专题17 金属的腐蚀与防护——备战2022年高考化学之突破教材实验热点

专题17  金属的腐蚀与防护

1．钢铁生锈原理

2．实验验证牺牲阳极的阴极保护法

利用下图装置进行实验，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＋

【答案】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。

【易错点睛】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。

1．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是(    )

A．当镀锌铁制品镀层破损时，镀层不能对铁制品继续起保护作用。

B．铜表面会覆盖一层绿色的铜锈不是化学过程。

C．保护海轮外壳可以采用牺牲阳极的阴极保护法

D．保护地下输油钢管与外加直流电源的正极相连。

【答案】C

【详解】

A．锌比铁活泼，当镀锌铁制品镀层破损时，锌、铁形成原电池后，Zn为负极被氧化，镀层依然能对铁制品继续起保护作用，故A错误；

B．绿色的铜锈主要成分为碱式碳酸铜，铜表面覆盖一层绿色的铜锈的过程中有新的物质生成，属于化学过程，故B错误；

C．在海轮外壳连接锌块，锌比铁活泼，锌为负极，保护外壳不受腐蚀，为牺牲阳极的阴极保护法，故C正确；

D．与外加直流电源的正极相连则为阳极，阳极发生氧化反应，铁在阳极失电子，加速了钢管的腐蚀，故D错误；综上所述答案为C。

2．港珠澳大桥的设计使用寿命高达120年，主要的防腐方法有：①钢梁上安装铝片；②使用高性能富锌(富含锌粉)底漆；③使用高附着性防腐涂料；④预留钢铁腐蚀量。下列分析不合理的是

A．钢铁发生吸氧腐蚀时的负极反应式为：Fe-3e-=Fe3+

B．防腐过程中铝和锌均作为牺牲阳极，失去电子

C．防腐涂料可以防水、隔离O2，降低吸氧腐蚀速率

D．方法①②③只能减缓钢铁腐蚀，未能完全消除

【答案】A

【详解】

A．钢铁发生吸氧腐蚀时的负极反应式为：Fe-2e-=Fe2+，故A错误；

B．铝和锌的活泼性大于铁，钢铁防腐过程中铝和锌均作为负极，失去电子，为牺牲阳极的阴极保护法，故B正确；

C．防腐涂料可以防水、隔离O2，减少铁与氧气接触，降低吸氧腐蚀速率，故C正确；

D．钢铁防腐只能减缓钢铁腐蚀，未能完全消除钢铁腐蚀，故D正确；选A。

3．实验小组研究金属电化学腐蚀，实验如下：

下列说法不正确的是

A．实验II中Zn保护了Fe，使铁的腐蚀速率比实验I慢

B．实验II中正极的电极反应式：O2 + 2H2O + 4e- =4OH-

C．实验I的现象说明K3[Fe(CN)6]溶液与Fe反应生成了Fe2+

D．若将Zn片换成Cu片，推测Cu片周边会出现红色，铁钉周边会出现蓝色

【答案】C

【详解】

A．实验II中Zn比Fe活泼，作原电池的负极，发生吸氧腐蚀，Fe作正极，被保护，铁的腐蚀速率比实验I慢，A正确；

B．实验II中Fe作正极，氧气发生得电子的还原反应，其电极反应式：O2 + 2H2O + 4e- =4OH-，B正确；

C．实验I的现象说明25min时，Fe失去电子生成Fe2+，K3[Fe(CN)6]溶液与Fe2+发生反应生成特征蓝色沉淀，C错误；

D．若将Zn片换成Cu片，因为Fe比Cu活泼，推测Cu片周边氧气发生得电子的还原反应生成氢氧根离子，酚酞溶液会出现红色，铁钉作原电池的负极，发生失电子的氧化反应生成亚铁离子，与K3[Fe(CN)6]溶液反应，使其周边会出现蓝色，D正确；

故选C。

4．下图所示的是探究金属腐蚀条件的实验装置图，下列说法错误的是(    )

A．通过甲、乙装置的对比说明生铁比纯铁更易腐蚀

B．图乙装置中为了加快吸氧腐蚀的速率，可用酒精灯一直加热试管

C．图乙、图丙装置中的负极材料是铁粉，电极反应式是

D．图丙装置的导管中开始没有红墨水进入，一段时间后有红墨水进入并最终形成一段水柱

【答案】B

【详解】

A.甲装置中固体为铁粉，乙装置中固体为铁粉与炭粉的混合物，乙装置中铁粉、炭粉、NaCl溶液构成原电池，故甲装置中Fe的腐蚀速率小于乙装置中的，生铁中含有碳，通过甲、乙装置的对比说明生铁比纯铁更易腐蚀，A正确；

B.一直加热试管，试管温度升高，其中的空气、水蒸气会逸出，不能加快吸氧腐蚀速率，B错误；

C.铁发生腐蚀时，铁作负极，电极反应式是，C正确;

D.图丙装置中开始时酸度较大，发生析氢腐蚀，即有氢气生成，故导管中开始没有红墨水进入，后来酸度降低，发生了吸氧腐蚀，即消耗了氧气，故一段时间后红墨水进入并最终形成一段水柱，D正确；

答案选B。

5．用如图装置探究金属的腐蚀原理。有关说法正确的是

A．K打开时，生铁越靠近底端腐蚀越严重

B．K打开时，生铁的腐蚀速率比K闭合时慢

C．K闭合时，锌作阴极保护生铁

D．K闭合时，生铁上的电极反应式为O2+2H2O+4e- = 4OH-

【答案】D

【分析】

K打开时，生铁发生吸氧腐蚀；K闭合时，由于锌比铁活泼，锌为负极，生铁被保护，据此分析判断。

【详解】

A．K打开时，生铁发生吸氧腐蚀，接触空气又接触水的部位腐蚀最严重，越靠近底端，氧气的含量越少，越不易被腐蚀，故A错误；

B．K打开时，生铁发生吸氧腐蚀；K闭合时，由于锌比铁活泼，锌为负极，生铁被保护，即K打开时，生铁的腐蚀速率比K闭合时快，故B错误；

C．K闭合时，由于锌比铁活泼，锌为负极，生铁为正极，被保护，该方法称为牺牲阳极的阴极保护法，故C错误；

D．K闭合时，生铁为正极，电极反应式为O2+2H2O+4e-→ 4OH-，故D正确；故选D。

6．利用如下实验探究铁钉在不同溶液中的吸氧腐蚀。下列说法不正确的是

A．上述正极反应均为O2+4e-+2H2O=4OH-

B．在不同溶液中，阴离子是影响吸氧腐蚀速率的主要因素

C．向实验④中加入少量NH4Cl固体，吸氧腐蚀速率加快

D．在300 min内，铁钉的平均吸氧腐蚀速率酸性溶液大于中性溶液

【答案】B

【详解】

A．根据图像可知，实验探究铁钉在不同溶液中的吸氧腐蚀，正极上氧气得到电子，其正极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-，故A正确；

B．根据图像可知，①②的反应速率接近，③④的反应速率接近，且①远大于③，②远大于④，因此，阴离子对反应速率影响不大，是影响吸氧腐蚀速率的主要因素，故B错误；

C．是影响吸氧腐蚀速率的主要因素，能导致钢铁的吸氧腐蚀速率加快，所以向实验④中加入少量NH4Cl固体，故C正确；

D．①②溶液显酸性，③④溶液显中性，根据图像可知，铁钉的吸氧腐蚀速率酸性溶液大于中性溶液，故D正确；故选B。

7．下列说法不正确的是

A．钢管被原油中含硫化合物腐蚀发生的是化学腐蚀

B．为了增强钢的抗腐蚀性，可以向钢中加入Cr、Ni等元素制成不锈钢

C．如图为模拟吸氧腐蚀法

D．在铁质船体上镶嵌锌块，可以减缓船体被海水腐蚀速率，称为牺牲阳极的阴极保护法

【答案】B

【详解】

A．钢管被原油中的含硫化合物腐蚀，是金属与非电解质直接发生化学反应，属于化学腐蚀，A正确；

B．向钢中加入Cr、Ni等金属和非金属制成不锈钢，不锈钢是合金，是几种金属和非金属熔合而成，B错误；

C．该图的电解质溶液——海水呈弱碱性，该装置模拟吸氧腐蚀法，C正确；

D．锌比铁活泼，在铁质船体上镶嵌锌块，锌块先被腐蚀，以减缓船体被海水的腐蚀速率，该方法叫作牺牲阳极的阴极保护法，D正确；

故选B。

8．某校活动小组为探究金属腐蚀的相关原理，设计了如下图a所示装置，图a的铁棒末段分别连上一块Zn片和Cu片，并静置于含有K3[Fe(CN)6]及酚酞的混合凝胶上。一段时间后发现凝胶的某些区域(如图b所示)发生了变化。已知：3Fe2++2[Fe(CN)6]3－=Fe3[Fe(CN)6]2↓。则下列说法错误的是(     )

A．甲区发生还原反应 B．乙区产生Zn2+

C．丙区呈现红色 D．丁区呈现黄色

【答案】D

【分析】

铁棒末段分别联上一块锌片和铜片，并静置于含有K3Fe(CN)6及酚酞的混合凝胶上，则形成原电池装置，实质发生吸氧腐蚀，活泼金属为负极，根据电极反应式来判断各个电极的变化情况。

【详解】

A．甲区为正极，氧气得到电子发生还原反应，正极的电极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-，A正确；

B．乙区为负极，Zn失去电子，发生氧化反应产生Zn2+，B正确；

C．丙区为正极，正极的电极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-，生成的OH-能使附近溶液显碱性，酚酞试液变为红色，所以丙区呈红色，C正确；

D．丁区为负极，发生电极反应：2Fe-4e-=2Fe2+，生成Fe2+与K3Fe(CN)6作用呈蓝色，D错误；

故合理选项是D。

9．研究金属桥墩腐蚀及防护是跨海建桥的重要课题。下列有关判断中正确的是

A．用装置①模拟研究时未见a上有气泡，说明铁没有被腐蚀

B．②中桥墩与外加电源正极连接能确保桥墩不被腐蚀

C．③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩

D．①②③中海水均是实现化学能转化为电能的电解质

【答案】C

【详解】

A．装置①是吸氧腐蚀，a极是正极，氧气得电子生成氢氧根离子，即O2+4e-+2H2O=4OH-，铁是负极，发生氧化反应生成亚铁离子，即Fe-2e-=Fe2+，铁被腐蚀，故A错误；

B．金属作电解池的阴极被保护，而钢铁桥墩与电源正极相连是阳极，失电子发生氧化反应，即Fe-2e-=Fe2+，钢铁桥墩被腐蚀，故B错误；

C．锌比铁活泼，作负极，锌失电子，即Zn-2e-=Zn2+，所以③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩，故C正确；

D．海水是混合物，不是化合物，既不是电解质，也不是非电解质，故D错误；
答案为C。

10．下列叙述不正确的是(    )

A．金属表面覆盖保护层，保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用

B．港珠澳大桥桥底镶嵌锌块，锌作负极，以防大桥被腐蚀

C．精炼铜工业中，当阳极通过的电子数为2NA，阴极析出的铜为1mol

D．钢铁吸氧腐蚀的正极反应。

【答案】A

【详解】

A．铁上镀锌，可以保护铁不被腐蚀，当保护层破坏以后，铁与锌在电解质环境下形成原电池，锌活泼性强于铁，做负极，铁做正极，铁受到保护，故A错误；

B．Zn比Fe活泼，所以Zn作负极保护Fe，故B正确；

C．精炼铜中，阴极上发生的反应为：Cu2++2e-=Cu，当阳极通过的电子数为2NA，阴极上要得到2NA个电子，则阴极上析出的铜为1mol，故C正确；

D．铁吸氧腐蚀的正极发生还原反应，氧气在正极获得电子生成氢氧根离子，电极反应式为：2H2O+O2+4e-=4OH-，故D正确。

答案选A。

11．2019年12月17日，中国首艘国产航母山东舰正式列装服役，山东舰所用特种钢材全部国产，研发过程中重点提高了材料的耐腐蚀性。在一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如表所示，下列说法正确的是

A．当pH＜6.5时，碳钢主要发生化学腐蚀

B．当pH＜4和pH＞13.5时，碳钢主要发生析氢腐蚀

C．pH越大，碳钢的腐蚀速率越慢

D．pH＝14时，负极反应为4OH-+Fe-3e-=+2H2O

【答案】D

【详解】

A．当pH＜4时，碳钢主要发生化学腐蚀，当4＜pH＜6.5时，主要发生电化学腐蚀，A不正确；

B．当pH＜4时，碳钢主要发生析氢腐蚀，当pH＞13.5，碳钢主要发生吸氧腐蚀，B不正确；

C．从表中信息可以得出，pH在6~8之间时，碳钢的腐蚀速率慢，但pH＞8时，碳钢的腐蚀速率加快，C不正确；

D．pH＝14时，在负极，Fe失电子的产物与OH-反应生成等，电极反应式为4OH-+Fe-3e-=+2H2O，D正确；故选D。

12．下列说法正确的是

A．钢铁在潮湿的空气生锈是因为发生了析氢腐蚀

B．铅蓄电池放电时正极质量较少

C．化学电源能将化学能完全转化为电能

D．工业上用图装置电解熔融氧化铝制铝时，阳极碳块常因被生成的氧气氧化而需定期更换

【答案】D

【详解】

A. 钢铁在潮湿的空气发生吸氧腐蚀，在酸性条件下发生析氢腐蚀，故A错误；

B. 铅蓄电池在放电过程中，正极发生PbO2+ +2e−+4H+═PbSO4+2H2O，质量增大，故B错误；

C. 原电池放电时，部分化学能转化为电能，部分化学能转化为热能，故C错误；

D. 电解熔融氧化铝制铝，阳极放出氧气，会氧化阳极的碳块，所以阳极碳块需定期更换，故D正确；

故选：D。

13．某研究小组对铁生锈进行研究。

（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。

（3）丙同学为了防止铁钉生锈，想在铁钉表面镀上一层金属，该金属最好是______。

A．锡         B．铜         C．锌

【答案】有水(或电解质溶液)和氧气(或空气)    吸氧腐蚀    O2＋4e-＋2H2O===4OH-    煮沸(或除去氧气)    隔绝空气(或防止氧气与铁接触)    吸收水蒸气(或干燥、保持试管内干燥环境)    铁的腐蚀要吸收O2，使试管内气体压强减小    不能    C   

【分析】

铁在潮湿的空气中易发生电化学腐蚀，隔绝空气或在干燥的空气中难以形成原电池反应。

【详解】

（1）①对比A和B可知铁生锈需要有氧气(或空气)，对比A和C可知铁生锈需要有水(或电解质溶液)；

②水为中性环境，铁发生吸氧腐蚀，正极为氧气得电子生成氢氧根的反应，电极反应式为O2＋4e-＋2H2O===4OH-；

③为保证变量唯一，实验B中的水需要煮沸除去氧气；植物油可以隔绝空气，防止氧气与铁接触；

④碱石灰可以吸收水蒸气，保证试管内干燥环境；

（2） 铁生锈会消耗氧气，这样会使试管内压强低于大气压，所以液面上升的原因是铁钉生锈消耗了试管内的氧气，使试管内压强低于大气压，不能证明水对铁钉生锈产生影响；

（3）铁钉表面镀的金属应比铁活泼，这样发生电化学腐蚀时，铁作正极才能被保护，故答案为C。

14．如图是某研究性学习小组探究金属腐蚀条件的实验装置示意图，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)_______。

（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)。

【答案】乙    乙>甲>丙    高    2H2O＋O2＋4e-=4OH-    将金属放在油脂或有机溶剂中   

【分析】

铁粉-炭粉-食盐水构成原电池，发生吸氧腐蚀，故乙中液面最高；甲中铁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腐蚀得快，丙中乙醇为非电解质，铁粉、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防护，据此分析解答。

【详解】

（1）甲为铁粉在氯化钠溶液中的腐蚀，乙为铁粉与碳形成原电池的腐蚀，而丙的腐蚀没有电解质溶液，所以腐蚀的速率大小为：乙＞甲＞丙，故过一段时间后液面最高的是乙，故答案为：乙；乙＞甲＞丙；

（2）甲中为铁粉，乙为铁粉与碳粉的混合物，甲的腐蚀速率小于乙的，通过甲、乙装置的对比说明钢铁中碳的含量越高，钢铁越易腐蚀，故答案为：高；

（3）乙装置中发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子，正极氧气得到电子生成氢氧根离子，正极的电极反应式为：2H2O＋O2＋4e-=4OH-，故答案为：2H2O＋O2＋4e-=4OH-；

（4）金属的防护措施有牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法，另外还有电镀、喷镀、喷油漆等方法使金属与空气、水等物质隔离，以防止金属腐蚀，针对乙、丙装置研究的结果分析可知，将金属放在油脂或有机溶剂中

故答案为：将金属放在油脂或有机溶剂中。

15．某锂电池的反应式为FePO4+LiLiFePO4，回答下列问题：

（1）该蓄电池放电过程中发生还原反应的物质是___________(写化学式)，充电时外电路中转移了电子，则阴极产物的质量为___________g。

（2）为防止水体中的钢铁制品发生化学腐蚀，可采用外加电源的阴极保护法，下图是以海水中的钢铁闸门为例的保护图示，则锂电池___________(填“正极”或“负极”)接钢铁闸门。

（3）若以该锂电池为电源，电解稀溶液，制备和，则阴极的电极反应式为___________。

（4）若利用该电源精炼铜。粗铜精炼过程中，因阳极杂质逐渐溶解，电解质溶液中、的浓度会逐渐增大，而这些杂质离子则会影响后续精炼。某同学设计下图所示的除杂方案：

已知有关氢氧化输沉淀的pH如下表：

加入H2O2溶液时发生反应的离子方程式为___________；调节pH=5.0时，则沉淀的离子主要是___________(填离子符号)；操作A的名称是___________。该同学的方案中未除去的杂质金属阳离子是___________。

【答案】    14    负极                过滤       

【详解】

（1）由FePO4+LiLiFePO4电池反应可知，放电时被还原生成，所以蓄电池放电过程中发生还原反应的物质是；充电时，阴极被还原生成，，转移2mol电子，则阴极生成2mol Li，即14g Li；故答案：；14g。

（2）外加电源保护法也叫外加电源的阴极保护法，被保护的金属部件连接电池负极；故答案：负极。

（3）电解NaOH稀溶液实质是电解水，则阴极为H2O得电子生成H2，故电极反应式为，故答案：。

（4）加入溶液的目的是使氧化为，故离子方程式为；时开始沉淀，时沉淀完全，调节时，沉淀的离子主要是；调节后析出，故采用过滤的方法可除去沉淀；时开始沉淀，时沉淀完全，所以调节，此时未被沉淀，故溶液中含有；故答案：；；；。