第17講4.4金屬的電化學(xué)腐蝕與防護寒假班高二化學(xué)教材知識點精講練（滬科版2020）

第十七講金屬的電化學(xué)腐蝕與防護知識梳理考點一、金屬的腐蝕金屬腐蝕的本質(zhì)：是金屬或合金被氧化而損耗的過程。(1)化學(xué)腐蝕：金屬或合金直接與周圍介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕，直接被氧化劑氧化，無電流產(chǎn)生；。(2)電化學(xué)腐蝕：不純的金屬或合金與周圍電解質(zhì)溶液接觸而發(fā)生原電池反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕，相對活潑的金屬被氧化，有電流產(chǎn)生．鋼鐵的電化腐蝕又分為析氫腐蝕（酸性條件下）和吸氧腐蝕（中性或堿性條件下）．鋼鐵腐蝕的電極反應(yīng)方程式吸氧腐蝕：負(fù)極：2Fe一4e=2Fe2+，正極：O2+2H2O+4e=4OH析氫腐蝕：負(fù)極：2Fe一4e=2Fe2+，正極：2H++2e=H2↑金屬的腐蝕以電化學(xué)腐蝕為主，例如，鋼鐵生銹的主要過程為：析氫腐蝕與吸氧腐蝕（以Fe為例）析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜酸性較強（pH＜4.3水膜酸性很弱或中性電極反應(yīng)負(fù)極Fe2e—=Fe2+正極2H++2e—=H2↑O2+2H2O+4e—=4OH—總反應(yīng)式Fe+2H+=Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2金屬的析氫腐蝕金屬的吸氧腐蝕1．用下圖所示裝置及試劑進行鐵的電化學(xué)腐蝕實驗探究，測得具支錐形瓶中壓強、溶解氧隨時間變化關(guān)系的曲線如下。下列分析不正確的是A．pH=4時，既發(fā)生吸氧腐蝕，又發(fā)生析氫腐蝕B．pH=6時，正極反應(yīng)主要是：O2+4e+4H+=2H2OC．不同pH時，負(fù)極的反應(yīng)都是：Fe－2e－=Fe2+D．壓強增大主要是因為該反應(yīng)為放熱反應(yīng)【答案】D【解析】A．圖中pH=4時，具支錐形瓶內(nèi)的壓強幾乎不變，說明除了吸氧腐蝕，F(xiàn)e粉還發(fā)生了析氫腐蝕，消耗氧氣的同時也產(chǎn)生了氫氣，因此具支錐形瓶內(nèi)壓強幾乎不變，A正確；B．pH=6時，具支錐形瓶內(nèi)溶解氧減少，且具支錐形瓶內(nèi)氣壓減小，說明發(fā)生了消耗氧氣的吸氧腐蝕，溶液為酸性，則正極電極反應(yīng)式為：O2+4e+4H+=2H2O，B正確；C．具支錐形瓶中的Fe粉和C粉構(gòu)成了原電池，F(xiàn)e粉作為原電池的負(fù)極，發(fā)生的電極反應(yīng)式為：Fe2e═Fe2+，且pH不同時，負(fù)極反應(yīng)相同，C正確；D．由分析可知，壓強增大主要是因為Fe在酸性環(huán)境下主要發(fā)生析氫腐蝕，產(chǎn)生氫氣，從而使具支錐形瓶內(nèi)壓強增大，D錯誤；故選D。2．在生產(chǎn)、生活中金屬腐蝕所帶來的損失非常嚴(yán)重，下列有關(guān)金屬腐蝕與防護的說法錯誤的是A．生鐵浸泡在食鹽水中會發(fā)生析氫腐蝕B．鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕的正極的電極反應(yīng)式為OC．暖氣片表面刷油漆可防止金屬腐蝕D．將鋼鐵閘門與電源負(fù)極相連的防腐措施屬于外加電流法【答案】A【解析】A．食鹽水顯中性，生鐵浸泡在中性溶液中易發(fā)生吸氧腐蝕，故A錯誤；B．鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕的正極的電極反應(yīng)式為O2+4e?+2H2O=4OH?，故C正確；C．暖氣片表面刷油漆可將金屬和空氣中的氧氣以及水蒸氣隔絕，防止金屬腐蝕，故C正確；D．鋼鐵閘門應(yīng)與電源負(fù)極相連，屬于外加電流保護法，故D正確；故選A。3．以NaCl為主要成分的融雪劑會腐蝕橋梁、鐵軌等鋼鐵設(shè)備。某研究小組探究NaCl溶液對鋼鐵腐蝕的影響。(1)將濾紙用35%的NaCl溶液潤濕，涂上鐵粉、碳粉的混合物，貼在表面皿上。在濾紙上加幾滴檢驗試劑，再緩慢加入NaCl溶液至沒過濾紙，操作如下所示：①實驗ⅰ的現(xiàn)象說明，得電子的物質(zhì)是。②為了說明NaCl的作用，需要補充的對照實驗是。(2)向如圖所示裝置的燒杯a、b中各加入30mL3.5%的NaCl溶液，閉合K，指針未發(fā)生偏轉(zhuǎn)。加熱燒杯a，指針向右偏轉(zhuǎn)。①各取a、b中溶液少量，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，a中出現(xiàn)藍(lán)色沉淀，b中無變化，b中鐵片作極。②加熱后，指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因可能是。(3)用(2)中圖示裝置探究不同濃度NaCl溶液對鋼鐵腐蝕的影響，向燒杯a、b中各加入30mL不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaCl溶液，實驗記錄如下表所示。實驗ab指針偏轉(zhuǎn)方向Ⅰ0.1%0.01%向右Ⅱ0.1%3.5%向左Ⅲ3.5%飽和溶液向右①Ⅱ中，b中電極發(fā)生的電極反應(yīng)是。②Ⅲ中，鐵在飽和NaCl溶液中不易被腐蝕，查閱資料可知：在飽和NaCl溶液中O2濃度較低，鋼鐵不易被腐蝕。設(shè)計實驗證明：?！敬鸢浮?1)O2用水做電解質(zhì)，代替氯化鈉進行上述實驗(2)正溫度升高，F(xiàn)e還原性增強，反應(yīng)速率加快(3)Fe－2e=Fe2+另取兩個燒杯，分別往其中加入鐵片和一定量的飽和NaCl溶液，再分別滴加幾滴K3Fe(CN)6溶液，然后往其中一個燒杯中通入O2，觀察現(xiàn)象【解析】（1）①鐵、碳以氯化鈉溶液為電解質(zhì)形成原電池，酚酞變紅說明生成氫氧根離子，發(fā)生吸氧腐蝕，故得電子的物質(zhì)是O2；②為了說明NaCl的作用，需要補充的對照實驗是，用水做電解質(zhì)，代替氯化鈉進行上述實驗。（2）①K3[Fe(CN)6]溶液與二價鐵離子反應(yīng)生成藍(lán)色沉淀，而取a、b中溶液少量，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，a中出現(xiàn)藍(lán)色沉淀，說明a中生成二價鐵離子，b中無變化，b中沒有二價鐵離子生成，所以a做負(fù)極，b做正極；②加熱后，指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因可能是：溫度升高，F(xiàn)e還原性增強，反應(yīng)速率加快。（3）①依據(jù)圖表中Ⅱ組數(shù)據(jù)及指針向左偏轉(zhuǎn)，則可知：b極為負(fù)極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式：Fe－2e=Fe2+；②要證明氧氣濃度對金屬腐蝕速率的影響，可以設(shè)計對比實驗，如下：另取兩個燒杯，分別往其中加入鐵片和一定量的飽和NaCl溶液，再分別滴加幾滴K3Fe(CN)6溶液，然后往其中一個燒杯中通入O2，觀察現(xiàn)象?？键c二、金屬的防護一般有三條途徑：其一是改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如制成合金；其二是涂保護層，保持干燥；其三是電化學(xué)保護法[犧牲陽極的陰極保護法(被保護金屬作負(fù)極)；外加電源的陰極保護法(被保護金屬接電源的負(fù)極)]。強調(diào)：電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防腐蝕措施的腐蝕；同一種金屬腐蝕：強電解質(zhì)>弱電解質(zhì)>非電解質(zhì)溶液犧牲陽極的陰極保護法外加電流的陰極保護法4．設(shè)計實驗改變電解質(zhì)溶液的pH值，并使用壓強傳感器測定Fe?A．pH=2.0時，300~400s的反應(yīng)速率比B．pH=4.0時，鐵做正極，電極反應(yīng)為C．當(dāng)析氫腐蝕為主時，pH越大，反應(yīng)速率越快D．把鐵粉換成鐵片，曲線變化幅度會更明顯【答案】A【解析】A．pH=2.0時以析氫腐蝕為主，300~400s的反應(yīng)速率比B．pH=4.0C．當(dāng)pH=2.0~3.5，析氫腐蝕為主，由圖可知pHD．把鐵粉換成鐵片，接觸面積減小，反應(yīng)速率減慢，曲線變化幅度會變小，D錯誤；故選A。5．Ⅰ．某化學(xué)興趣小組的同學(xué)學(xué)了金屬的電化學(xué)腐蝕，對教材敘述[鋼鐵在酸性環(huán)境中發(fā)生析氫腐蝕；在酸性很弱或呈中性，溶有O2(1)用圖1所示裝置進行實驗：打開a(填儀器名稱)的活塞，加入1mL溶液，測得壓強隨時間變化曲線如圖2。同學(xué)甲得出結(jié)論：酸性條件下，鐵粉發(fā)生析氫腐蝕。(2)同學(xué)乙認(rèn)為甲的結(jié)論不科學(xué)，錐形瓶內(nèi)壓強變大還可能是，提出改進措施。改進后，再次實驗，證明甲、乙的猜想均正確，請在圖2繪制出改進后的曲線。(3)同學(xué)丙認(rèn)為甲、乙的實驗不具代表性，建議用不同濃度的酸進行實驗。在改進后的裝置中分別用pH=4、pH=6的硫酸實驗，測定壓強隨時間變化情況，結(jié)果如圖3.同學(xué)丙得出：酸性較弱時，鐵會發(fā)生吸氧腐蝕，其依據(jù)是(4)對于圖3中pH=4時，鐵是否發(fā)生了腐蝕？同學(xué)們意見不統(tǒng)一，經(jīng)討論，他們把壓強傳感器換成氧氣傳感器，得出不同pH時裝置中O結(jié)合實驗分析：pH=4時，壓強幾乎不隨時間改變是因為綜上，小組同學(xué)得出結(jié)論：教材表述科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。Ⅱ．拓展研究：(5)侯保榮院士專門研究海洋鋼架結(jié)構(gòu)橋海洋大氣層梁腐蝕，他發(fā)現(xiàn)腐蝕最嚴(yán)重的是浪花飛濺區(qū)浪花飛濺區(qū)(海洋環(huán)境分區(qū)如圖5)，請你解釋原因。(6)科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)在O2濃度很小的海底也有厭氧微生物(如硫酸鹽還原菌SRB)對海洋鋼制部件的腐蝕，其原理如圖6，已知溶液中的S2?完全轉(zhuǎn)化為FeS，請寫出該鐵合金腐蝕的總反應(yīng)(7)請列舉出生產(chǎn)生活中金屬制品的防腐措施(任寫一點即可)?！敬鸢浮?1)恒壓滴液漏斗(2)反應(yīng)放熱，溫度升高使瓶內(nèi)壓強變大在恒溫裝置中進行或在恒溫槽中進行(3)pH=(4)析氫腐蝕產(chǎn)生H2與吸氧腐蝕消耗O(5)在浪花飛濺區(qū)，海水不斷破壞橋梁表面的腐蝕產(chǎn)物和保護涂層，使鐵不斷與氧氣和水接觸反應(yīng)，所以浪花飛濺區(qū)腐蝕最嚴(yán)重(6)4Fe(7)金屬刷油漆(外加涂層)、制不銹鋼、電化學(xué)保護法等【解析】（1）圖1所示裝置a儀器名稱為恒壓滴液漏斗。（2）同學(xué)乙認(rèn)為甲的結(jié)論不科學(xué)，錐形瓶內(nèi)壓強變大除了生成氣體以外，還可能是反應(yīng)放熱，溫度升高使瓶內(nèi)壓強變大。因此，需要控制裝置的溫度，故可在恒溫裝置中進行或在恒溫槽中進行。改進后，再次實驗，證明甲、乙的猜想均正確，則改進后壓強也隨時間變大但小于改進前；在圖2繪制出改進后的曲線為：。（3）同學(xué)丙認(rèn)為甲、乙的實驗不具代表性，建議用不同濃度的酸進行實驗。在改進后的裝置中分別用pH=4、pH=6的硫酸實驗，測定壓強隨時間變化情況，結(jié)果如圖3.同學(xué)丙得出：酸性較弱時，鐵會發(fā)生吸氧腐蝕，其依據(jù)是：（4）結(jié)合圖4分析可知，pH=4時，O2濃度隨時間而減小，但是測得壓強基本保持不變，因此分析可知發(fā)生析氫腐蝕產(chǎn)生H2（5）侯保榮院士專門研究海洋鋼架結(jié)構(gòu)橋海洋大氣層梁腐蝕，他發(fā)現(xiàn)腐蝕最嚴(yán)重的是浪花飛濺區(qū)浪花飛