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第三节　金属的腐蚀与防护
第四章　化学反应与电能
基础课时　
金属的腐蚀与防护
27
1.认识金属腐蚀的危害，能利用原电池原理解释电化学腐蚀的原因。2.能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。3.了解金属腐蚀的防护方法。
学习目标
一、金属的腐蚀
二、金属的防护
目
录
CONTENTS
课后巩固训练
一、金属的腐蚀
对点训练
(一)知识梳理
1.金属的腐蚀
(1)定义：金属或合金与周围的____________发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
(2)分类
①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。
②电化学腐蚀：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。
气体或液体
2.钢铁的电化学腐蚀
　　类别 项目　　 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
图形描述
条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性
负极 Fe－2e－===Fe2＋
　　类别 项目　　 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
正极 2H＋＋2e－===H2↑
总反应 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
后续反应 最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
(二)互动探究
图一、图二是铁钉在不同的水溶液中被腐蚀的实验。
【问题讨论】
问题1　图一实验显示数天后，试管内液面上升，解释其原因。
提示　铁钉发生吸氧腐蚀，O2＋4e－＋2H2O===4OH－，试管内气压减小，试管内液面上升。
问题2　图二实验显示试管内液面稍有下降，则说明发生了什么腐蚀？
提示　说明发生了析氢腐蚀， 2H＋＋2e－===H2↑，试管内气压增大。
问题3　铁的腐蚀以哪种类型为主？为什么？
提示　由于钢铁通常所处的外部环境干燥程度较低，氧气的存在又比较广泛，所以钢铁主要是电化学腐蚀，其次为化学腐蚀，又因为钢铁表面一般不会遇到酸性较强的溶液，故吸氧腐蚀是钢铁腐蚀的主要形式。
【探究归纳】
金属的化学腐蚀和电化学腐蚀的联系和区别
化学腐蚀 电化学腐蚀
吸氧腐蚀 析氢腐蚀
条件 金属与干燥气体或非电解质液体等直接接触 水膜中溶有O2，酸性很弱或呈中性 水膜酸性较强
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
反应式(以铁腐蚀为例) 2Fe＋3Cl2===2FeCl3 负极：2Fe－4e－===2Fe2＋
正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 正极：4H＋＋4e－===2H2↑
联系 两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍、危害更大
1.(2024·北京海淀区高二期中)用如下装置进行铁的电化学腐蚀实验。下列说法正确的是(　　)
A.铁发生的电极反应：Fe－3e－===Fe3＋
B.铁腐蚀过程中，化学能转化为热能
C.炭粉的存在对铁腐蚀的速率无影响
D.导管口产生气泡证明铁发生了析氢腐蚀
B
解析　铁发生的电极反应：Fe－2e－===Fe2＋，A错误；铁腐蚀过程中，试管发热，说明化学能转化为热能，B正确；铁粉、炭粉、氯化钠溶液构成原电池，炭粉的存在加快铁腐蚀的速率，C错误；铁腐蚀过程中，试管内温度升高，气体膨胀，导管口产生气泡不能证明铁发生了析氢腐蚀，D错误。
2.如图，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4的雨水和生铁片。实验观察到开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。下列说法正确的是(　　)
A.生铁片中的碳是原电池的负极，发生氧化反应
B.雨水酸性较强，生铁片始终发生析氢腐蚀
C.墨水回升时，碳电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D.具支试管中溶液酸性增强
C
解析　pH＝4的雨水显酸性，则生铁片先发生析氢腐蚀，铁为负极发生氧化反应，随着反应的进行，雨水中的氢离子浓度逐渐降低，生铁片发生吸氧腐蚀，整个过程中碳为正极，具支试管中溶液酸性减弱，A、B、D错误；发生析氢腐蚀时导管内液面下降，发生吸氧腐蚀时导管内液面回升，碳电极为正极，液面回升时碳电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确。
3.某校化学兴趣小组在一定条件下，研究发现碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下表所示：
下列说法不正确的是(　　)
A.当pH＜4时，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋
B.当pH＞6时，碳钢主要发生析氢腐蚀
C.当pH＞14时，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D.在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓
B
解析　当pH＜4溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀，负极电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极上电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A正确；当pH＞6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀，负极电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极上电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B错误；在pH＞14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；在煮沸除氧气后的碱性溶液中，正极上氧气生成氢氧根离子速率减小，所以碳钢腐蚀速率会减缓，D正确。
4.(2024·青岛三中高二期中)研究小组将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)，从胶头滴管中滴入醋酸溶液，容器中的压强随时间的变化曲线如图2，下列说法不正确的是(　　)
A.铁粉发生反应：Fe－2e－===Fe2＋
B.t1～t2时碳粉上发生了还原反应
C.0～t1时压强增大的原因一定是铁
发生了析氢腐蚀
D.t2时，容器中压强明显小于起始压强，原因是铁发生了吸氧腐蚀
C
解析　由图2可知，0～t1时锥形瓶中气体压强增大，说明铁与醋酸溶液反应生成氢气使锥形瓶内气体的物质的量增大，反应生成的氢气可能是铁直接与醋酸发生化学腐蚀而得，也可能是铁、碳在醋酸溶液中构成原电池，铁发生析氢腐蚀而得；t1以后，锥形瓶内气体压强减小，铁、碳在溶液中构成原电池，铁发生吸氧腐蚀导致容器内氧气的物质的量减小；t2时，锥形瓶中压强明显小于起始压强，说明铁、碳在溶液中构成原电池，铁发生了吸氧腐蚀。
【题后归纳】　金属的腐蚀类题目的解题思路
(1)正确判断金属的腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀。发生原电池反应引起的腐蚀为电化学腐蚀，无原电池反应发生的腐蚀为化学腐蚀。
(2)正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、中性溶液中发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液中发生析氢腐蚀。
(3)根据金属活动性顺序表分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀。金属活动性顺序表中氢前面的金属，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀，在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀；金属活动性顺序在氢后面的金属只可能发生吸氧腐蚀。
二、金属的防护
对点训练
(一)知识梳理
金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。
1.改变金属材料的组成
在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金。如普通钢加入____、____制成不锈钢，____合金不仅具有优异的抗腐蚀性能且具有良好的生物相容性。
镍
铬
钛
2.在金属表面覆盖保护层
在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如，在钢铁制品表面喷油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷等；电镀锌、锡、铬、镍等，利用化学方法、离子注入法、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。
3.电化学保护法
金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极(阳极)的金属被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为阴极，就不易被腐蚀。
(1)牺牲阳极法
原理 ________原理
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
图示
原电池
(2)外加电流法
原理 电解池原理
要求 被保护的金属作为阴极，与电源的______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
图示
负极
(二)互动探究
实验Ⅰ：如图装置反应一段时间后，往Fe电极区滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液。观察到的现象是：Zn片逐渐溶解，电流表指针发生偏转，铁电极表面有气泡产生，铁电极附近没有蓝色沉淀生成。
实验Ⅱ：在两个培养皿中分别放入含有NaCl的琼脂，并注入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液混合均匀，取两个2～3 cm的铁钉，用砂纸擦光，将裹有锌皮的铁钉放入a，缠有铜丝的铁钉放入b。
实验现象：a中铁钉周围变红。b中铁钉周围生成蓝色沉淀，铜丝周围变红。
【问题讨论】
问题1　实验Ⅰ中，电流表指针发生偏转，说明该装置产生了电流，试分别判断两极并写出电极反应式。
提示　Zn作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋
Fe作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
问题2　已知：Fe2＋与K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)反应生成带有特征蓝色的KFe[Fe(CN)6]沉淀，依据实验Ⅰ中的实验现象，你得出的实验结论是什么？
提示　溶液中不含Fe2＋，说明铁电极未被腐蚀，铁电极(即原电池的正极)受到了保护。
问题3　实验Ⅱ中，a中铁钉周围变红及b中铁钉周围生成蓝色沉淀的原因是什么？
提示　a中铁钉作原电池的正极，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，铁钉周围酚酞遇碱变红色；b中铁钉作原电池的负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，铁钉周围生成的Fe2＋与K3[Fe(CN)6]反应生成KFe[Fe(CN)6]蓝色沉淀。
问题4　由实验Ⅱ的实验现象，你得出的实验结论是什么？
提示　铁作原电池负极易被腐蚀，而作原电池正极，则受到保护而不被腐蚀。
【探究归纳】
1.金属防护措施
2.金属电化学防护方法的比较
比较项目 牺牲阳极法 外加电流法
是否外接电源 否 是
所用的原理 原电池原理 电解池原理
两个电极的材料 正极：被保护金属 负极：比被保护金属活泼的金属 被保护金属与外接电源的负极相连作阴极，惰性电极与外接电源正极相连作阳极
保护效果 外加电流法的保护效果比牺牲阳极法的保护效果更好
5.下列金属防腐的措施中，使用外加电流法的是(　　)
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
解析　B、C项措施均为在金属表面覆盖保护层的化学防腐蚀的保护法；D项是利用原电池原理的牺牲阳极法；A项钢闸门连接电源负极，属于使用外加电流法的防腐措施。
A
6.下列防止钢铁腐蚀的方法中，属于牺牲阳极法的是(　　)
B
解析　牺牲阳极法属于原电池保护。选项A中铁管道为阴极，该方法属于外加电流法，A错误；选项B中Mg作负极，对作正极的钢铁水管起到保护作用，属于牺牲阳极法，B正确；钢闸门在阳极发生氧化反应，加快钢闸门腐蚀，C错误；喷油漆属于在金属表面覆盖保护层，D错误。
7.下列各种情况中，Fe片腐蚀速率由慢到快的顺序是(　　)
A.⑤②①③④ B.⑤①②④③
C.④②①③⑤ D.④③①②⑤
D
解析　根据装置图知，②③装置是原电池，在②中金属铁作负极被腐蚀，在③中金属铁作正极被保护，所以铁的腐蚀速率：②＞③；④⑤装置是电解池，④中金属铁为阴极被保护，⑤中金属铁为阳极被腐蚀，即铁的腐蚀速率：⑤＞④；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＞有防腐蚀措施的腐蚀，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，则铁腐蚀速率由慢到快的顺序为④③①②⑤。
8.甲、乙同学分别用下图所示装置验证铁的电化学防护原理。
相同时间后进行如下实验
实验①：甲同学分别向Ⅰ、Ⅱ中Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ中产生蓝色沉淀，Ⅱ中无沉淀。
实验②：乙同学分别取Ⅰ、Ⅱ中Fe电极附近溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ、Ⅱ中均无沉淀。
D
下列说法正确的是(　　)
A.Ⅰ是牺牲阳极法，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B.Ⅱ为外加电流法，Fe电极与外接电源的正极相连
C.由实验①中Ⅰ、Ⅱ现象的差异，推测K3[Fe(CN)6]在Ⅰ中氧化性强于Ⅱ
D.由实验可知，两种保护法均能保护Fe，且Ⅱ保护得更好
解析　由图Ⅰ可知，Fe电极是正极，Zn电极是负极，属于牺牲阳极法，由于电解质溶液呈酸性，故正极上氢离子得电子，负极是Zn失去电子，反应为Zn－2e－===Zn2＋，A错误；外加电流法中要保护的电极应与外接电源的负极相连，即Fe电极与外接电源的负极相连，B错误；由于Ⅰ中Fe电极与电解质溶液直接接触，会有少量的Fe直接与酸反应生成Fe2＋，与K3[Fe(CN)6]在Ⅰ、Ⅱ中的氧化性无关，C错误；对比Ⅰ、Ⅱ现象的差异可知，两种保护法均能保护Fe，且电解法保护的更好，即Ⅱ保护得更好，D正确。
【题后归纳】　金属腐蚀的快慢比较
(1)在同一种电解质的溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序：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。
(2)在不同溶液中，金属在电解质溶液中的腐蚀＞金属在非电解质溶液中的腐蚀；在浓度相同的电解质溶液中，金属在强电解质溶液中的腐蚀＞金属在弱电解质溶液中的腐蚀。
(3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
课后巩固训练
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)金属的腐蚀
1.判断正误(正确划“√”，错误划“×”)。
(1)无论化学腐蚀还是电化学腐蚀，金属的腐蚀都是金属失电子被氧化的过程(　　)
(2)干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀(　　)
(3)纯铁不易腐蚀，生铁易腐蚀，是因为生铁中含碳能形成原电池发生电化学腐蚀(　　)
(4)铁的电化学腐蚀负极反应为Fe－3e－===Fe3＋(　　)
√
×
√
×
2.(2024·北京房山中学高二期中)下列与金属腐蚀有关的说法中，不正确的是(　　)
A.铝不易与氧气发生反应，具有很强的抗腐蚀能力
B.钢铁在潮湿空气中生锈属于电化学腐蚀
C.电化学腐蚀一般可分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀
D.金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化的过程
解析　铝的表面易形成致密的氧化膜，氧化膜能保护内部金属不被腐蚀，所以铝具有很强的抗腐蚀能力，A错误。
A
3.(2024·成都石室中学高二月考)将铜丝缠绕在铁钉上，进行如图所示的实验，下列对实验现象的解释不合理的是(　　)
A.向铜丝周围滴加两滴酚酞出现红色：
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B.铁钉溶解：Fe－2e－===Fe2＋
C.向铁钉周围滴加两滴铁氰化钾出现蓝色：
Fe2＋＋K＋＋[Fe(CN)6]3－===KFe[Fe(CN)6]↓
D.一段时间后会出现白色沉淀：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓
A
解析　缠绕铜丝的铁钉在氯化钠溶液中发生吸氧腐蚀，铜丝为正极，氧气在正极得电子发生还原反应的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－， A错误；铁钉发生吸氧腐蚀，铁钉作负极发生氧化反应的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，B正确；铁钉溶解产生Fe2＋，Fe2＋遇到铁氰化钾出现蓝色的离子方程式为Fe2＋＋K＋＋[Fe(CN)6]3－===KFe[Fe(CN)6]↓，C正确；根据铁的吸氧腐蚀负极产生的Fe2＋和正极产生的OH－不共存，能生成Fe(OH)2白色沉淀的离子方程式为Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓，D正确。
(二)腐蚀快慢的比较与判断
4.相同材质的铁在图中的四种情况下最易被腐蚀的是(　　)
A
解析　A项，食醋为酸性溶液，提供电解质溶液环境，铁勺和铜盆是相互接触的两个金属板，构成原电池的两极，形成原电池，酸性溶液中，铁是活泼金属，作负极，腐蚀快；B项，铁炒锅和铁铲都是铁碳合金，食盐水提供电解质环境，虽然符合原电池形成的条件，但腐蚀相对A中酸性溶液较慢；C项，铜镀层将铁球覆盖，使铁被保护，所以铁不易被腐蚀；D项，酸雨提供电解质溶液环境，铁铆钉和锌板分别作正、负极，形成原电池，铁被保护。综合上述，最易被腐蚀的是A。
(三)金属的防护
5.下列有关钢铁的电化学腐蚀及防护描述正确的是(　　)
A.可利用上图装置保护钢闸门
B.镀层破坏后，白铁(镀锌铁)比马口铁(镀锡铁)
的腐蚀速率更快
C.阴极保护法中的牺牲阳极法和外加电流法都
要采用辅助阳极，两种方法中的辅助阳极上发生的电极反应类型相同
D.钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
C
解析　该装置为电解池，钢闸门连接电源正极做电解池的阳极，铁失电子生成亚铁离子，加速腐蚀，不能保护钢闸门，A错误；镀层破坏后，白铁(镀锌铁)中锌的活泼性比铁的强，铁做正极被保护，马口铁(镀锡铁)中铁的活泼性比锡强，铁做负极被腐蚀，则镀层破坏后马口铁的腐蚀速率更快，B错误；牺牲阳极法是原电池原理，将被保护的金属作为正极，被保护；外加电流法是电解池原理，将被保护的金属作为阴极，被保护，都是发生还原反应，C正确；钢铁发生电化学腐蚀的负极铁单质失去电子生成亚铁离子，负极的反应式：Fe－2e－===Fe2＋，D错误。
6.(2024·唐山丰润区高二期中)下列关于金属腐蚀与防护的说法不正确的是(　　)
A.图①，放置于干燥空气中的铁钉不易生锈
B.图②，若断开电源，钢闸门将发生吸氧
腐蚀
C.图②，若将钢闸门与电源的正极相连，
可防止钢闸门腐蚀
D.图③，若金属M比Fe活泼，可防止输水
管腐蚀
C
解析　潮湿空气中铁钉能发生吸氧腐蚀；干燥空气中无水，不能发生吸氧腐蚀，铁钉不易生锈，A正确；断开电源后，该装置为原电池装置，铁钉作负极，失电子被氧化，在海水中发生吸氧腐蚀，B正确；应该将钢铁闸门与电源的负极相连，可防止钢闸门腐蚀，防腐蚀原理为外加电流法，C错误；若金属M比铁活泼，将M与铁相连，为牺牲阳极法，可保护铁，D正确。
B级　素养培优练
7.(2024·德州一中高二月考)钢铁的防护有多种方法，下列
对于图中的防护方法描述不正确的是(　　)
A.a、b以导线连接，辅助电极发生氧化反应
B.a、b以导线连接或以电源连接，辅助电极的材料可
能都含有Zn
C.a、b分别连接直流电源，通电后外电路电子被强制流向钢铁闸门
D.a、b分别连接直流电源的负极、正极，该方法是牺牲阳极法
D
解析　a、b以导线连接，装置即为牺牲阳极法，则辅助电极活动性应该比铁强，作负极，发生氧化反应，A正确；a、b以导线连接或以电源连接，辅助电极都是发生氧化反应，Zn比较活泼，会失去电子，B正确；通电后，被保护的钢铁闸门作阴极，辅助电极作阳极，因此通电后外电路电子被强制从辅助电极流向钢铁闸门，使钢铁闸门得到保护，C正确；由于有外加电源，故此方法为外加电流法，D错误。
8.Ⅰ.某化学兴趣小组的同学学了金属的电化学腐蚀，对教材叙述[钢铁在酸性环境中发生析氢腐蚀；在酸性很弱或呈中性，溶有O2的环境中发生吸氧腐蚀；钢铁等金属的腐蚀主要为吸氧腐蚀]产生疑问，决定用数字化实验模拟探究钢铁在酸性环境下的腐蚀情况。
(1)用图1所示装置进行实验：打开a ________________
(填仪器名称)的活塞，加入1 mL溶液，测得压强随时间变化曲线如图2。
同学甲得出结论：酸性条件下，铁粉发生析氢腐蚀。
恒压滴液漏斗
解析　(1)图1所示装置a仪器名称为恒压滴液漏斗。
(2)同学乙认为甲的结论不科学，锥形瓶内压强变大还可能是
__________________________________________________________，
提出改进措施_______________________________________________。
改进后，再次实验，证明甲、乙的猜想均正确，请在图2绘制出改进后的曲线。
反应放热，温度升高使瓶内压强变大
在恒温装置中进行或在恒温槽中进行
解析　(2)同学乙认为甲的结论不科学，锥形瓶内压强变大除了生成气体以外，还可能是反应放热，温度升高使瓶内压强变大。因此，需要控制装置的温度，故可在恒温装置中进行或在恒温槽中进行。改进后，再次实验，证明甲、乙的猜想均正确，则改进后压强也随时间变大但小于改进前；在图2绘制出改进后的曲线具体见答案。
(3)同学丙认为甲、乙的实验不具代表
性，建议用不同浓度的酸进行实验。
在改进后的装置中分别用pH＝4、pH
＝6的硫酸实验，测定压强随时间变化
情况，结果如图3同学丙得出：酸性较
弱时，铁会发生吸氧腐蚀，其依据是
________________________________。
pH＝6时，装置中压强减小
解析　(3)同学丙认为甲、乙的实验不具代表性，建议用不同浓度的酸进行实验。在改进后的装置中分别用pH＝4、pH＝6的硫酸实验，测定压强随时间变化情况，结果如图3。同学丙得出：酸性较弱时，铁会发生吸氧腐蚀，其依据是：pH＝6时，装置中压强减小。
(4)对于图3中pH＝4时，铁是否发生了
腐蚀？同学们意见不统一，经讨论，
他们把压强传感器换成氧气传感器，
得出不同pH时装置中O2浓度随时间
的变化曲线如图4。
结合实验分析：pH＝4时，压强几乎
不随时间改变是因为_________________
_____________________________________________________________________。
综上，小组同学得出结论：教材表述科学严谨。
析氢腐蚀产生H2
与吸氧腐蚀消耗O2的体积相当(或析氢腐蚀与吸氧腐蚀的速率相当)
解析　(4)结合图4分析可知，pH＝4时，O2浓度随时间而减小，但是测得压强基本保持不变，因此分析可知发生析氢腐蚀产生H2与吸氧腐蚀消耗O2的体积相当(或析氢腐蚀与吸氧腐蚀的速率相当)。
Ⅱ.拓展研究
(5)某科研机构研究海洋钢架结构桥梁腐蚀，发现腐蚀最严重的是浪花飞溅区(海洋环境分区如图5)，请你解释原因_______________________________
______________________________________________________________________________________。
在浪花飞溅区，海水不断破坏桥
梁表面的腐蚀产物和保护涂层，使铁不断与氧气和水接触反应，所以浪花飞溅区腐蚀最严重
解析　(5)腐蚀最严重的是浪花飞溅区，原因可能为：在浪花飞溅区，海水不断破坏桥梁表面的腐蚀产物和保护涂层，使铁不断与氧气和水接触反应，所以浪花飞溅区腐蚀最严重。
(6)科学家还发现在O2浓度很小的海底也有厌
氧微生物(如硫酸盐还原菌SRB)对海洋钢制部
件的腐蚀，其原理如图6，已知溶液中的S2－完
全转化为FeS，请写出该铁合金腐蚀的总反应
________________________________________
(离子方程式)。
(7)请列举出生产生活中金属制品的防腐措施_____________________________
_____________________________________________________(任写一点即可)。
金属刷油漆(外加涂层)、
制不锈钢、电化学保护法等基础课时27　金属的腐蚀与防护
学习目标　1.认识金属腐蚀的危害，能利用原电池原理解释电化学腐蚀的原因。2.能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。3.了解金属腐蚀的防护方法。
一、金属的腐蚀
(一)知识梳理
1.金属的腐蚀
(1)定义：金属或合金与周围的______________发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
(2)分类
①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。
②电化学腐蚀：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。
2.钢铁的电化学腐蚀
　　类别 项目　　 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
图形描述
条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性
负极 Fe－2e－===Fe2＋
正极 2H＋＋2e－===H2↑
总反应 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
后续反应 最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
(二)互动探究
图一、图二是铁钉在不同的水溶液中被腐蚀的实验。
【问题讨论】
问题1　图一实验显示数天后，试管内液面上升，解释其原因。
________________________________________________________________
________________________________________________________________
问题2　图二实验显示试管内液面稍有下降，则说明发生了什么腐蚀？
________________________________________________________________
________________________________________________________________
问题3　铁的腐蚀以哪种类型为主？为什么？
________________________________________________________________
________________________________________________________________
【探究归纳】
金属的化学腐蚀和电化学腐蚀的联系和区别
化学腐蚀 电化学腐蚀
吸氧腐蚀 析氢腐蚀
条件 金属与干燥气体或非电解质液体等直接接触 水膜中溶有O2，酸性很弱或呈中性 水膜酸性较强
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
反应式(以铁腐蚀为例) 2Fe＋3Cl2===2FeCl3 负极：2Fe－4e－===2Fe2＋
正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 正极：4H＋＋4e－===2H2↑
联系 两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍、危害更大
1.(2024·北京海淀区高二期中)用如下装置进行铁的电化学腐蚀实验。下列说法正确的是(　　)
A.铁发生的电极反应：Fe－3e－===Fe3＋
B.铁腐蚀过程中，化学能转化为热能
C.炭粉的存在对铁腐蚀的速率无影响
D.导管口产生气泡证明铁发生了析氢腐蚀
2.如图，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4的雨水和生铁片。实验观察到开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。下列说法正确的是(　　)
A.生铁片中的碳是原电池的负极，发生氧化反应
B.雨水酸性较强，生铁片始终发生析氢腐蚀
C.墨水回升时，碳电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D.具支试管中溶液酸性增强
3.某校化学兴趣小组在一定条件下，研究发现碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下表所示：
pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14
腐蚀快慢 较快 慢 较快
主要产物 Fe2＋ Fe2O4 Fe2O3 FeO
下列说法不正确的是(　　)
A.当pH＜4时，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋
B.当pH＞6时，碳钢主要发生析氢腐蚀
C.当pH＞14时，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D.在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓
4.(2024·青岛三中高二期中)研究小组将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)，从胶头滴管中滴入醋酸溶液，容器中的压强随时间的变化曲线如图2，下列说法不正确的是(　　)
A.铁粉发生反应：Fe－2e－===Fe2＋
B.t1～t2时碳粉上发生了还原反应
C.0～t1时压强增大的原因一定是铁发生了析氢腐蚀
D.t2时，容器中压强明显小于起始压强，原因是铁发生了吸氧腐蚀
【题后归纳】　金属的腐蚀类题目的解题思路
(1)正确判断金属的腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀。发生原电池反应引起的腐蚀为电化学腐蚀，无原电池反应发生的腐蚀为化学腐蚀。
(2)正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、中性溶液中发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液中发生析氢腐蚀。
(3)根据金属活动性顺序表分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀。金属活动性顺序表中氢前面的金属，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀，在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀；金属活动性顺序在氢后面的金属只可能发生吸氧腐蚀。
二、金属的防护
(一)知识梳理
金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。
1.改变金属材料的组成
在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金。如普通钢加入________、________制成不锈钢，________合金不仅具有优异的抗腐蚀性能且具有良好的生物相容性。
2.在金属表面覆盖保护层
在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如，在钢铁制品表面喷油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷等；电镀锌、锡、铬、镍等，利用化学方法、离子注入法、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。
3.电化学保护法
金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极(阳极)的金属被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为阴极，就不易被腐蚀。
(1)牺牲阳极法
原理 ________原理
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
图示
(2)外加电流法
原理 电解池原理
要求 被保护的金属作为阴极，与电源的________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
图示
(二)互动探究
实验Ⅰ：如图装置反应一段时间后，往Fe电极区滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液。观察到的现象是：Zn片逐渐溶解，电流表指针发生偏转，铁电极表面有气泡产生，铁电极附近没有蓝色沉淀生成。
实验Ⅱ：在两个培养皿中分别放入含有NaCl的琼脂，并注入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液混合均匀，取两个2～3 cm的铁钉，用砂纸擦光，将裹有锌皮的铁钉放入a，缠有铜丝的铁钉放入b。
实验现象：a中铁钉周围变红。b中铁钉周围生成蓝色沉淀，铜丝周围变红。
【问题讨论】
问题1　实验Ⅰ中，电流表指针发生偏转，说明该装置产生了电流，试分别判断两极并写出电极反应式。
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问题2　已知：Fe2＋与K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)反应生成带有特征蓝色的KFe[Fe(CN)6]沉淀，依据实验Ⅰ中的实验现象，你得出的实验结论是什么？
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问题3　实验Ⅱ中，a中铁钉周围变红及b中铁钉周围生成蓝色沉淀的原因是什么？
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问题4　由实验Ⅱ的实验现象，你得出的实验结论是什么？
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【探究归纳】
1.金属防护措施
2.金属电化学防护方法的比较
比较项目 牺牲阳极法 外加电流法
是否外接电源 否 是
所用的原理 原电池原理 电解池原理
两个电极 的材料 正极：被保护金属 负极：比被保护金属活泼的金属 被保护金属与外接电源的负极相连作阴极，惰性电极与外接电源正极相连作阳极
保护效果 外加电流法的保护效果比牺牲阳极法的保护效果更好
5.下列金属防腐的措施中，使用外加电流法的是(　　)
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
6.下列防止钢铁腐蚀的方法中，属于牺牲阳极法的是(　　)
7.下列各种情况中，Fe片腐蚀速率由慢到快的顺序是(　　)
A.⑤②①③④ B.⑤①②④③
C.④②①③⑤ D.④③①②⑤
8.甲、乙同学分别用下图所示装置验证铁的电化学防护原理。
相同时间后进行如下实验
实验①：甲同学分别向Ⅰ、Ⅱ中Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ中产生蓝色沉淀，Ⅱ中无沉淀。
实验②：乙同学分别取Ⅰ、Ⅱ中Fe电极附近溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ、Ⅱ中均无沉淀。
下列说法正确的是(　　)
A.Ⅰ是牺牲阳极法，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B.Ⅱ为外加电流法，Fe电极与外接电源的正极相连
C.由实验①中Ⅰ、Ⅱ现象的差异，推测K3[Fe(CN)6]在Ⅰ中氧化性强于Ⅱ
D.由实验可知，两种保护法均能保护Fe，且Ⅱ保护得更好
【题后归纳】　金属腐蚀的快慢比较
(1)在同一种电解质的溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序：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。
(2)在不同溶液中，金属在电解质溶液中的腐蚀＞金属在非电解质溶液中的腐蚀；在浓度相同的电解质溶液中，金属在强电解质溶液中的腐蚀＞金属在弱电解质溶液中的腐蚀。
(3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
：课后完成　第四章　基础课时27
高考真题体验(四)
章末测评验收卷(四)
模块测评验收卷基础课时27　金属的腐蚀与防护
学习目标　1.认识金属腐蚀的危害，能利用原电池原理解释电化学腐蚀的原因。2.能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。3.了解金属腐蚀的防护方法。
一、金属的腐蚀
(一)知识梳理
1.金属的腐蚀
(1)定义：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
(2)分类
①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。
②电化学腐蚀：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。
2.钢铁的电化学腐蚀
　　类别 项目　　 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
图形描述
条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性
负极 Fe－2e－===Fe2＋
正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
后续反应 最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
(二)互动探究
图一、图二是铁钉在不同的水溶液中被腐蚀的实验。
【问题讨论】
问题1　图一实验显示数天后，试管内液面上升，解释其原因。
提示　铁钉发生吸氧腐蚀，O2＋4e－＋2H2O===4OH－，试管内气压减小，试管内液面上升。
问题2　图二实验显示试管内液面稍有下降，则说明发生了什么腐蚀？
提示　说明发生了析氢腐蚀， 2H＋＋2e－===H2↑，试管内气压增大。
问题3　铁的腐蚀以哪种类型为主？为什么？
提示　由于钢铁通常所处的外部环境干燥程度较低，氧气的存在又比较广泛，所以钢铁主要是电化学腐蚀，其次为化学腐蚀，又因为钢铁表面一般不会遇到酸性较强的溶液，故吸氧腐蚀是钢铁腐蚀的主要形式。
【探究归纳】
金属的化学腐蚀和电化学腐蚀的联系和区别
化学腐蚀 电化学腐蚀
吸氧腐蚀 析氢腐蚀
条件 金属与干燥气体或非电解质液体等直接接触 水膜中溶有O2，酸性很弱或呈中性 水膜酸性较强
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
反应式(以铁腐蚀为例) 2Fe＋3Cl2===2FeCl3 负极：2Fe－4e－===2Fe2＋
正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 正极：4H＋＋4e－===2H2↑
联系 两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍、危害更大
1.(2024·北京海淀区高二期中)用如下装置进行铁的电化学腐蚀实验。下列说法正确的是(　　)
A.铁发生的电极反应：Fe－3e－===Fe3＋
B.铁腐蚀过程中，化学能转化为热能
C.炭粉的存在对铁腐蚀的速率无影响
D.导管口产生气泡证明铁发生了析氢腐蚀
答案　B
解析　铁发生的电极反应：Fe－2e－===Fe2＋，A错误；铁腐蚀过程中，试管发热，说明化学能转化为热能，B正确；铁粉、炭粉、氯化钠溶液构成原电池，炭粉的存在加快铁腐蚀的速率，C错误；铁腐蚀过程中，试管内温度升高，气体膨胀，导管口产生气泡不能证明铁发生了析氢腐蚀，D错误。
2.如图，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4的雨水和生铁片。实验观察到开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。下列说法正确的是(　　)
A.生铁片中的碳是原电池的负极，发生氧化反应
B.雨水酸性较强，生铁片始终发生析氢腐蚀
C.墨水回升时，碳电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D.具支试管中溶液酸性增强
答案　C
解析　pH＝4的雨水显酸性，则生铁片先发生析氢腐蚀，铁为负极发生氧化反应，随着反应的进行，雨水中的氢离子浓度逐渐降低，生铁片发生吸氧腐蚀，整个过程中碳为正极，具支试管中溶液酸性减弱，A、B、D错误；发生析氢腐蚀时导管内液面下降，发生吸氧腐蚀时导管内液面回升，碳电极为正极，液面回升时碳电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确。
3.某校化学兴趣小组在一定条件下，研究发现碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下表所示：
pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14
腐蚀快慢 较快 慢 较快
主要产物 Fe2＋ Fe2O4 Fe2O3 FeO
下列说法不正确的是(　　)
A.当pH＜4时，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋
B.当pH＞6时，碳钢主要发生析氢腐蚀
C.当pH＞14时，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D.在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓
答案　B
解析　当pH＜4溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀，负极电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极上电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A正确；当pH＞6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀，负极电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极上电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B错误；在pH＞14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；在煮沸除氧气后的碱性溶液中，正极上氧气生成氢氧根离子速率减小，所以碳钢腐蚀速率会减缓，D正确。
4.(2024·青岛三中高二期中)研究小组将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)，从胶头滴管中滴入醋酸溶液，容器中的压强随时间的变化曲线如图2，下列说法不正确的是(　　)
A.铁粉发生反应：Fe－2e－===Fe2＋
B.t1～t2时碳粉上发生了还原反应
C.0～t1时压强增大的原因一定是铁发生了析氢腐蚀
D.t2时，容器中压强明显小于起始压强，原因是铁发生了吸氧腐蚀
答案　C
解析　由图2可知，0～t1时锥形瓶中气体压强增大，说明铁与醋酸溶液反应生成氢气使锥形瓶内气体的物质的量增大，反应生成的氢气可能是铁直接与醋酸发生化学腐蚀而得，也可能是铁、碳在醋酸溶液中构成原电池，铁发生析氢腐蚀而得；t1以后，锥形瓶内气体压强减小，铁、碳在溶液中构成原电池，铁发生吸氧腐蚀导致容器内氧气的物质的量减小；t2时，锥形瓶中压强明显小于起始压强，说明铁、碳在溶液中构成原电池，铁发生了吸氧腐蚀。
【题后归纳】　金属的腐蚀类题目的解题思路
(1)正确判断金属的腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀。发生原电池反应引起的腐蚀为电化学腐蚀，无原电池反应发生的腐蚀为化学腐蚀。
(2)正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、中性溶液中发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液中发生析氢腐蚀。
(3)根据金属活动性顺序表分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀。金属活动性顺序表中氢前面的金属，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀，在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀；金属活动性顺序在氢后面的金属只可能发生吸氧腐蚀。
二、金属的防护
(一)知识梳理
金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。
1.改变金属材料的组成
在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金。如普通钢加入镍、铬制成不锈钢，钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性能且具有良好的生物相容性。
2.在金属表面覆盖保护层
在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如，在钢铁制品表面喷油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷等；电镀锌、锡、铬、镍等，利用化学方法、离子注入法、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。
3.电化学保护法
金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极(阳极)的金属被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为阴极，就不易被腐蚀。
(1)牺牲阳极法
原理 原电池原理
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
图示
(2)外加电流法
原理 电解池原理
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
图示
(二)互动探究
实验Ⅰ：如图装置反应一段时间后，往Fe电极区滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液。观察到的现象是：Zn片逐渐溶解，电流表指针发生偏转，铁电极表面有气泡产生，铁电极附近没有蓝色沉淀生成。
实验Ⅱ：在两个培养皿中分别放入含有NaCl的琼脂，并注入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液混合均匀，取两个2～3 cm的铁钉，用砂纸擦光，将裹有锌皮的铁钉放入a，缠有铜丝的铁钉放入b。
实验现象：a中铁钉周围变红。b中铁钉周围生成蓝色沉淀，铜丝周围变红。
【问题讨论】
问题1　实验Ⅰ中，电流表指针发生偏转，说明该装置产生了电流，试分别判断两极并写出电极反应式。
提示　Zn作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋
Fe作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
问题2　已知：Fe2＋与K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)反应生成带有特征蓝色的KFe[Fe(CN)6]沉淀，依据实验Ⅰ中的实验现象，你得出的实验结论是什么？
提示　溶液中不含Fe2＋，说明铁电极未被腐蚀，铁电极(即原电池的正极)受到了保护。
问题3　实验Ⅱ中，a中铁钉周围变红及b中铁钉周围生成蓝色沉淀的原因是什么？
提示　a中铁钉作原电池的正极，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，铁钉周围酚酞遇碱变红色；b中铁钉作原电池的负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，铁钉周围生成的Fe2＋与K3[Fe(CN)6]反应生成KFe[Fe(CN)6]蓝色沉淀。
问题4　由实验Ⅱ的实验现象，你得出的实验结论是什么？
提示　铁作原电池负极易被腐蚀，而作原电池正极，则受到保护而不被腐蚀。
【探究归纳】
1.金属防护措施
2.金属电化学防护方法的比较
比较项目 牺牲阳极法 外加电流法
是否外接电源 否 是
所用的原理 原电池原理 电解池原理
两个电极的材料 正极：被保护金属 负极：比被保护金属活泼的金属 被保护金属与外接电源的负极相连作阴极，惰性电极与外接电源正极相连作阳极
保护效果 外加电流法的保护效果比牺牲阳极法的保护效果更好
5.下列金属防腐的措施中，使用外加电流法的是(　　)
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
答案　A
解析　B、C项措施均为在金属表面覆盖保护层的化学防腐蚀的保护法；D项是利用原电池原理的牺牲阳极法；A项钢闸门连接电源负极，属于使用外加电流法的防腐措施。
6.下列防止钢铁腐蚀的方法中，属于牺牲阳极法的是(　　)
答案　B
解析　牺牲阳极法属于原电池保护。选项A中铁管道为阴极，该方法属于外加电流法，A错误；选项B中Mg作负极，对作正极的钢铁水管起到保护作用，属于牺牲阳极法，B正确；钢闸门在阳极发生氧化反应，加快钢闸门腐蚀，C错误；喷油漆属于在金属表面覆盖保护层，D错误。
7.下列各种情况中，Fe片腐蚀速率由慢到快的顺序是(　　)
A.⑤②①③④ B.⑤①②④③
C.④②①③⑤ D.④③①②⑤
答案　D
解析　根据装置图知，②③装置是原电池，在②中金属铁作负极被腐蚀，在③中金属铁作正极被保护，所以铁的腐蚀速率：②＞③；④⑤装置是电解池，④中金属铁为阴极被保护，⑤中金属铁为阳极被腐蚀，即铁的腐蚀速率：⑤＞④；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＞有防腐蚀措施的腐蚀，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，则铁腐蚀速率由慢到快的顺序为④③①②⑤。
8.甲、乙同学分别用下图所示装置验证铁的电化学防护原理。
相同时间后进行如下实验
实验①：甲同学分别向Ⅰ、Ⅱ中Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ中产生蓝色沉淀，Ⅱ中无沉淀。
实验②：乙同学分别取Ⅰ、Ⅱ中Fe电极附近溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ、Ⅱ中均无沉淀。
下列说法正确的是(　　)
A.Ⅰ是牺牲阳极法，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B.Ⅱ为外加电流法，Fe电极与外接电源的正极相连
C.由实验①中Ⅰ、Ⅱ现象的差异，推测K3[Fe(CN)6]在Ⅰ中氧化性强于Ⅱ
D.由实验可知，两种保护法均能保护Fe，且Ⅱ保护得更好
答案　D
解析　由图Ⅰ可知，Fe电极是正极，Zn电极是负极，属于牺牲阳极法，由于电解质溶液呈酸性，故正极上氢离子得电子，负极是Zn失去电子，反应为Zn－2e－===Zn2＋，A错误；外加电流法中要保护的电极应与外接电源的负极相连，即Fe电极与外接电源的负极相连，B错误；由于Ⅰ中Fe电极与电解质溶液直接接触，会有少量的Fe直接与酸反应生成Fe2＋，与K3[Fe(CN)6]在Ⅰ、Ⅱ中的氧化性无关，C错误；对比Ⅰ、Ⅱ现象的差异可知，两种保护法均能保护Fe，且电解法保护的更好，即Ⅱ保护得更好，D正确。
【题后归纳】　金属腐蚀的快慢比较
(1)在同一种电解质的溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序：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。
(2)在不同溶液中，金属在电解质溶液中的腐蚀＞金属在非电解质溶液中的腐蚀；在浓度相同的电解质溶液中，金属在强电解质溶液中的腐蚀＞金属在弱电解质溶液中的腐蚀。
(3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)金属的腐蚀
1.判断正误(正确划“√”，错误划“×”)。
(1)无论化学腐蚀还是电化学腐蚀，金属的腐蚀都是金属失电子被氧化的过程(　　)
(2)干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀(　　)
(3)纯铁不易腐蚀，生铁易腐蚀，是因为生铁中含碳能形成原电池发生电化学腐蚀(　　)
(4)铁的电化学腐蚀负极反应为Fe－3e－===Fe3＋(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×
2.(2024·北京房山中学高二期中)下列与金属腐蚀有关的说法中，不正确的是(　　)
A.铝不易与氧气发生反应，具有很强的抗腐蚀能力
B.钢铁在潮湿空气中生锈属于电化学腐蚀
C.电化学腐蚀一般可分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀
D.金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化的过程
答案　A
解析　铝的表面易形成致密的氧化膜，氧化膜能保护内部金属不被腐蚀，所以铝具有很强的抗腐蚀能力，A错误。
3.(2024·成都石室中学高二月考)将铜丝缠绕在铁钉上，进行如图所示的实验，下列对实验现象的解释不合理的是(　　)
A.向铜丝周围滴加两滴酚酞出现红色：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B.铁钉溶解：Fe－2e－===Fe2＋
C.向铁钉周围滴加两滴铁氰化钾出现蓝色：Fe2＋＋K＋＋[Fe(CN)6]3－===KFe[Fe(CN)6]↓
D.一段时间后会出现白色沉淀：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓
答案　A
解析　缠绕铜丝的铁钉在氯化钠溶液中发生吸氧腐蚀，铜丝为正极，氧气在正极得电子发生还原反应的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－， A错误；铁钉发生吸氧腐蚀，铁钉作负极发生氧化反应的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，B正确；铁钉溶解产生Fe2＋，Fe2＋遇到铁氰化钾出现蓝色的离子方程式为Fe2＋＋K＋＋[Fe(CN)6]3－===KFe[Fe(CN)6]↓，C正确；根据铁的吸氧腐蚀负极产生的Fe2＋和正极产生的OH－不共存，能生成Fe(OH)2白色沉淀的离子方程式为Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓，D正确。
(二)腐蚀快慢的比较与判断
4.相同材质的铁在图中的四种情况下最易被腐蚀的是(　　)
答案　A
解析　A项，食醋为酸性溶液，提供电解质溶液环境，铁勺和铜盆是相互接触的两个金属板，构成原电池的两极，形成原电池，酸性溶液中，铁是活泼金属，作负极，腐蚀快；B项，铁炒锅和铁铲都是铁碳合金，食盐水提供电解质环境，虽然符合原电池形成的条件，但腐蚀相对A中酸性溶液较慢；C项，铜镀层将铁球覆盖，使铁被保护，所以铁不易被腐蚀；D项，酸雨提供电解质溶液环境，铁铆钉和锌板分别作正、负极，形成原电池，铁被保护。综合上述，最易被腐蚀的是A。
(三)金属的防护
5.下列有关钢铁的电化学腐蚀及防护描述正确的是(　　)
A.可利用上图装置保护钢闸门
B.镀层破坏后，白铁(镀锌铁)比马口铁(镀锡铁)的腐蚀速率更快
C.阴极保护法中的牺牲阳极法和外加电流法都要采用辅助阳极，两种方法中的辅助阳极上发生的电极反应类型相同
D.钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
答案　C
解析　该装置为电解池，钢闸门连接电源正极做电解池的阳极，铁失电子生成亚铁离子，加速腐蚀，不能保护钢闸门，A错误；镀层破坏后，白铁(镀锌铁)中锌的活泼性比铁的强，铁做正极被保护，马口铁(镀锡铁)中铁的活泼性比锡强，铁做负极被腐蚀，则镀层破坏后马口铁的腐蚀速率更快，B错误；牺牲阳极法是原电池原理，将被保护的金属作为正极，被保护；外加电流法是电解池原理，将被保护的金属作为阴极，被保护，都是发生还原反应，C正确；钢铁发生电化学腐蚀的负极铁单质失去电子生成亚铁离子，负极的反应式：Fe－2e－===Fe2＋，D错误。
6.(2024·唐山丰润区高二期中)下列关于金属腐蚀与防护的说法不正确的是(　　)
A.图①，放置于干燥空气中的铁钉不易生锈
B.图②，若断开电源，钢闸门将发生吸氧腐蚀
C.图②，若将钢闸门与电源的正极相连，可防止钢闸门腐蚀
D.图③，若金属M比Fe活泼，可防止输水管腐蚀
答案　C
解析　潮湿空气中铁钉能发生吸氧腐蚀；干燥空气中无水，不能发生吸氧腐蚀，铁钉不易生锈，A正确；断开电源后，该装置为原电池装置，铁钉作负极，失电子被氧化，在海水中发生吸氧腐蚀，B正确；应该将钢铁闸门与电源的负极相连，可防止钢闸门腐蚀，防腐蚀原理为外加电流法，C错误；若金属M比铁活泼，将M与铁相连，为牺牲阳极法，可保护铁，D正确。
B级　素养培优练
7.(2024·德州一中高二月考)钢铁的防护有多种方法，下列对于图中的防护方法描述不正确的是(　　)
A.a、b以导线连接，辅助电极发生氧化反应
B.a、b以导线连接或以电源连接，辅助电极的材料可能都含有Zn
C.a、b分别连接直流电源，通电后外电路电子被强制流向钢铁闸门
D.a、b分别连接直流电源的负极、正极，该方法是牺牲阳极法
答案　D
解析　a、b以导线连接，装置即为牺牲阳极法，则辅助电极活动性应该比铁强，作负极，发生氧化反应，A正确；a、b以导线连接或以电源连接，辅助电极都是发生氧化反应，Zn比较活泼，会失去电子，B正确；通电后，被保护的钢铁闸门作阴极，辅助电极作阳极，因此通电后外电路电子被强制从辅助电极流向钢铁闸门，使钢铁闸门得到保护，C正确；由于有外加电源，故此方法为外加电流法，D错误。
8.Ⅰ.某化学兴趣小组的同学学了金属的电化学腐蚀，对教材叙述[钢铁在酸性环境中发生析氢腐蚀；在酸性很弱或呈中性，溶有O2的环境中发生吸氧腐蚀；钢铁等金属的腐蚀主要为吸氧腐蚀]产生疑问，决定用数字化实验模拟探究钢铁在酸性环境下的腐蚀情况。
(1)用图1所示装置进行实验：打开a________(填仪器名称)的活塞，加入1 mL溶液，测得压强随时间变化曲线如图2。
同学甲得出结论：酸性条件下，铁粉发生析氢腐蚀。
(2)同学乙认为甲的结论不科学，锥形瓶内压强变大还可能是__________________________________________________________，
提出改进措施_______________________________________________。
改进后，再次实验，证明甲、乙的猜想均正确，请在图2绘制出改进后的曲线。
(3)同学丙认为甲、乙的实验不具代表性，建议用不同浓度的酸进行实验。在改进后的装置中分别用pH＝4、pH＝6的硫酸实验，测定压强随时间变化情况，结果如图3同学丙得出：酸性较弱时，铁会发生吸氧腐蚀，其依据是__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(4)对于图3中pH＝4时，铁是否发生了腐蚀？同学们意见不统一，经讨论，他们把压强传感器换成氧气传感器，得出不同pH时装置中O2浓度随时间的变化曲线如图4。
结合实验分析：pH＝4时，压强几乎不随时间改变是因为__________________________________________________________。
综上，小组同学得出结论：教材表述科学严谨。
Ⅱ.拓展研究
(5)某科研机构研究海洋钢架结构桥梁腐蚀，发现腐蚀最严重的是浪花飞溅区(海洋环境分区如图5)，请你解释原因_______________________________
__________________________________________________________。
(6)科学家还发现在O2浓度很小的海底也有厌氧微生物(如硫酸盐还原菌SRB)对海洋钢制部件的腐蚀，其原理如图6，已知溶液中的S2－完全转化为FeS，请写出该铁合金腐蚀的总反应___________________________________________
__________________________________________________(离子方程式)。
(7)请列举出生产生活中金属制品的防腐措施_______________________
_______________________________________________(任写一点即可)。
答案　(1)恒压滴液漏斗
(2)反应放热，温度升高使瓶内压强变大　在恒温装置中进行或在恒温槽中进行
(3)pH＝6时，装置中压强减小
(4)析氢腐蚀产生H2与吸氧腐蚀消耗O2的体积相当(或析氢腐蚀与吸氧腐蚀的速率相当)
(5)在浪花飞溅区，海水不断破坏桥梁表面的腐蚀产物和保护涂层，使铁不断与氧气和水接触反应，所以浪花飞溅区腐蚀最严重
(6)4Fe＋4H2O＋SO3Fe(OH)2＋FeS＋2OH－
(7)金属刷油漆(外加涂层)、制不锈钢、电化学保护法等
解析　(1)图1所示装置a仪器名称为恒压滴液漏斗。(2)同学乙认为甲的结论不科学，锥形瓶内压强变大除了生成气体以外，还可能是反应放热，温度升高使瓶内压强变大。因此，需要控制装置的温度，故可在恒温装置中进行或在恒温槽中进行。改进后，再次实验，证明甲、乙的猜想均正确，则改进后压强也随时间变大但小于改进前；在图2绘制出改进后的曲线具体见答案。(3)同学丙认为甲、乙的实验不具代表性，建议用不同浓度的酸进行实验。在改进后的装置中分别用pH＝4、pH＝6的硫酸实验，测定压强随时间变化情况，结果如图3。同学丙得出：酸性较弱时，铁会发生吸氧腐蚀，其依据是：pH＝6时，装置中压强减小。(4)结合图4分析可知，pH＝4时，O2浓度随时间而减小，但是测得压强基本保持不变，因此分析可知发生析氢腐蚀产生H2与吸氧腐蚀消耗O2的体积相当(或析氢腐蚀与吸氧腐蚀的速率相当)。(5)腐蚀最严重的是浪花飞溅区，原因可能为：在浪花飞溅区，海水不断破坏桥梁表面的腐蚀产物和保护涂层，使铁不断与氧气和水接触反应，所以浪花飞溅区腐蚀最严重。(6)科学家还发现在O2浓度很小的海底也有厌氧微生物(如硫酸盐还原菌SRB)对海洋钢制部件的腐蚀，其原理如图6，已知溶液中的S2－完全转化为FeS，结合得失电子守恒和原子守恒写出该铁合金腐蚀的总反应：4Fe＋4H2O＋SO3Fe(OH)2＋FeS＋2OH－。

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