专题复习 高考化学 考点36 金属的电化学腐蚀与防护 讲义

这是一份专题复习 高考化学 考点36 金属的电化学腐蚀与防护 讲义，共13页。试卷主要包含了金属腐蚀的本质，金属腐蚀的类型，金属腐蚀的防护方法等内容，欢迎下载使用。
1．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。
2．金属腐蚀的类型
（1）化学腐蚀与电化学腐蚀
（2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁的腐蚀为例进行分析：
铁锈的形成：4Fe(OH)2+O2+2H2O SKIPIF 1 < 0 4Fe(OH)3，2Fe(OH)3 SKIPIF 1 < 0 Fe2O3·xH2O(铁锈)+(3−x)H2O。
3．金属腐蚀的防护方法
（1）改变金属的内部组织结构
例如把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢，就大大增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。
（2）在金属表面覆盖保护层
在金属表面覆盖致密的保护层，从而使金属制品跟周围物质隔离开来，这是一种普遍采用的防护方法。
（3）电化学防护法
考向一 金属的腐蚀快慢与防护方法的比较
典例1 将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁电化学腐蚀实验。下列有关该说法正确的是
A．铁被氧化的电极反应式为Fe-3e- ==Fe3+
B．电化学腐蚀过程中铁粉的电势比活性炭电势高
C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
【答案】C
【分析】
将铁粉和活性炭与NaCl溶液构成原电池，其中铁粉作负极，活性炭作正极，在电解质溶液中，溶解在溶液中氧气的得电子产物与水反应，生成氢氧根离子。
【详解】
A．由以上分析知，铁粉作原电池的负极，则铁被氧化的电极反应式为Fe-2e- ==Fe2+，A不正确；
B．电化学腐蚀属于原电池反应，在原电池中，正极的电势比负极高，所以铁粉的电势比活性炭电势低，B不正确；
C．活性炭的存在，与铁粉构成原电池，促进铁失电子，加速铁的腐蚀，C正确；
D．以水代替NaCl溶液，液体的导电能力弱，但铁仍能发生吸氧腐蚀，D不正确；
故选C。
1．下列说法不正确的是( )

A．钢铁表面水膜酸性很弱或呈中性，发生吸氧腐蚀 B．钢铁表面水膜酸性较强，发生析氢腐蚀

C．钢闸门作为阴极而受到保护 D．将锌板换成铜板对钢闸门保护效果更好
【答案】D
【详解】
A、当钢铁表面的水膜酸性很弱或显中性时,铁在负极放电,氧气在正极上放电,发生的是钢铁的吸氧腐蚀,所以A选项是正确的;
B、当钢铁表面的水膜显酸性时,铁在负极放电,水膜中的氢离子在正极放电生成氢气,发生的是析氢腐蚀,所以B选项是正确的;
C、在电解池中,阴极被保护,故要保护钢闸门,就要将钢闸门做电解池的阴极,所以C选项是正确的.
D、在原电池中,正极被保护,当将锌板换成铜板后,铜做正极被保护,钢闸门做负极被腐蚀,起不到对钢闸门的保护作用,故D错误;
综上所述，本题正确答案为D。
【点睛】
本题考查了金属的腐蚀与防护，明确原电池和电解池原理是解本题关键，知道作原电池负极或电解池阳极的金属易被腐蚀。先判断装置是原电池还是电解池，再根据原电池正负极腐蚀的快慢比较，作原电池负极和电解池阳极的金属易被腐蚀，作原电池正极或电解池阴极的金属易被保护，金属腐蚀快慢顺序是：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护腐蚀措施的腐蚀。
过关秘籍
（1）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。
（2）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。
考向二 析氢腐蚀和吸氧腐蚀
典例2 如图各容器中盛有海水，铁会发生锈蚀，其中铁锈蚀的速度最快的是（ ）
A． B．C．D．
【答案】B
【详解】
根据图知，A、B、C装置是原电池，在A中，铁做正极，被保护，腐蚀速率变慢；在B和C中，金属铁做负极，负极的腐蚀速率均变快，但B中Ag和铁的活泼性差距较C中的大，故B的腐蚀速率大于C；D装置不能形成原电池，反应速率没被加快，所以腐蚀速率是最快的是B，故答案选B。
2．一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下：
下列说法不正确的是
A．在pH6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀
C．在pH>14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为O2+4H++4e-2H2O
D．在煮沸除氧气的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓
【答案】C
【解析】pH6的溶液，氧气得电子，发生吸氧腐蚀，B正确；pH>14的溶液，氧气与水反应得电子：O2+2H2O+4e-4OH-，C错误；煮沸后除去了氧气，碳钢的腐蚀速率会减缓，D正确。
1．下列关于电解池的叙述中正确的是( )
A．电解池中的闭合回路仅是由电子的定向移动形成的
B．金属导线中,电子从电源的负极流向电解池的阳极,从电解池的阴极流向电源的正极
C．在电解质溶液中,阴离子向阴极运动,阳离子向阳极运动
D．相同时间内,阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数相等
【答案】D
【详解】
A.电解池中的闭合回路既有电子的定向运动，也有溶液中阴阳离子的定向运动，A不正确；
B.电解池中电子只能在外电路中运动，而不能在溶液中运动，溶液导电是靠离子的定向运动，B不正确；
C.在电解池的电解质溶液中，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，C不正确；
D.根据电子的得失守恒可知，相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数相等，选项D正确。
答案选D。
2．关于下列各装置图的叙述不正确的是
A．用装置①精炼铜，则b极为精铜，电解质溶液为CuSO4溶液
B．装置②的总反应是Cu+2Fe3+==Cu2++2Fe2+
C．装置③中钢闸门应与外接电源的负极相连
D．装置④中的铁钉几乎没被腐蚀
【答案】B
【详解】
A. 用装置①精炼铜，根据电流方向可知a电极是阳极，b电极是阴极，则a极为粗铜，b极为精铜，电解质溶液为CuSO4溶液，A正确；
B. 装置②中铁是负极，铜是正极，总反应是Fe+2Fe3+=3Fe2+，B错误；
C. 装置③中钢闸门应与外接电源的负极相连作阴极，被保护，C正确；
D. 装置④中铁在浓硫酸中钝化，铜是负极，铁是正极，因此铁钉几乎没被腐蚀，D正确；答案选B。
3．下列电化学装置及用途正确的是
【答案】C
【详解】
A. 根据电解原理，铜的精炼中，粗铜作阳极，与电源的正极相连，纯铜作阴极，与电源的负极相连，故A错误；
B. 电镀，镀件作阴极，镀层金属作阳极，即Fe为阴极，Ag为阳极，故B错误；
C. 该装置为电解池装置，Fe为阴极，根据电解原理，Fe不参与反应，即该装置能防止Fe被腐蚀，故C正确；
D.锌与硫酸铜直接反应，没有电流产生，不能构成原电池；锌电极应盛放ZnSO4溶液，Cu电极盛放CuSO4溶液，这样才能构成原电池，故D错误；
答案为C。
4．将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是
A．阴极的电极反应式为
B．金属M的活动性比Fe的活动性弱
C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
【答案】C
【分析】
该装置为原电池原理的金属防护措施，为牺牲阳极的阴极保护法，金属M作负极，钢铁设备作正极，据此分析解答。
【详解】
A.阴极的钢铁设施实际作原电池的正极，正极金属被保护不失电子，故A错误；
B.阳极金属M实际为原电池装置的负极，电子流出，原电池中负极金属比正极活泼，因此M活动性比Fe的活动性强，故B错误；
C.金属M失电子，电子经导线流入钢铁设备，从而使钢铁设施表面积累大量电子，自身金属不再失电子从而被保护，故C正确；
D.海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度，离子浓度越大，溶液的导电性越强，因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快，故D错误；
故选：C。
5．在生产生活中，金属腐蚀所带来的损失非常严重，所以防止金属腐蚀已经成为科学研究和技术领域的重大问题。某化学兴趣小组的同学在实验室对金属腐蚀进行了探究。
（1）分别在三个洁净干燥的试管中各加入一个洁净无锈的铁钉，再向Ⅰ、Ⅱ号两个试管中分别加入经煮沸迅速冷却的蒸馏水，然后向Ⅱ号试管中加入少量植物油，将Ⅲ号试管塞上木塞。请判断：________号试管中的铁钉最容易生锈。由此可见，铁制品生锈需要的条件是________________。
（2）如图2所示，处于A、B、C三种不同环境中的铁片，被腐蚀的速率由大到小的顺序是________(用字母表示)。
（3）据报道，全世界每年因为金属腐蚀造成的直接经济损失约达7 000亿美元，我国因金属腐蚀造成的损失约占国民生产总值的4%。
①钢铁在发生电化学腐蚀时，负极反应为__________________。
②请写出用稀硫酸除去铁锈的化学方程式：________________。
③请根据不同的原理，提出防止钢铁腐蚀的两条合理措施：_______________、______________。
【答案】（1）Ⅰ 有水和氧气 （2）A>C>B
（3）①Fe-2e-Fe2+
②Fe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O
③改变金属内部结构 刷漆(合理即可)
【解析】（1）铁生锈的条件：与氧气接触，有水参加。二者缺一不可，具备该条件的只有Ⅰ。
（2）铁处于A环境中作原电池的负极，腐蚀速度较快；处于B环境中作原电池的正极被保护，腐蚀速度很慢；处于C环境中发生吸氧腐蚀，腐蚀速度较慢。
（3）①发生电化学腐蚀时，负极上金属铁发生失电子的氧化反应。②铁锈的主要成分是氧化铁，可以和酸反应生成盐和水。③防止钢铁锈蚀的关键是使铁与氧气、水隔绝，可以进行表面防护处理(如涂油、刷漆、表面镀金属等)，还可以改变金属内部结构(如制成不锈钢)等。
1．（江苏卷）将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是
A．阴极的电极反应式为
B．金属M的活动性比Fe的活动性弱
C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
【答案】C
【解析】该装置为原电池原理的金属防护措施，为牺牲阳极的阴极保护法，金属M作负极，钢铁设备作正极，据此分析解答。阴极的钢铁设施实际作原电池的正极，正极金属被保护不失电子，故A错误；阳极金属M实际为原电池装置的负极，电子流出，原电池中负极金属比正极活泼，因此M活动性比Fe的活动性强，故B错误；金属M失电子，电子经导线流入钢铁设备，从而使钢铁设施表面积累大量电子，自身金属不再失电子从而被保护，故C正确；海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度，离子浓度越大，溶液的导电性越强，因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快，故D错误；故选C。
2．[2019江苏]将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是
A．铁被氧化的电极反应式为Fe−3e−Fe3+
B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
【答案】C
【解析】根据实验所给条件可知，本题铁发生的是吸氧腐蚀，负极反应为：Fe−2e−=Fe2+；正极反应为：O2+2H2O +4e−=4OH−；据此解题；
A．在铁的电化学腐蚀中，铁单质失去电子转化为二价铁离子，即负极反应为：Fe−2e−=Fe2+，故A错误；
B．铁的腐蚀过程中化学能除了转化为电能，还有一部分转化为热能，故B错误；
C．活性炭与铁混合，在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池，加速了铁的腐蚀，故C正确；
D．以水代替氯化钠溶液，水也呈中性，铁在中性或碱性条件下易发生吸氧腐蚀，故D错误；
综上所述，本题应选C。
【点睛】本题考查金属铁的腐蚀。根据电解质溶液的酸碱性可判断电化学腐蚀的类型，电解质溶液为酸性条件下，铁发生的电化学腐蚀为析氢腐蚀，负极反应为：Fe−2e−=Fe2+；正极反应为：2H+ +2e−=H2↑；电解质溶液为碱性或中性条件下，发生吸氧腐蚀，负极反应为：Fe−2e−=Fe2+；正极反应为：O2+2H2O +4e−=4OH−。
3．[2018北京]验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下（烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液）。
下列说法不正确的是
A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe
B．对比①②，K3[Fe（CN）6]可能将Fe氧化
C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
【答案】D
【解析】②中Zn作负极，发生氧化反应生成Zn2＋，Fe作正极被保护，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，试管内无明显变化。但③中没有Zn保护Fe，Fe在酸性环境中发生析氢腐蚀，Fe作负极被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，对比②③可知Zn保护了Fe，A项正确；①与②的区别在于：前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液，①中出现了蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成。对比分析可知，可能是铁氰化钾氧化Fe生成了Fe2＋，B项正确；通过上述分析可知，验证Zn保护Fe时不能用①的方法，C项正确；若将Zn换成Cu，铁氰化钾仍会将Fe氧化为Fe2＋，在铁的表面同样会生成蓝色沉淀，所以无法判断Fe2＋是不是负极产物，即无法判断Fe与Cu的活泼性，D项错误。
4．[2017江苏][双选]下列说法正确的是
A．反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的ΔH < 0，ΔS >0
B．地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀
C．常温下，Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10−12，pH=10的含Mg2+溶液中，c(Mg2+)≤5.6×10−4 ml·L−1
D．常温常压下，锌与稀H2SO4反应生成11.2 L H2，反应中转移的电子数为6.02×1023
【答案】BC
【解析】A．该反应气体的分子数减少了，所以是熵减的反应，ΔS石墨，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，溶解在海水中的氧气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．d为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为：O2 + 2H2O + 4e–→ 4OH–，正确。C．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，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，正确。D． d为锌块，由于电解质为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为：O2 + 2H2O +4e–→ 4OH–，错误。

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
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
图示
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− SKIPIF 1 < 0 Fe2+
正极
2H++2e− SKIPIF 1 < 0 H2↑
O2+2H2O+4e− SKIPIF 1 < 0 4OH−
总反应式
Fe+2H+ SKIPIF 1 < 0 Fe2++H2↑
2Fe+O2+2H2O SKIPIF 1 < 0 2Fe(OH)2
联系
吸氧腐蚀更普遍
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
将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两个极，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
保护一些钢铁设备，如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌片
保护土壤、海水及水中的金属设备
实例
示意图
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
A
B
C
D
铜的精炼
铁上镀银
防止Fe被腐蚀
构成铜锌原电池
①
②
③
在Fe表面生成蓝色沉淀
试管内无明显变化
试管内生成蓝色沉淀