人教版高中化学选修4教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：25【基础】金属的电化学腐蚀与防护
文档属性
| 名称 | 人教版高中化学选修4教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：25【基础】金属的电化学腐蚀与防护 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 933.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2020-01-11 21:11:04 | ||
图片预览
文档简介
金属的腐蚀与防护
【学习目标】
1、理解金属发生电化学腐蚀的原因，了解电化学腐蚀的类型及差异并能写出电极反应；
2、知道防治金属腐蚀的方法，并能从实验探究中获得体会。
【要点梳理】
要点一、金属的腐蚀
金属腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。
1．金属腐蚀的实质。
金属腐蚀的实质都是金属原子失去电子被氧化的过程，用反应方程式表示为：M－ne－＝Mn+（M代表金属元素）。
2．金属腐蚀的分类。
/
3．化学腐蚀和电化学腐蚀的比较。
化学腐蚀
电化学腐蚀
相同点
金属原子失去电子而被氧化的过程，即金属原子转化为阳离子的过程
不同点
条件
金属与氧化剂直接接触
不纯金属与电解质溶液接触
现象
无电流
有微弱电流
本质
金属被氧化
活泼金属被氧化
相互关系
往往同时发生，电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，危害更严重
4．钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较。
类型
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
条件
水膜呈弱酸性或中性
水膜呈酸性
正极反应（O2）
O2+2H2O+4e－＝4OH－
2H++2e－＝H2↑
负极反应（Fe）
Fe－2e－＝Fe2+
Fe－2e－＝Fe2+
其他反应
Fe2++2OH－＝Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2+2H2O+O2＝4Fe(OH)3
Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈
要点诠释：由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液，故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式；另外，只有在金属活动性顺序中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属腐蚀时只能是发生吸氧腐蚀：
5．判断金属腐蚀快慢的规律。
（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。
（2）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。
（3）活动性不同的两金属，活动性差别越大，腐蚀越快。
（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。
要点二、金属的防护
1．金属防护的思路。
防止金属与化学物质直接接触，防止金属与环境形成原电池。
2．防护方法。
（1）改变金属的内部组成和结构：如不锈钢（钢中加入一定量的镍和铬）。
（2）加保护层：在金属表面镀上一层纯金属（如铁上镀锌、锡、铬等）、喷漆、涂油、生成氧化膜保护（钢铁制品表面生成Fe3O4，在铝制品表面生成Al2O3）。
（3）牺牲阳极的阴极保护法：此法应用原电池原理，让被保护金属作为正极，另找一种活动性较强的金属作为负极。例如在锅炉内壁、船舶外壳装上若干锌块，就可保护钢铁设备（如图）
发生的电极反应：负极：Zn－2e－＝Zn2+
正极：O2+4e－+2H2O＝4OH－
Zn不断被腐蚀，可定期拆换。而铁得到保护。
（4）外加电流的阴极保护法：此法应用电解原理，让被保护金属作阴极，惰性电极作辅助阳极，两者都存在于海水中。接上直流电源。例如钢闸门，可用此法防止腐蚀。此法中阳极上放电的微粒是海水中的阴离子，阴极上放电的微粒是海水中的阳离子。（如图）
【典型例题】
类型一：金属的腐蚀
例1 以下现象与电化学腐蚀无关的是（ ）。
A．黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿
B．生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈
C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈
D．银质奖牌久置后表面变暗
【答案】D
【解析】A项中黄铜（铜锌合金）若发生电化学腐蚀，被腐蚀的金属应是金属性较强的锌而不是铜。B项中生铁中含较多的碳，比铁芯（几乎是纯铁）在电解质作用下更容易形成原电池，也更容易生锈。C项中铁质器件附有铜质配件时，在接触电解质溶液时，铁作原电池的负极，易被腐蚀生成铁锈。D项中银质奖牌久置后可能被氧化成银的化合物而表面变暗，这是化学腐蚀，与电化学腐蚀无关。
【总结升华】解答此类题应注重形成电化学腐蚀的条件。抓住不同的电极及电解质溶液，即可选择。
例2（2019 北京朝阳一模）某同学做如下实验：
/
下列说法正确的是
A．“电流计指针未发生偏转”，说明铁片Ⅰ、铁片Ⅱ均未被腐蚀
B．用K3[Fe(CN)6]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所处的电解质溶液浓度相同，二者的腐蚀速率相等
D．铁片Ⅳ的电极反应式为Fe-3e-=Fe3+
【思路点拨】对比两个盐桥的双液装置。图1中因两溶液中氯化钠的浓度相等，因此发生的是普通的化学腐蚀，且腐蚀速率相等；图2中因两溶液中氯化钠的浓度不相等，因此发生的是电化学腐蚀。
【答案】B
【解析】A选项图1中因两溶液中氯化钠的浓度相等，因此发生的是普通的化学腐蚀，且腐蚀速率相等，电流计指针未发生偏转，铁片I、II均被腐蚀，故A错误；B选项图2中因两溶液中氯化钠的浓度不相等，因此发生的是电化学腐蚀，且浓度大的一极发生的反应是 Fe-2e-=Fe2+，可以用K3[Fe(CN)6]进行Fe2+的检验，进而判断电池的正、负极，故B正确；C选项自同一个原电池装置中，铁片I、II所处的电解质溶液浓度相同，二者的腐蚀速率相等，故C错误；D选项铁片IV的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，故D错误。故选B。
【总结升华】金属发生的腐蚀主要是吸氧腐蚀，其基本规律是：（1）活泼金属作负极，被氧化、被腐蚀；（2）正极一定是氧气得电子，生成OH－，电极反应式为O2+2H2O+4e－＝4OH－；（3）不活泼的金属铜、银，不能发生析氢腐蚀，但可以发生吸氧腐蚀。
举一反三：
【变式1】用铝制饭盒盛放醋酸，一段时间后，饭盒被腐蚀，该种腐蚀属于________，反应的化学方程式表示为________；若用铝制饭盒盛放食盐（含水），一段时间后，饭盒被腐蚀，这种腐蚀叫________，反应原理是（写电极反应和离子方程式）________。
【答案】化学腐蚀 2A1+6CH3COOH＝2Al(CH3COO)3+3H2↑ 电化学腐蚀 负极：4Al－12e－＝4Al3+，
正极：6H2O+3O2+12e－＝12OH－；Al3++3OH－＝Al(OH)3↓
【变式2】（2019 江苏高考）下列说法正确的是（ ）
A．若H2O2分解产生1molO2,理论上转移的电子数约为4×6.02×1023
B．室温下，pH=3的CH3COOH溶液与pH=11的NaOH溶液等体积混合，溶液pH>7
C．钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀
D．一定条件下反应N2＋3H2/2NH3达到平衡时，3v正(H2)=2v逆(NH3)
【答案】C
【解析】A：2H2O2=2H2O+O2↑，生成1mol O2，转移2mol电子，转移的电子数约为2×6.02×1023。
B：醋酸是弱酸，氢氧化钠是强碱，等体积混合，醋酸过量，反应后溶液呈酸性，溶液pH<7。
C：牺牲阳极的阴极保护法，是根据原电池原理，让比较活泼的金属作负极，钢铁作正极，被保护。外加电流的阴极保护法，是依据电解池原理，钢铁作阴极，可以防止钢铁的腐蚀。
D：达到平衡状态时，对于同一物质来说，正反应速率和逆反应速率相等；对于不同种物质来说，正反应速率与逆反应速率之比等于化学计量数之比，应为2v正(H2)=3v逆(NH3)。
故选：C。
类型二：金属腐蚀快慢的规律
例3 下图各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序是（ ）。
/
A．⑤＞②＞①＞③＞④ B．②＞①＞④＞③＞⑤
C．④＞⑤＞②＞③＞① D．③＞④＞②＞⑤＞①
【答案】A
【解析】①中Fe放置在海水中，形成了无数微小的原电池，发生电化学腐蚀。②③均构成了原电池，②中Fe的活泼性强于Sn，Fe作负极被腐蚀；③中Zn的活泼性比Fe强，Zn作负极被腐蚀，而Fe被保护。⑤④形成电解池，其中⑤中Fe作阳极被腐蚀，而④中Fe作阴极，被保护。因此Fe被腐蚀由快到慢的顺序为⑤＞②＞①＞③＞④。
【总结升华】在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢由下列原则判断：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。
举一反三：
【变式1】如图，Fe被腐蚀的速率由快到慢的顺序为________。
/
【答案】⑤④①②③
类型三：金属的防护
例4下列关于金属的保护方法的说法正确的是( )
A．我们使用的快餐杯表面有一层搪瓷，搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用
B．白铁(镀锌铁)镀层破损后铁皮的腐蚀速率很慢
C．轮船的船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阴极的阳极保护法
D．钢铁制造的暖气管道外常涂有一层沥青 ，这是钢铁的电化学保护法
【思路点拨】根据常见的金属防护方法判断各选项所用方法的特点及实质。
【答案】B
【解析】A选项中涂层破损后金属铁直接暴露在空气中，因而搪瓷层不能对破损部位形成有效的保护；B选项中镀层破损后由于锌的还原性比铁强，发生电化学腐蚀时锌作负极被腐蚀，从而保护铁不被腐蚀；C选项应是牺牲阳极的阴极保护法；D选项中应是用沥青作涂层的涂层保护法，因此答案选B。
【总结升华】金属防护的三种方法：
方法一 改变金属的内部结构。如把铬、镍等加到普通钢里制成不锈钢。
方法二 加防护层。如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料；采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属或其氧化物。
方法三 电化学防护。
①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理：正极为被保护的金属；负极为比被保护的金属活泼的金属；②外加电流的阴极保护法——电解原理：阴极为被保护的金属，阳极为惰性电极。
举一反三：
【变式1】下列金属防护的方法不正确的是（ ）。
A．对健身器材涂油漆以防止生锈
B．对某些工具的“机械转动部位”选用刷油漆的方法来防锈
C．用牺牲锌块的方法来保护船身
D．自行车的钢圈上镀上一层铬防锈
【答案】B
【巩固练习】
一、选择题
1．最近，科学家冶炼出了纯度高达99.999 9％的铁，根据你的推测，在下列性质中它不可能具有的是（ ）。
A．硬度比生铁低
B．在潮湿的空气中放置不易生锈
C．在冷的浓硫酸中可以钝化
D．与4 mol·L－1的盐酸反应的速率比生铁快
2．钢铁发生电化学腐蚀时，负极上发生的反应为（ ）。
A．2H++2e－＝H2↑ B．2H2O+O2+4e－＝4OH－
C．Fe－2e－＝Fe2+ D．4OH－+4e－＝H2O+O2↑
3．为防止船体的腐蚀，通常在船壳吃水线以下位置镶嵌一定数量的（ ）。
A．铜块 B．铅块 C．锌块 D．铁块
4．埋在地下的铸铁输油管道，在下列情况下，腐蚀最慢的是（ ）。
A．在含铁元素较多的酸性土壤中
B．在潮湿疏松透气的土壤中
C．在干燥致密不透气的土壤中
D．在含碳粒较多的潮湿透气的中性土壤中
5．相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是（ ）。
/
6．如下图所示，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（ ）
/
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0.001 mol气体
7．（2019 北京丰台二模）下列关于金属腐蚀与防护的说法不正确的是（ ）
① 图② 图③
A. 图①，放置于干燥空气中的铁钉不会生锈
B. 图②，若断开电源，钢闸门将发生吸氧腐蚀
C. 图②，若将钢闸门与电源的正极相连，可防止钢闸门腐蚀
D. 图③，若金属M比Fe活泼，可防止输水管腐蚀
8．（2019 靖安县模拟）如图是自来水的常见安装方式，下列有关说法不正确的是（ ）。
/
A．该安装方式的水表更容易被腐蚀
B．发生腐蚀过程中，电子从接头流向水表
C．腐蚀时水表发生的电极反应为：2H2O+O2+4e-=4OH-
D．腐蚀过程还涉及到反应：4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
9．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是（ ）。
A．纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗
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正极相连以保护它不受腐蚀
10．下列有关说法正确的是（ ）
A．若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀
B．2NO(g)+2CO(g)═N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的△H＞0
C．加热0.1mol?L－1 Na2CO3溶液，CO32－的水解程度和溶液的pH均增大
D．对于乙酸与乙醇的酯化反应（△H＜0＝，加入少量浓硫酸并加热，该反应的反应速率和平衡常数均增大
11．镀锌铁在发生析氢腐蚀时，若有0.2 mol电子发生转移，下列说法正确的是（ ）。
①有5.6 g金属被腐蚀；②有6.5 g金属被腐蚀；③在标准状况下有2.24 L气体放出；④在标准状况下有1.12 L气体放出。
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
二、填空题
1．电工实际操作中规定，不能把铜线和铝线拧在一起连接线路，这是因为________。
2．在长期的生产实践中，人类对各种金属器件的防锈问题已找到了一些比较理想的措施。例如：
（1）农机具采用________的措施。
（2）埋入地下的输油管道采用________的措施。
（3）远洋巨轮船体采用________的措施。
（4）大型水库的钢铁闸门采用________的措施。
3．（2019 海南高考）银是一种贵金属，古代常用于制造钱币及装饰器皿，现代在电池和照明器材等领域亦有广泛应用。回答下列问题。【来源：21cnj*y.co*m】
（1）久存的银制器皿表面会变黑，失去银白色的光泽，原因是 。
（2）已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10，若向50mL0.018mol·L-1的AgNO3溶液中加入50mL0.020mol·L-1的盐酸，混合后溶液中的Ag+的浓度为 mol·L-1，pH为 。21教育名师原创作品
（3）AgNO3溶液光照易分解，生成Ag和红棕色气体等物质，其光照分解的化学方程式为 。
（4）右图所示原电池正极的反应式为 。/
4．铁生锈是比较常见的现象，某实验小组为研究铁生锈的条件，设计了以下快速、易行的方法：
/
首先检查制氧气装置的气密性，然后按上图连接好装置，点燃酒精灯给药品加热，持续3分钟左右，观察到的实验现象为：①直形管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗，发生锈蚀；②直形管中干燥的铁丝表面依然光亮，没有发生锈蚀；③烧杯中潮湿的铁丝依然光亮。
试回答以下问题：
（1）由于接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于________。能表示其原理的反应方程式为________。
（2）仪器A的名称为________，其中装的药品可以是________，其作用是________。
（3）由实验可知，该类铁生锈的条件为________。决定铁生锈快慢的一个重要因素是________。
【参考答案与解析】
1．D
【解析】生铁块与盐酸反应，由于形成原电池而加快Fe与盐酸的反应速率。
2．C
【解析】钢铁在潮湿的空气中发生电化学腐蚀时，负极为铁，正极为碳，电解质溶液为溶有O2或CO2等气体的水膜。当水膜呈弱酸性或中性时发生吸氧腐蚀，负极反应为：Fe－2e－＝Fe2+，正极反应为：2H2O+O2+4e－＝4OH－；当水膜呈酸性时发生析氢腐蚀，负极反应为：Fe－2e－＝Fe2+，正极反应为：2H++2e－＝H2↑。
3．C
【解析】镶嵌的是活泼性比Fe强的金属，与铁、海水构成原电池，活泼金属为负极、铁为正极得到保护，所以选锌块。
4．C
【解析】为使铸铁腐蚀得慢，必须防水（防止形成电解质溶液）、防气（防止与氧气接触发生吸氧腐蚀），因此须干燥且不透气。
5．C
【解析】A、B、D都是形成原电池而使Fe腐蚀，而C中铁被铜镀层保护，则不易被腐蚀。
6．B
【解析】K1闭合形成原电池，铁作负极，失电子被腐蚀，石墨电极是正极，氧气得电子变为OH-，pH逐渐升高，A错误、B正确；K2闭合，铁棒作阴极被保护，不会被腐蚀，属于外加电流的阴极保护法，C错误；K2闭合形成电解池，两极分别产生氯气和氢气，电路中通过0.002NA个电子时，每极上产生0.001 mol气体，共0.002 mol气体，D错误。
7．C
【解析】A项，形成原电池需要电解质溶液，所以干燥空气中不易形成原电池，则铁钉不会生锈，故A正确；B项，中性、碱性和弱酸性条件下易发生吸氧腐蚀，所以钢闸门会发生吸氧腐蚀，故B正确；C项，与原电池正极相连的电极作阳极，活泼金属作阳极时，金属失电子被腐蚀，所以若将钢闸门与电源的正极相连，不能防止钢闸门腐蚀，故C错误；D项，Mg、Fe形成原电池时，Fe作正极，Mg失电子作负极，Fe被保护，故D正确。故选C。
8．A
【解析】A项构成原电池，腐蚀铁，保护铜，所以该安装方式的水表不易被腐蚀，故A错误；B项电子由铁流向铜，即电子从接头流向水表，故B正确；C项水表发生了吸氧腐蚀，氧气在水表的表面得电子，电极反应式为：2H2O+O2+4e-=4OH-，故C正确；D项负极放电产生的亚铁离子与正极产生氢氧根离子结合成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁被空气中的氧气氧化生成氢氧化铁，所以腐蚀过程还涉及到反应：4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3，故D正确。故选A。
9．A、C
【解析】B项，因铁比锡活泼，破损时，形成原电池，铁作负极，腐蚀速率加快；D项，与直流电源正极相连会加快钢管的腐蚀速率
10．C
【解析】A．船体(Fe)、Cu及海水构成原电池，Fe比Cu活泼，作负极，加快海轮外壳的腐蚀，故A错误；
B．正反应为熵减的反应，常温下能自发进行，根据△H－T△S=△G＜0反应自发进行，可推知该反应△H＜0，故B错误；
C．碳酸钠溶液中碳酸根发生水解，溶液呈碱性，而盐类水解是吸热反应，升高温度，水解程度增大，溶液碱性增强，即溶液的pH均增大，故C正确；
D．浓硫酸起催化剂作用，加入浓硫酸加快反应速率，正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，故D错误。
故选C。
11．B
【解析】镀锌铁发生电化学腐蚀，锌作负极：Zn－2e－＝Zn2+，有0.2 mol电子转移，有0.1 mol Zn溶解，在正极上：2H++2e－＝H2↑，生成0.1 mol H2。
二、填空题
1．铜线与铝线拧在一起时，铜与铝及附着在其表面的溶液组成原电池，铝线易被腐蚀而失去导电能力
2．（1）保持表面光洁、干燥、涂矿物油 （2）涂防锈油漆 （3）焊接上比铁更活泼的金属，如锌等 （4）外加电源的阴极保护法
3．（1）Ag在空气中易与氧气反应生成氧化银；
（2）1.8×10-7mol/L；2
（3）2AgNO3/Ag+2NO2 ↑+O2 ↑
（4）Ag++e-=Ag
【解析】（1）根据金属的腐蚀可知Ag变黑是发生了化学腐蚀，生成氧化银的缘故；
（2）根据反应中HCl和硝酸银的物质的量可知HCl过量，则计算剩余的氯离子的物质的量浓度为（0.02-0.018）mol·L-1/2=0.001mol/L，根据AgCl的溶度积的表达式计算，c（Ag+）=1.8×10-10/0.001=1.8×10-7 mol·L-1；因为该反应中氢离子未参加反应，所以溶液的体积变为100mL时，氢离子的浓度为0.01mol/L，则pH=2；
（3）根据氧化还原反应理论，硝酸银分解生成Ag和二氧化氮气体，Ag和N元素化合价降低，则O元素的化合价升高，所以该反应中有氧气生成。
（4）该原电池的实质是Cu与银离子发生置换反应生成Ag单质，所以正极是生成Ag单质的还原反应。
4．（1）电化学腐蚀 负极：2Fe－4e－＝2Fe2+，正极：2H2O+O2+4e－＝4OH－
（2）球形干燥管 碱石灰（或无水氯化钙） 干燥O2
（3）与O2接触、与水接触氧气浓度
【解析】钢铁在潮湿环境下形成原电池，发生电化学腐蚀。此实验在直形管中的现象说明，潮湿是铁生锈的必需前提，而没有潮湿程度对生锈快慢的影响，直形管实验与烧杯实验的对比，则说明O2浓度是影响铁生锈快慢的一个重要因素。
【学习目标】
1、理解金属发生电化学腐蚀的原因，了解电化学腐蚀的类型及差异并能写出电极反应；
2、知道防治金属腐蚀的方法，并能从实验探究中获得体会。
【要点梳理】
要点一、金属的腐蚀
金属腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。
1．金属腐蚀的实质。
金属腐蚀的实质都是金属原子失去电子被氧化的过程，用反应方程式表示为：M－ne－＝Mn+（M代表金属元素）。
2．金属腐蚀的分类。
/
3．化学腐蚀和电化学腐蚀的比较。
化学腐蚀
电化学腐蚀
相同点
金属原子失去电子而被氧化的过程，即金属原子转化为阳离子的过程
不同点
条件
金属与氧化剂直接接触
不纯金属与电解质溶液接触
现象
无电流
有微弱电流
本质
金属被氧化
活泼金属被氧化
相互关系
往往同时发生，电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，危害更严重
4．钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较。
类型
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
条件
水膜呈弱酸性或中性
水膜呈酸性
正极反应（O2）
O2+2H2O+4e－＝4OH－
2H++2e－＝H2↑
负极反应（Fe）
Fe－2e－＝Fe2+
Fe－2e－＝Fe2+
其他反应
Fe2++2OH－＝Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2+2H2O+O2＝4Fe(OH)3
Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈
要点诠释：由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液，故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式；另外，只有在金属活动性顺序中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属腐蚀时只能是发生吸氧腐蚀：
5．判断金属腐蚀快慢的规律。
（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。
（2）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。
（3）活动性不同的两金属，活动性差别越大，腐蚀越快。
（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。
要点二、金属的防护
1．金属防护的思路。
防止金属与化学物质直接接触，防止金属与环境形成原电池。
2．防护方法。
（1）改变金属的内部组成和结构：如不锈钢（钢中加入一定量的镍和铬）。
（2）加保护层：在金属表面镀上一层纯金属（如铁上镀锌、锡、铬等）、喷漆、涂油、生成氧化膜保护（钢铁制品表面生成Fe3O4，在铝制品表面生成Al2O3）。
（3）牺牲阳极的阴极保护法：此法应用原电池原理，让被保护金属作为正极，另找一种活动性较强的金属作为负极。例如在锅炉内壁、船舶外壳装上若干锌块，就可保护钢铁设备（如图）
发生的电极反应：负极：Zn－2e－＝Zn2+
正极：O2+4e－+2H2O＝4OH－
Zn不断被腐蚀，可定期拆换。而铁得到保护。
（4）外加电流的阴极保护法：此法应用电解原理，让被保护金属作阴极，惰性电极作辅助阳极，两者都存在于海水中。接上直流电源。例如钢闸门，可用此法防止腐蚀。此法中阳极上放电的微粒是海水中的阴离子，阴极上放电的微粒是海水中的阳离子。（如图）
【典型例题】
类型一：金属的腐蚀
例1 以下现象与电化学腐蚀无关的是（ ）。
A．黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿
B．生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈
C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈
D．银质奖牌久置后表面变暗
【答案】D
【解析】A项中黄铜（铜锌合金）若发生电化学腐蚀，被腐蚀的金属应是金属性较强的锌而不是铜。B项中生铁中含较多的碳，比铁芯（几乎是纯铁）在电解质作用下更容易形成原电池，也更容易生锈。C项中铁质器件附有铜质配件时，在接触电解质溶液时，铁作原电池的负极，易被腐蚀生成铁锈。D项中银质奖牌久置后可能被氧化成银的化合物而表面变暗，这是化学腐蚀，与电化学腐蚀无关。
【总结升华】解答此类题应注重形成电化学腐蚀的条件。抓住不同的电极及电解质溶液，即可选择。
例2（2019 北京朝阳一模）某同学做如下实验：
/
下列说法正确的是
A．“电流计指针未发生偏转”，说明铁片Ⅰ、铁片Ⅱ均未被腐蚀
B．用K3[Fe(CN)6]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所处的电解质溶液浓度相同，二者的腐蚀速率相等
D．铁片Ⅳ的电极反应式为Fe-3e-=Fe3+
【思路点拨】对比两个盐桥的双液装置。图1中因两溶液中氯化钠的浓度相等，因此发生的是普通的化学腐蚀，且腐蚀速率相等；图2中因两溶液中氯化钠的浓度不相等，因此发生的是电化学腐蚀。
【答案】B
【解析】A选项图1中因两溶液中氯化钠的浓度相等，因此发生的是普通的化学腐蚀，且腐蚀速率相等，电流计指针未发生偏转，铁片I、II均被腐蚀，故A错误；B选项图2中因两溶液中氯化钠的浓度不相等，因此发生的是电化学腐蚀，且浓度大的一极发生的反应是 Fe-2e-=Fe2+，可以用K3[Fe(CN)6]进行Fe2+的检验，进而判断电池的正、负极，故B正确；C选项自同一个原电池装置中，铁片I、II所处的电解质溶液浓度相同，二者的腐蚀速率相等，故C错误；D选项铁片IV的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，故D错误。故选B。
【总结升华】金属发生的腐蚀主要是吸氧腐蚀，其基本规律是：（1）活泼金属作负极，被氧化、被腐蚀；（2）正极一定是氧气得电子，生成OH－，电极反应式为O2+2H2O+4e－＝4OH－；（3）不活泼的金属铜、银，不能发生析氢腐蚀，但可以发生吸氧腐蚀。
举一反三：
【变式1】用铝制饭盒盛放醋酸，一段时间后，饭盒被腐蚀，该种腐蚀属于________，反应的化学方程式表示为________；若用铝制饭盒盛放食盐（含水），一段时间后，饭盒被腐蚀，这种腐蚀叫________，反应原理是（写电极反应和离子方程式）________。
【答案】化学腐蚀 2A1+6CH3COOH＝2Al(CH3COO)3+3H2↑ 电化学腐蚀 负极：4Al－12e－＝4Al3+，
正极：6H2O+3O2+12e－＝12OH－；Al3++3OH－＝Al(OH)3↓
【变式2】（2019 江苏高考）下列说法正确的是（ ）
A．若H2O2分解产生1molO2,理论上转移的电子数约为4×6.02×1023
B．室温下，pH=3的CH3COOH溶液与pH=11的NaOH溶液等体积混合，溶液pH>7
C．钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀
D．一定条件下反应N2＋3H2/2NH3达到平衡时，3v正(H2)=2v逆(NH3)
【答案】C
【解析】A：2H2O2=2H2O+O2↑，生成1mol O2，转移2mol电子，转移的电子数约为2×6.02×1023。
B：醋酸是弱酸，氢氧化钠是强碱，等体积混合，醋酸过量，反应后溶液呈酸性，溶液pH<7。
C：牺牲阳极的阴极保护法，是根据原电池原理，让比较活泼的金属作负极，钢铁作正极，被保护。外加电流的阴极保护法，是依据电解池原理，钢铁作阴极，可以防止钢铁的腐蚀。
D：达到平衡状态时，对于同一物质来说，正反应速率和逆反应速率相等；对于不同种物质来说，正反应速率与逆反应速率之比等于化学计量数之比，应为2v正(H2)=3v逆(NH3)。
故选：C。
类型二：金属腐蚀快慢的规律
例3 下图各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序是（ ）。
/
A．⑤＞②＞①＞③＞④ B．②＞①＞④＞③＞⑤
C．④＞⑤＞②＞③＞① D．③＞④＞②＞⑤＞①
【答案】A
【解析】①中Fe放置在海水中，形成了无数微小的原电池，发生电化学腐蚀。②③均构成了原电池，②中Fe的活泼性强于Sn，Fe作负极被腐蚀；③中Zn的活泼性比Fe强，Zn作负极被腐蚀，而Fe被保护。⑤④形成电解池，其中⑤中Fe作阳极被腐蚀，而④中Fe作阴极，被保护。因此Fe被腐蚀由快到慢的顺序为⑤＞②＞①＞③＞④。
【总结升华】在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢由下列原则判断：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。
举一反三：
【变式1】如图，Fe被腐蚀的速率由快到慢的顺序为________。
/
【答案】⑤④①②③
类型三：金属的防护
例4下列关于金属的保护方法的说法正确的是( )
A．我们使用的快餐杯表面有一层搪瓷，搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用
B．白铁(镀锌铁)镀层破损后铁皮的腐蚀速率很慢
C．轮船的船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阴极的阳极保护法
D．钢铁制造的暖气管道外常涂有一层沥青 ，这是钢铁的电化学保护法
【思路点拨】根据常见的金属防护方法判断各选项所用方法的特点及实质。
【答案】B
【解析】A选项中涂层破损后金属铁直接暴露在空气中，因而搪瓷层不能对破损部位形成有效的保护；B选项中镀层破损后由于锌的还原性比铁强，发生电化学腐蚀时锌作负极被腐蚀，从而保护铁不被腐蚀；C选项应是牺牲阳极的阴极保护法；D选项中应是用沥青作涂层的涂层保护法，因此答案选B。
【总结升华】金属防护的三种方法：
方法一 改变金属的内部结构。如把铬、镍等加到普通钢里制成不锈钢。
方法二 加防护层。如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料；采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属或其氧化物。
方法三 电化学防护。
①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理：正极为被保护的金属；负极为比被保护的金属活泼的金属；②外加电流的阴极保护法——电解原理：阴极为被保护的金属，阳极为惰性电极。
举一反三：
【变式1】下列金属防护的方法不正确的是（ ）。
A．对健身器材涂油漆以防止生锈
B．对某些工具的“机械转动部位”选用刷油漆的方法来防锈
C．用牺牲锌块的方法来保护船身
D．自行车的钢圈上镀上一层铬防锈
【答案】B
【巩固练习】
一、选择题
1．最近，科学家冶炼出了纯度高达99.999 9％的铁，根据你的推测，在下列性质中它不可能具有的是（ ）。
A．硬度比生铁低
B．在潮湿的空气中放置不易生锈
C．在冷的浓硫酸中可以钝化
D．与4 mol·L－1的盐酸反应的速率比生铁快
2．钢铁发生电化学腐蚀时，负极上发生的反应为（ ）。
A．2H++2e－＝H2↑ B．2H2O+O2+4e－＝4OH－
C．Fe－2e－＝Fe2+ D．4OH－+4e－＝H2O+O2↑
3．为防止船体的腐蚀，通常在船壳吃水线以下位置镶嵌一定数量的（ ）。
A．铜块 B．铅块 C．锌块 D．铁块
4．埋在地下的铸铁输油管道，在下列情况下，腐蚀最慢的是（ ）。
A．在含铁元素较多的酸性土壤中
B．在潮湿疏松透气的土壤中
C．在干燥致密不透气的土壤中
D．在含碳粒较多的潮湿透气的中性土壤中
5．相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是（ ）。
/
6．如下图所示，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（ ）
/
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0.001 mol气体
7．（2019 北京丰台二模）下列关于金属腐蚀与防护的说法不正确的是（ ）
① 图② 图③
A. 图①，放置于干燥空气中的铁钉不会生锈
B. 图②，若断开电源，钢闸门将发生吸氧腐蚀
C. 图②，若将钢闸门与电源的正极相连，可防止钢闸门腐蚀
D. 图③，若金属M比Fe活泼，可防止输水管腐蚀
8．（2019 靖安县模拟）如图是自来水的常见安装方式，下列有关说法不正确的是（ ）。
/
A．该安装方式的水表更容易被腐蚀
B．发生腐蚀过程中，电子从接头流向水表
C．腐蚀时水表发生的电极反应为：2H2O+O2+4e-=4OH-
D．腐蚀过程还涉及到反应：4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
9．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是（ ）。
A．纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗
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正极相连以保护它不受腐蚀
10．下列有关说法正确的是（ ）
A．若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀
B．2NO(g)+2CO(g)═N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的△H＞0
C．加热0.1mol?L－1 Na2CO3溶液，CO32－的水解程度和溶液的pH均增大
D．对于乙酸与乙醇的酯化反应（△H＜0＝，加入少量浓硫酸并加热，该反应的反应速率和平衡常数均增大
11．镀锌铁在发生析氢腐蚀时，若有0.2 mol电子发生转移，下列说法正确的是（ ）。
①有5.6 g金属被腐蚀；②有6.5 g金属被腐蚀；③在标准状况下有2.24 L气体放出；④在标准状况下有1.12 L气体放出。
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
二、填空题
1．电工实际操作中规定，不能把铜线和铝线拧在一起连接线路，这是因为________。
2．在长期的生产实践中，人类对各种金属器件的防锈问题已找到了一些比较理想的措施。例如：
（1）农机具采用________的措施。
（2）埋入地下的输油管道采用________的措施。
（3）远洋巨轮船体采用________的措施。
（4）大型水库的钢铁闸门采用________的措施。
3．（2019 海南高考）银是一种贵金属，古代常用于制造钱币及装饰器皿，现代在电池和照明器材等领域亦有广泛应用。回答下列问题。【来源：21cnj*y.co*m】
（1）久存的银制器皿表面会变黑，失去银白色的光泽，原因是 。
（2）已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10，若向50mL0.018mol·L-1的AgNO3溶液中加入50mL0.020mol·L-1的盐酸，混合后溶液中的Ag+的浓度为 mol·L-1，pH为 。21教育名师原创作品
（3）AgNO3溶液光照易分解，生成Ag和红棕色气体等物质，其光照分解的化学方程式为 。
（4）右图所示原电池正极的反应式为 。/
4．铁生锈是比较常见的现象，某实验小组为研究铁生锈的条件，设计了以下快速、易行的方法：
/
首先检查制氧气装置的气密性，然后按上图连接好装置，点燃酒精灯给药品加热，持续3分钟左右，观察到的实验现象为：①直形管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗，发生锈蚀；②直形管中干燥的铁丝表面依然光亮，没有发生锈蚀；③烧杯中潮湿的铁丝依然光亮。
试回答以下问题：
（1）由于接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于________。能表示其原理的反应方程式为________。
（2）仪器A的名称为________，其中装的药品可以是________，其作用是________。
（3）由实验可知，该类铁生锈的条件为________。决定铁生锈快慢的一个重要因素是________。
【参考答案与解析】
1．D
【解析】生铁块与盐酸反应，由于形成原电池而加快Fe与盐酸的反应速率。
2．C
【解析】钢铁在潮湿的空气中发生电化学腐蚀时，负极为铁，正极为碳，电解质溶液为溶有O2或CO2等气体的水膜。当水膜呈弱酸性或中性时发生吸氧腐蚀，负极反应为：Fe－2e－＝Fe2+，正极反应为：2H2O+O2+4e－＝4OH－；当水膜呈酸性时发生析氢腐蚀，负极反应为：Fe－2e－＝Fe2+，正极反应为：2H++2e－＝H2↑。
3．C
【解析】镶嵌的是活泼性比Fe强的金属，与铁、海水构成原电池，活泼金属为负极、铁为正极得到保护，所以选锌块。
4．C
【解析】为使铸铁腐蚀得慢，必须防水（防止形成电解质溶液）、防气（防止与氧气接触发生吸氧腐蚀），因此须干燥且不透气。
5．C
【解析】A、B、D都是形成原电池而使Fe腐蚀，而C中铁被铜镀层保护，则不易被腐蚀。
6．B
【解析】K1闭合形成原电池，铁作负极，失电子被腐蚀，石墨电极是正极，氧气得电子变为OH-，pH逐渐升高，A错误、B正确；K2闭合，铁棒作阴极被保护，不会被腐蚀，属于外加电流的阴极保护法，C错误；K2闭合形成电解池，两极分别产生氯气和氢气，电路中通过0.002NA个电子时，每极上产生0.001 mol气体，共0.002 mol气体，D错误。
7．C
【解析】A项，形成原电池需要电解质溶液，所以干燥空气中不易形成原电池，则铁钉不会生锈，故A正确；B项，中性、碱性和弱酸性条件下易发生吸氧腐蚀，所以钢闸门会发生吸氧腐蚀，故B正确；C项，与原电池正极相连的电极作阳极，活泼金属作阳极时，金属失电子被腐蚀，所以若将钢闸门与电源的正极相连，不能防止钢闸门腐蚀，故C错误；D项，Mg、Fe形成原电池时，Fe作正极，Mg失电子作负极，Fe被保护，故D正确。故选C。
8．A
【解析】A项构成原电池，腐蚀铁，保护铜，所以该安装方式的水表不易被腐蚀，故A错误；B项电子由铁流向铜，即电子从接头流向水表，故B正确；C项水表发生了吸氧腐蚀，氧气在水表的表面得电子，电极反应式为：2H2O+O2+4e-=4OH-，故C正确；D项负极放电产生的亚铁离子与正极产生氢氧根离子结合成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁被空气中的氧气氧化生成氢氧化铁，所以腐蚀过程还涉及到反应：4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3，故D正确。故选A。
9．A、C
【解析】B项，因铁比锡活泼，破损时，形成原电池，铁作负极，腐蚀速率加快；D项，与直流电源正极相连会加快钢管的腐蚀速率
10．C
【解析】A．船体(Fe)、Cu及海水构成原电池，Fe比Cu活泼，作负极，加快海轮外壳的腐蚀，故A错误；
B．正反应为熵减的反应，常温下能自发进行，根据△H－T△S=△G＜0反应自发进行，可推知该反应△H＜0，故B错误；
C．碳酸钠溶液中碳酸根发生水解，溶液呈碱性，而盐类水解是吸热反应，升高温度，水解程度增大，溶液碱性增强，即溶液的pH均增大，故C正确；
D．浓硫酸起催化剂作用，加入浓硫酸加快反应速率，正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，故D错误。
故选C。
11．B
【解析】镀锌铁发生电化学腐蚀，锌作负极：Zn－2e－＝Zn2+，有0.2 mol电子转移，有0.1 mol Zn溶解，在正极上：2H++2e－＝H2↑，生成0.1 mol H2。
二、填空题
1．铜线与铝线拧在一起时，铜与铝及附着在其表面的溶液组成原电池，铝线易被腐蚀而失去导电能力
2．（1）保持表面光洁、干燥、涂矿物油 （2）涂防锈油漆 （3）焊接上比铁更活泼的金属，如锌等 （4）外加电源的阴极保护法
3．（1）Ag在空气中易与氧气反应生成氧化银；
（2）1.8×10-7mol/L；2
（3）2AgNO3/Ag+2NO2 ↑+O2 ↑
（4）Ag++e-=Ag
【解析】（1）根据金属的腐蚀可知Ag变黑是发生了化学腐蚀，生成氧化银的缘故；
（2）根据反应中HCl和硝酸银的物质的量可知HCl过量，则计算剩余的氯离子的物质的量浓度为（0.02-0.018）mol·L-1/2=0.001mol/L，根据AgCl的溶度积的表达式计算，c（Ag+）=1.8×10-10/0.001=1.8×10-7 mol·L-1；因为该反应中氢离子未参加反应，所以溶液的体积变为100mL时，氢离子的浓度为0.01mol/L，则pH=2；
（3）根据氧化还原反应理论，硝酸银分解生成Ag和二氧化氮气体，Ag和N元素化合价降低，则O元素的化合价升高，所以该反应中有氧气生成。
（4）该原电池的实质是Cu与银离子发生置换反应生成Ag单质，所以正极是生成Ag单质的还原反应。
4．（1）电化学腐蚀 负极：2Fe－4e－＝2Fe2+，正极：2H2O+O2+4e－＝4OH－
（2）球形干燥管 碱石灰（或无水氯化钙） 干燥O2
（3）与O2接触、与水接触氧气浓度
【解析】钢铁在潮湿环境下形成原电池，发生电化学腐蚀。此实验在直形管中的现象说明，潮湿是铁生锈的必需前提，而没有潮湿程度对生锈快慢的影响，直形管实验与烧杯实验的对比，则说明O2浓度是影响铁生锈快慢的一个重要因素。