第三单元 金属的腐蚀与防护
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[课标要求]
1．了解金属腐蚀及其危害。
2．了解金属电化学腐蚀的原因及反应原理。
3．了解金属防护的方法，特别是电化学防护的方法。
1．金属腐蚀的本质是金属被氧化为金属阳离子，分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
2．钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，在中性或弱酸性环境中主要发生吸氧腐蚀，在酸性较强环境中主要发生析氢腐蚀。
3．钢铁发生电化学腐蚀的负极反应都是：Fe－2e－===Fe2＋，吸氧腐蚀正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，析氢腐蚀正极反应为2H＋＋2e－===H2↑。
4．金属腐蚀由快到慢的顺序：电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀> 原电池的正极>电解池的阴极被保护
5．金属电化学保护法分为牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。
1．金属的腐蚀及分类
概念
金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象
本质
金属原子失去电子而被氧化的过程
类型
化学腐蚀
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
电化学腐蚀
不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失电子被氧化而引起的腐蚀
2.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
不同点
条件
水膜酸性较强
水膜呈弱酸性或中性
正极反应
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
电池反应
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
普遍性
吸氧腐蚀更普遍
相同点
负极反应
Fe－2e－===Fe2＋
正极材料
碳
最终产物
铁锈主要成分为Fe2O3·nH2O
钢铁腐蚀中发生的反应还有：
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，
2Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O＋(3－n)·H2O
[特别提醒]
(1)电化学腐蚀现象比化学腐蚀现象严重得多。
(2)钢铁在自然界中的腐蚀主要发生的是吸氧腐蚀。
[实验1] 将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入下图所示的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱和铁钉的变化，如图1。
[实验2] 向100 mL烧杯中加入约50 mL稀醋酸后，插入两个玻璃筒(无底)；将一个无锈铁钉和一个碳棒分别用导线与电流计连接后，再分别插入两个玻璃筒中，如图2。
[问题思考]
1．图1实验导管中水柱和铁钉有什么变化？产生这种现象的原因是什么？
提示：导管中的水面上升，铁钉表面生锈；产生这种现象的原因是钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀。电极反应，负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，由于盛铁钉的具支试管中不断消耗O2而使具支试管中压强减小，从而引起水的倒吸。
2．图2实验碳棒表面有什么现象？产生这种现象的原因是什么？
提示：碳棒表面有气泡产生；原因是发生了析氢腐蚀，电极反应，负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：2H＋＋2e－===H2↑。
3．化学腐蚀与电化学腐蚀的相同点和不同点是什么？
提示：相同点都是造成金属被氧化腐蚀。不同点是化学腐蚀是金属和氧化剂直接发生氧化还原反应，无电流产生；电化学腐蚀是发生原电池反应，有电流产生。
金属化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
化学腐蚀
电化学腐蚀(主要)
吸氧腐蚀(主要)
析氢腐蚀
条件
金属直接发生化学反应
水膜中溶有O2，呈弱酸性或中性
水膜酸性较强
本质
金属被氧化而腐蚀
较活泼金属被氧化而腐蚀
区别
无电流产生
有微弱电流产生
反应式
2Fe＋3Cl2===2FeCl3
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
联系
两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍、危害更大
[特别提醒]
(1)析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况中以吸氧腐蚀为主。
(2)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＋，而非Fe3＋。
(3)一般情况下，只有在金属活动性顺序中排在氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀。
1.如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝5的雨水和生铁片。观察到开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。以下有关解释合理的是( )21世纪教育网版权所有
A．生铁片中的碳是原电池的阳极，发生还原反应
B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀
C．红墨水回升时，碳极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．具支试管中溶液pH逐渐减小
解析：选C 生铁中的铁、碳及电解质溶液构成原电池，铁是负极，铁失去电子发生氧化反应，碳是正极，正极上发生还原反应。开始时，因酸性较强发生析氢腐蚀，一段时间后导管内液面回升且略高于小试管液面，说明具支试管中气体压强减小，即此时发生吸氧腐蚀，反应式是2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故溶液的pH增大，A、B、D错误；C正确。
2.如图所示，烧杯中试管内有一段铁丝，放置数天后观察：
(1)铁丝在逐渐生锈，则铁丝的腐蚀属于________腐蚀(填“化学”或“电化学”)。
(2)若试管内液面上升，则原溶液呈____性，发生____________腐蚀，电极反应式：负极：__________________________，正极：________________________________________________________________________。
(3)若试管内液面下降，则原溶液呈____性，发生______腐蚀，电极反应式：负极：________________________________________________________________________；
正极：________________________。
解析：(1)由于铁丝不纯含有碳，则铁为负极，碳为正极，又存在电解质溶液，所以可形成原电池，因此铁丝的腐蚀为电化学腐蚀。(2)试管内液面上升，说明此时试管内的压强减小，应为试管内的气体被消耗所致，结合电化学腐蚀的原理，铁丝发生了吸氧腐蚀。(3)试管内液面下降，说明此时试管内的压强增大，试管内应该有气体产生，结合电化学腐蚀的原理，铁丝发生了析氢腐蚀。21cnjy.com
答案：(1)电化学
(2)弱酸性、中性或碱 吸氧 Fe－2e－===Fe2＋
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
(3)较强酸 析氢 Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑
防止金属腐蚀的方法
1．在金属的表面覆盖保护层
(1)具体方法：如在钢铁表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等。
(2)目的：使钢铁与空气、水隔绝，以达到防止钢铁锈蚀的目的。
2．电化学防护法
(1)牺牲阳极的阴极保护法
①原理：将被保护金属与比其更活泼的金属连接在一起，更活泼的金属(如镁、锌等)作阳极(负极)不断被腐蚀，可定期更换，而作为阴极(正极)的金属就能不被腐蚀而得到保护。
②应用：常用于保护海轮外壳及石油管道等。
(2)外加电流的阴极保护法
①原理：将被保护的钢铁设备作为阴极，另一附加惰性电极作为阳极，两者都处在电解质溶液(如海水)中，接上外加直流电源。通电后，电子流向被保护的钢铁设备，在钢铁表面积累了大量的负电荷，从而抑制钢铁失去电子，阻止钢铁被腐蚀。
②应用：用于防止土壤、海水及河水中的金属设备的腐蚀。
3．改变金属组成和结构
如在金属中添加其他元素形成耐蚀合金等。
1．下列关于金属的保护的说法中正确的是( )
A．在特殊的电解质溶液中，以铝为阳极，可以在铝表面生成一层致密的氧化膜，相应的电极反应式为Al－3e－===Al3＋【来源：21·世纪·教育·网】
B．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
C．生铁(铁碳合金)具有很强的耐酸能力
D．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
解析：选B A中对应的电极反应式产物应该是Al2O3：2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，A项错误；在海轮外壳(钢铁)连接锌块，Fe与Zn块形成原电池，Zn为负极，从而保护作为正极的Fe，B项正确；生铁是合金，更易与酸发生原电池反应，C项错误；外加电流保护法应该与直流电源的负极相连，D项错误。www-2-1-cnjy-com
2．如下图所示的四个装置中(烧杯中均盛有海水)，能使铁受到保护不被腐蚀的是( )
A．①② B．②③ C．①③ D．②④
解析：选D 从装置组成分析：②属外加电流的阴极保护法，④属牺牲阳极的阴极保护法。
3．如下图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为( )
A．②①③④⑤⑥ B．⑤④②①③⑥
C．⑤④③①②⑥ D．⑤③②④①⑥
解析：选B 电解池引起的腐蚀(此时这种金属作阳极)>原电池引起的腐蚀(此时这种金属作负极)>一般金属的腐蚀>有防护措施的金属腐蚀。 21*cnjy*com
[方法技巧]
金属腐蚀快慢的判断方法
(1)在同一电解质溶液中：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。
(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)无保护措施的金属腐蚀>有一定保护措施的金属腐蚀>牺牲阳极的阴极金属腐蚀>有外接电源的阴极金属腐蚀。
(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
[三级训练·节节过关]
1．下列有关金属腐蚀的说法正确的是( )
①金属的腐蚀全部是氧化还原反应
②金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀，只有电化学腐蚀才是氧化还原反应
③因为二氧化碳普遍存在，所以钢铁的电化学腐蚀以析氢腐蚀为主
④无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，总是金属被氧化
A．①③ B．②③
C．①④ D．①③④
解析：选C 金属腐蚀的实质是金属原子失去电子被氧化的过程，所以金属总是被氧化，均是氧化还原反应；钢铁在潮湿的空气中发生的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主，因为尽管有二氧化碳存在，电解质溶液呈酸性，但其酸性很弱，故难以发生析氢腐蚀。
2．钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是( )
A．2H＋＋2e－===H2↑
B．2H2O＋O2＋4e－===4OH－
C．Fe－2e－===Fe2＋
D．Fe－3e－===Fe3＋
解析：选B 钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上应为氧气得电子，电极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。www.21-cn-jy.com
3．为保护地下铜管不受腐蚀，可使它与( )
①直流电源负极相连 ②铜板相连 ③锌板相连 ④直流电源正极相连
A．①③ B．②④
C．①② D．③④
解析：选A 电化学保护法包括两种，一种是被保护金属与直流电源负极相连的阴极保护法，另一种是牺牲阳极的阴极保护法，被保护金属应与金属活泼性更强的金属相连。
4. 如图所示，甲、乙两试管中各放一枚铁钉，甲试管中为稀盐酸，乙试管中为NaCl溶液。
(1)数天后导管中观察到的现象是
________________________________________________________________________。【出处：21教育名师】
(2)甲中铁钉的腐蚀主要属于______(填“吸氧”或“析氢”，下同)腐蚀，正极反应为__________。21教育网
(3)乙中铁钉的腐蚀主要属于________腐蚀，正极反应式为____________________，负极 反应式为______________________，铁锈中铁的化合价为________。
解析：甲中溶液呈较强酸性，铁钉发生析氢腐蚀，放出H2导致甲试管内压强增大；乙中NaCl溶液呈中性，铁钉发生吸氧腐蚀，O2被消耗，导致乙试管内压强减小，导管中液面左边低右边高；铁锈中铁的化合价为＋3价。
答案：(1)导管中液面左边低右边高 (2)析氢 2H＋＋2e－===H2↑ (3)吸氧 2H2O＋O2＋4e－===4OH－
Fe－2e－===Fe2＋ ＋3
1．下列关于金属腐蚀的说法正确的是( )
A．金属在潮湿的空气中腐蚀的实质：M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑
B．金属的化学腐蚀的实质：M－ne－===Mn＋，电子直接转移给还原剂
C．金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行
D．在潮湿的中性环境中金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
解析：选D 金属在潮湿的空气中发生的如果是吸氧腐蚀，则不生成氢气；金属发生化学腐蚀时，电子直接转移给氧化剂；金属的化学腐蚀不一定在酸性条件下进行。
2．关于牺牲阳极的阴极保护法的叙述正确的是( )
A．正极就是阳极 B．负极就是阴极
C．阳极上发生氧化反应 D．正极上发生氧化反应
解析：选C 牺牲阳极的阴极保护法就是原电池的负极(阳极)的金属发生氧化反应被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀。
3．下列举措不能防止或减缓钢铁腐蚀的是( )
A．在钢铁制品表面镀一层金属锌
B．将钢铁制品放置在潮湿处
C．在钢铁中加入锰、铬等金属，以改变钢铁结构
D．将钢铁制品与电源负极相连
解析：选B A项，在钢铁表面镀锌，使内部金属被保护；B项，钢铁在潮湿空气中易发生吸氧腐蚀；C项，在钢铁中加入锰、铬金属，制成不锈钢，能有效防止钢铁被腐蚀；D项，电源负极能为钢铁制品输入电子，防止Fe失电子被腐蚀。
4．下列事实不能用电化学理论解释的是( )
A．轮船水线以下的船壳上装一定数量的锌块
B．铝片不用特殊方法保护
C．纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量硫酸铜溶液后速率加快
D．镀锌铁比镀锡铁耐用
解析：选B A项，在船壳上加锌块构成Zn-Fe原电池，锌作原电池的负极，从而保护正极铁不受腐蚀；B项，铝在空气中形成氧化膜，可保护铝，与电化学理论无关；C项，由于发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，生成的铜附在锌表面构成了原电池，从而加快了反应的速率；D项，一旦金属镀层受损后，分别形成了Zn-Fe原电池和Fe-Sn原电池，前者Zn被腐蚀从而保护了铁，而后者Fe首先被腐蚀，所以镀锌铁比镀锡铁耐用。
5．用图示的方法可以保护钢质闸门。下列说法正确的是( )
A．当a、b间用导体连接时，则X应发生氧化反应
B．当a、b间用导体连接时，则X可以是锌或石墨
C．当a、b与外接电源相连时，a应连接电源的正极
D．当a、b与外接电源相连时，阴极的电极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑
解析：选A A项，当a、b间用导体连接时构成原电池，根据题意，X应为负极，发生氧化反应，正确；B项，当a、b间用导体连接时，则X可以是锌，不能选用石墨，错误；C项，当a、b与外接电源相连时，a应连接电源的负极，错误；D项，当a、b与外接电源相连时，阴极发生还原反应，错误。
6．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．铁遇冷浓硝酸表面被钝化，可保护内部不被腐蚀
C．钢管与铜管露天堆放在一起，钢管不易被腐蚀
D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋
解析：选B 钢管与电源正极连接，钢管作阳极，被腐蚀，A错误；钢管与铜管露天堆放在一起，可形成原电池，钢管中铁作负极被腐蚀，C错误；铁被腐蚀的负极反应是Fe－2e－===Fe2＋，D错误。
7．下列事实中，与电化学腐蚀无关的是( )
A．镀锡的铁制品，镀层部分受损后，露出的铁表面易被腐蚀
B．为保护海轮的船壳，常在船壳上镶入锌块
C．埋在潮湿土壤里的铁管比埋在干燥土壤里的铁管更易被腐蚀
D．盛放浓硫酸废弃不用的铁制容器表面变得凸凹不平
解析：选D A项，镀锡铁制品镀层部分受损后，露出的铁和锡形成了原电池，铁作负极被腐蚀，是电化学腐蚀原理；B项，船壳镶嵌锌块是利用牺牲阳极的阴极保护法保护船体；C项，潮湿土壤中的铁管易形成原电池发生电化学腐蚀，干燥土壤中的铁管通常发生化学腐蚀；D项，废弃的铁制容器表面残留浓硫酸遇水形成的稀硫酸与金属铁发生反应：Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，不属于电化学腐蚀。
8．下图是研究铁钉腐蚀的装置图，下列说法不正确的是( )
A．铁钉在两处的腐蚀速率：aB．a、b两处铁钉中碳均为正极
C．a、b两处铁钉中的铁均失电子被氧化
D．a、b两处的正极反应式均为O2＋4e－＋4H＋===2H2O
解析：选D A项，b中的氢离子浓度越大，腐蚀速率b>a，正确；B项，a、b中都发生原电池反应，铁钉中的碳作正极，铁作负极，正确；C项，a、b中都发生原电池反应，铁作负极，发生氧化反应，正确；D项，a中发生吸氧腐蚀，正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，b中发生析氢腐蚀，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，错误。
9．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。
(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为
正极：_____________________________________________________________，
负极：_____________________________________________________________。
(2)为了降低某水库铁闸门被腐蚀的速率，可以采用甲图所示的方案，其中焊接在闸门上的固体材料R可以采用________。21·cn·jy·com
A．铜 B．钠 C．锌 D．石墨
(3)乙图所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的________极。
解析：(1)发生吸氧腐蚀时，负极上Fe失去电子，正极上O2得到电子。(2)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌，则锌失去电子被溶解，而铁被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法。(3)属于外加电流的阴极保护法，需把被保护的铁闸门连接在直流电源的负极。
答案：(1)O2＋2H2O＋4e－===4OH－
2Fe－4e－===2Fe2＋ (2)C (3)负
10．下图所示的是某研究性学习小组探究金属腐蚀条件的实验装置图。试分析实验并回答下列问题：
(1)若起始时甲、乙、丙三套装置的导管中液面高度相同，过一段时间后液面最高的是______________，铁粉腐蚀的速率由大到小的排列顺序为(用甲、乙、丙填写)______________________________。21*cnjy*com
(2)通过甲、乙装置的对比说明钢铁中碳的含量越____(填“高”或“低”)越易腐蚀。
(3)乙装置中发生电化学腐蚀时正极的电极反应式为____________________________________________。
(4)针对乙、丙装置研究的结果分析，可采用何种防护措施来减缓金属的腐蚀：________________________________________________________________________
(写出一点即可)。
解析：Fe粉、C粉、食盐水构成原电池，发生吸氧腐蚀，故乙中液面最高；甲中Fe粉中的少量碳也能发生吸氧腐蚀，但由于C的含量少，故不如乙中Fe腐蚀的快，丙中乙醇为非电解质，Fe粉、炭粉形不成原电池，Fe受到保护，故可把钢铁放在油脂或有机溶剂中进行保护。21教育名师原创作品
答案：(1)乙 乙>甲>丙 (2)高
(3)2H2O＋O2＋4e－===4OH－
(4)将金属放在油脂或有机溶剂中
1．在钢铁腐蚀过程中，下列六种变化可能发生的是( )
①O2被还原 ②产生H2 ③Fe(OH)3失水形成Fe2O3·xH2O ④杂质碳被氧化 ⑤镀层破损后，镀锌铁板比镀锡铁板更耐腐蚀【版权所有：21教育】
A．只①② B．只②③④
C．①②③⑤ D．①②③④⑤
解析：选C 钢铁腐蚀分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀，腐蚀发生时杂质碳作正极，发生吸氧腐蚀时O2在正极上被还原，发生析氢腐蚀时H2在正极上产生，①②正确；钢铁腐蚀生成的Fe(OH)3不稳定，易失水形成Fe2O3·xH2O，③正确；镀层破损后，由于锌的活泼性比铁强，锌被腐蚀，而铁被保护；锡的活泼性比铁弱，铁被腐蚀，⑤正确。
2．家用铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此过程中不发生的化学反应是( )
A．4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
B．2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2
C．2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．Fe－3e－===Fe3＋
解析：选D 铁锅发生电化学腐蚀时，铁作负极，发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，碳作正极，发生反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，Fe2＋与OH－结合生成Fe(OH)2，总反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2；Fe(OH)2在空气中被氧化为Fe(OH)3,4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3；但Fe被氧化不能直接生成Fe3＋，则Fe－3e－===Fe3＋不能发生。
3.铁生锈是一种常见的自然现象，其主要的化学反应方程式为4Fe＋3O2＋xH2O===2Fe2O3·xH2O。如图为一放在水槽中的铁架，水位高度如图。最容易生锈的铁架横杆是( )2·1·c·n·j·y
A．① B．②
C．③ D．④
解析：选C ④处没有和电解质溶液接触，不能构成原电池，锈腐蚀速率较慢；①②③处已与电解质溶液接触，但①②处含O2较少，所以③处腐蚀最快。
4.铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法不正确的是( )
A．正极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B．此过程中还涉及反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
C．此过程中铜并不被腐蚀
D．此过程中电子从Fe移向Cu
解析：选A 题图表示吸氧腐蚀，其中铁铆钉为负极，电极反应为2Fe－4e－===2Fe2＋，铜板为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，当形成Fe(OH)2后，还发生反应4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，A项错误。
5．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)，下列叙述正确的是( )
A．a中铁钉附近呈现红色
B．b中铁钉上发生还原反应
C．a中铜丝上发生氧化反应
D．b中铝条附近有气泡产生
解析：选B 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、C不正确；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正确，D不正确。
6．一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如下表。
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2＋
Fe3O4
Fe2O3
FeO
下列说法错误的是( )
A．当pH<4时，碳钢主要发生析氢腐蚀
B．当pH>6时，碳钢主要发生吸氧腐蚀
C．当pH>14时，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
D．将碱性溶液煮沸除去氧气后，碳钢腐蚀的速率会减缓
解析：选C 当pH<4时，酸性较强，碳钢主要发生析氢腐蚀，A正确；当pH>6时，是弱酸性和碱性，碳钢主要发生吸氧腐蚀，B正确；当pH>14时，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C项错误；将碱性溶液煮沸除去氧气后，可以减少吸氧腐蚀，故可以使碳钢腐蚀的速率减缓，D正确。21·世纪*教育网
7．用压强传感器探究生铁在pH＝2和pH＝4醋酸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．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＋
解析：选A 根据压强与时间关系图可知，pH＝2的溶液和pH＝4的溶液中，变化相同的压强时所用时间不同，前者比后者使用时间长，这说明吸氧腐蚀速率大于析氢腐蚀速率，错误；B项，pH＝4的醋酸溶液中压强随着反应的进行而逐渐减小，说明发生吸氧腐蚀，因pH＝4的醋酸溶液呈酸性，所以在酸性溶液中生铁也可能发生吸氧腐蚀，正确；C项，根据pH＝2的溶液中压强与时间的关系知，压强随着反应的进行而逐渐增大，说明发生的析氢腐蚀，即在溶液pH≤2时，生铁发生析氢腐蚀，正确；D项，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，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正确。
8．甲、乙两位同学对铁生锈进行研究。
(1)甲同学设计了A、B、C一组实验(如图)，探究铁生锈的条件。经过较长时间后，甲同学观察到的现象是：A中铁钉生锈；B中铁钉不生锈；C中铁钉不生锈。
①通过上述实验现象分析，可得出铁生锈的外部条件是__________________________。
②由于与金属接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于________________________________________________________________________，
正极电极反应式为____________________________________________________。
③实验B所用的水要经过________处理；植物油的作用是________________________。
④实验C中碱石灰的作用是__________________。
(2)乙同学为了达到同样目的，设计了实验D(如图)，发现一段时间后，试管中的液面升高，其原因是__________________________，该实验________(填“能”或“不能”)说明水对铁钉生锈产生影响。2-1-c-n-j-y
解析：铁内部一般含有碳，是铁发生电化学腐蚀时的两个电极，如果再有电解质溶液和氧气即可发生腐蚀；A中的铁钉发生的是吸氧腐蚀，所以电极上反应的物质是氧气得到电子；水中往往溶有一定量的氧气，所以作实验前要先将水煮沸。
答案：(1)①有水(或电解质溶液)和氧气(或空气)
②吸氧腐蚀 O2＋4e－＋2H2O===4OH－
③煮沸(或“除去氧气”) 隔绝空气(或“防止氧气与铁接触”) ④吸收水蒸气(或“干燥”“保持试管内干燥环境”)
(2)铁的腐蚀要吸收氧气(或“氧气参与反应”“消耗了氧气”)使气体体积减少 不能
9．钢铁工业是国家工业的基础。请回答下列钢铁腐蚀、防护过程中涉及的有关问题：
(1)生产中可用稀盐酸来除铁锈。现将一生锈的铁片放入稀盐酸中，当铁锈被除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式是_________________________________________。
(2)下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀_________________________________________。
(3)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀，装置示意图如右图所示。
①A电极对应的金属是________(填元素名称)，B电极的电极反应是________________________________。
②若电镀前A、B两金属片质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12 g，则电镀时电路中通过的电子为________ mol。
③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更易被腐蚀，简要说明原因________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)铁锈的主要成分为Fe2O3·nH2O，其与HCl反应生成Fe3＋，Fe3＋具有强氧化性，能够氧化铁单质：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。(2)根据原电池的工作原理和电
解原理可知，A项铁作负极，加速了铁的腐蚀；B项铁作正极，被保护；C项为铁的自然腐蚀；D项铁作阴极，被保护。(3)①铁件的表面镀铜时，阳极材料应选精铜。②阳极铜溶解，阴极析出铜，故在阴极析出铜的质量为＝2.56 g，根据Cu2＋＋2e－===Cu可知，转移电子0.08 mol。③镀铜铁镀层破损后，铜、铁在潮湿环境中构成原电池，铁作负极，铁加速腐蚀；而镀锌铁镀层破损后，铁、锌在潮湿环境中构成原电池，铁作正极铁被保护。
答案：(1)2FeCl3＋Fe===3FeCl2 (2)BD (3)①铜 Cu2＋＋2e－===Cu ②0.08 ③铁比铜活泼，镀铜铁镀层破损后，在潮湿环境中形成原电池，铁作负极，加速铁的腐蚀(其他合理答案也可)【来源：21cnj*y.co*m】
课件30张PPT。化学反应氧化氧化还原反应原电池失电子被氧化酸性较强弱酸性或中性2H＋＋2e－===H2↑O2＋4e－＋2H2O===4OH－Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2吸氧Fe－2e－===Fe2＋Fe2O3·nH2O
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课时跟踪检测（八） 金属的腐蚀与防护
1．下列关于金属腐蚀的说法正确的是( )
A．金属在潮湿的空气中腐蚀的实质：M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑
B．金属的化学腐蚀的实质：M－ne－===Mn＋，电子直接转移给还原剂
C．金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行
D．在潮湿的中性环境中金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
解析：选D 金属在潮湿的空气中发生的如果是吸氧腐蚀，则不生成氢气；金属发生化学腐蚀时，电子直接转移给氧化剂；金属的化学腐蚀不一定在酸性条件下进行。
2．关于牺牲阳极的阴极保护法的叙述正确的是( )
A．正极就是阳极 B．负极就是阴极
C．阳极上发生氧化反应 D．正极上发生氧化反应
解析：选C 牺牲阳极的阴极保护法就是原电池的负极(阳极)的金属发生氧化反应被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀。
3．下列举措不能防止或减缓钢铁腐蚀的是( )
A．在钢铁制品表面镀一层金属锌
B．将钢铁制品放置在潮湿处
C．在钢铁中加入锰、铬等金属，以改变钢铁结构
D．将钢铁制品与电源负极相连
解析：选B A项，在钢铁表面镀锌，使内部金属被保护；B项，钢铁在潮湿空气中易发生吸氧腐蚀；C项，在钢铁中加入锰、铬金属，制成不锈钢，能有效防止钢铁被腐蚀；D项，电源负极能为钢铁制品输入电子，防止Fe失电子被腐蚀。
4．下列事实不能用电化学理论解释的是( )
A．轮船水线以下的船壳上装一定数量的锌块
B．铝片不用特殊方法保护
C．纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量硫酸铜溶液后速率加快
D．镀锌铁比镀锡铁耐用
解析：选B A项，在船壳上加锌块构成Zn-Fe原电池，锌作原电池的负极，从而保护正极铁不受腐蚀；B项，铝在空气中形成氧化膜，可保护铝，与电化学理论无关；C项，由于发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，生成的铜附在锌表面构成了原电池，从而加快了反应的速率；D项，一旦金属镀层受损后，分别形成了Zn-Fe原电池和Fe-Sn原电池，前者Zn被腐蚀从而保护了铁，而后者Fe首先被腐蚀，所以镀锌铁比镀锡铁耐用。
5．用图示的方法可以保护钢质闸门。下列说法正确的是( )
A．当a、b间用导体连接时，则X应发生氧化反应
B．当a、b间用导体连接时，则X可以是锌或石墨
C．当a、b与外接电源相连时，a应连接电源的正极
D．当a、b与外接电源相连时，阴极的电极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑
解析：选A A项，当a、b间用导体连接时构成原电池，根据题意，X应为负极，发生氧化反应，正确；B项，当a、b间用导体连接时，则X可以是锌，不能选用石墨，错误；C项，当a、b与外接电源相连时，a应连接电源的负极，错误；D项，当a、b与外接电源相连时，阴极发生还原反应，错误。21*cnjy*com
6．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．铁遇冷浓硝酸表面被钝化，可保护内部不被腐蚀
C．钢管与铜管露天堆放在一起，钢管不易被腐蚀
D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋
解析：选B 钢管与电源正极连接，钢管作阳极，被腐蚀，A错误；钢管与铜管露天堆放在一起，可形成原电池，钢管中铁作负极被腐蚀，C错误；铁被腐蚀的负极反应是Fe－2e－===Fe2＋，D错误。21教育网
7．下列事实中，与电化学腐蚀无关的是( )
A．镀锡的铁制品，镀层部分受损后，露出的铁表面易被腐蚀
B．为保护海轮的船壳，常在船壳上镶入锌块
C．埋在潮湿土壤里的铁管比埋在干燥土壤里的铁管更易被腐蚀
D．盛放浓硫酸废弃不用的铁制容器表面变得凸凹不平
解析：选D A项，镀锡铁制品镀层部分受损后，露出的铁和锡形成了原电池，铁作负极被腐蚀，是电化学腐蚀原理；B项，船壳镶嵌锌块是利用牺牲阳极的阴极保护法保护船体；C项，潮湿土壤中的铁管易形成原电池发生电化学腐蚀，干燥土壤中的铁管通常发生化学腐蚀；D项，废弃的铁制容器表面残留浓硫酸遇水形成的稀硫酸与金属铁发生反应：Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，不属于电化学腐蚀。21·世纪*教育网
8．下图是研究铁钉腐蚀的装置图，下列说法不正确的是( )
A．铁钉在两处的腐蚀速率：aB．a、b两处铁钉中碳均为正极
C．a、b两处铁钉中的铁均失电子被氧化
D．a、b两处的正极反应式均为O2＋4e－＋4H＋===2H2O
解析：选D A项，b中的氢离子浓度越大，腐蚀速率b>a，正确；B项，a、b中都发生原电池反应，铁钉中的碳作正极，铁作负极，正确；C项，a、b中都发生原电池反应，铁作负极，发生氧化反应，正确；D项，a中发生吸氧腐蚀，正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，b中发生析氢腐蚀，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，错误。
9．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。
(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为
正极：_____________________________________________________________，
负极：_____________________________________________________________。
(2)为了降低某水库铁闸门被腐蚀的速率，可以采用甲图所示的方案，其中焊接在闸门上的固体材料R可以采用________。【来源：21cnj*y.co*m】
A．铜 B．钠 C．锌 D．石墨
(3)乙图所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的________极。
解析：(1)发生吸氧腐蚀时，负极上Fe失去电子，正极上O2得到电子。(2)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌，则锌失去电子被溶解，而铁被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法。(3)属于外加电流的阴极保护法，需把被保护的铁闸门连接在直流电源的负极。
答案：(1)O2＋2H2O＋4e－===4OH－
2Fe－4e－===2Fe2＋ (2)C (3)负
10．下图所示的是某研究性学习小组探究金属腐蚀条件的实验装置图。试分析实验并回答下列问题：
(1)若起始时甲、乙、丙三套装置的导管中液面高度相同，过一段时间后液面最高的是______________，铁粉腐蚀的速率由大到小的排列顺序为(用甲、乙、丙填写)______________________________。【出处：21教育名师】
(2)通过甲、乙装置的对比说明钢铁中碳的含量越____(填“高”或“低”)越易腐蚀。
(3)乙装置中发生电化学腐蚀时正极的电极反应式为___________________________。
(4)针对乙、丙装置研究的结果分析，可采用何种防护措施来减缓金属的腐蚀：________________________________________________________________________
(写出一点即可)。
解析：Fe粉、C粉、食盐水构成原电池，发生吸氧腐蚀，故乙中液面最高；甲中Fe粉中的少量碳也能发生吸氧腐蚀，但由于C的含量少，故不如乙中Fe腐蚀的快，丙中乙醇为非电解质，Fe粉、炭粉形不成原电池，Fe受到保护，故可把钢铁放在油脂或有机溶剂中进行保护。21·cn·jy·com
答案：(1)乙 乙>甲>丙 (2)高
(3)2H2O＋O2＋4e－===4OH－
(4)将金属放在油脂或有机溶剂中
1．在钢铁腐蚀过程中，下列六种变化可能发生的是( )
①O2被还原 ②产生H2 ③Fe(OH)3失水形成Fe2O3·xH2O ④杂质碳被氧化 ⑤镀层破损后，镀锌铁板比镀锡铁板更耐腐蚀21*cnjy*com
A．只①② B．只②③④
C．①②③⑤ D．①②③④⑤
解析：选C 钢铁腐蚀分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀，腐蚀发生时杂质碳作正极，发生吸氧腐蚀时O2在正极上被还原，发生析氢腐蚀时H2在正极上产生，①②正确；钢铁腐蚀生成的Fe(OH)3不稳定，易失水形成Fe2O3·xH2O，③正确；镀层破损后，由于锌的活泼性比铁强，锌被腐蚀，而铁被保护；锡的活泼性比铁弱，铁被腐蚀，⑤正确。
2．家用铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此过程中不发生的化学反应是( )
A．4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
B．2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2
C．2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．Fe－3e－===Fe3＋
解析：选D 铁锅发生电化学腐蚀时，铁作负极，发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，碳作正极，发生反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，Fe2＋与OH－结合生成Fe(OH)2，总反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2；Fe(OH)2在空气中被氧化为Fe(OH)3,4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3；但Fe被氧化不能直接生成Fe3＋，则Fe－3e－===Fe3＋不能发生。
3.铁生锈是一种常见的自然现象，其主要的化学反应方程式为4Fe＋3O2＋xH2O===2Fe2O3·xH2O。如图为一放在水槽中的铁架，水位高度如图。最容易生锈的铁架横杆是( )www.21-cn-jy.com
A．① B．②
C．③ D．④
解析：选C ④处没有和电解质溶液接触，不能构成原电池，锈腐蚀速率较慢；①②③处已与电解质溶液接触，但①②处含O2较少，所以③处腐蚀最快。
4.铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法不正确的是( )
A．正极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B．此过程中还涉及反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
C．此过程中铜并不被腐蚀
D．此过程中电子从Fe移向Cu
解析：选A 题图表示吸氧腐蚀，其中铁铆钉为负极，电极反应为2Fe－4e－===2Fe2＋，铜板为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，当形成Fe(OH)2后，还发生反应4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，A项错误。2·1·c·n·j·y
5．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)，下列叙述正确的是( )
A．a中铁钉附近呈现红色
B．b中铁钉上发生还原反应
C．a中铜丝上发生氧化反应
D．b中铝条附近有气泡产生
解析：选B 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、C不正确；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正确，D不正确。2-1-c-n-j-y
6．一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如下表。
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2＋
Fe3O4
Fe2O3
FeO
下列说法错误的是( )
A．当pH<4时，碳钢主要发生析氢腐蚀
B．当pH>6时，碳钢主要发生吸氧腐蚀
C．当pH>14时，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
D．将碱性溶液煮沸除去氧气后，碳钢腐蚀的速率会减缓
解析：选C 当pH<4时，酸性较强，碳钢主要发生析氢腐蚀，A正确；当pH>6时，是弱酸性和碱性，碳钢主要发生吸氧腐蚀，B正确；当pH>14时，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C项错误；将碱性溶液煮沸除去氧气后，可以减少吸氧腐蚀，故可以使碳钢腐蚀的速率减缓，D正确。【来源：21·世纪·教育·网】
7．用压强传感器探究生铁在pH＝2和pH＝4醋酸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．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＋
解析：选A 根据压强与时间关系图可知，pH＝2的溶液和pH＝4的溶液中，变化相同的压强时所用时间不同，前者比后者使用时间长，这说明吸氧腐蚀速率大于析氢腐蚀速率，错误；B项，pH＝4的醋酸溶液中压强随着反应的进行而逐渐减小，说明发生吸氧腐蚀，因pH＝4的醋酸溶液呈酸性，所以在酸性溶液中生铁也可能发生吸氧腐蚀，正确；C项，根据pH＝2的溶液中压强与时间的关系知，压强随着反应的进行而逐渐增大，说明发生的析氢腐蚀，即在溶液pH≤2时，生铁发生析氢腐蚀，正确；D项，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，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正确。
8．甲、乙两位同学对铁生锈进行研究。
(1)甲同学设计了A、B、C一组实验(如图)，探究铁生锈的条件。经过较长时间后，甲同学观察到的现象是：A中铁钉生锈；B中铁钉不生锈；C中铁钉不生锈。
①通过上述实验现象分析，可得出铁生锈的外部条件是__________________________。
②由于与金属接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于________________________________________________________________________，
正极电极反应式为____________________________________________________。
③实验B所用的水要经过________处理；植物油的作用是________________________。
④实验C中碱石灰的作用是__________________。
(2)乙同学为了达到同样目的，设计了实验D(如图)，发现一段时间后，试管中的液面升高，其原因是__________________________，该实验________(填“能”或“不能”)说明水对铁钉生锈产生影响。www-2-1-cnjy-com
解析：铁内部一般含有碳，是铁发生电化学腐蚀时的两个电极，如果再有电解质溶液和氧气即可发生腐蚀；A中的铁钉发生的是吸氧腐蚀，所以电极上反应的物质是氧气得到电子；水中往往溶有一定量的氧气，所以作实验前要先将水煮沸。【版权所有：21教育】
答案：(1)①有水(或电解质溶液)和氧气(或空气)
②吸氧腐蚀 O2＋4e－＋2H2O===4OH－
③煮沸(或“除去氧气”) 隔绝空气(或“防止氧气与铁接触”) ④吸收水蒸气(或“干燥”“保持试管内干燥环境”)21教育名师原创作品
(2)铁的腐蚀要吸收氧气(或“氧气参与反应”“消耗了氧气”)使气体体积减少 不能
9．钢铁工业是国家工业的基础。请回答下列钢铁腐蚀、防护过程中涉及的有关问题：
(1)生产中可用稀盐酸来除铁锈。现将一生锈的铁片放入稀盐酸中，当铁锈被除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式是_________________________________________。
(2)下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀_________________________________________。
(3)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀，装置示意图如右图所示。
①A电极对应的金属是________(填元素名称)，B电极的电极反应是________________________________。21世纪教育网版权所有
②若电镀前A、B两金属片质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12 g，则电镀时电路中通过的电子为________ mol。21cnjy.com
③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更易被腐蚀，简要说明原因________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)铁锈的主要成分为Fe2O3·nH2O，其与HCl反应生成Fe3＋，Fe3＋具有强氧化性，能够氧化铁单质：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。(2)根据原电池的工作原理和电
解原理可知，A项铁作负极，加速了铁的腐蚀；B项铁作正极，被保护；C项为铁的自然腐蚀；D项铁作阴极，被保护。(3)①铁件的表面镀铜时，阳极材料应选精铜。②阳极铜溶解，阴极析出铜，故在阴极析出铜的质量为＝2.56 g，根据Cu2＋＋2e－===Cu可知，转移电子0.08 mol。③镀铜铁镀层破损后，铜、铁在潮湿环境中构成原电池，铁作负极，铁加速腐蚀；而镀锌铁镀层破损后，铁、锌在潮湿环境中构成原电池，铁作正极铁被保护。
答案：(1)2FeCl3＋Fe===3FeCl2 (2)BD (3)①铜 Cu2＋＋2e－===Cu ②0.08 ③铁比铜活泼，镀铜铁镀层破损后，在潮湿环境中形成原电池，铁作负极，加速铁的腐蚀(其他合理答案也可)
