化学选修4 化学反应原理第三单元 金属的腐蚀与防护巩固练习

第三单元　金属的腐蚀与防护

目标与素养：1.了解金属腐蚀及其危害。(科学态度与社会责任)2.了解金属电化学腐蚀的原因及反应原理。(宏观辨识与微观探析)3.了解金属防护方法，特别是金属的电化学防护。(宏观辨识与微观探析)

一、金属的电化学腐蚀

1．金属的腐蚀

(1)金属的腐蚀是指金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象。

(2)金属腐蚀的实质：金属原子失去电子被氧化的过程，用反应方程式表示(M代表金属元素)为：M－ne－===Mn＋。

(3)金属腐蚀的类型

①化学腐蚀：指金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀。腐蚀过程中无电流产生。

②电化学腐蚀：指不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。

2．金属的电化学腐蚀

(1)吸氧腐蚀：钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性时，氧气参加电极反应，发生吸氧腐蚀。

(2)析氢腐蚀：金属表面的电解质溶液酸性较强，腐蚀过程中不断有H2放出。

微点拨：化学腐蚀与电化学腐蚀的本质区别在于是否发生原电池反应。在电化学腐蚀中，只有在金属活动性顺序中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀。

二、金属的电化学防护

1．本质：阻止金属发生氧化反应。

2．方法

(1)改变金属内部结构，如制成合金等。

(2)加防护层，如在金属表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等。

(3)电化学防护

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)金属的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 (　　)

(2)因为CO2普遍存在，所以钢铁的腐蚀以析氢腐蚀为主。 (　　)

(3)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用。  (　　)

(4)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀。  (　　)

答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√

2．钢铁发生电化学腐蚀时，负极发生的反应是(　　)

A．2H＋＋2e－===H2↑

B．2H2O＋O2＋4e－===4OH－

C．Fe－2e－===Fe2＋

D．4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

C　[钢铁发生电化学腐蚀时，负极上发生的电极反应是Fe－2e－===Fe2＋；正极上发生吸氧腐蚀的电极反应是2H2O＋O2＋4e－===4OH－，析氢腐蚀的电极反应是2H＋＋2e－===H2↑。]

3．如右图所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天后观察：

(1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于________腐蚀(填“化学”或“电化学”)。

(2)若试管内液面上升，则原溶液呈______性，发生________腐蚀，电极反应式：负极：___________________；正极：____________________________。

(3)若试管内液面下降，则原溶液呈________性，发生________腐蚀，电极反应式：负极：_______________________；正极：____________________。

解析：根据原电池的构成条件：有两种不同的材料(Fe为负极，碳为正极)，有电解质溶液，形成闭合回路，可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件原理及结果可知：试管内液面上升，说明是试管内压强减小，试管内气体被吸收所致，是铁钉吸氧腐蚀的结果，据此写出电极反应式；试管内液面下降，说明是试管内气体压强变大，试管内产生了新气体所致，是铁钉析氢腐蚀的结果，据此写出电极反应式。

答案：(1)电化学

(2)弱酸性或中　吸氧　2Fe－4e－===2Fe2＋

O2＋4e－＋2H2O===4OH－

(3)较强的酸　析氢　Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑

1.影响金属腐蚀的因素

影响金属腐蚀的因素包括金属的本性、纯度和介质三个方面：

(1)就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。

(2)同一金属越纯，越难腐蚀。如纯铁即使在潮湿空气中反应也会很慢，而含杂质的生铁在潮湿的空气中会很快生锈而被腐蚀。

(3)介质对金属腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。

2．不同条件下金属腐蚀快慢的判断

【例】　相同材料的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是(　　)

C　[在A中，食醋提供电解质溶液环境，铁勺和铜盆是相互接触的两个金属电极，形成原电池，铁是活泼金属作负极；在B中，食盐水提供电解质溶液环境，炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成的条件，铁是活泼金属作负极，碳作正极；在C中，铜镀层将铁球覆盖，使铁被保护，所以铁不易被腐蚀；在D中，酸雨提供电解质溶液环境，易形成原电池发生电化学腐蚀。]

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．②①③④⑤⑥　 B．⑤④③①②⑥

C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥

C　[根据图知，②③④装置是原电池，在②④中，金属铁作负极，③中金属铁作正极。由于作负极的腐蚀速率快，并且两个电极金属活泼性相差越大，负极金属腐蚀速率越快，正极被保护，并且原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀，所以④>②>①>③，⑤⑥装置是电解池，⑤中金属铁为阳极，⑥中金属铁为阴极，阳极金属被腐蚀速率快，阴极被保护，即⑤>⑥，根据电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀，并且原电池的正极金属腐蚀速率大于电解池的阴极金属腐蚀速率，即⑤④②①③⑥，故答案选C。]

1．(双选)如图装置中，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试管中发生了析氢腐蚀，b试管中发生了吸氧腐蚀

BD　[生铁在a中发生吸氧腐蚀，压强降低，在b中发生析氢腐蚀，压强增大，所以红墨水应左高右低。]

2．铜制品上的铝质铆钉，在潮湿的空气中易腐蚀的主要原因可描述为(　　)

A．形成原电池，铝作负极

B．形成原电池，铜作负极

C．形成原电池时，电流由铝流向铜

D．铝质铆钉发生了化学腐蚀

A　[电化学腐蚀与化学腐蚀的本质区别在于是否发生原电池反应，金属铝发生的是电化学腐蚀，铝比铜活泼，故金属铝是负极；电流的流动方向与电子的流动方向恰好相反，应是由铜流向铝。]

3．为探究钢铁的吸氧腐蚀原理，设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是(　　)

A．正极的电极反应方程式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B．将石墨电极改成Mg电极，难以观察到钢铁锈生成

C．若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到钢铁锈

D．断开连接石墨和钢铁的导线，钢铁便不会生锈

D　[吸氧腐蚀的正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，A正确；若把石墨改为Mg电极，此时Mg作负极，钢铁较难失电子，难以观察到钢铁锈生成，B正确；若向自来水中加入少量NaCl(s)，溶液中离子浓度增大，腐蚀变快，C正确；若断开导线连接，因钢铁中含有碳，仍会发生腐蚀，D错误。]

4．下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是(　　)

A．水中的钢闸门连接电源的负极

B．金属护栏表面涂漆

C．汽车底盘喷涂高分子膜

D．地下钢管连接镁块

A　[A.水中的钢闸门连接电源的负极，即使用了外加电流，正确；B.金属护栏表面涂漆，是一种使用外加涂层而使金属隔绝空气和水分的保护方法；C.汽车底盘喷涂高分子膜，也是一种使用外加涂层而使金属隔绝空气和水分的保护方法；D.地下钢管连接镁块，是牺牲阳极的阴极保护法。]

5．钢铁是目前应用最广泛的金属材料，了解钢铁腐蚀的原因与防护方法具有重要意义，对钢铁制品进行抗腐蚀处理，可适当延长其使用寿命。

(1)抗腐蚀处理前，生产中常用盐酸来除铁锈。现将一表面生锈的铁件放入盐酸中，当铁锈除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式为：________________________________________。

(2)利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。

①若X为碳棒，为减缓铁件的腐蚀，开关K应置于________处。

②若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为________。

解析：(1)铁锈的主要成分是Fe2O3，与盐酸反应生成Fe3＋，Fe3＋会与Fe反应生成Fe2＋。(2)若X为碳棒，则需将铁件接电源的负极，即开关K置于N处。若X为Zn，则Zn­Fe­海水构成原电池，其中Zn作负极，Fe作正极，此方法称为牺牲阳极的阴极保护法。

答案：(1)2FeCl3＋Fe===3FeCl2

(2)①N　②牺牲阳极的阴极保护法(或牺牲阳极保护法)