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【基础知识】电解池及金属的电化学腐蚀与防护
考点四　金属腐蚀及防护
【必备知识】
1．金属的腐蚀
(1)金属腐蚀的本质
金属本身 变成阳离子的过程(发生氧化反应)，M－ne－===Mn＋
(2)金属腐蚀的类型
①化学腐蚀与电化学腐蚀
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
条件 金属与其表面接触到的物质直接发生化学反应 不纯的金属接触到电解质溶液发生原电池反应
本质 M－ne－= Mn＋ M－ne－ = Mn＋
现象 金属被腐蚀 较活泼金属被腐蚀
区别 无电流产生 有微弱电流产生
联系 两者往往同时发生， 腐蚀更普遍，腐蚀速率更快，危害也更严重
②析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 水膜酸性较强(pH≤ ) 水膜酸性很弱或呈中性
电极反应 负极
正极
总反应式
联系 腐蚀更普遍
【微点拨】
①腐蚀速率：电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防腐措施的腐蚀。
②钢铁暴露在潮湿空气中主要发生的是 腐蚀，铁锈的形成过程中主要发生的反应为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。
③一般情况下，只有在金属活动性顺序中排在氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀，金属活动顺序表中氢后的金属不能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀。
2．金属的防护
(1)电化学保护法
①牺牲阳极法
原理 利用 原理，让被保护金属做正极，一种活泼性较强的金属做负极，用导线相连
要求 被保护的金属作 极，活泼性更强的金属作 极
应用 锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块
②外加电流法
原理 利用 原理，把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者均放在电解质溶液里，接外加直流电源。通电后，调整外加电压，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零。在这个系统中，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护
要求 被保护的金属作为 极，与电源的 极相连
应用 钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极
注意：外加电流法保护效果大于牺牲阳极法
(2)改变金属材料的组成，如制成防腐的合金等。
(3)在金属表面覆盖致密的保护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
【易错辨析】
1．金属发生腐蚀就是金属得电子转变为金属化合物的过程(　　)
2．钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋(　　)
3．Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(　　)
4．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(　　)
5．铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性(　　)
6．干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀(　　)
7．铜在酸性环境下，不易发生析氢腐蚀(　　)
【题型突破】
1．金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。下列腐蚀类型中
(1)属于化学腐蚀是________(填序号，下同)；属于电化学腐蚀的是________。
①铜板在氯化铁溶液中被腐蚀 ②钢铁在空气中生锈而被腐蚀
③化工厂里的铁与氯气反应被腐蚀 ④铜铝电线接头处铝被腐蚀
⑤高温下铁丝被氧气腐蚀 ⑥铜在空气中生成铜绿而被腐蚀
2.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
3.利用如图装置进行实验，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处发生吸氧腐蚀，b处发生析氢腐蚀 B．一段时间后，a处液面高于b处液面
C．a处的溶液pH增大，b处的溶液pH减小 D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋
4．支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(　　)
A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
5．(2020·江苏，11)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是(　　)
A．阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B．金属M的活动性比Fe的活动性弱
C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
6.验证钢铁腐蚀的类型与溶液pH的关系。下列说法不正确的是（ ）
① ② ③
腐蚀较快，主要产物Fe2+ 腐蚀较慢，主要产物Fe2O3 腐蚀较快，主要产物FeO
A．在pH=3溶液中，主要发生析氢腐蚀，现象是铁棒逐渐溶解，碳棒表面有气泡产生
B．在pH=7溶液中，主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2+2H2O+4e- = 4OH-
C．在pH=7溶液中，主要发生吸氧腐蚀，负极反应式为Fe-2e- = Fe2+
D．在pH=14溶液中，主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为Fe-3e-+4OH-=FeO+2H2O
7．关于研究生铁的锈蚀实验，下列分析不正确的是(　　)
序号 ① ② ③
实验
现象 8小时未观察到明显锈蚀 8小时未观察到明显锈蚀 1小时观察到明显锈蚀
A.①中，NaCl溶液中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀
B．②中，生铁片未明显锈蚀的原因之一是缺少H2O
C．③中正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．对比①②③，说明苯能隔绝O2【基础知识】电解池及金属的电化学腐蚀与防护
考点四　金属腐蚀及防护
【必备知识】
1．金属的腐蚀
(1)金属腐蚀的本质
金属本身失去电子变成阳离子的过程(发生氧化反应)，M－ne－===Mn＋
(2)金属腐蚀的类型
①化学腐蚀与电化学腐蚀
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
条件 金属与其表面接触到的物质直接发生化学反应 不纯的金属接触到电解质溶液发生原电池反应
本质 M－ne－= Mn＋ M－ne－ = Mn＋
现象 金属被腐蚀 较活泼金属被腐蚀
区别 无电流产生 有微弱电流产生
联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍，腐蚀速率更快，危害也更严重
②析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 水膜酸性较强(pH≤4.3) 水膜酸性很弱或呈中性
电极反应 负极
正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应式 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
联系 吸氧腐蚀更普遍
【微点拨】
①腐蚀速率：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。
②钢铁暴露在潮湿空气中主要发生的是吸氧腐蚀，铁锈的形成过程中主要发生的反应为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。
③一般情况下，只有在金属活动性顺序中排在氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀，金属活动顺序表中氢后的金属不能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀。
2．金属的防护
(1)电化学保护法
①牺牲阳极法
原理 利用原电池原理，让被保护金属做正极，一种活泼性较强的金属做负极，用导线相连
要求 被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极
应用 锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块
②外加电流法
原理 利用电解池原理，把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者均放在电解质溶液里，接外加直流电源。通电后，调整外加电压，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零。在这个系统中，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护
要求 被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连
应用 钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极
注意：外加电流法保护效果大于牺牲阳极法
(2)改变金属材料的组成，如制成防腐的合金等。
(3)在金属表面覆盖致密的保护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
【易错辨析】
1．金属发生腐蚀就是金属得电子转变为金属化合物的过程(　　)
2．钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋(　　)
3．Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(　　)
4．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(　　)
5．铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性(　　)
6．干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀(　　)
7．铜在酸性环境下，不易发生析氢腐蚀(　　)
【答案】　1.×　2.×　3.×　4.×　5.√　6.×　7.√
【题型突破】
1．金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。下列腐蚀类型中
(1)属于化学腐蚀是________(填序号，下同)；属于电化学腐蚀的是________。
①铜板在氯化铁溶液中被腐蚀 ②钢铁在空气中生锈而被腐蚀
③化工厂里的铁与氯气反应被腐蚀 ④铜铝电线接头处铝被腐蚀
⑤高温下铁丝被氧气腐蚀 ⑥铜在空气中生成铜绿而被腐蚀
【答案】　①③⑤　②④⑥
2.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
【答案】⑤④②①③⑥
3.利用如图装置进行实验，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处发生吸氧腐蚀，b处发生析氢腐蚀 B．一段时间后，a处液面高于b处液面
C．a处的溶液pH增大，b处的溶液pH减小 D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋
【答案】　C
4．支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(　　)
A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
【答案】　C
【解析】　钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B正确；题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，C错误。
5．(2020·江苏，11)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是(　　)
A．阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B．金属M的活动性比Fe的活动性弱
C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
【答案】　C
【解析】　阴极得电子，A错误；金属M失电子，其活动性应比铁强，B错误；M失去的电子流入钢铁设施表面，因积累大量电子而被保护，C正确；海水中所含电解质的浓度远大于河水中的，因此钢铁设施在海水中腐蚀的速率快，D错误。
6.验证钢铁腐蚀的类型与溶液pH的关系。下列说法不正确的是（ ）
① ② ③
腐蚀较快，主要产物Fe2+ 腐蚀较慢，主要产物Fe2O3 腐蚀较快，主要产物FeO
A．在pH=3溶液中，主要发生析氢腐蚀，现象是铁棒逐渐溶解，碳棒表面有气泡产生
B．在pH=7溶液中，主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2+2H2O+4e- = 4OH-
C．在pH=7溶液中，主要发生吸氧腐蚀，负极反应式为Fe-2e- = Fe2+
D．在pH=14溶液中，主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为Fe-3e-+4OH-=FeO+2H2O
【答案】D
7．关于研究生铁的锈蚀实验，下列分析不正确的是(　　)
序号 ① ② ③
实验
现象 8小时未观察到明显锈蚀 8小时未观察到明显锈蚀 1小时观察到明显锈蚀
A.①中，NaCl溶液中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀
B．②中，生铁片未明显锈蚀的原因之一是缺少H2O
C．③中正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．对比①②③，说明苯能隔绝O2
【答案】　D
【解析】　①是密闭体系，NaCl溶液中溶解的O2较少，不足以使生铁片明显锈蚀，A项正确；苯属于非电解质，②中无电解质溶液，不满足电化学腐蚀的条件，B项正确；根据③中现象，铁在中性环境下发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C项正确；根据现象可知，③中发生吸氧腐蚀，③中观察到明显锈蚀，说明苯不能隔绝O2，D项错误。

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