第三節(jié)金屬的腐蝕與防護1．通過實驗科學探究金屬腐蝕的本質(zhì)及其原因，認識金屬腐蝕的主要類型，能正確書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應(yīng)。2．認識金屬腐蝕產(chǎn)生的危害和影響，樹立防止金屬腐蝕的意識，熟知金屬腐蝕常用的防護方法。一、金屬的腐蝕1．金屬腐蝕2．化學腐蝕和電化學腐蝕3．鋼鐵的電化學腐蝕(1)實質(zhì)eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(鐵：負極,水膜：電解質(zhì)溶液,碳：正極))在鋼鐵表面形成無數(shù)微小原電池(2)析氫腐蝕和吸氧腐蝕項目類別析氫腐蝕吸氧腐蝕圖形描述條件水膜酸性較強水膜酸性較弱或呈中性有關(guān)反應(yīng)負極Fe－2e－=Fe2＋正極2H＋＋2e－=H2↑2H2O＋O2＋4e－=4OH－總反應(yīng)Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑2Fe＋2H2O＋O2=2Fe(OH)2聯(lián)系通常兩種腐蝕同時存在，但后者更普遍4.實驗探究金屬的腐蝕(1)將經(jīng)過酸洗除銹的鐵釘和飽和食鹽水浸泡一下，放入具支試管中，幾分鐘后，可以觀察到的現(xiàn)象是導(dǎo)管中的液面上升，說明鐵發(fā)生了吸氧腐蝕。(2)取兩支試管，分別放入兩顆鋅粒和等體積、等濃度的稀硫酸，實驗現(xiàn)象是兩支試管中均有氣泡產(chǎn)生，反應(yīng)的離子方程式為Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑，向其中一支試管中滴加1～2滴硫酸銅溶液，觀察到的現(xiàn)象是產(chǎn)生氣泡速率增大，原因是鋅置換出銅，形成原電池。二、金屬的防護1．金屬的防護方法2．金屬的電化學防護(1)犧牲陽極法①理論依據(jù)：利用原電池原理。②裝置示意圖③電極反應(yīng)負極：Zn－2e－=Zn2＋；正極：2H＋＋2e－=H2↑。(2)外加電流法①理論依據(jù)：利用電解原理。②裝置示意圖金屬的腐蝕與防護港珠澳大橋在世界橋梁建筑歷史上創(chuàng)造了無數(shù)奇跡，里程最長，施工難度最大，設(shè)計使用壽命最長，技術(shù)含量最高……在大橋應(yīng)用的多項關(guān)鍵技術(shù)中，由中國科學院金屬研究所提供的橋基鋼管復(fù)合樁系列防腐解決方案，為保證大橋達到120年的超長壽命發(fā)揮了關(guān)鍵作用。活動1地下鋼管生銹屬于哪種類型的電化學腐蝕？提示：屬于吸氧腐蝕?；顒?寫出鋼管生銹時兩極的電極反應(yīng)。提示：Fe作負極，電極反應(yīng)為2Fe－4e－=2Fe2＋；C作正極，電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－=4OH－。活動3為保護地下鋼管不被腐蝕，可采取的電化學防護措施有哪些？提示：將鋼管與鋅板相連，或?qū)摴芘c直流電源負極相連。1．為檢驗犧牲陽極的陰極保護法對鋼鐵防腐的效果，將鍍層有破損的鍍鋅鐵片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段時間后，取溶液分別實驗，能說明鐵片沒有被腐蝕的是()A．加入AgNO3溶液產(chǎn)生沉淀B．加入淀粉碘化鉀溶液無藍色出現(xiàn)C．加入KSCN溶液無紅色出現(xiàn)D．加入K3[Fe(CN)6]溶液無藍色沉淀生成D解析：鍍層有破損的鍍鋅鐵片被腐蝕，則將其放入酸化的3%NaCl溶液中，會構(gòu)成原電池，由于鋅比鐵活潑，作原電池的負極，而鐵片作正極，鋅對鐵仍能起到保護作用，為了證明防腐效果，可以檢驗溶液中是否含有Fe2＋。氯化鈉溶液中始終存在氯離子，所以加入硝酸銀溶液后，不管鐵片是否被腐蝕，均會出現(xiàn)白色沉淀，故A不符合題意；淀粉碘化鉀溶液可檢測氧化性物質(zhì)，但不論鐵片是否被腐蝕，均無氧化性物質(zhì)可與碘化鉀發(fā)生反應(yīng)，故B不符合題意；KSCN溶液可檢測鐵離子的存在，無法檢測Fe2＋的存在，所以無論鐵片是否被腐蝕，加入KSCN溶液后，均無紅色出現(xiàn)，故C不符合題意；K3[Fe(CN)6]是用于檢測Fe2＋的試劑，若鐵片沒有被腐蝕，則溶液中不會生成亞鐵離子，則加入K3[Fe(CN)6]溶液就不會出現(xiàn)藍色沉淀，故D符合題意。2．如圖所示裝置，若開始時a、b兩端液面相平，放置一段時間后，下列有關(guān)敘述正確的是()A．鐵絲在兩處的腐蝕速率：a>bB．a(chǎn)、b兩端相同的電極反應(yīng)為Fe－3e－=Fe3＋C．一段時間后，a端液面高于b端液面D．a(chǎn)端總反應(yīng)為Fe＋2H2O=Fe(OH)2＋H2↑C解析：U形管左邊，生鐵發(fā)生吸氧腐蝕，U形管右邊，生鐵發(fā)生析氫腐蝕。A項，生鐵發(fā)生析氫腐蝕的速率比吸氧腐蝕的速率大，錯誤；B項，a端負極上鐵失電子，正極上氧氣得電子，b端負極上鐵失電子，正極上氫離子得電子，所以a、b兩端相同的電極反應(yīng)為Fe－2e－=Fe2＋，錯誤；C項，a端發(fā)生吸氧腐蝕，b端發(fā)生析氫腐蝕，一段時間后，a端氣體壓強減小，b端氣體壓強增大，導(dǎo)致溶液從b端向a端移動，所以a端液面高于b端液面，正確；D項，a端發(fā)生吸氧腐蝕，其總反應(yīng)為2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2，錯誤。3．利用如圖裝置可以模擬鐵的電化學防護。下列說法錯誤的是()A．若X為鋅棒，開關(guān)K置于M處，可減緩鐵的腐蝕B．若X為鋅棒，開關(guān)K置于M處，鐵極發(fā)生氧化反應(yīng)C．若X為碳棒，開關(guān)K置于N處，可減緩鐵的腐蝕D．若X為碳棒，開關(guān)K置于N處，X極發(fā)生氧化反應(yīng)B解析：若X為鋅棒，開關(guān)K置于M處時，鋅作負極，鐵作正極被保護，A正確、B錯誤；若X為碳棒，開關(guān)K置于N處，鐵連接電源負極作陰極被保護，X連接電源正極作陽極被氧化，C、D正確。4．請回答下列問題：(1)如圖是實驗室研究海水對鐵閘不同部位腐蝕情況的剖面示意圖。①該電化學腐蝕稱為________。②圖中A、B、C、D四個區(qū)域，生成鐵銹最多的是________(填字母)。③以鋅為負極，采用犧牲陽極法防止鐵閘的腐蝕，圖中鋅塊的固定位置最好應(yīng)在________(填字母)處。(2)石墨可用于自然水體中銅件的電化學防腐，完成如圖防腐示意圖，并作相應(yīng)標注。解析：(1)①金屬在中性或較弱的酸性條件下發(fā)生的是吸氧腐蝕。②發(fā)生吸氧腐蝕，越靠近液面接觸到的O2越多，腐蝕得越嚴重。③鋅塊應(yīng)固定在腐蝕最嚴重的C處形成原電池，鋅作負極，鐵閘作正極，得到保護。(2)要用石墨通過電化學防腐保護銅，只能用電解原理，碳接電源正極，銅接電源負極。答案：(1)①吸氧腐蝕②B③C(2)金屬腐蝕快慢的比較思路(1)根據(jù)圖示裝置判斷腐蝕類型是化學腐蝕還是電化學腐蝕。(2)判斷各裝置中的電極材料，并寫出相應(yīng)的電極反應(yīng)。原電池的負極被腐蝕，正極被保護，電解池的陽極被腐蝕，陰極被保護。(3)腐蝕速率大小關(guān)系：電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>應(yīng)用原電池原理有保護措施的腐蝕>應(yīng)用電解原理有保護措施的腐蝕。知識點1金屬的腐蝕1．遠洋輪船的船體材料是合金鋼，為了避免船體遭受腐蝕，通常在船殼(船底及船側(cè))上鑲嵌一些金屬塊M。下列有關(guān)說法錯誤的是()A．該方法稱為犧牲陽極法B．M可以是鋅、鎂、錫等金屬C．船殼主要發(fā)生吸氧腐蝕D．該方法中，負極反應(yīng)為M－ne－=Mn＋B解析：為避免船體遭受腐蝕，通常在船殼上鑲嵌鋅等比鐵更活潑的金屬，發(fā)生腐蝕時形成原電池，船體作正極而受到保護，該方法稱為犧牲陽極法，A正確；金屬M可以是鋅、鎂等比鐵活潑的金屬，但不能是錫等比鐵活潑性弱的金屬，B錯誤；海水呈弱堿性，船殼在海水中發(fā)生吸氧腐蝕，C正確；該方法中，M作負極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為M－ne－=Mn＋，D正確。2．研究電化學腐蝕及防護的裝置如圖所示。下列有關(guān)說法錯誤的是()A．d為石墨，鐵片腐蝕加快B．d為石墨，石墨上的電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．d為鋅塊，鐵片不易被腐蝕D．d為鋅塊，鐵片上的電極反應(yīng)為2H＋＋2e－=H2↑D解析：d為石墨，形成原電池時，鐵片作負極，腐蝕加速，石墨是正極，發(fā)生吸氧腐蝕，電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，A、B均正確；d為鋅塊，形成原電池時，鐵作正極而受到保護，不易被腐蝕，C正確；由于海水呈弱堿性，發(fā)生吸氧腐蝕，鐵片上的電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，D錯誤。3．下列關(guān)于金屬腐蝕的說法，正確的是()A．金屬在潮濕空氣中腐蝕的實質(zhì)：M＋nH2O=M(OH)n＋eq\f(n,2)H2↑B．金屬發(fā)生化學腐蝕的實質(zhì)：M－ne－=Mn＋，該過程有電流產(chǎn)生C．金屬在酸性條件下進行的電化學腐蝕一定是析氫腐蝕D．在潮濕的中性環(huán)境中，金屬的電化學腐蝕主要是吸氧腐蝕D解析：金屬在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕而變質(zhì)，如鐵的腐蝕：2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2，A錯誤；金屬發(fā)生化學腐蝕的實質(zhì)：M－ne－=Mn＋，是金屬失電子直接和氧化劑反應(yīng)的過程，不產(chǎn)生電流，B錯誤；金屬活動性順序中排在氫之后的金屬的電化學腐蝕，在酸性或堿性環(huán)境下均有可能進行，只能是吸氧腐蝕，C錯誤；在潮濕的中性環(huán)境中，金屬的電化學腐蝕以吸氧腐蝕為主，D正確。知識點2金屬的防護4．下列敘述正確的是()A．金屬腐蝕就是金屬失去電子被還原的過程B．將水庫中的水閘(鋼板)與外加直流電源的負極相連，正極連接到一塊廢鐵上可防止水閘被腐蝕C．純銀質(zhì)物品久置表面變暗，是銀發(fā)生吸氧腐蝕的結(jié)果D．鋼板上的鐵鉚釘處在潮濕的空氣中直接發(fā)生反應(yīng)：Fe－3e－=Fe3＋，繼而形成鐵銹B解析：金屬腐蝕就是金屬失去電子被氧化的過程，A錯誤；將水庫中的水閘(鋼板)與外加直流電源的負極相連接，作電解池的陰極被保護，可防止水閘被腐蝕，B正確；純銀質(zhì)物品久置變暗是因為銀的表面形成硫化銀，與吸氧腐蝕無關(guān)，C錯誤；鋼板上的鐵鉚釘處在潮濕的空氣中形成原電池，發(fā)生吸氧腐蝕，負極電極反應(yīng)為Fe－2e－=Fe2＋，D錯誤。5．高壓直流電線路的瓷絕緣子經(jīng)日曬雨淋容易出現(xiàn)鐵帽腐蝕現(xiàn)象，在鐵帽上加鋅環(huán)能有效防止鐵帽腐蝕，防護原理如圖所示。下列說法錯誤的是()A．通電時，鋅環(huán)是陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)B．通電時，陰極上的電極反應(yīng)為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．斷電時，鋅環(huán)上的電極反應(yīng)為Zn2＋＋2e－=ZnD．斷電時，仍能防止鐵帽被腐蝕C解析：通電時，鋅環(huán)與電源正極相連，為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，A正確；通電時，鐵帽為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，B正確；斷電時，形成原電池，鋅環(huán)為負極，發(fā)生氧化反應(yīng)：Zn－2e－=Zn2＋，C錯誤；斷電時為犧牲陽極法，仍能防止鐵帽被腐蝕，D正確。6．用壓強傳感器探究生鐵在pH＝2和pH＝4醋酸溶液中發(fā)生腐蝕的裝置及得到的圖像如下：分析圖像，以下結(jié)論錯誤的是()A．溶液pH≤2時，生鐵發(fā)生析氫腐蝕B．在酸性溶液中生鐵可能發(fā)生吸氧腐蝕C．析氫腐蝕和吸氧腐蝕的速率一樣大D．兩溶液中負極反應(yīng)均為Fe－2e－=Fe2＋C解析：由圖可知pH＝2時壓強隨著反應(yīng)的進行而增大，產(chǎn)生了大量氣體，發(fā)生了析氫腐蝕，溶液pH≤2時，生鐵發(fā)生析氫腐蝕，故A正確；pH＝4時壓強隨著反應(yīng)的進行而減小，氣體的量減少，發(fā)生了吸氧腐蝕，所以在酸性溶液中生鐵可能發(fā)生析氫腐蝕也可能發(fā)生吸氧腐蝕，故B正確；由圖可知變化相同的壓強所用的時間不同，析氫腐蝕所用時間長而吸氧腐蝕所用的時間短，因而吸氧腐蝕的速率比析氫腐蝕快，故C錯誤；析氫腐蝕和吸氧腐蝕負極反應(yīng)均為Fe－2e－=Fe2＋，故D正確。7．下列關(guān)于金屬腐蝕與防護的說法，不正確的是()A．圖①，放置于干燥空氣中的鐵釘不會生銹B．圖②，若斷開電源，鋼閘門將發(fā)生吸氧腐蝕C．圖②，若將鋼閘門與電源的正極相連，可防止鋼閘門腐蝕D．圖③，若金屬M比Fe活潑，可防止輸水管腐蝕C解析：鐵釘在潮濕空氣中與O2、H2O反應(yīng)而被腐蝕，在干燥空氣中，不會被腐蝕生銹，A正確；斷開電源，鋼是鐵碳合金，故鋼閘門在海水中發(fā)生吸氧腐蝕，B正確；將鋼閘門與電源的正極相連，則鋼閘門作電解池的陽極，其腐蝕速率增大，C錯誤；金屬M比Fe活潑，發(fā)生腐蝕時，金屬M作負極而被腐蝕，輸水管作正極而被保護，D正確。8．(挑戰(zhàn)創(chuàng)新題)據(jù)了解，銅銹的成分非常復(fù)雜，主要成分有Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl。考古學者將銅銹分為無害銹(形成了保護層)和有害銹(使器物損壞程度逐步加劇，并不斷擴散)，結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法正確的是()A．Cu2(OH)3Cl屬于有害銹B．Cu2(OH)2CO3屬于復(fù)鹽C．青銅器表面刷一層食鹽水可以作保護層D．用NaOH溶液法除銹可以保護青銅器的藝術(shù)價值，做到“修舊如舊”A解析：從圖中可知Cu2(OH)3Cl沒有阻止潮濕的空氣和Cu接觸，可以加快Cu的腐蝕，因此屬于有害銹，A正確；Cu2(OH)2CO3中只有氫氧根、酸根離子和銅離子，因此只能屬于堿式鹽，不屬于復(fù)鹽，B錯誤；食鹽水能夠?qū)щ?，所以在青銅器表面刷一層食鹽水，會在金屬表面形成原電池，發(fā)生吸氧腐蝕，C錯誤；有害銹的形成過程中會產(chǎn)生難溶性的CuCl，用NaOH溶液浸泡，會產(chǎn)生Cu2(OH)3Cl，不能阻止空氣進入內(nèi)部進一步腐蝕銅，因此不能做到保護青銅器的藝術(shù)價值，D錯誤。9．了解金屬腐蝕的原因和尋求防止金屬腐蝕的方法具有重要意義。(1)分別放在以下裝置(都盛有0.1mol·L－1的硫酸)中的四塊相同的純鋅片，其中腐蝕最快的是__________(填字母)。(2)利用下圖裝置，可以模擬鐵的電化學防護。其中X為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，開關(guān)K應(yīng)置于________處。若X為鋅，開關(guān)K置于M處，該電化學防護