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高考总复习 金属的电化学腐蚀与防护

【考纲要求】
1．金属腐蚀的种类，探究金属发生电化学腐蚀的原因。
2．了解金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。
【考点梳理】
考点一：金属腐蚀
1．定义：金属腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。
2．本质：金属腐蚀的实质都是金属原子失去电子被氧化生成金属阳离子的过程。
M－ne－==Mn+（M代表金属元素）。
3．类型：（1）化学腐蚀：金属或合金直接与具有腐蚀性的化学物质接触发生氧化还原反应而消耗的过程。
（2）电化学腐蚀：不纯金属或合金与电解质溶液接触发生原电池反应而消耗的过程。
考点二：金属的电化学腐蚀
1．化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
化学腐蚀
电化学腐蚀
相同点
金属原子失去电子而被氧化的过程，即金属原子转化为阳离子的过程
不同点
条件
金属与氧化剂直接接触
不纯金属与电解质溶液接触
电流
无电流
有微弱电流（发生原电池反应）
对象
金属单质
较活泼金属
本质
金属被氧化
活泼金属被氧化
相互关系
往往同时发生，电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，危害更严重
2．电化学腐蚀的种类：
（1）种类：吸氧腐蚀与析氢腐蚀
（2）吸氧腐蚀与析氢腐蚀的比较（以钢铁为例）
类型
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
条件
水膜呈弱酸性或中性
水膜呈酸性
正极反应（C）
O2+2H2O+4e―==4OH―
2H++2e―==H2↑
负极反应（Fe）
Fe―2e―==Fe2+
其他反应
Fe2++2OH―==Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2+2H2O+O2==4Fe(OH)3
Fe(OH)3转化为铁锈（Fe2O3·xH2O）

3．金属腐蚀的快慢一般规律
(1) 在同一电解质溶液中，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) 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；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) 有保护措施的条件下，无防护条件的腐蚀>有一般防护条件下的腐蚀>牺牲阳极的阴极保护法条件下的腐蚀>外接电源（负极）的阴极保护法条件下的腐蚀。
(4) 对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
(5) 由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液，故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，只有在金属活动性顺序表中排在氢以前的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属腐蚀时只能是吸氧腐蚀。
考点三：金属的电化学防护
1． 在金属表面覆盖保护层。
①在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质；
②用电镀、热镀、喷镀的方法，在钢铁表面镀上一层耐腐蚀的金属，如铁上镀锌、锡、铬等；
③用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜保护（表面钝化），如钢铁制品表面生成Fe3O4，在铝制品表面生成Al2O3。
2．改变金属内部的组成结构，制成合金。如把钢中加Cr、Ni制成不锈钢。
3．电化学保护法，即将金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护。
（1）牺牲阳极的阴极保护法
此法应用原电池原理，让被保护金属作为正极（阴极），另找一种活动性较强的金属作为负极（阳极）。例如在锅炉内壁、船舶外壳装上若干锌块，就可保护钢铁设备。
发生的电极反应：负极：Zn－2e－==Zn2+
正极：O2+4e－+2H2O==4OH－
Zn不断被腐蚀，可定期拆换。而铁得到保护。
（2）外加电流的阴极保护法
此法应用电解原理，让被保护金属作阴极（接电源负极），惰性电极作辅助阳极（接电源正极），两者都存在于海水中。接上直流电源。例如钢闸门，可用此法防止腐蚀。此法中阳极上放电的微粒是海水中的阴离子，阴极上放电的微粒是海水中的阳离子。
【典型例题】
类型一：金属的电化学腐蚀
例1． (2019高考·上海卷)研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示。下列有关说法错误的是A. d为石墨，铁片腐蚀加快B. d为石墨，石墨上电极反应为：O2 + 2H2O + 4e =4OH–C. d为锌块，铁片不易被腐蚀D. d为锌块，铁片上电极反应为：2H+ + 2e =H2↑

【思路点拨】海水接近中性。
【答案】D
【解析】Fe-C原电池，加快Fe腐蚀，为吸氧腐蚀，AB正确；Fe-Zn原电池，铁片不易被腐蚀，是Zn腐蚀，依旧是吸氧腐蚀，铁片上电极反应为：O2 + 2H2O + 4e =4OH–，C正确，D错误。
故选择D。
【总结升华】铁在海水中的腐蚀，主要是发生原电池反应，属于电化学腐蚀。
举一反三：
【变式1】（2019 朝阳二模）中华文明源远流长，下面中国国宝级文物的表面不会因电化学腐蚀被氧化的是
A. 秦朝铜车马
B.春秋越王剑
C.唐三彩
D.商代司母戊鼎
【答案】C
【解析】A．秦朝的铜车马是铜的合金，除了铜外，还含有不如铜活泼的金属，则在空气中能形成原电池，铜做负极被腐蚀，故A错误；B．春秋越王剑是铜合金铸成，是铜合金，除了铜外，还含有不如铜活泼的金属，在空气中能形成原电池，铜做负极被腐蚀，故B错误；C．唐三彩是陶瓷制品，不是合金，故不会形成原电池，故C正确；D．商代的司母戊鼎是铜鼎，是铜合金，除了铜外，还含有不如铜活泼的金属，则在空气中能形成原电池，铜做负极被腐蚀，故D错误；故选C。

【变式2】下列说法正确的是
A．钢铁因含杂质而容易发生电化腐蚀，所以合金都不耐腐蚀
B．原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，故不能用来减缓金属的腐蚀
C．钢铁电化腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的pH不同，引起正极反应不同
D．无论哪种类型的腐蚀，其实质都是金属被氧化
【答案】CD
类型二：金属腐蚀快慢的比较
例2．下图各容器中盛海水，铁会在其中发生变化。按铁极腐蚀的速度由快至慢的顺序为
【答案】Ｄ＞Ｂ＞Ａ＞Ｃ＞Ｅ
【解析】Ａ中Fe放置在海水中，形成了无数微小的原电池，发生电化学腐蚀。Ｂ、Ｃ均构成原电池，Ｂ中Fe的活泼性强于Sn，Fe作负极被腐蚀；Ｃ中Zn的活泼性比Fe强，Zn作负极被腐蚀，而Fe被保护。D、E形成电解池，其中D中Fe作阳极被腐蚀，而E中Fe作阴极，被保护。因此Fe被腐蚀由快到慢的顺序为：Ｄ＞Ｂ＞Ａ＞Ｃ＞Ｅ。
【总结升华】在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢由下列原则判断：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀。
举一反三：
【变式1】下列几种金属制品的镀层损坏后，金属腐蚀的速率最快的是（ ）。
A．镀铝塑料 B．食品罐头盒（镀锡） C．白铁水桶（镀锌） D．镀银铜质奖章
【答案】B
【变式2】埋在地下的铸铁输油管道，在下列情况下，腐蚀最慢的是（ ）。
A．在含铁元素较多的酸性土壤中
B．在潮湿疏松透气的土壤中
C．在干燥致密不透气的土壤中
D．在含碳粒较多的潮湿透气的中性土壤
【答案】C
【解析】为使铸铁腐蚀得慢，必须防水（防止形成电解质溶液）、防气（防止与氧气接触发生吸氧腐蚀），因此须干燥且不透气。
类型三：金属腐蚀的防护
例３．海水的进水钢闸门易被腐蚀，对此的下列说法不正确的是（ ）
A．钢闸门腐蚀的本质是Fe―2e―==Fe2+
B．钢闸门腐蚀主要原因是发生电化学吸氧腐蚀，其阴极反应是O2+2H2O+4e―==4OH―
C．将钢闸门与浸入海水的锌块用导线相连，可防止钢闸门腐蚀
D．将钢闸门与直流电源的正极相连，可防止钢闸门腐蚀
【答案】D
【解析】钢闸门在腐蚀过程中铁被氧化为Fe2+，腐蚀原理为吸氧腐蚀型的电化学腐蚀，A、B项对；当将钢闸门与浸入海水的锌块用导线连接起来后就构成了原电池，锌块作负极，钢闸门作正极受到保护，C项对；若将钢闸门与电源正极相连，则其成为阳极被加速腐蚀掉，D项错。
举一反三：

【变式1】下列关于金属腐蚀与防护的说法正确的是
　A．金属腐蚀就是金属失去电子被还原的过程
　B．铝制品的耐腐蚀性强，说明铝的化学性质不活泼
　C．将海水中钢铁闸门与电源的负极相连，可防止闸门被腐蚀
D．铁门上的铜铆钉处在潮湿的空气中直接发生反应：Fe-3e- = Fe3+
【答案】C
【变式2】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.金属护拦表面涂漆
C.汽水底盘喷涂高分子膜 D.地下钢管连接镁块
【答案】A
【巩固练习】
一、选择题（每题有1~2个选项符合题意）
1．（2019 北京海淀期中）下列有关钢铁腐蚀和防护的说法不正确的是（ ）
A．自行车的钢圈上镀一层铬，防止生锈
B．外加直流电源保护钢闸门时，钢闸门与电源的负极相连
C．钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应：2H2O+O2+4e－==4OH－
D．钢铁发生析氢腐蚀的负极反应：Fe－3e－==Fe3+
2．以下现象与电化学腐蚀无关的是（ ）。
A．黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿
B．生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈
C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈
D．银质奖牌久置后表面变暗
3．下列叙述中正确的是 （ ）
①锌跟稀硫酸制取氢气，加入少量硫酸铜溶液能加快反应速率 ②镀层破坏后，白铁（镀锌的铁）比马口铁（镀锡的铁）更易腐蚀 ③钢铁表面常易锈蚀生成Fe2O3·H2O
A. 都正确 B. ①③ C. ① D. ②③
4．下列事实不能用电化学原理解释的是 （ ）
A. 常温条件下，在空气中铝不容易被腐蚀
B. 镀锌铁片比镀锡铁片更耐腐蚀
C. 用锌与硫酸制氢气时，往硫酸中滴少量硫酸铜
D. 远洋海轮的尾部装上一定数量的锌板
5．家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是（ ）。
A．4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3 B．2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2
C．O2+2H2O+4e－==4OH－ D．Fe－3e－==Fe3+
6．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. 在排放海水的钢铁阀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负极
7．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是
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，镶层仍能对铁制品起保护作用
C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法
D．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
8．（2019 西城检测）铁钉和碳棒用导线连接后，浸入到0.01mol·L－1的NaCl溶液中，可能发生的是（ ）。
①碳棒上有氢气析出 ②碳棒附近产生OH－ ③碳棒上有氧气析出 ④铁钉被氧化
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
9．如右图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U型管中，下列分析正确的是
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0.002 NA个电子时，两极共产生0.001 mol气体

10．下列说法不正确的是
A．与铜质水龙头连接处的钢制水管易发生腐蚀
B．把被保护的钢铁设备作为阴极，外加直流电源可进行保护
C．原电池产生电流时，阳离子移向正极，阴离子移向负极
D．铅蓄电池是最常见的二次电池，正极板上覆盖有Pb
二、填空题：
1．(2019 西城检测)（1）用铝制饭盒盛放醋酸，一段时间后，饭盒被腐蚀，则该腐蚀叫______，反应的化学方程式表示为______；
（2）若用该饭盒盛放食盐水，一段时间后，被腐蚀，则这种腐蚀叫________，反应原理是：（写电极反应的离子方程式）________。
（3）以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面能形成氧化膜，可增强铝材的抗腐蚀性。电解过程中阳极电极反应式为________。
2．全世界每年因钢铁锈蚀造成大量的损失。某学生欲探究在蒸馏水、氯化钠溶液和醋酸溶液三种条件下铁锈蚀的快慢，设计了如下实验。
请回答：
（1）在一周的观察过程中，他发现实验序号为________的试管中铁钉锈蚀速度最慢。
（2）实验②中发生的是________（填“电化学腐蚀”或“化学腐蚀”）。
（3）下列防止钢铁锈蚀的措施合理的是________（填字母）。
a．在自行车的钢圈表面镀镍
b．在地下钢铁管道上连接铜块
c．改变金属内部结构制成不锈钢
（4）已知铁钉样品质量为4.00 g，经实验测得未锈蚀铁的质量分数为70%。则未锈蚀铁与足量稀硫酸反应生成氢气的体积为________（标准状况）。
【答案与解析】
一、选择题
1．D
钢铁发生析氢腐蚀的负极反应为Fe－2e－==Fe2+，D项错误。
2．D
【解析】A项中黄铜（铜锌合金）若发生电化学腐蚀，被腐蚀的金属应是金属性较强的锌而不是铜。B项中生铁中含较多的碳，比铁芯（几乎是纯铁）在电解质作用下更容易形成原电池，也更容易生锈。C项中铁质器件附有铜质配件时，在接触电解质溶液时，铁作原电池的负极，易被腐蚀生成铁锈。D项中银质奖牌久置后可能被氧化成银的化合物而表面变暗，这是化学腐蚀，与电化学腐蚀无关。
3．B
4．A
【解析】铝表面有一层致密的氧化物薄膜，故常温下在空气中铝不容易被腐蚀，与电化学原理无关。
5．D
6．CD
7．AC
【解析】银器在空气中久置会被O2所氧化变黑，为化学腐蚀，A正确。当镀层破损时，Sn-Fe可形成原电池，不再起到保护作用，B错。与Zn块形成原电池，Zn作负极（阳极），从而保护Fe正极（阴极），所以C正确。外加电流保护法应该与直流电源的负极相连，故D错。
8．D
【解析】铁钉在中性NaCl溶液中发生吸氧腐蚀。
9．B
【解析】A、K1闭合时，该装置构成了Fe—C—NaCl溶液的原电池，铁作负极，发生氧化反应，电极反应是2Fe—4e—=2Fe2+，A错误；B、C棒作正极，发生的电极反应式2H2O+O2+ 4e—=4OH—，故石墨棒周围溶液pH逐渐升高，B正确；C、K2闭合时，该装置构成了Fe—C—外加电源的电解池，C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，C错误；D、K2闭合时，阳极的电极反应式是2Cl——2e—= Cl2↑，阴极的电极反应式2H++2e—= H2↑，所以当电路中通过0.002 NA个（相当于0.002mol）电子时，生成H2和Cl2的物质的量均为0.001mol，则两极共产生0.002mol气体，D错误。
10．D
【解析】铅蓄电池中Pb做负极板，PbO2做正极。
二、填空题
1．（1）析氢腐蚀 2Al+6CH3COOH==2(CH3COO)3Al+3H2↑
（2）吸氧腐蚀 负极：4Al―12e―==4Al3+ 正极：3O2+12e―+6H2O=12OH―
（3）2Al―6e―+3H2O=Al2O3+6H+
2．（1）① （2）电化学 （3）a、c
（4）1.12 L
【解析】m (Fe)=4.00 g×70%=2.8 g Fe+H2SO4==FeSO4+H2↑
n (Fe)=0.05 mol n (H2)=0.05 mol V (H2)=1.12 L

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