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高中化学第三单元 金属的腐蚀与防护导学案及答案
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这是一份高中化学第三单元 金属的腐蚀与防护导学案及答案，共13页。学案主要包含了金属的电化学腐蚀，金属的电化学防护等内容，欢迎下载使用。
一、金属的电化学腐蚀
1．金属的腐蚀
(1)金属的腐蚀是指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。
(2)金属腐蚀的实质：金属原子失去电子被氧化的过程，用反应方程式表示(M代表金属元素)为M－ne－===Mn＋。
(3)金属腐蚀的类型
①化学腐蚀：指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。腐蚀过程中无电流产生。
②电化学腐蚀：指不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。
2．金属的电化学腐蚀
(1)吸氧腐蚀：钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性时，氧气参加电极反应，发生吸氧腐蚀。
铁吸氧腐蚀的原理示意图
①负极：2Fe－4e－===2Fe2＋(氧化反应)
②正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－(还原反应)
③总反应：2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2
Fe(OH)2进一步被O2氧化生成Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水生成Fe2O3·nH2O，它就是铁锈的主要成分。
铁锈(Fe2O3·nH2O)的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O。
(2)析氢腐蚀：金属表面的电解质溶液酸性较强，腐蚀过程中不断有H2放出。
钢铁的析氢腐蚀示意图
①负极：Fe－2e－===Fe2＋(氧化反应)
②正极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
③总反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
微点拨：化学腐蚀与电化学腐蚀的本质区别在于是否发生原电池反应。在电化学腐蚀中，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只能发生吸氧腐蚀。在一般情况下，这两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率也大得多。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)金属的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀(√)
(2)因为CO2普遍存在，所以钢铁腐蚀以析氢腐蚀为主(×)
(3)铜在酸性条件也可以发生析氢腐蚀(×)
(4)纯铁不易腐蚀，生铁易腐蚀，是因为生铁中含碳能形成原电池发生电化学腐蚀(√)
(5)铁的电化学腐蚀负极反应为Fe－3e－===Fe3＋(×)
二、金属的电化学防护
1．本质：阻止金属发生氧化反应。
2．方法
(1)加防护层，如在金属表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等。
(2)改变金属组成或结构，如制成合金等。
(3)电化学防护
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)牺牲阳极法利用的是电解池原理(×)
(2)在铁制品表面镀锌，是为了防止铁制品的腐蚀，而且镀层有损坏，仍可对铁制品起到保护作用(√)
(3)铁制品涂油脂、喷油漆是为了隔绝铁与氧气的接触，起到保护铁制品的作用(√)
(4)铁闸门可与外加电源的正极相连，起到保护作用(×)
(5)原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，故不能用来减缓金属的腐蚀(×)
实验1．将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入如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。
图1 图2
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，负极反应：2Fe－4e－===2Fe2＋；正极反应：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。
[问题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↑。
[问题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。
[问题4] 钢铁电化学腐蚀的分析探究：
根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。铜板上铁铆钉处的电化学腐蚀如下图所示：
铁钉的析氢腐蚀示意图 铁钉的吸氧腐蚀示意图
①什么是金属的析氢腐蚀？
[提示] 指金属在酸性条件下发生的电化学腐蚀。该腐蚀过程中，在正极氢离子得电子析出氢气。
②什么是金属的吸氧腐蚀？
[提示] 是指在弱酸性、中性或碱性条件下，金属发生的电化学腐蚀。该腐蚀过程中，在正极吸收氧气。
③如何区分金属的腐蚀是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀？
[提示] 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；稀硫酸等酸性溶液发生析氢腐蚀。
④金属的吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍的原因是什么？
[提示] 原因有两个方面，一是发生吸氧腐蚀的环境更常见。二是按照金属活动性顺序，“H”前金属既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀，“H”后金属只能发生吸氧腐蚀。
1．金属的化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
【特别提醒】 判断金属腐蚀的类型时，要综合考虑金属的纯度、金属的活动性及接触物质的性质。
2．金属腐蚀快慢的比较
(1)影响金属腐蚀的因素
影响金属腐蚀的因素包括金属的本性、纯度和介质三个方面：
①就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。
②同一金属越纯，越难腐蚀。如纯铁即使在潮湿空气中反应也会很慢，而含杂质的生铁在潮湿的空气中会很快生锈而被腐蚀。
③介质对金属腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。
(2)不同条件下金属腐蚀快慢的判断
1．如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4的雨水和生铁片。观察到：开始导管内液面下降，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( )
A．生铁片中的碳是原电池的负极，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，碳极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．具支试管中溶液pH逐渐减小
C [生铁片中的碳是原电池的正极，A错误；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错误；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；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Fe、Cu均被腐蚀
D．此过程中电流从Fe流向Cu
B [铁铆钉吸氧腐蚀的正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，铜作正极不被腐蚀，电子从负极通过导线流向正极。]
如图所示，各烧杯中盛有海水，探究铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序。
① ② ③
④ ⑤ ⑥
[问题1] 金属防护的实质是什么？
[提示] 金属防护的实质是避免被防护金属失电子被氧化。
[问题2] 在牺牲阳极的阴极保护法中，为什么被保护金属作正极？
[提示] 因为该方法利用了原电池原理正极发生还原反应，避免了金属被氧化，所以被保护金属作正极。
[问题3] 在外加电流的阴极保护法中，为什么被保护金属作阴极？
[提示] 因为该方法利用了电解池原理，阴极发生还原反应，避免了金属被氧化，所以被保护金属作阴极。
[问题4] 为保护地下钢管不被腐蚀，可采取的电化学保护措施有哪些？
[提示] 将钢管与锌板相连，或将钢管与直流电源负极相连。
[问题5] 轮船的外壳装有镁合金或锌块，其作用是什么？应用了哪种保护方法？
[提示] 保护船体不被海水腐蚀，牺牲阳极的阴极保护法。
[问题6] 写出本实验中铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序，分析其原因。
[提示] ⑤>④>②>①>③>⑥。①中Fe为负极，杂质碳为正极，属于钢铁的吸氧腐蚀，腐蚀速率较慢；②、③、④实质均为原电池装置；③中Fe为正极，被保护；②、④中Fe为负极，均被腐蚀。但相对来说Fe和Cu的金属活动性差别较Fe和Sn的大，故FeCu原电池中Fe的腐蚀速率较快；⑤中Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极，加快了Fe的腐蚀；⑥中Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知：铁在海水中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
金属的电化学防护
1．相同材料的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是( )
A B
C D
C [在A中，食醋提供电解质溶液环境，铁勺和铜盆是相互接触的两个金属电极，形成原电池，铁是活泼金属作负极；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，碳作正极；在C中，铜镀层将铁球覆盖，使铁被保护，所以铁不易被腐蚀；在D中，酸雨提供电解质溶液环境，易形成原电池发生电化学腐蚀。]
2．下列关于如图所示的实验装置的判断中错误的是( )
A．若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀
B．若X为锌棒，开关K置于A或B处都可减缓铁的腐蚀
C．若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法
D．若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
D [若X为碳棒，开关K置于A处，铁作电解池的阴极，属外加电流的阴极保护法，A项正确；若X为碳棒，开关K置于B处，铁作原电池的负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，D项不正确；若X为锌棒，开关K置于A处，铁作电解池的阴极，属外加电流的阴极保护法，若X为锌棒，开关K置于B处时，铁作原电池的正极，属牺牲阳极的阴极保护法，B项和C项均正确。]
1．下列有关金属电化学腐蚀的说法正确的是( )
A．铜既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀
B．铁只能发生析氢腐蚀
C．铜只能发生吸氧腐蚀
D．析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍
C [在金属活动性顺序中，铜排在氢之后，铜不能将氢气置换出来，所以不能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀，故A项错误，C项正确；铁既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀，故B错误；在自然界中，吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍，故D错误。]
2．为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是( )
A．正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．将石墨电极改成镁电极，难以观察到铁锈生成
C．若向自来水中加入少量的氯化钠固体，可较快地看到铁锈
D．分别向铁、石墨电极附近吹入氧气，前者铁锈出现得快
D [铁是负极，失电子被氧化成Fe2＋，在正极氧气得电子发生还原反应生成OH－，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A项正确；将氧气吹向石墨电极的腐蚀速率比吹向铁电极快，D项错误；向自来水中加入少量的氯化钠固体，可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率，C项正确；若将石墨电极换成镁电极，负极为镁，铁被保护，难以看到铁生锈，B项正确。]
3．海港、码头的钢制管桩会受到海水的长期侵袭，常用外加电流法对其进行保护(如图所示)。下列有关叙述中错误的是( )
A． 高硅铸铁是作为损耗阳极材料发挥作用的
B． 通电后外电路的电子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
A [A．通电后，惰性高硅铸铁是作为辅助阳极，不会损失，A错误；B．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，电子经导线流向电源正极，再从电源负极流出经导线流向钢管桩，B正确；C．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，故C正确； D．被保护的钢管桩应作为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，使钢管桩表面腐蚀电流接近于零，避免或减弱腐蚀的发生，故D正确。]
4．如图所示是探究铁发生腐蚀的装置图，下列说法正确的是( )
A．若B处液面上升，A溶液可能是酸性溶液
B．若A为NaCl溶液，B、C液面始终保持不变
C．可能产生Fe2O3·nH2O
D．腐蚀的总反应式一定是2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
C [析氢腐蚀的总反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，使B处液面下降，则A溶液不可能是酸性溶液，A项错误；若A为NaCl溶液，则发生吸氧腐蚀，B处液面上升，B项错误；发生吸氧腐蚀，2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2,4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3部分脱水，氧化产物变为Fe2O3·nH2O，C项正确；如果是析氢腐蚀，总反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，D项错误。]
5．某实验小组欲探究牺牲阳极的阴极保护法的原理，设计如图实验装置：
已知：Fe2＋与K3[Fe(CN)6]溶液(黄色)反应生KFe[Fe(CN)6]沉淀(带有特征蓝色)。这是一种检验溶液中Fe2＋的常用方法。
实验Ⅰ：向烧杯中加入一定量的饱和食盐水，插入两个无底玻璃筒。将一根锌棒和一根铁棒用导线与电流计连接后，再分别插入两个玻璃筒中，电流计指针发生偏转。
(1)锌棒上发生的电极反应为___________________；铁棒上发生的电极反应为_________________。
(2)向铁棒附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，无明显现象，这说明该实验中无________________产生。
实验Ⅱ：该小组的同学将锌棒换为铜棒，并用导线将其与电流计连接。一段时间后，向插入铁棒的玻璃筒内滴入几滴K3[Fe(CN)6]溶液，向插入铜棒的玻璃筒内滴入几滴酚酞溶液。
(3)实验Ⅱ中电流计指针的偏转方向与实验Ⅰ__________(填“相同”或“相反”)。
(4)在铁棒和铜棒附近可观察到的现象分别是_____________、__________________。
(5)上述两个实验表明，活泼性不同的两种金属作电极构成原电池时，一般是相对____________(填“活泼”或“不活泼”)的金属被保护，根据此原理采取的金属防护方法称为_____________。
[解析] 锌、铁、氯化钠溶液构成原电池时，发生的是吸氧腐蚀，锌作负极被腐蚀，铁作正极被保护。铜、铁、氯化钠溶液构成原电池时，发生的也是吸氧腐蚀，铜作正极被保护，铁作负极被腐蚀。由于两次实验中原电池的电子流向相反，所以电流计指针的偏转方向也相反。铁作负极时，Fe失去电子生成Fe2＋，与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀，铜作正极，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故在铜棒附近溶液变红色。对比两个实验可知，一般情况下，发生吸氧腐蚀时，活泼金属被腐蚀，不活泼金属被保护，根据此原理采取的金属防护法称为牺牲阳极的阴极保护法。
[答案] (1)2Zn－4e－===2Zn2＋ 2H2O＋O2＋4e－===4OH－ (2)Fe2＋ (3)相反 (4)产生蓝色沉淀 溶液变红色 (5)不活泼 牺牲阳极的阴极保护法
学 习 任 务
1．通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因，认识金属腐蚀的主要类型，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式，培养科学探究与创新意识的化学核心素养。
2．通过认识金属腐蚀产生的危害和影响，树立防止金属腐蚀的意识，熟知金属腐蚀常用的防护方法，培养科学态度与社会责任的化学核心素养。
方法
牺牲阳极的阴极保护法
外加电流的阴极保护法
原理
原电池原理
电解原理
被保护金属
作正极
作阴极
构成
被保护金属、比被保护金属活泼的金属等
被保护金属、惰性电极及直流电源等
优、缺点
无需外加电源，但需要定期更换被腐蚀的金属
无需更换电极，但消耗电能
示意图
牺牲阳极的阴极保护法示意图
外加电流的阴极保护法示意图
联系
被保护的金属都因为电子的流入而免遭腐蚀
金属的电化学腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
条件
金属与干燥气体或非电解质液体等直接接触
水膜中溶有O2，酸性很弱或呈中性
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
现象
无电流产生
有微弱电流产生
反应式(以铁腐蚀为例)
2Fe＋3Cl2===2FeCl3
负极：2Fe－4e－===2Fe2＋
正极：2H2O＋
O2＋4e－===4OH－
正极：4H＋＋4e－===2H2↑
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
条件
快慢顺序
腐蚀类型不同
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
同种金属
强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液
活泼性不同的两金属
活泼性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快
同种电解质溶液
电解质溶液浓度越大，腐蚀越快
金属的防护
电化学防护
牺牲阳极的阴极保护法
外加电流的阴极保护法
依据
原电池原理
电解池原理
原理
形成原电池时，被保护金属作正极(阴极)，不反应受到保护；活泼金属作负极(阳极)，发生反应受到腐蚀。阳极要定期予以更换
将被保护金属与另一电极作为电解池的两极，使被保护金属作阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护
应用
一些钢铁设备如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌块
土壤、海水及河水中的金属设备等
实例示
意图
一、金属的电化学腐蚀
1．金属的腐蚀
(1)金属的腐蚀是指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。
(2)金属腐蚀的实质：金属原子失去电子被氧化的过程，用反应方程式表示(M代表金属元素)为M－ne－===Mn＋。
(3)金属腐蚀的类型
①化学腐蚀：指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。腐蚀过程中无电流产生。
②电化学腐蚀：指不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。
2．金属的电化学腐蚀
(1)吸氧腐蚀：钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性时，氧气参加电极反应，发生吸氧腐蚀。
铁吸氧腐蚀的原理示意图
①负极：2Fe－4e－===2Fe2＋(氧化反应)
②正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－(还原反应)
③总反应：2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2
Fe(OH)2进一步被O2氧化生成Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水生成Fe2O3·nH2O，它就是铁锈的主要成分。
铁锈(Fe2O3·nH2O)的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O。
(2)析氢腐蚀：金属表面的电解质溶液酸性较强，腐蚀过程中不断有H2放出。
钢铁的析氢腐蚀示意图
①负极：Fe－2e－===Fe2＋(氧化反应)
②正极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
③总反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
微点拨：化学腐蚀与电化学腐蚀的本质区别在于是否发生原电池反应。在电化学腐蚀中，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只能发生吸氧腐蚀。在一般情况下，这两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率也大得多。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)金属的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀(√)
(2)因为CO2普遍存在，所以钢铁腐蚀以析氢腐蚀为主(×)
(3)铜在酸性条件也可以发生析氢腐蚀(×)
(4)纯铁不易腐蚀，生铁易腐蚀，是因为生铁中含碳能形成原电池发生电化学腐蚀(√)
(5)铁的电化学腐蚀负极反应为Fe－3e－===Fe3＋(×)
二、金属的电化学防护
1．本质：阻止金属发生氧化反应。
2．方法
(1)加防护层，如在金属表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等。
(2)改变金属组成或结构，如制成合金等。
(3)电化学防护
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)牺牲阳极法利用的是电解池原理(×)
(2)在铁制品表面镀锌，是为了防止铁制品的腐蚀，而且镀层有损坏，仍可对铁制品起到保护作用(√)
(3)铁制品涂油脂、喷油漆是为了隔绝铁与氧气的接触，起到保护铁制品的作用(√)
(4)铁闸门可与外加电源的正极相连，起到保护作用(×)
(5)原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，故不能用来减缓金属的腐蚀(×)
实验1．将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入如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。
图1 图2
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，负极反应：2Fe－4e－===2Fe2＋；正极反应：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。
[问题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↑。
[问题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。
[问题4] 钢铁电化学腐蚀的分析探究：
根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。铜板上铁铆钉处的电化学腐蚀如下图所示：
铁钉的析氢腐蚀示意图 铁钉的吸氧腐蚀示意图
①什么是金属的析氢腐蚀？
[提示] 指金属在酸性条件下发生的电化学腐蚀。该腐蚀过程中，在正极氢离子得电子析出氢气。
②什么是金属的吸氧腐蚀？
[提示] 是指在弱酸性、中性或碱性条件下，金属发生的电化学腐蚀。该腐蚀过程中，在正极吸收氧气。
③如何区分金属的腐蚀是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀？
[提示] 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；稀硫酸等酸性溶液发生析氢腐蚀。
④金属的吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍的原因是什么？
[提示] 原因有两个方面，一是发生吸氧腐蚀的环境更常见。二是按照金属活动性顺序，“H”前金属既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀，“H”后金属只能发生吸氧腐蚀。
1．金属的化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
【特别提醒】 判断金属腐蚀的类型时，要综合考虑金属的纯度、金属的活动性及接触物质的性质。
2．金属腐蚀快慢的比较
(1)影响金属腐蚀的因素
影响金属腐蚀的因素包括金属的本性、纯度和介质三个方面：
①就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。
②同一金属越纯，越难腐蚀。如纯铁即使在潮湿空气中反应也会很慢，而含杂质的生铁在潮湿的空气中会很快生锈而被腐蚀。
③介质对金属腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。
(2)不同条件下金属腐蚀快慢的判断
1．如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4的雨水和生铁片。观察到：开始导管内液面下降，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( )
A．生铁片中的碳是原电池的负极，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，碳极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．具支试管中溶液pH逐渐减小
C [生铁片中的碳是原电池的正极，A错误；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错误；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；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Fe、Cu均被腐蚀
D．此过程中电流从Fe流向Cu
B [铁铆钉吸氧腐蚀的正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，铜作正极不被腐蚀，电子从负极通过导线流向正极。]
如图所示，各烧杯中盛有海水，探究铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序。
① ② ③
④ ⑤ ⑥
[问题1] 金属防护的实质是什么？
[提示] 金属防护的实质是避免被防护金属失电子被氧化。
[问题2] 在牺牲阳极的阴极保护法中，为什么被保护金属作正极？
[提示] 因为该方法利用了原电池原理正极发生还原反应，避免了金属被氧化，所以被保护金属作正极。
[问题3] 在外加电流的阴极保护法中，为什么被保护金属作阴极？
[提示] 因为该方法利用了电解池原理，阴极发生还原反应，避免了金属被氧化，所以被保护金属作阴极。
[问题4] 为保护地下钢管不被腐蚀，可采取的电化学保护措施有哪些？
[提示] 将钢管与锌板相连，或将钢管与直流电源负极相连。
[问题5] 轮船的外壳装有镁合金或锌块，其作用是什么？应用了哪种保护方法？
[提示] 保护船体不被海水腐蚀，牺牲阳极的阴极保护法。
[问题6] 写出本实验中铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序，分析其原因。
[提示] ⑤>④>②>①>③>⑥。①中Fe为负极，杂质碳为正极，属于钢铁的吸氧腐蚀，腐蚀速率较慢；②、③、④实质均为原电池装置；③中Fe为正极，被保护；②、④中Fe为负极，均被腐蚀。但相对来说Fe和Cu的金属活动性差别较Fe和Sn的大，故FeCu原电池中Fe的腐蚀速率较快；⑤中Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极，加快了Fe的腐蚀；⑥中Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知：铁在海水中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
金属的电化学防护
1．相同材料的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是( )
A B
C D
C [在A中，食醋提供电解质溶液环境，铁勺和铜盆是相互接触的两个金属电极，形成原电池，铁是活泼金属作负极；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，碳作正极；在C中，铜镀层将铁球覆盖，使铁被保护，所以铁不易被腐蚀；在D中，酸雨提供电解质溶液环境，易形成原电池发生电化学腐蚀。]
2．下列关于如图所示的实验装置的判断中错误的是( )
A．若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀
B．若X为锌棒，开关K置于A或B处都可减缓铁的腐蚀
C．若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法
D．若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
D [若X为碳棒，开关K置于A处，铁作电解池的阴极，属外加电流的阴极保护法，A项正确；若X为碳棒，开关K置于B处，铁作原电池的负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，D项不正确；若X为锌棒，开关K置于A处，铁作电解池的阴极，属外加电流的阴极保护法，若X为锌棒，开关K置于B处时，铁作原电池的正极，属牺牲阳极的阴极保护法，B项和C项均正确。]
1．下列有关金属电化学腐蚀的说法正确的是( )
A．铜既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀
B．铁只能发生析氢腐蚀
C．铜只能发生吸氧腐蚀
D．析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍
C [在金属活动性顺序中，铜排在氢之后，铜不能将氢气置换出来，所以不能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀，故A项错误，C项正确；铁既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀，故B错误；在自然界中，吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍，故D错误。]
2．为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是( )
A．正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．将石墨电极改成镁电极，难以观察到铁锈生成
C．若向自来水中加入少量的氯化钠固体，可较快地看到铁锈
D．分别向铁、石墨电极附近吹入氧气，前者铁锈出现得快
D [铁是负极，失电子被氧化成Fe2＋，在正极氧气得电子发生还原反应生成OH－，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A项正确；将氧气吹向石墨电极的腐蚀速率比吹向铁电极快，D项错误；向自来水中加入少量的氯化钠固体，可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率，C项正确；若将石墨电极换成镁电极，负极为镁，铁被保护，难以看到铁生锈，B项正确。]
3．海港、码头的钢制管桩会受到海水的长期侵袭，常用外加电流法对其进行保护(如图所示)。下列有关叙述中错误的是( )
A． 高硅铸铁是作为损耗阳极材料发挥作用的
B． 通电后外电路的电子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
A [A．通电后，惰性高硅铸铁是作为辅助阳极，不会损失，A错误；B．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，电子经导线流向电源正极，再从电源负极流出经导线流向钢管桩，B正确；C．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，故C正确； D．被保护的钢管桩应作为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，使钢管桩表面腐蚀电流接近于零，避免或减弱腐蚀的发生，故D正确。]
4．如图所示是探究铁发生腐蚀的装置图，下列说法正确的是( )
A．若B处液面上升，A溶液可能是酸性溶液
B．若A为NaCl溶液，B、C液面始终保持不变
C．可能产生Fe2O3·nH2O
D．腐蚀的总反应式一定是2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
C [析氢腐蚀的总反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，使B处液面下降，则A溶液不可能是酸性溶液，A项错误；若A为NaCl溶液，则发生吸氧腐蚀，B处液面上升，B项错误；发生吸氧腐蚀，2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2,4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3部分脱水，氧化产物变为Fe2O3·nH2O，C项正确；如果是析氢腐蚀，总反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，D项错误。]
5．某实验小组欲探究牺牲阳极的阴极保护法的原理，设计如图实验装置：
已知：Fe2＋与K3[Fe(CN)6]溶液(黄色)反应生KFe[Fe(CN)6]沉淀(带有特征蓝色)。这是一种检验溶液中Fe2＋的常用方法。
实验Ⅰ：向烧杯中加入一定量的饱和食盐水，插入两个无底玻璃筒。将一根锌棒和一根铁棒用导线与电流计连接后，再分别插入两个玻璃筒中，电流计指针发生偏转。
(1)锌棒上发生的电极反应为___________________；铁棒上发生的电极反应为_________________。
(2)向铁棒附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，无明显现象，这说明该实验中无________________产生。
实验Ⅱ：该小组的同学将锌棒换为铜棒，并用导线将其与电流计连接。一段时间后，向插入铁棒的玻璃筒内滴入几滴K3[Fe(CN)6]溶液，向插入铜棒的玻璃筒内滴入几滴酚酞溶液。
(3)实验Ⅱ中电流计指针的偏转方向与实验Ⅰ__________(填“相同”或“相反”)。
(4)在铁棒和铜棒附近可观察到的现象分别是_____________、__________________。
(5)上述两个实验表明，活泼性不同的两种金属作电极构成原电池时，一般是相对____________(填“活泼”或“不活泼”)的金属被保护，根据此原理采取的金属防护方法称为_____________。
[解析] 锌、铁、氯化钠溶液构成原电池时，发生的是吸氧腐蚀，锌作负极被腐蚀，铁作正极被保护。铜、铁、氯化钠溶液构成原电池时，发生的也是吸氧腐蚀，铜作正极被保护，铁作负极被腐蚀。由于两次实验中原电池的电子流向相反，所以电流计指针的偏转方向也相反。铁作负极时，Fe失去电子生成Fe2＋，与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀，铜作正极，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故在铜棒附近溶液变红色。对比两个实验可知，一般情况下，发生吸氧腐蚀时，活泼金属被腐蚀，不活泼金属被保护，根据此原理采取的金属防护法称为牺牲阳极的阴极保护法。
[答案] (1)2Zn－4e－===2Zn2＋ 2H2O＋O2＋4e－===4OH－ (2)Fe2＋ (3)相反 (4)产生蓝色沉淀 溶液变红色 (5)不活泼 牺牲阳极的阴极保护法
学 习 任 务
1．通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因，认识金属腐蚀的主要类型，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式，培养科学探究与创新意识的化学核心素养。
2．通过认识金属腐蚀产生的危害和影响，树立防止金属腐蚀的意识，熟知金属腐蚀常用的防护方法，培养科学态度与社会责任的化学核心素养。
方法
牺牲阳极的阴极保护法
外加电流的阴极保护法
原理
原电池原理
电解原理
被保护金属
作正极
作阴极
构成
被保护金属、比被保护金属活泼的金属等
被保护金属、惰性电极及直流电源等
优、缺点
无需外加电源，但需要定期更换被腐蚀的金属
无需更换电极，但消耗电能
示意图
牺牲阳极的阴极保护法示意图
外加电流的阴极保护法示意图
联系
被保护的金属都因为电子的流入而免遭腐蚀
金属的电化学腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
条件
金属与干燥气体或非电解质液体等直接接触
水膜中溶有O2，酸性很弱或呈中性
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
现象
无电流产生
有微弱电流产生
反应式(以铁腐蚀为例)
2Fe＋3Cl2===2FeCl3
负极：2Fe－4e－===2Fe2＋
正极：2H2O＋
O2＋4e－===4OH－
正极：4H＋＋4e－===2H2↑
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
条件
快慢顺序
腐蚀类型不同
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
同种金属
强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液
活泼性不同的两金属
活泼性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快
同种电解质溶液
电解质溶液浓度越大，腐蚀越快
金属的防护
电化学防护
牺牲阳极的阴极保护法
外加电流的阴极保护法
依据
原电池原理
电解池原理
原理
形成原电池时，被保护金属作正极(阴极)，不反应受到保护；活泼金属作负极(阳极)，发生反应受到腐蚀。阳极要定期予以更换
将被保护金属与另一电极作为电解池的两极，使被保护金属作阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护
应用
一些钢铁设备如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌块
土壤、海水及河水中的金属设备等
实例示
意图
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