应置于N处
B.若X为锌,开关K置于M处,该电化学防护法称为阴极电保护法
C.若X为碳棒,为减缓铁的腐蚀,开关K应置于M处,该电化学防护法称为牺牲阳极保护法
D.若X为锌,开关K置于N处,对铁不能起到防护作用
8.对金属制品进行抗腐蚀处理可延长其使用寿命。
(1)以下为铝材表面处理的一种方法:
以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极电极反应式为 。
(2)镀铜可防止铁制品腐蚀,电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是 。
题组三 金属腐蚀快慢及影响因素
9.在下列各种情况下,钢铁腐蚀速率最慢的是 ( )
A.潮湿疏松透气的土壤中
B.在含铁元素较多的酸性土壤中
C.在含碳粒较多、潮湿透气的土壤中
D.在干燥致密不透气的土壤中
10.下列装置(容器中的液体均足量)中,铁的腐蚀速率最快的是 ( )
11.某小组同学研究“84”消毒液(有效成分为NaClO)对铁的腐蚀作用:将等量的铁钉(铁碳合金)和纯铁粉分别浸没于10 mL“84”消毒液中,记录现象如下,下列说法正确的是 ( )
1小时 2小时 5小时
铁钉 无明显现象 铁钉表面出现少量红褐色物质 铁钉表面“生长”出大量红褐色物质
纯铁粉 无明显现象 无明显现象 无明显现象
A.铁钉主要发生的是化学腐蚀
B.不考虑溶液体积变化,铁钉腐蚀后的溶液中c(Cl-)增大
C.铁粉的腐蚀速率慢主要是由于其表面积大
D.“84”消毒液有强氧化性,因此Fe被腐蚀时发生电极反应:Fe-3e- Fe3+
能力提升练
题组一 金属腐蚀原理
1.科学研究发现:金属生锈时,锈层内如果有硫酸盐会加快金属的腐蚀,其腐蚀原理如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.钢铁的腐蚀中正极电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-
B.酸雨地区的钢铁更易被腐蚀
C.Fe(OH)2生成FeO(OH)的化学方程式为2Fe(OH)2+O2 2FeO(OH)+H2O
D.硫酸盐加速电子传递,有一定的催化作用
2.(经典题)用压强传感器探究生铁在pH=2和pH=4的CH3COOH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.该条件下析氢腐蚀和吸氧腐蚀的速率一样快
B.在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀
C.溶液pH≤2时,生铁发生析氢腐蚀
D.两溶液中负极反应均为Fe-2e- Fe2+
3.利用物质由高浓度向低浓度自发扩散的能量可制成浓差电池。在海水中的不锈钢制品,缝隙处氧浓度比海水低,易形成浓差电池而发生缝隙腐蚀。缝隙处腐蚀机理如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.金属缝隙内表面为负极,外自由表面为正极
B.缝隙内溶液pH增大,加快了缝隙内Fe的腐蚀速率
C.为了维持电中性,海水中大量Cl-进入缝隙
D.正极的电极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-
4.中国传统的农具、兵器曾大量使用铁,铁器的修复是文物保护的重要课题。
(1)分析腐蚀原理
一般认为,铁器腐蚀经过了如下循环:
①Fe转化为Fe2+。
②Fe2+在自然环境中形成FeO(OH),该物质中铁元素的化合价为 。
③FeO(OH)和Fe2+反应形成致密的Fe3O4保护层。
④Fe3O4保护层被氧化为FeO(OH),如此往复。写出Fe3O4保护层被氧化为FeO(OH)反应的化学方程式 。
(2)铁器表面氧化层的成分有多种,性质如下:
成分 Fe3O4 FeO(OH) FeOCl
性质 致密 疏松 疏松
在有氧条件下,Fe3O4在含Cl-溶液中会转化为FeOCl,将相关反应的离子方程式补充完整:Fe3O4+O2+ +H2O FeOCl+ 。
(3)化学修复可以使FeOCl转化为Fe3O4致密保护层:用Na2SO3和NaOH混合溶液浸泡锈蚀的铁器,一段时间后取出,再用NaOH溶液反复洗涤。
①FeOCl在NaOH的作用下转变为不溶于水的FeO(OH),反应的离子方程式是 。
②Na2SO3的作用是 。
题组二 金属的防护方法
5.在缺氧的深层潮湿土壤中,厌氧细菌会促进钢铁发生厌氧腐蚀,其原理如图所示。为抑制腐蚀的发生,通常将钢管、石墨电极分别与外接电源相连,使钢管表面形成致密的Fe3O4薄膜。下列说法正确的是 ( )
A.上述保护方法为阴极电保护法
B.腐蚀过程中存在反应S+4H2 S2-+4H2O
C.设NA为阿伏加德罗常数的值,每生成1 mol FeS,电路中转移的电子数为NA
D.通电后电子从钢管流向石墨电极,再经潮湿的土壤回到钢管
6.某同学利用如图所示装置探究金属的腐蚀与防护条件。对于该实验下列说法正确的是 ( )
A.①区铁电极发生吸氧腐蚀,Cu电极上有气体生成
B.②区铁电极被腐蚀,Cu电极附近滴加酚酞溶液后变成红色
C.③区铁电极被保护,铁电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-
D.④区铁电极被保护
7.青铜器电化学腐蚀过程中,表面的粉状锈构成的电极与金属基体组成的电极构成原电池。
(1)铜表面的铜锈成分非常复杂,主要成分有Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl,腐蚀原理如图所示,下列说法正确的是 。
A.Cu在酸性较强的溶液中易发生析氢腐蚀
B.潮湿的空气中,粉状锈上的电极反应为O2+4e-+2H2O 4OH-
C.将青铜长时间浸泡在稀硝酸中是除去青铜表面粉状锈的一种有效方法
D.青铜基体与外接电源正极相连可以减缓青铜的腐蚀
(2)考古学家将铜锈分为无害锈和有害锈,Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl的结构如图所示:
Cu2(OH)2CO3 (填“能”或“不能”)看作无害锈,请解释原因: 。
(3)BTA保护法是青铜器修复最常用的方法之一,原理如图所示:
请写出BTA保护法的优点(写出2点): 。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.B 2.C 3.D 4.A 5.B 6.D 7.A 9.D
10.B 11.B
1.B 铁发生的电极反应:Fe-2e- Fe2+,A错误;铁腐蚀过程中,试管发热,说明部分化学能转化为热能,B正确;铁粉、碳粉、氯化钠溶液构成原电池,碳粉的存在加快铁腐蚀的速率,C错误;铁腐蚀过程中,具支试管内温度升高,气体膨胀,故导管口产生气泡不能证明铁发生了析氢腐蚀,D错误。
易错分析
注意钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时,负极均是Fe失电子生成Fe2+,不生成Fe3+。本题还有D项易判断错误,注意导管口产生气泡,可能是因为产生了气体,也可能是因为反应放热使具支试管内温度升高,气体受热膨胀。
2.C 在pH<4的溶液中,溶液酸性较强,碳钢主要发生析氢腐蚀,负极反应为Fe-2e- Fe2+,A正确;碳钢在弱酸性、中性、碱性环境中,主要发生吸氧腐蚀,B正确;碳钢在碱性环境中主要发生吸氧腐蚀,正极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,C错误;将碱性溶液煮沸除去O2后,碳钢腐蚀速率会减慢,D正确。
3.D 富氧区氧气浓度高,O2得电子,砂土区钢管作原电池的正极,黏土区钢管作负极,A错误;电子由负极流向正极,所以电子由黏土区钢管流向砂土区钢管,B错误;未指明气体所处的状况,无法计算,C错误;砂土区钢管作原电池的正极,在酸性不强时发生吸氧腐蚀,其表面发生的电极反应可能为O2+4e-+2H2O 4OH-,D正确。
4.A 潜艇在海水中主要发生的是吸氧腐蚀,A错误;在潜艇的金属外壳上刷油漆可以防止金属和海水、空气接触,从而对潜艇进行保护,B正确;在潜艇底部安装锌块,形成原电池,锌是负极被腐蚀,潜艇外壳被保护,C正确;将潜艇外壳与电源的负极相连,即潜艇外壳为阴极,被保护,D正确。
5.B 牺牲阳极保护法是利用原电池原理保护金属。铁管道为阴极,该方法属于外加电流的阴极保护法,A项不符合题意;Mg比Fe活泼,Mg作负极发生氧化反应而损耗,钢铁输水管作正极,被保护,属于牺牲阳极保护法,B项符合题意;钢闸门作阳极,发生氧化反应,加快钢闸门腐蚀,C项不符合题意;喷油漆属于隔绝氧气的保护方法,D项不符合题意。
6.D 图1中铁发生吸氧腐蚀,O2得电子,电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-,食盐水中含酚酞,故溶液变红,A正确;a点氧气含量高,所以a点产生的铁锈比b点多,D错误;若d为铜棒,海水换成稀硫酸,则Fe作负极,Cu作正极,在正极发生得电子的还原反应:2H++2e- H2↑,B正确;若d为锌,形成原电池,Zn为负极,生铁为正极,正极被保护,则铁不易被腐蚀,C正确。
7.A
若X为碳棒,开关K置于N处,金属铁作电解池的阴极,铁被保护,可减缓铁的腐蚀,A项正确;若X为锌,开关K置于M处,锌作原电池的负极,铁作原电池的正极,该电化学防护法称为牺牲阳极保护法,B项错误;若X为碳棒,开关K置于M处,铁作原电池的负极,加快了铁的腐蚀,C项错误;若X为锌,开关K置于N处,锌作电解池的阳极,铁作电解池的阴极,可以减缓铁的腐蚀,D项错误。
易错分析
解答本题需明确两种电化学防护法的适用范围和条件。被保护的金属应作原电池的正极或电解池的阴极,若电极连接错了,反而加速腐蚀。
8.答案 (1)2Al+3H2O-6e- Al2O3+6H+ (2)用铜作阳极可补充溶液中消耗的Cu2+,保持溶液中Cu2+浓度恒定
解析 (1)活泼金属铝作阳极,阳极材料本身失电子被氧化,根据题意可知其氧化产物为Al2O3,所以阳极的电极反应式为2Al+3H2O-6e- Al2O3+6H+。
(2)镀铜时阴极上铜离子放电,因此用铜作阳极可补充溶液中消耗的Cu2+,保持溶液中Cu2+浓度恒定。
9.D 土壤潮湿疏松,提供水和氧气,钢铁腐蚀速率加快;在含铁元素较多的酸性土壤中,钢铁发生析氢腐蚀,腐蚀速率加快;在含碳粒较多、潮湿透气的土壤中,构成原电池,钢铁腐蚀速率加快;干燥致密不透气的土壤中,不易构成原电池,钢铁腐蚀速率最慢;综上,D正确。
10.B A项,无水乙醇不导电,该装置不能构成原电池;B项,该装置构成原电池,Fe为负极,加速铁的腐蚀;C项,NaOH溶液为电解质溶液,构成原电池,Al为负极,Fe为正极,被保护;D项,构成电解池,Fe为阴极,被保护。铁的腐蚀速率最快的是B项。
名师点睛
不同条件下金属腐蚀快慢的判断
(1)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)。
(2)一般,强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
(3)一般,同种电解质溶液,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。
11.B 铁钉为铁碳合金,放置在“84”消毒液中,形成原电池,主要发生的是电化学腐蚀,A错误;铁钉腐蚀生成Fe2+,ClO-可被Fe2+还原为Cl-,溶液中c(Cl-)增大,B正确;纯铁粉的腐蚀速率慢与固体的表面积无关,C错误;铁钉发生电化学腐蚀,电极反应式为Fe-2e- Fe2+,D错误。
能力提升练
1.C 2.A 3.B 5.B 6.B
1.C 由题图可知钢铁发生吸氧腐蚀,C作正极,O2在正极得电子,电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-,A正确;酸性溶液可以加速铁的锈蚀,B正确;化学方程式中氧原子不守恒,Fe(OH)2不稳定,易被O2氧化生成FeO(OH),化学方程式为4Fe(OH)2+O2 4FeO(OH)+2H2O,C错误;锈层内如果有硫酸盐会加快金属的腐蚀,硫酸盐能增加导电性,加速电子传递,有一定的催化作用,D正确。
2.A 根据气体压强与时间关系图可知吸氧腐蚀速率大于析氢腐蚀速率,A错误;CH3COOH溶液的pH=4时,锥形瓶中压强随着反应的进行而逐渐减小,说明发生吸氧腐蚀,所以在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀,B正确;根据CH3COOH溶液的pH=2时,锥形瓶中压强与时间的关系知,随着反应的进行压强逐渐增大至不变,说明发生的是析氢腐蚀,则溶液pH≤2时,生铁发生析氢腐蚀,C正确;根据以上分析可知两个溶液中都发生电化学腐蚀,铁均作负极,电极反应均为Fe-2e- Fe2+,D正确。
3.B 由题图可知,不锈钢缝隙内表面为负极,电极反应为Fe-2e- Fe2+,缝隙内溶液pH不增大,外自由表面为正极,正极上O2得电子,电极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-,A、D正确,B错误;阴离子由正极向负极移动,大量Cl-进入缝隙维持溶液电中性,C正确。
4.答案 (1)+3 4Fe3O4+O2+6H2O 12FeO(OH)
(2)4 12 Cl- 6 12 12 OH-
(3)①FeOCl+OH- FeO(OH)+Cl- ②做还原剂,将FeOCl还原为Fe3O4
解析 (1)化合物中各元素的化合价代数和为0, FeO(OH)中氧元素的化合价为-2价,氢元素的化合价为+1价,则铁元素的化合价为+3价。根据得失电子守恒和原子守恒写出化学方程式。(2)在有氧条件下,Fe3O4在含Cl-溶液中会转化为FeOCl,由电荷守恒可知生成物中还有OH-,O2的化学计量数为1,由得失电子守恒可知,Fe3O4的化学计量数为4,再根据原子守恒配平,得到反应的离子方程式为4Fe3O4+O2+12Cl-+6H2O 12FeOCl+12OH-。(3)①FeOCl在NaOH的作用下转变为不溶于水的FeO(OH)和溶于水的NaCl,反应的离子方程式为FeOCl+OH- FeO(OH) +Cl-;②Na2SO3中硫元素的化合价为+4价,做还原剂,将FeOCl还原为Fe3O4。
5.B 为抑制腐蚀的发生,将钢管、石墨电极分别与外接电源相连,使钢管表面形成致密的Fe3O4薄膜,则铁被氧化,钢管为阳极,石墨为阴极,该保护方法不属于阴极电保护法,A错误;由题图可知,腐蚀过程中存在反应S+4H2 S2-+4H2O,B正确;每生成1 mol FeS,最终转移的电子数不为NA,C错误;电子不会进入电解液,故不会经潮湿的土壤回到钢管,D错误。
6.B ①区形成原电池,Fe为负极,发生吸氧腐蚀,Cu电极上没有气体生成,故A错误;②区形成电解池,Cu电极为阴极,阴极生成氢气和氢氧化钠,Cu电极附近滴加酚酞溶液后变成红色,Fe为阳极,被氧化生成亚铁离子,故B正确;③区形成原电池,Fe为正极,电解质溶液为中性溶液,电极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-,故C错误;④区形成电解池,Fe为阳极,被氧化,故D错误。
7.答案 (1)B
(2)能 Cu2(OH)2CO3为致密的结构,可以防止铜的进一步锈蚀,故为无害锈
(3)①BTA能在青铜器表面形成一层致密的透明保护膜;②能替换出锈层中的氯离子,能够高效除去有害锈,不损害青铜器且使青铜器得到保护
解析 (1)金属活动性顺序中Cu排在H后边,不能发生析氢腐蚀,A错误;由题图可知,潮湿的空气中,O2在粉状锈上得到电子生成OH-,电极反应为O2+4e-+2H2O 4OH-,B正确;将青铜长时间浸泡在稀硝酸中,稀硝酸会和Cu反应,将青铜损坏,C错误;青铜基体与外接电源正极相连,青铜作阳极,会加快青铜的腐蚀,D错误。
16
