讲义14 电化学腐蚀和防护-2022年高考化学二轮专题精品讲义【电化学专题】

讲义14  电化学腐蚀和防护1、金属腐蚀内容：金属的腐蚀是指金属或者合金跟周围接触到的化学物质发生化学反应而腐蚀损耗的过程2、金属腐蚀的本质：金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应3、金属腐蚀的类型：(1)化学腐蚀——金属和接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀  化学腐蚀实质：金属和非电解质或其它物质高考资源网相接触直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀。其腐蚀过程没有电流产生(2)电化学腐蚀——不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应。比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化  学腐蚀。电化学腐蚀过程有电流产生(3)化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍4、电化学腐蚀的分类————以钢铁的腐蚀为例进行分析类型析氢腐蚀  (腐蚀过程中不断有氢气放出)吸氧腐蚀 (反应过程吸收氧气)条件水膜酸性较强(pH≤4.3)水膜酸性很弱或呈中性电极反应负极Fe－2e－===Fe2＋                                    Fe－2e－===Fe2＋正极2H＋＋2e－===H2↑O2＋2H2O＋4e－===4OH－总反应式Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O4Fe(OH)3Fe(OH)3脱去一部分水就生成Fe2O3·xH2O(铁锈主要成分)联系吸氧腐蚀更普遍5、判断金属腐蚀快慢的规律(1)对同一电解质溶液来说，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>有防腐措施的腐蚀(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快6、金属的防护(1)电化学防护  ①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理    a．负极：比被保护金属活泼的金属b．正极：被保护的金属设备    c．应用：在被保护的钢铁设备上装上若干锌块，腐蚀锌块保护钢铁设备，负极：锌块被腐蚀；正极：钢铁设备被保护  ②外加电流的阴极保护法—电解原理    a．阴极：被保护的金属设备b．阳极：惰性金属或石墨c．应用：把被保护的钢铁设备作为阴极，惰性电极作为辅助阳极，均存在于电解质溶液中，接上外加直流电源。通电后电子         大量在钢铁设备上积累，抑制了钢铁失去电子的反应(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法7、两种保护方法的比较：外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法【课后作业】1、判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”(1)所有金属纯度越大，越不易被腐蚀(　　)  (2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样(　　)  (3)干燥环境下金属不被腐蚀(　　)  (4)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(　　)  (5)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋(　　)  (6)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用(　　)  (7)外加电流的阴极保护法，构成了电解池；牺牲阳极的阴极保护法构成了原电池。二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀(　　)2、如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为(　　)  A．②①③④⑤⑥       B．⑤④③①②⑥      C．⑤④②①③⑥    D．⑤③②④①⑥3、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4、如图所示的钢铁腐蚀中，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②所示为主         D．图②中，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－5、利用如图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是(　　)  A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀             B．一段时间后，a管液面高于b管液面  C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小          D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋6、利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法不正确的是(　　)A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀速率B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁的保护属于牺牲阳极的阴极保护法C．若X为碳棒，开关K置于N处，铁的保护属于外接电流的阴极保护法D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生还原反应7、如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4久置的雨水和生铁片。实验时观察到：开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。下列说法正确的是(　　)  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．墨水回升时，碳电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－              D．具支试管中溶液pH减小8、将两根铁钉分别缠绕铜丝和铝条，放入滴有混合溶液的容器中，如图所示，下列叙述错误的是(　　)A．a中铁钉附近呈现蓝色沉淀         B．b中铁钉附近呈现红色C．b中发生吸氧腐蚀                 D．a中铜丝附近有气泡产生9、如图所示装置中，小试管内为红墨水，U形管中盛有pH＝4的雨水和生铁片。经观察，装置中有如下现象：开始时插在小试管中的导管内的液面下降，一段时间后导管内的液面回升，略高于U形管中的液面。以下有关解释不合理的是(　　)A．生铁片中的铁是原电池的负极，发生氧化反应生成Fe2＋B．雨水酸性较强，生铁片开始发生析氢腐蚀C．墨水液面回升时，正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．如果将生铁片换成铜片，也会出现开始小试管中的导管内的液面下降，一段时间后导管内的液面回升的现象10、研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示。下列有关说法错误的是(　　)A．d为石墨，铁片腐蚀加快        B．d为石墨，石墨上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．d为锌块，铁片不易被腐蚀      D．d为锌块，铁片上电极反应为2H＋＋2e－===H2↑11、相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是(　　)12、一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下表。下列说法错误的是(　　)pH2466.5813.514腐蚀快慢较快慢较快主要产物Fe2＋Fe3O4Fe2O3FeOA．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．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓13、某同学进行以下实验，下列说法不合理的是(　　)操作取一块打磨过的生铁片，在其表面滴1滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食盐水现象放置一段时间后，生铁片上出现如图所示“斑痕”。其边缘处为红色，中心区域为蓝色，在两色环交界处出现铁锈A．生铁片发生吸氧腐蚀                          B．中心区域：Fe－2e－===Fe2＋C．边缘处：O2＋2H2O＋4e－===4OH－                       D．交界处：4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3＋8H＋14、城市地下潮湿的土壤中常埋有纵横交错的管道和输电线路，当有电流泄漏并与金属管道形成回路时，就会引起金属管道的腐蚀。原理如图所示，但若电压等条件适宜，钢铁管道也可能减缓腐蚀，此现象被称为“阳极保护”。下列有关说法不正确的是(　　)A．该装置能够将电能转化为化学能B．管道右端腐蚀比左端快，右端电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋C．如果没有外加电源，潮湿的土壤中的钢铁管道比较容易发生吸氧腐蚀D．钢铁“阳极保护”的实质是在阳极金属表面形成一层耐腐蚀的钝化膜15、常温下，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，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＋16、实验探究(1)若棉团浸有NH4Cl溶液，铁钉发生___________腐蚀，正极反应式为___________________，右试管中现象是______________(2)若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为_______，右试管中现象是___________________________。17、如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4久置的雨水和生铁片。实验时观察到：开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。(1)开始时，生铁发生________腐蚀，负极反应式为_________________(2)一段时间后，生铁发生______________腐蚀，正极反应式为_________，具支试管内雨水的pH的变化情况为_____________，最后生铁片表面形成红棕色铁锈(Fe2O3·xH2O)，那么后期溶液中发生的反应方程式有______________________________、2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O。18、如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。         (1)腐蚀过程中，负极是________(填图中字母“a”或“b”或“c”)(2)环境中的Cl－扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为_________(3)若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为________L(标准状况)。19、利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于__________处。若X为锌，开关K   置于M处，该电化学防护法称为_____________________________________________     【电化学腐蚀和防护】答案1、(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×  (7)√2、C 解析　①是Fe为负极，杂质碳为正极的原电池腐蚀，是铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢。其电极反应式：负极Fe－2e－===Fe2＋，正极2H2O＋O2＋4e－===4OH－。②③④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Fe－Cu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由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。3、C解析　A项，图1中，铁钉处于干燥环境，不易被腐蚀；B项，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋与[Fe(CN)6]3－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。4、CD解析　A项，碳作正极，应发生还原反应；B项，钢铁被腐蚀的最终产物为Fe2O3·xH2O；C项，生活中钢铁制品以发生吸氧腐蚀为主。5、C 解析　根据装置图判断，左边铁丝发生吸氧腐蚀，右边铁丝发生析氢腐蚀，其电极反应为左边　负极：Fe－2e－===Fe2＋正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－右边　负极：Fe－2e－===Fe2＋正极：2H＋＋2e－===H2↑a、b处的pH均增大，C错误。正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、酸性很弱或中性溶液发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液发生析氢腐蚀。6、D　[若X为碳棒，开关K置于N处，X极为阳极，发生氧化反应。]7、C。生铁片中的碳是原电池的正极，A错；雨水酸性较强，开始时铁片发生析氢腐蚀，产生氢气，导管内液面下降，一段时间后铁片发生吸氧腐蚀，吸收氧气，导管内液面回升，B错；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C对；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管内溶液pH均增大，D错。8、B　A项，a构成的是铁铜原电池，铁作为负极：Fe－2e－===Fe2＋，生成的Fe2＋与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀，正确；B项，b中构成铁铝原电池，铝作负极被氧化，铁作正极被保护，没有Fe3＋生成，铁钉附近不可能呈现红色，错误；C项，b中发生的是吸氧腐蚀，正确；D项，a中发生的是析氢腐蚀，正极铜丝有H2生成而产生气泡，正确。9、D　开始时插在小试管中的导管内的液面下降，说明U形管内压强增大，生铁片在pH＝4的酸性雨水中发生析氢腐蚀，生铁片中的铁是原电池的负极，失电子，发生氧化反应，生成Fe2＋，A、B项正确。一段时间后导管内的液面回升，说明U形管内压强减小，生铁片发生吸氧腐蚀，正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C项正确。如果将生铁片换成铜片，由于铜不能发生析氢腐蚀，所以不会出现同样的现象，D项错误。10、D　A项，由于铁片比石墨活泼，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化变为Fe2＋进入溶液，溶解在海水中的O2在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时的速率快，正确；B项，d为石墨，作正极，发生的是吸氧腐蚀，石墨上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，正确；C项，若d为锌块，则由于金属活动性：Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，Fe得到保护，铁片不易被腐蚀，正确；D项，d为锌块，由于发生的是吸氧腐蚀，铁片上的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误。11、C。A、D均可由Fe、Cu构成原电池而加速铁的腐蚀；在B中，食盐水提供电解质溶液环境，炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成的条件，铁是活泼金属作负极，易被腐蚀；C中铜镀层把铁完全覆盖，构不成原电池而不被腐蚀。12、C　C项应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。13、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，A、C项合理；根据实验现象，中心区域为蓝色，说明生成了Fe2＋，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为氢氧化铁，氢氧化铁分解生成铁锈，D项不合理。14、B　A项，该装置相当于电解池，能将电能转化为化学能，正确；B项，左端是阳极，腐蚀得更快，错误；C项，如果没有外加电源，潮湿的土壤(接近中性)中的钢铁管道发生原电池反应，所以发生的是吸氧腐蚀，正确；D项，根据题意，此种腐蚀较慢，所以“阳极保护”实际上是在金属表面形成了一层致密的保护膜，正确。15、C　根据pH＝2时锥形瓶中压强与时间的关系知，压强随着反应的进行逐渐增大，说明该装置发生析氢腐蚀，则溶液pH≤2时，生铁发生析氢腐蚀，A项正确；pH＝4时锥形瓶中压强随着反应的进行逐渐减小，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项正确；根据压强与时间关系图知，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，说明吸氧腐蚀速率大于析氢腐蚀速率，C项错误；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＋，D项正确。16、(1)析氢　2H＋＋2e－===H2↑　有气泡冒出    (2)吸氧　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　导管内液面上升17、(1)析氢　Fe－2e－===Fe2＋(2)吸氧　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　增大　Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3[解析]　开始时，溶液酸性强发生析氢腐蚀，析氢腐蚀消耗H＋，酸性减弱，一段时间后又发生吸氧腐蚀。18、(1)c　(2)2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓　(3)0.448[解析]　(1)负极发生失电子的反应，铜作负极失电子，因此负极为c。负极反应：Cu－2e－===Cu2＋，正极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。(2)正极产物为OH－，负极产物为Cu2＋，两者与Cl－反应生成Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓。(3)4.29 g Cu2(OH)3Cl的物质的量为0.02 mol，由Cu元素守恒知，发生电化学腐蚀失电子的Cu单质的物质的量为0.04 mol，失去电子0.08 mol，根据电子守恒可得，消耗O2的物质的量为0.02 mol，所以理论上消耗氧气的体积为0.448 L(标准状况)。19、N　牺牲阳极的阴极保护法解析：铁被保护，可以是作原电池的正极，或者电解池的阴极，故若X为碳棒，开关K应置于N处，Fe作阴极受到保护；若X为锌，开关K置于M处，铁作正极，锌作负极，称为牺牲阳极的阴极保护法。