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第四节　金属的电化学腐蚀与防护
【学习目标】
1.认识金属腐蚀的危害，并能解释金属发生电化学腐蚀的原因，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。
2.熟知金属腐蚀的防护方法。
一　金属的腐蚀
【新知导学】
1．回答下列问题：
(1)铁与氯气反应的化学方程式是__________________________________；纯锌片与盐酸反应的离子方程式是________________________________；上述两反应过程________(填“是”或“不是”)原电池反应。
(2)铁制品在潮湿的环境中比在干燥的环境中____生锈，其原因是______________________________________________________。
2．金属的腐蚀
(1)概念：金属与周围的________________________发生____________反应而引起损耗的现象。
(2)根据与金属接触的________________不同，金属腐蚀可分为两类：
①化学腐蚀：金属与接触到的________气体(如O2、Cl2、SO2等)或____________液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而________。
②电化学腐蚀：________的金属跟________溶液接触时，会发生________反应，比较________的金属________电子而被氧化。
(3)用铝制饭盒盛放醋酸，一段时间后，饭盒被腐蚀，这种腐蚀属于____________，反应的化学方程式为______________________________________________________；若用铝制饭盒盛放食盐(含水时)，一段时间后，饭盒被腐蚀，这种腐蚀属于________________，反应原理是(写电极反应式和总反应式)：_____________________________________________。
3．钢铁的电化学腐蚀
根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，如下图所示：
　
(1)钢铁的析氢腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液________较强时，腐蚀过程中有H2放出。Fe是负极，C是正极。发生的电极反应式及总反应式为
负极：________________________________________________________________________；
正极：________________________________________________________________________；
总反应：________________________________________________________________________。
(2)钢铁的吸氧腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液呈______或呈________并溶有一定量的O2时，将会发生吸氧腐蚀。发生的电极反应式及总反应式为
负极：________________________________________________________________________；
正极：________________________________________________________________________；
总反应：________________________________________________________________________。
铁锈(Fe2O3·xH2O)的形成：________________________________________________
________________________________________________________________________。
【归纳总结】
1.金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。
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
金属跟非金属单质或非电解质液体直接接触
不纯金属或合金跟电解质溶液接触
现象
无电流产生
有微弱电流产生
本质
金属被氧化
较活泼金属被氧化
两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀
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
Fe－2e－===Fe2＋
正极
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应式
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
吸氧腐蚀更普遍
提示　(1)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)金属活动顺序表中氢之前、镁之后金属的电化学腐蚀与钢铁的电化学腐蚀相似。
【活学活用】
1．下列关于金属腐蚀的说法正确的是(　　)
A．金属在潮湿空气中腐蚀的实质是M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑
B．金属的化学腐蚀的实质是M－ne－===Mn＋，电子直接转移给氧化剂
C．金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行
D．在潮湿的环境中，金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀
2．如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4的雨水和生铁片。观察到：开始导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。以下有关解释合理的是(　　)
A．生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应
B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀
C．墨水回升时，碳极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．具支试管中溶液pH逐渐减小
二　金属的防护方法
【新知导学】
1．金属的防护
2．电化学保护法
(1)为了减小某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用____(填字母)，此方法叫做______________保护法。
A．铜
B．钠
C．锌
D．石墨
(2)图乙所示的方案也可以减慢铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的________极，此方法叫做________________保护法。
【归纳总结】
1.金属的电化学防护方法
类型
方法
原理
实例
牺牲阳极的阴极保护法
在被保护的设备上装上比它________的金属
被保护的金属作原电池的________
船舶的外壳上装锌块
外加电流的阴极保护法
将被保护的设备与惰性电极置于电解质溶液里，接上____________
被保护的金属作电解池的________
保护海水中的钢闸门
2.判断金属腐蚀快慢的方法
(1)同一金属在相同电解质溶液中，金属腐蚀的快慢是电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。
(2)同一金属在相同电解质溶液中，电解质浓度越大，腐蚀越快。
(3)同一金属在不同电解质溶液中，金属腐蚀的快慢是强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
【活学活用】
3．为了防止钢铁锈蚀，下列防护方法中正确的是(　　)
A．在精密机床的铁床上安装铜螺钉
B．在排放海水的钢铁闸门上用导线连接一块石墨，一同浸入海水中
C．在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里
D．在地下输油的铸铁管上接直流电源的正极
4．下列关于如图所示的实验装置的判断中错误的是(　　)
A．若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀
B．若X为锌棒，开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀
C．若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法
D．若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
【学习小结】
【达标检测】
1．下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是(　　)
A．纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗
B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用
C．海轮外壳连接锌块以保护外壳不受腐蚀
D．可将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀
2．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．正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成
C．若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈
D．分别向铁、石墨电极附近吹入O2，前者铁锈出现得快
3．关于钢铁腐蚀与防护的说法不正确的是(　　)
A．钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的负极反应式均为Fe－2e－===Fe2＋
B．钢铁发生吸氧腐蚀时，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．地下钢管连接镁块是采用牺牲阳极的阴极保护法
D．用外加电流的阴极保护法防止钢铁腐蚀时，钢铁接电源的正极
4．根据下图，下列判断中正确的是(　　)
A．烧杯a中的溶液pH降低
B．烧杯b中发生氧化反应
C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
5．回答下列问题：
(1)如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。
①该电化腐蚀称为______________。
②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是________(填字母)。
③以锌为负极，采用牺牲阳极的阴极保护法防止铁闸的腐蚀，图中锌块的固定位置最好应在________处(填字母)。
(2)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成如图防腐示意图，并作相应标注：
(3)下图所示的各容器中均盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是__________________。
(4)如图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中，下列分析正确的是________(填字母)。
A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高
C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法
D．K2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001
mol气体
答案精析
一
新知导学
1．(1)2Fe＋3Cl22FeCl3　Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑　不是　(2)易　铁制品中含有杂质碳，在潮湿环境下的电解质溶液中构成原电池，加快了铁被氧化的反应速率
2．(1)气体或液体物质　氧化还原　(2)气体或液体物质　①干燥　非电解质　加快　②不纯　电解质　原电池　活泼　失去　(3)化学腐蚀　2Al＋6CH3COOH===2(CH3COO)3Al＋3H2↑　电化学腐蚀　负极：Al－3e－===Al3＋，正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，总反应：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3
3．(1)酸性　Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑　(2)中性　弱酸性　2Fe－4e－===2Fe2＋　2H2O＋O2＋4e－===4OH－　2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2　2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
活学活用
1．B　[金属腐蚀的实质是金属失去电子，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀放出H2，而在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀，析氢腐蚀和吸氧腐蚀均属于电化学腐蚀。]
2．C　[生铁片中的碳是原电池的正极，A错误；雨水酸性较强，开始时铁片发生析氢腐蚀，产生氢气，导管内液面下降，一段时间后铁片发生吸氧腐蚀，吸收氧气，导管内液面回升，B错误；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管中溶液pH均增大，D错误。]
二
新知导学
1．正极　阴极
2．(1)C　牺牲阳极的阴极　(2)负　外加电流的阴极
归纳总结
1．(从左到右，从上到下)更活泼　正极　外加直流电源　阴极
活学活用
3．C　[A、B中形成的原电池都是铁作负极，加速钢铁腐蚀；D中铸铁管作阳极，加速腐蚀；C中锌比铁活泼，铁作正极。]
4．D　[若X为碳棒，开关K置于A处，Fe作电解池的阴极，属外加电流的阴极保护法，A项正确；若X为碳棒，开关K置于B处，Fe作原电池的负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，D项不正确；若X为锌棒，K置于A处，Fe作电解池的阴极，属外加电流的阴极保护法，K置于B处时，Fe作原电池的正极，属牺牲阳极的阴极保护法，B项和C项均正确。]
达标检测　提升技能
1．B　[银器在空气中久置会被氧化变黑，为化学腐蚀，A正确；当镀层破损时，Sn、Fe可形成原电池，Fe为负极，不再起到保护作用，B错；Fe与Zn块形成原电池，Zn作负极，从而保护Fe(正极)，C正确；外加电流的阴极保护法应使被保护对象与直流电源的负极相连，故D正确。]
2．D　[铁是负极，失电子被氧化成Fe2＋，在正极氧气得电子发生还原反应生成OH－，反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A项正确；将氧气吹向石墨电极的腐蚀速率比吹向铁电极快，D项错误；向自来水中加入NaCl(s)，可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率，C项正确；但若将石墨电极换成Mg电极，则负极为Mg，Fe被保护，难以看到铁生锈，B项正确。]
3．D　[钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀都是铁失去电子作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，钢铁发生吸氧腐蚀时O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A、B正确；地下钢管连接镁块，镁比铁活泼，作负极，铁作正极得到保护，C正确；用外加电流的阴极保护法防止钢铁腐蚀时，钢铁连接电源的负极，D错误。]
4．B
5．(1)①吸氧腐蚀　②B　③C
(2)　(3)④>②>①>③　(4)B
解析　(1)①金属在中性或较弱的酸性条件下发生的是吸氧腐蚀。②发生吸氧腐蚀，越靠近液面接触到的O2越多，腐蚀得越严重。③锌块应固定在腐蚀最严重的C处形成原电池，锌作负极，铁闸作正极，得到保护。(2)要用石墨通过电化学腐蚀保护铜，只能用电解池原理，碳接电源正极，铜接电源负极。(3)当电解质溶液相同时，同一金属腐蚀的快慢是电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。故本题中，铁腐蚀由快到慢的顺序为④>②>①>③。(4)A项，K1闭合时，该装置构成了Fe－C－NaCl溶液原电池，铁作负极，发生氧化反应，电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋；B项，石墨棒作正极，发生的电极反应式是2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故石墨棒周围溶液pH逐渐升高；C项，K2闭合时，该装置构成了Fe－C－外加电源的电解池，石墨棒作阳极，Fe作阴极而不被腐蚀，该方法称为外加电流的阴极保护法；D项，K2闭合时，阳极的电极反应式是2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极的电极反应式是2H＋＋2e－===H2↑，所以当电路中通过0.002NA个即0.002
mol电子时，生成H2和Cl2的物质的量均为0.001
mol，则两极共产生0.002
mol气体。

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