6-3-2 金属的腐蚀与防护解析

全局性掌控高考在本节的重要考点有两个，一是金属发生电化学腐蚀的原因；二是防止金属腐蚀的措施；预测金属的电化学腐蚀与防护知识与新能源、环境保护、工业生产、物质制备等热点问题相结合是今后高考命题的一个新的变化.全局性掌控×××√选项式诊断诊断判断正误，在诊断一栏内打“√”或“×”1.在入海口的钢铁闸门上装一定数量的铜块可防止闸门被腐蚀(2010·天津高考T2－C)2.钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋(2010·北京高考T6－D)3.镀层破损后，镀锡板比镀锌板更耐腐蚀(2010·唐山模拟T13－B)4.生铁是发生吸氧腐蚀还是析氢腐蚀，从本质上决定于周围环境中H＋与O2的氧化性强弱(2010·浙江模拟T8－B)一、金属的电化学腐蚀1．金属的腐蚀(1)概念金属或合金与周围的物质发生反应而引起损耗的现象．气体或液体氧化还原(2)实质金属原子电子变成阳离子的过程．即金属发生了反应．(3)类型根据与金属不同，可分为腐蚀和腐蚀．失去氧化接触的介质化学电化学2．化学腐蚀金属跟接触到的干燥气体如(O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生而引起的腐蚀．3．电化学腐蚀(1)概念不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化．化学反应原电池类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜呈或水膜呈正极反应负极反应总反应2H2O＋O2＋4e－===4OH－弱酸性中性酸性2H＋＋2e－===H2↑Fe－2e－===Fe2＋2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑（2）分类以钢铁的腐蚀为例将纯铁放入稀H2SO4中，发生的是析氢腐蚀吗？提示：不是．析氢腐蚀是指不纯的金属(或合金)接触到酸性较强的电解质溶液所发生的原电池反应而引起的腐蚀，纯铁与稀H2SO4发生的是化学腐蚀．二、金属的防护1．改变金属内部组织结构如制成等．2．金属表面加保护层如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化等方法．合金3．电化学保护(1)牺牲阳极的阴极保护法——原理被保护的金属上连接一种更的金属，被保护的金属作原电池的极．(2)外加电流的阴极保护法——原理被保护的金属与电源的极相连，作电解池的极．原电池正活泼电解池负阴1．(2011·福建高三质检)打开右图所示装置中的止水夹，一段时间后，可能观察到的现象是()A．烧杯中有气泡产生B．试管内有黄绿色气体产生C．铁丝网的表面产生锈迹D．烧杯内溶液变红色解析：用食盐水浸润的铁丝网发生吸氧腐蚀，NaCl溶液不参与反应，仅仅充当电解质溶液，铁丝网的表面产生锈迹，C对、B错；吸氧腐蚀过程中消耗氧气，因此试管中压强减小，烧杯内液体进入试管中，A错；由于吸氧腐蚀中正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，因此进入试管内的液体变红而烧杯中溶液不变色，D错．答案：C2．下列关于金属腐蚀的叙述中，正确的是()A．金属被腐蚀的本质是M＋nH2O===M(OH)n＋n/2H2↑B．马口铁(镀锡铁)镀层破损后，首先是镀层被氧化C．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀解析：金属腐蚀的本质为M－ne－===Mn＋，A错误；选项B中Sn、Fe构成原电池，Fe作负极，发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，铁先被腐蚀，B错误；常温下，金属发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀，难以和氧化剂(O2、Cl2等)直接发生化学反应，D错误．答案：C3．如图所示，在水槽中装入蒸馏水后，铁块腐蚀速率的大小顺序正确的是()A．Ⅰ＞Ⅱ＞ⅢB．Ⅰ＞Ⅲ＞ⅡC．Ⅱ＞Ⅰ＞ⅢD．Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ解析：Ⅰ形成原电池，铁为负极，腐蚀较快；Ⅱ形成原电池，铁为正极，被保护，腐蚀慢，故B项正确．答案：B4．下列有关钢铁制品防腐的说法正确的是()A．在铁门、铁窗表面涂上油漆B．自行车各部件因有防护涂层或电镀等防腐措施，所以不需要停放在遮雨的地方C．家用铁制厨具每次用完后应擦干放置在干燥处D．把挡水铁闸门与直流电源的正极连接且构成回路，可减小铁闸门的腐蚀速率解析：加盖保护层，避免钢铁制品与电解质溶液接触，与电源负极相连(作阴极)，或连接更活泼金属等，都是钢铁制品防腐的有效方法，故A、C正确，B、D不正确．答案：AC5．(1)将铜棒与锌棒用导线连接，依次插入分别盛有：①硫酸溶液；②硫酸铜溶液；③硫酸钠溶液的三个烧杯中，此时，铜棒上发生的主要反应是：①_____________________________________________；②_____________________________________________；③______________________________________________.(2)铜制品在经常下酸雨的地区电化学腐蚀严重．写出此电化学腐蚀的电极反应式：正极___________________________________________；负极___________________________________________．解析：(1)①②均为铜锌原电池，铜极上分别为H＋、Cu2＋得电子被还原，③为锌的吸氧腐蚀，铜极上O2得电子被还原．(2)铜的电化学腐蚀应注意与铁的区别，铜不能使H＋还原，故不可能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀；酸雨是一个干扰因素，使电解质溶液中离子浓度增大，反应加快．答案：(1)①2H＋＋2e－===H2↑②Cu2＋＋2e－===Cu③O2＋2H2O＋4e－===4OH－(2)O2＋2H2O＋4e－===4OH－Cu－2e－===Cu2＋1．化学腐蚀与电化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀(主要)定义金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生化学反应引起的腐蚀不纯金属(或合金)接触到电解质溶液所发生的原电池反应，较活泼金属失去电子被氧化而引起的腐蚀吸氧腐蚀(主要)析氢腐蚀条件金属与物质直接接触水膜中溶有O2，显弱酸性或中性水膜酸性较强化学腐蚀电化学腐蚀(主要)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负极：Fe－2e－===Fe2＋反应式2Fe＋3Cl2=====点燃2FeCl3正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－正极：2H＋＋2e－===H2↑2．金属腐蚀快慢的影响因素不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗．金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关：(1)与构成原电池的材料有关，两极材料的活泼性相差越大，氧化还原反应的速率越快，金属被腐蚀的速率就越快．(2)与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀．一般说来可用下列原则判断：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蚀措施的腐蚀．[例1]如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为()A．②①③④⑤⑥B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥D．⑤③②④①⑥[名师精析]①是Fe为负极，杂质为正极的原电池腐蚀，是钢铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢．其电极反应式为：负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－.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Fe和Cu的金属活泼性差别比Fe和Sn的大，故Fe－Cu原电池中Fe被腐蚀较快；⑤是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀；⑥Fe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：铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤④②①③⑥.[答案]C金属的腐蚀快慢顺序为：电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极＞电解池的阴极．1．(2011·杭州质量检测)将碳粉和铁粉均匀混合，撒入内壁分别用氯化钠溶液和稀醋酸溶液润湿过的几支试管中，并按下图连接仪器，观察下图，示意正确的是()解析：A中发生析氢腐蚀，导管中有气泡冒出；B、C中发生吸氧腐蚀、导管中水面上升，故B项正确，C项错误；D中试管缺少塞子，故不正确．答案：B2．下列事实与电化学腐蚀无关的是()A．光亮的自行车钢圈不易生锈B．黄铜(Cu、Zn合金)制品不易生成铜锈C．电工操作中规定：铜、铝导线不能连在一起D．生铁比熟铁(几乎是纯铁)容易生锈解析：光亮的自行车钢圈不易生锈，是因为钢圈表面镀上了一层抗腐蚀的材料，不能构成原电池，也就不会发生电化学腐蚀；黄铜(Cu、Zn合金)在空气中构成原电池时，Zn作负极，Cu作正极，所以不易生成铜锈；铜铝导线连在一起时，在潮湿的环境中可以构成原电池，Al发生氧化反应而被腐蚀，易造成断路引起事故；生铁中含杂质碳，构成原电池时，铁作负极而被腐蚀，因此生铁比熟铁(几乎是纯铁)容易生锈．答案：A1．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的不锈钢，就大大地增加了钢铁的抗腐蚀力．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．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．例如，船身、车厢、水桶等常涂油漆；汽车外壳常喷漆；枪炮、机器常涂矿物性油脂等．(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，如锌、锡、铬、镍等．这些金属都能被氧化而形成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止水和空气等对钢铁的腐蚀．例如，常用的白铁就是在薄钢板上热镀上一层锌；做罐头用的马口铁皮就是在薄钢板上热镀上一层无毒而又耐腐蚀的锡；自行车钢圈就是用电镀的方法镀上一层既耐腐蚀又耐磨的铬或镍．(3)用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜．例如，工业上常借一些溶液的氧化作用，在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜．3．电化学保护法(1)牺牲阳极的阴极保护法．常用于保护海轮外壳及石油管道等．(2)外加电流的阴极保护法．主要用于防止土壤、海水及河水中的金属设备的腐蚀．[例2]钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一，因而金属的防护工作特别重要．下列对几种常见的金属防腐方法的描述错误的是()选项方法对相应方法的描述A改变金属内部的组成结构此法实际上是将金属制成合金，增强抗腐蚀能力B在金属表面覆盖保护法保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用C外加电源的阴极保护法接外加直流电源构成电解池，被保护的金属作阴极D牺牲阳极的阴极保护法构成原电池，被保护的金属作正极[名师精析]如果镀层金属比保护的金属活泼，破损后可构成原电池，仍然能在一定程度上保护金属，B项错误．[答案]B金属腐蚀的实质是金属原子失去电子变成金属阳离子，那么金属的保护实质上就是防止金属原子失去电子．3．下列对金属采用的防护方法中，不．属于电化学防腐的是()A．在轮船水线以下的船体上装上一定数量的锌块B．在金属表面进行电镀C．在一定条件下对金属进行处理，在其表面形成一层致密的氧化膜D．将钢闸门与直流电源的负极相连解析：A是牺牲阳极的阴极保护法，D是外加电流的阴极保护法，而在金属表面进行电镀以及在一定条件下对金属进行处理，在其表面形成一层致密的氧化膜，不是电化学防腐的方法．答案：BC4．(2011·启东模拟)镁、铝、铁是重要的金属，在工业生产中用途广泛．(1)镁与稀硫酸反应的离子方程式是____________________________，这种腐蚀属于________________(填“电化学腐蚀”或“化学腐蚀”)．(2)火车铁轨修补、焊接可以用“铝热反应”，即铝与铁的氧化物(用通式FexOy表示)在高温下反应生成熔融的铁焊接钢轨．请写出该反应的化学方程式：______________________________________________.(3)在潮湿的空气中，帆船的钢铁表面有一层水膜，很容易发生腐蚀，其负极反应式为___