第9章・第31讲・金属的腐蚀与防护

第31讲金属的腐蚀与防护考点1金属腐蚀的概念和分类、钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的原理化学腐蚀和电化腐蚀的本质区别是有无电流，即是否能形成原电池。关键一看是纯金属还是合金或有两种金属相连，二看有无电解质溶液或水膜。例1钢铁生锈过程发生如下反应：①2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2；②4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3；③2Fe(OH)3===Fe2O3+3H2O。下列说法正确的是()A．反应①、②中电子转移数目相等B．反应①中氧化剂是氧气和水C．与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀D．钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀A【解析】本题主要考查金属的电化学腐蚀与防护，①②反应中消耗O2的量相等，两个反应也仅有O2作为氧化剂，故转移电子数是相等的，A项正确。①中H2O的H、O两元素的化合价没有变，故不作氧化剂，B项错；铜和钢构成原电池，腐蚀速度加快，C项错；钢铁是铁和碳的混合物，在潮湿的空气中易发生吸氧腐蚀，属于电化学腐蚀，故D项错。考点2金属防护的方法和原理1．金属防护的目的：防止金属被氧化；2．金属防护的依据：依据金属腐蚀发生的化学原理和腐蚀的类型来确定防护方法；3．金属腐蚀的防护方法(1)改变金属的内部结构(如把钢中加Cr、Ni制成不锈钢)；(2)在金属表面覆盖保护层以钢铁的防护为例，根据保护层成分的不同，可分为如下几种：①在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质；②用电镀、热镀、喷镀的方法，在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属；③用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜。(表面钝化)。(3)电化学保护法①外加电流的阴极保护法(把被保护的设备与外接电源的负极相连)②用电镀、热镀、喷镀的方法，在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属；③用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜。(表面钝化)。(3)电化学保护法②牺牲阳极的阴极保护法(被保护的设备与活泼的金属相连接)例2(2011·广东调研)为了探究金属腐蚀的条件和快慢，某课外学习小组用不同的细金属丝将三根大小相同的纯铁钉分别固定在如图所示的三个装置中，并将这些装置在相同的环境中放置相同的一段时间，下列对实验结果的描述不正确的是()A．实验结束时，装置甲左侧的液面一定会下降B．实验结束时，装置甲一定比装置乙左侧的液面低例2(2011·广东调研)为了探究金属腐蚀的条件和快慢，某课外学习小组用不同的细金属丝将三根大小相同的纯铁钉分别固定在如图所示的三个装置中，并将这些装置在相同的环境中放置相同的一段时间，下列对实验结果的描述不正确的是()C．实验结束时，铁钉b腐蚀最严重D．实验结束时，铁钉c几乎没有被腐蚀C【解析】A中由于HCl和水挥发，装置甲中铁钉与盐酸酸雾发生置换反应，生成H2，U形管左侧液面一定会下降；装置乙中铜丝与铁钉、盐酸酸雾形成原电池，发生析氢腐蚀，加速逸出H2的速率，在腐蚀初期，装置甲比装置乙左侧液面高，经足够长时间腐蚀，装置甲中少许铁丝还可以与酸雾发生置换反应，使装置甲比装置乙左侧液面低；装置丙中浓硫酸具有吸水性，铁钉在干燥环境中不能发生腐蚀。【点评】本题考查电化学内容中金属吸氧腐蚀的原理的分析。老知识换新面孔，高考试题，万变不离其宗，关键的知识内容一定要让学生自己想懂，而不是死记硬背。学生把难点真正“消化”了就可以做到一通百通，题目再怎么变换形式，学生也能回答。原电池原理在解决能源的利用和金属材料防腐等问题中应用较广，要学会运用原电池的反应原理分析社会和生活中的具体问题。1.(2011·浙江卷)将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。下列说法正确的是()A．液滴中的Cl-由a区向b区迁移B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：O2+2H2O+4e-===4OH-C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2+由a区向b区迁移，与b区的OH-形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为：Cu-2e-===Cu2+1.(2011·浙江卷)将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。下列说法正确的是()B【解析】液滴边缘O2多，在碳粒上发生正极反应O2+2H2O+4e-===4OH-。液滴下的Fe发生负极反应，Fe-2e-===Fe2+，为腐蚀区(a)。A错误，Cl-由b区向a区迁移；B正确；C错误，液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀。D错误，Cu更稳定，作正极，反应为O2+2H2O+4e-===4OH-。2.(2012·广东省六校高三联考)右图是模拟电化学反应装置图。下列说法正确的是()C.若X为碳棒，开关K置于M处，则铁电极的电极反应式为：Fe-3e-===Fe3+D.若X为锌，开关K置于M处，则总反应方程式为：2Zn+O2+2H2O===2Zn(OH)2A.若X为碳棒，开关K置于M处，可以减缓铁的腐蚀B.若X为锌，开关K置于N处，则X极附近溶液的颜色会变黄色D3.下列叙述不正确的是()AA.铁表面镀锌，铁作阳极B.船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀C.钢铁吸氧腐蚀的正极反应：O2+2H2O+4e-===4OH-D.工业上电解饱和和食盐水的阳极反应：2Cl--2e-===Cl2↑4.(2010·山东卷)对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。(1)以下为铝材表面处理的一种方法：①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是____________________________(用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的_____。a．NH3b．CO2c．NaOHd．HNO32Al+2OH-+2H2O===2+3H2↑2AlOb②以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应为________________________________。取少量废电解液，加入NaHCO3，溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是_______________________________________________________________。2Al+3H2O-6e-===Al2O3+6H+因为Al3+和发生了双水解，3HCOAl3++3===Al(OH)3↓+CO2↑3HCO(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是____________________(3)利用右图装置，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___________________。________________。N牺牲阳极保护法反应生成Cu2+阳极Cu可以发生氧化(1)①冒气泡的原因是Al与NaOH反应了，方程式为：2Al+2OH-+2H2O===2+3H2↑；使生成沉淀，最好是通入CO2，加HNO3的话，沉淀容易溶解。②阳极是Al发生氧化反应，要生成氧化膜还必须有H2O参加，故电极反应式为：2Al+3H2O-6e-===Al2O3+6H+；加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，是由于废电解液中含有Al3+，和发生了双水解。2AlO2AlO3HCO【解析】(2)电镀时，阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2+。(3)铁被保护，可以是做原电池的负极，或者电解池的阴极，故若X为碳棒，开关K应置于N处，Fe做阴极受到保护；若X为锌，开关K置于M处，铁是做负极，称为牺牲阳极保护法。【解析】1.下图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是()A．生铁块中的碳是原电池的正极B．红墨水柱两边的液面变为左低右高C．两试管中相同的电极反应式是Fe-2e-===Fe2+D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀B2.下列有关金属腐蚀的说法正确的是()A．金属腐蚀指不纯金属接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程B．电化腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程C．钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气最终转化为铁锈D．金属的电化腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化腐蚀伴有电流产生D【解析】A项中不是金属腐蚀的条件，而是电化腐蚀的条件，B项中在外加电流的作用下不是发生原电池腐蚀，即不是电化腐蚀，C项中钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，但负极是金属单质失去电子成为金属阳离子(氧化反应)，D项中金属的电化腐蚀和化学腐蚀本质相同，其主要区别是电化腐蚀伴有电流产生。3.茫茫黑夜中，航标灯为航海员指明了方向。航标灯的电源必须长效、稳定。我国科技工作者研制出以铝合金、Pt-Fe合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中()①铝合金是阳极②铝合金是负极③海水是电解液④铝合金电极发生还原反应A．②③B．②④C．①②D．①④A