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第三節　金屬的腐蝕與防護
第四章　化學反應與電能
基礎課時　
金屬的腐蝕與防護
27
1.認識金屬腐蝕的危害，能利用原電池原理解釋電化學腐蝕的原因。2.能正確書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應式和總反應式。3.了解金屬腐蝕的防護方法。
學習目標
一、金屬的腐蝕
二、金屬的防護
目
錄
CONTENTS
課后鞏固訓練
一、金屬的腐蝕
對點訓練
(一)知識梳理
1.金屬的腐蝕
(1)定義：金屬或合金與周圍的____________發生氧化還原反應而引起損耗的現象。
(2)分類
①化學腐蝕：金屬與其表面接觸的一些物質(如O2、Cl2、SO2等)直接反應而引起的腐蝕。
②電化學腐蝕：當不純的金屬與電解質溶液接觸時會發生原電池反應，比較活潑的金屬發生氧化反應而被腐蝕。
氣體或液體
2.鋼鐵的電化學腐蝕
　　類別 項目　　 析氫腐蝕 吸氧腐蝕
圖形描述
條件 水膜酸性較強 水膜酸性很弱或呈中性
負極 Fe－2e－===Fe2＋
　　類別 項目　　 析氫腐蝕 吸氧腐蝕
正極 2H＋＋2e－===H2↑
總反應 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
后續反應 最終生成鐵銹(主要成分為Fe2O3·xH2O)，反應如下：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)互動探究
圖一、圖二是鐵釘在不同的水溶液中被腐蝕的實驗。
【問題討論】
問題1　圖一實驗顯示數天后，試管內液面上升，解釋其原因。
提示　鐵釘發生吸氧腐蝕，O2＋4e－＋2H2O===4OH－，試管內氣壓減小，試管內液面上升。
問題2　圖二實驗顯示試管內液面稍有下降，則說明發生了什么腐蝕？
提示　說明發生了析氫腐蝕， 2H＋＋2e－===H2↑，試管內氣壓增大。
問題3　鐵的腐蝕以哪種類型為主？為什么？
提示　由于鋼鐵通常所處的外部環境干燥程度較低，氧氣的存在又比較廣泛，所以鋼鐵主要是電化學腐蝕，其次為化學腐蝕，又因為鋼鐵表面一般不會遇到酸性較強的溶液，故吸氧腐蝕是鋼鐵腐蝕的主要形式。
【探究歸納】
金屬的化學腐蝕和電化學腐蝕的聯系和區別
化學腐蝕 電化學腐蝕
吸氧腐蝕 析氫腐蝕
條件 金屬與干燥氣體或非電解質液體等直接接觸 水膜中溶有O2，酸性很弱或呈中性 水膜酸性較強
本質 金屬被氧化而腐蝕 較活潑金屬被氧化而腐蝕
現象 無電流產生 有微弱電流產生
反應式(以鐵腐蝕為例) 2Fe＋3Cl2===2FeCl3 負極：2Fe－4e－===2Fe2＋
正極：2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 正極：4H＋＋4e－===2H2↑
聯系 兩種腐蝕往往同時發生，只是電化學腐蝕比化學腐蝕更普遍、危害更大
1.(2024·北京海淀區高二期中)用如下裝置進行鐵的電化學腐蝕實驗。下列說法正確的是(　　)
A.鐵發生的電極反應：Fe－3e－===Fe3＋
B.鐵腐蝕過程中，化學能轉化為熱能
C.炭粉的存在對鐵腐蝕的速率無影響
D.導管口產生氣泡證明鐵發生了析氫腐蝕
B
解析　鐵發生的電極反應：Fe－2e－===Fe2＋，A錯誤；鐵腐蝕過程中，試管發熱，說明化學能轉化為熱能，B正確；鐵粉、炭粉、氯化鈉溶液構成原電池，炭粉的存在加快鐵腐蝕的速率，C錯誤；鐵腐蝕過程中，試管內溫度升高，氣體膨脹，導管口產生氣泡不能證明鐵發生了析氫腐蝕，D錯誤。
2.如圖，小試管內為紅墨水，具支試管內盛有pH＝4的雨水和生鐵片。實驗觀察到開始時導管內液面下降，一段時間后導管內液面回升，略高于小試管內液面。下列說法正確的是(　　)
A.生鐵片中的碳是原電池的負極，發生氧化反應
B.雨水酸性較強，生鐵片始終發生析氫腐蝕
C.墨水回升時，碳電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D.具支試管中溶液酸性增強
C
解析　pH＝4的雨水顯酸性，則生鐵片先發生析氫腐蝕，鐵為負極發生氧化反應，隨著反應的進行，雨水中的氫離子濃度逐漸降低，生鐵片發生吸氧腐蝕，整個過程中碳為正極，具支試管中溶液酸性減弱，A、B、D錯誤；發生析氫腐蝕時導管內液面下降，發生吸氧腐蝕時導管內液面回升，碳電極為正極，液面回升時碳電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正確。
3.某?；瘜W興趣小組在一定條件下，研究發現碳鋼腐蝕與溶液pH的關系如下表所示：
下列說法不正確的是(　　)
A.當pH＜4時，負極反應為Fe－2e－===Fe2＋
B.當pH＞6時，碳鋼主要發生析氫腐蝕
C.當pH＞14時，正極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D.在煮沸除氧氣后的堿性溶液中，碳鋼腐蝕速率會減緩
B
解析　當pH＜4溶液中，碳鋼主要發生析氫腐蝕，負極電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，正極上電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑，A正確；當pH＞6溶液中，碳鋼主要發生吸氧腐蝕，負極電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，正極上電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B錯誤；在pH＞14溶液中，碳鋼腐蝕的正極反應O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正確；在煮沸除氧氣后的堿性溶液中，正極上氧氣生成氫氧根離子速率減小，所以碳鋼腐蝕速率會減緩，D正確。
4.(2024·青島三中高二期中)研究小組將混合均勻的新制鐵粉和碳粉置于錐形瓶底部，塞上瓶塞(如圖1)，從膠頭滴管中滴入醋酸溶液，容器中的壓強隨時間的變化曲線如圖2，下列說法不正確的是(　　)
A.鐵粉發生反應：Fe－2e－===Fe2＋
B.t1～t2時碳粉上發生了還原反應
C.0～t1時壓強增大的原因一定是鐵
發生了析氫腐蝕
D.t2時，容器中壓強明顯小于起始壓強，原因是鐵發生了吸氧腐蝕
C
解析　由圖2可知，0～t1時錐形瓶中氣體壓強增大，說明鐵與醋酸溶液反應生成氫氣使錐形瓶內氣體的物質的量增大，反應生成的氫氣可能是鐵直接與醋酸發生化學腐蝕而得，也可能是鐵、碳在醋酸溶液中構成原電池，鐵發生析氫腐蝕而得；t1以后，錐形瓶內氣體壓強減小，鐵、碳在溶液中構成原電池，鐵發生吸氧腐蝕導致容器內氧氣的物質的量減小；t2時，錐形瓶中壓強明顯小于起始壓強，說明鐵、碳在溶液中構成原電池，鐵發生了吸氧腐蝕。
【題后歸納】　金屬的腐蝕類題目的解題思路
(1)正確判斷金屬的腐蝕是化學腐蝕還是電化學腐蝕。發生原電池反應引起的腐蝕為電化學腐蝕，無原電池反應發生的腐蝕為化學腐蝕。
(2)正確判斷“介質”溶液的酸堿性是分析析氫腐蝕和吸氧腐蝕的關鍵。潮濕的空氣、中性溶液中發生吸氧腐蝕；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液中發生析氫腐蝕。
(3)根據金屬活動性順序表分析析氫腐蝕和吸氧腐蝕。金屬活動性順序表中氫前面的金屬，在酸性較強的電解質溶液中發生析氫腐蝕，在中性或酸性較弱的電解質溶液中發生吸氧腐蝕；金屬活動性順序在氫后面的金屬只可能發生吸氧腐蝕。
二、金屬的防護
對點訓練
(一)知識梳理
金屬的防護主要從金屬、與金屬接觸的物質及兩者反應的條件等方面來考慮。
1.改變金屬材料的組成
在金屬中添加其他金屬或非金屬制成性能優異的合金。如普通鋼加入____、____制成不銹鋼，____合金不僅具有優異的抗腐蝕性能且具有良好的生物相容性。
鎳
鉻
鈦
2.在金屬表面覆蓋保護層
在金屬表面覆蓋致密的保護層，將金屬制品與周圍物質隔開是一種普遍采用的防護方法。如，在鋼鐵制品表面噴油漆、涂礦物性油脂、覆蓋搪瓷等；電鍍鋅、錫、鉻、鎳等，利用化學方法、離子注入法、表面滲鍍等方式在金屬表面形成穩定的鈍化膜。
3.電化學保護法
金屬在發生電化學腐蝕時，總是作為原電池負極(陽極)的金屬被腐蝕，作為正極(陰極)的金屬不被腐蝕，如果能使被保護的金屬成為陰極，就不易被腐蝕。
(1)犧牲陽極法
原理 ________原理
要求 被保護的金屬作正極，活潑性更強的金屬作負極。
應用 鍋爐內壁、船舶外殼、鋼鐵閘門安裝鎂合金或鋅塊
圖示
原電池
(2)外加電流法
原理 電解池原理
要求 被保護的金屬作為陰極，與電源的______相連
應用 鋼鐵閘門，高壓線鐵架，地下管道連接直流電源的負極
圖示
負極
(二)互動探究
實驗Ⅰ：如圖裝置反應一段時間后，往Fe電極區滴入2滴黃色K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液。觀察到的現象是：Zn片逐漸溶解，電流表指針發生偏轉，鐵電極表面有氣泡產生，鐵電極附近沒有藍色沉淀生成。
實驗Ⅱ：在兩個培養皿中分別放入含有NaCl的瓊脂，并注入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液混合均勻，取兩個2～3 cm的鐵釘，用砂紙擦光，將裹有鋅皮的鐵釘放入a，纏有銅絲的鐵釘放入b。
實驗現象：a中鐵釘周圍變紅。b中鐵釘周圍生成藍色沉淀，銅絲周圍變紅。
【問題討論】
問題1　實驗Ⅰ中，電流表指針發生偏轉，說明該裝置產生了電流，試分別判斷兩極并寫出電極反應式。
提示　Zn作負極，電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋
Fe作正極，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑。
問題2　已知：Fe2＋與K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)反應生成帶有特征藍色的KFe[Fe(CN)6]沉淀，依據實驗Ⅰ中的實驗現象，你得出的實驗結論是什么？
提示　溶液中不含Fe2＋，說明鐵電極未被腐蝕，鐵電極(即原電池的正極)受到了保護。
問題3　實驗Ⅱ中，a中鐵釘周圍變紅及b中鐵釘周圍生成藍色沉淀的原因是什么？
提示　a中鐵釘作原電池的正極，電極反應式為2H2O＋O2＋4e－===4OH－，鐵釘周圍酚酞遇堿變紅色；b中鐵釘作原電池的負極，電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，鐵釘周圍生成的Fe2＋與K3[Fe(CN)6]反應生成KFe[Fe(CN)6]藍色沉淀。
問題4　由實驗Ⅱ的實驗現象，你得出的實驗結論是什么？
提示　鐵作原電池負極易被腐蝕，而作原電池正極，則受到保護而不被腐蝕。
【探究歸納】
1.金屬防護措施
2.金屬電化學防護方法的比較
比較項目 犧牲陽極法 外加電流法
是否外接電源 否 是
所用的原理 原電池原理 電解池原理
兩個電極的材料 正極：被保護金屬 負極：比被保護金屬活潑的金屬 被保護金屬與外接電源的負極相連作陰極，惰性電極與外接電源正極相連作陽極
保護效果 外加電流法的保護效果比犧牲陽極法的保護效果更好
5.下列金屬防腐的措施中，使用外加電流法的是(　　)
A.水中的鋼閘門連接電源的負極
B.金屬護欄表面涂漆
C.汽車底盤噴涂高分子膜
D.地下鋼管連接鎂塊
解析　B、C項措施均為在金屬表面覆蓋保護層的化學防腐蝕的保護法；D項是利用原電池原理的犧牲陽極法；A項鋼閘門連接電源負極，屬于使用外加電流法的防腐措施。
A
6.下列防止鋼鐵腐蝕的方法中，屬于犧牲陽極法的是(　　)
B
解析　犧牲陽極法屬于原電池保護。選項A中鐵管道為陰極，該方法屬于外加電流法，A錯誤；選項B中Mg作負極，對作正極的鋼鐵水管起到保護作用，屬于犧牲陽極法，B正確；鋼閘門在陽極發生氧化反應，加快鋼閘門腐蝕，C錯誤；噴油漆屬于在金屬表面覆蓋保護層，D錯誤。
7.下列各種情況中，Fe片腐蝕速率由慢到快的順序是(　　)
A.⑤②①③④ B.⑤①②④③
C.④②①③⑤ D.④③①②⑤
D
解析　根據裝置圖知，②③裝置是原電池，在②中金屬鐵作負極被腐蝕，在③中金屬鐵作正極被保護，所以鐵的腐蝕速率：②＞③；④⑤裝置是電解池，④中金屬鐵為陰極被保護，⑤中金屬鐵為陽極被腐蝕，即鐵的腐蝕速率：⑤＞④；根據電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞有防腐蝕措施的腐蝕，并且原電池的正極金屬腐蝕速率大于電解池的陰極金屬腐蝕速率，則鐵腐蝕速率由慢到快的順序為④③①②⑤。
8.甲、乙同學分別用下圖所示裝置驗證鐵的電化學防護原理。
相同時間后進行如下實驗
實驗①：甲同學分別向Ⅰ、Ⅱ中Fe電極附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ中產生藍色沉淀，Ⅱ中無沉淀。
實驗②：乙同學分別取Ⅰ、Ⅱ中Fe電極附近溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ、Ⅱ中均無沉淀。
D
下列說法正確的是(　　)
A.Ⅰ是犧牲陽極法，負極反應式為Fe－2e－===Fe2＋
B.Ⅱ為外加電流法，Fe電極與外接電源的正極相連
C.由實驗①中Ⅰ、Ⅱ現象的差異，推測K3[Fe(CN)6]在Ⅰ中氧化性強于Ⅱ
D.由實驗可知，兩種保護法均能保護Fe，且Ⅱ保護得更好
解析　由圖Ⅰ可知，Fe電極是正極，Zn電極是負極，屬于犧牲陽極法，由于電解質溶液呈酸性，故正極上氫離子得電子，負極是Zn失去電子，反應為Zn－2e－===Zn2＋，A錯誤；外加電流法中要保護的電極應與外接電源的負極相連，即Fe電極與外接電源的負極相連，B錯誤；由于Ⅰ中Fe電極與電解質溶液直接接觸，會有少量的Fe直接與酸反應生成Fe2＋，與K3[Fe(CN)6]在Ⅰ、Ⅱ中的氧化性無關，C錯誤；對比Ⅰ、Ⅱ現象的差異可知，兩種保護法均能保護Fe，且電解法保護的更好，即Ⅱ保護得更好，D正確。
【題后歸納】　金屬腐蝕的快慢比較
(1)在同一種電解質的溶液中，金屬腐蝕由快到慢的順序：電解池的陽極＞原電池的負極＞化學腐蝕＞原電池的正極＞電解池的陰極。
(2)在不同溶液中，金屬在電解質溶液中的腐蝕＞金屬在非電解質溶液中的腐蝕；在濃度相同的電解質溶液中，金屬在強電解質溶液中的腐蝕＞金屬在弱電解質溶液中的腐蝕。
(3)對同一種電解質溶液來說，電解質溶液濃度越大，腐蝕越快。
課后鞏固訓練
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)金屬的腐蝕
1.判斷正誤(正確劃“√”，錯誤劃“×”)。
(1)無論化學腐蝕還是電化學腐蝕，金屬的腐蝕都是金屬失電子被氧化的過程(　　)
(2)干燥環境下，所有金屬都不能被腐蝕(　　)
(3)純鐵不易腐蝕，生鐵易腐蝕，是因為生鐵中含碳能形成原電池發生電化學腐蝕(　　)
(4)鐵的電化學腐蝕負極反應為Fe－3e－===Fe3＋(　　)
√
×
√
×
2.(2024·北京房山中學高二期中)下列與金屬腐蝕有關的說法中，不正確的是(　　)
A.鋁不易與氧氣發生反應，具有很強的抗腐蝕能力
B.鋼鐵在潮濕空氣中生銹屬于電化學腐蝕
C.電化學腐蝕一般可分為吸氧腐蝕和析氫腐蝕
D.金屬腐蝕的本質是金屬原子失去電子被氧化的過程
解析　鋁的表面易形成致密的氧化膜，氧化膜能保護內部金屬不被腐蝕，所以鋁具有很強的抗腐蝕能力，A錯誤。
A
3.(2024·成都石室中學高二月考)將銅絲纏繞在鐵釘上，進行如圖所示的實驗，下列對實驗現象的解釋不合理的是(　　)
A.向銅絲周圍滴加兩滴酚酞出現紅色：
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B.鐵釘溶解：Fe－2e－===Fe2＋
C.向鐵釘周圍滴加兩滴鐵氰化鉀出現藍色：
Fe2＋＋K＋＋[Fe(CN)6]3－===KFe[Fe(CN)6]↓
D.一段時間后會出現白色沉淀：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓
A
解析　纏繞銅絲的鐵釘在氯化鈉溶液中發生吸氧腐蝕，銅絲為正極，氧氣在正極得電子發生還原反應的電極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－， A錯誤；鐵釘發生吸氧腐蝕，鐵釘作負極發生氧化反應的電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，B正確；鐵釘溶解產生Fe2＋，Fe2＋遇到鐵氰化鉀出現藍色的離子方程式為Fe2＋＋K＋＋[Fe(CN)6]3－===KFe[Fe(CN)6]↓，C正確；根據鐵的吸氧腐蝕負極產生的Fe2＋和正極產生的OH－不共存，能生成Fe(OH)2白色沉淀的離子方程式為Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓，D正確。
(二)腐蝕快慢的比較與判斷
4.相同材質的鐵在圖中的四種情況下最易被腐蝕的是(　　)
A
解析　A項，食醋為酸性溶液，提供電解質溶液環境，鐵勺和銅盆是相互接觸的兩個金屬板，構成原電池的兩極，形成原電池，酸性溶液中，鐵是活潑金屬，作負極，腐蝕快；B項，鐵炒鍋和鐵鏟都是鐵碳合金，食鹽水提供電解質環境，雖然符合原電池形成的條件，但腐蝕相對A中酸性溶液較慢；C項，銅鍍層將鐵球覆蓋，使鐵被保護，所以鐵不易被腐蝕；D項，酸雨提供電解質溶液環境，鐵鉚釘和鋅板分別作正、負極，形成原電池，鐵被保護。綜合上述，最易被腐蝕的是A。
(三)金屬的防護
5.下列有關鋼鐵的電化學腐蝕及防護描述正確的是(　　)
A.可利用上圖裝置保護鋼閘門
B.鍍層破壞后，白鐵(鍍鋅鐵)比馬口鐵(鍍錫鐵)
的腐蝕速率更快
C.陰極保護法中的犧牲陽極法和外加電流法都
要采用輔助陽極，兩種方法中的輔助陽極上發生的電極反應類型相同
D.鋼鐵發生電化學腐蝕的負極反應式為Fe－3e－===Fe3＋
C
解析　該裝置為電解池，鋼閘門連接電源正極做電解池的陽極，鐵失電子生成亞鐵離子，加速腐蝕，不能保護鋼閘門，A錯誤；鍍層破壞后，白鐵(鍍鋅鐵)中鋅的活潑性比鐵的強，鐵做正極被保護，馬口鐵(鍍錫鐵)中鐵的活潑性比錫強，鐵做負極被腐蝕，則鍍層破壞后馬口鐵的腐蝕速率更快，B錯誤；犧牲陽極法是原電池原理，將被保護的金屬作為正極，被保護；外加電流法是電解池原理，將被保護的金屬作為陰極，被保護，都是發生還原反應，C正確；鋼鐵發生電化學腐蝕的負極鐵單質失去電子生成亞鐵離子，負極的反應式：Fe－2e－===Fe2＋，D錯誤。
6.(2024·唐山豐潤區高二期中)下列關于金屬腐蝕與防護的說法不正確的是(　　)
A.圖①，放置于干燥空氣中的鐵釘不易生銹
B.圖②，若斷開電源，鋼閘門將發生吸氧
腐蝕
C.圖②，若將鋼閘門與電源的正極相連，
可防止鋼閘門腐蝕
D.圖③，若金屬M比Fe活潑，可防止輸水
管腐蝕
C
解析　潮濕空氣中鐵釘能發生吸氧腐蝕；干燥空氣中無水，不能發生吸氧腐蝕，鐵釘不易生銹，A正確；斷開電源后，該裝置為原電池裝置，鐵釘作負極，失電子被氧化，在海水中發生吸氧腐蝕，B正確；應該將鋼鐵閘門與電源的負極相連，可防止鋼閘門腐蝕，防腐蝕原理為外加電流法，C錯誤；若金屬M比鐵活潑，將M與鐵相連，為犧牲陽極法，可保護鐵，D正確。
B級　素養培優練
7.(2024·德州一中高二月考)鋼鐵的防護有多種方法，下列
對于圖中的防護方法描述不正確的是(　　)
A.a、b以導線連接，輔助電極發生氧化反應
B.a、b以導線連接或以電源連接，輔助電極的材料可
能都含有Zn
C.a、b分別連接直流電源，通電后外電路電子被強制流向鋼鐵閘門
D.a、b分別連接直流電源的負極、正極，該方法是犧牲陽極法
D
解析　a、b以導線連接，裝置即為犧牲陽極法，則輔助電極活動性應該比鐵強，作負極，發生氧化反應，A正確；a、b以導線連接或以電源連接，輔助電極都是發生氧化反應，Zn比較活潑，會失去電子，B正確；通電后，被保護的鋼鐵閘門作陰極，輔助電極作陽極，因此通電后外電路電子被強制從輔助電極流向鋼鐵閘門，使鋼鐵閘門得到保護，C正確；由于有外加電源，故此方法為外加電流法，D錯誤。
8.Ⅰ.某化學興趣小組的同學學了金屬的電化學腐蝕，對教材敘述[鋼鐵在酸性環境中發生析氫腐蝕；在酸性很弱或呈中性，溶有O2的環境中發生吸氧腐蝕；鋼鐵等金屬的腐蝕主要為吸氧腐蝕]產生疑問，決定用數字化實驗模擬探究鋼鐵在酸性環境下的腐蝕情況。
(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1 mL溶液，測得壓強隨時間變化曲線如圖2。
同學甲得出結論：酸性條件下，鐵粉發生析氫腐蝕。
恒壓滴液漏斗
解析　(1)圖1所示裝置a儀器名稱為恒壓滴液漏斗。
(2)同學乙認為甲的結論不科學，錐形瓶內壓強變大還可能是
__________________________________________________________，
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。
反應放熱，溫度升高使瓶內壓強變大
在恒溫裝置中進行或在恒溫槽中進行
解析　(2)同學乙認為甲的結論不科學，錐形瓶內壓強變大除了生成氣體以外，還可能是反應放熱，溫度升高使瓶內壓強變大。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具體見答案。
(3)同學丙認為甲、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，結果如圖3同學丙得出：酸性較
弱時，鐵會發生吸氧腐蝕，其依據是
________________________________。
pH＝6時，裝置中壓強減小
解析　(3)同學丙認為甲、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，結果如圖3。同學丙得出：酸性較弱時，鐵會發生吸氧腐蝕，其依據是：pH＝6時，裝置中壓強減小。
(4)對于圖3中pH＝4時，鐵是否發生了
腐蝕？同學們意見不統一，經討論，
他們把壓強傳感器換成氧氣傳感器，
得出不同pH時裝置中O2濃度隨時間
的變化曲線如圖4。
結合實驗分析：pH＝4時，壓強幾乎
不隨時間改變是因為_________________
_____________________________________________________________________。
綜上，小組同學得出結論：教材表述科學嚴謹。
析氫腐蝕產生H2
與吸氧腐蝕消耗O2的體積相當(或析氫腐蝕與吸氧腐蝕的速率相當)
解析　(4)結合圖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，因此分析可知發生析氫腐蝕產生H2與吸氧腐蝕消耗O2的體積相當(或析氫腐蝕與吸氧腐蝕的速率相當)。
Ⅱ.拓展研究
(5)某科研機構研究海洋鋼架結構橋梁腐蝕，發現腐蝕最嚴重的是浪花飛濺區(海洋環境分區如圖5)，請你解釋原因_______________________________
______________________________________________________________________________________。
在浪花飛濺區，海水不斷破壞橋
梁表面的腐蝕產物和保護涂層，使鐵不斷與氧氣和水接觸反應，所以浪花飛濺區腐蝕最嚴重
解析　(5)腐蝕最嚴重的是浪花飛濺區，原因可能為：在浪花飛濺區，海水不斷破壞橋梁表面的腐蝕產物和保護涂層，使鐵不斷與氧氣和水接觸反應，所以浪花飛濺區腐蝕最嚴重。
(6)科學家還發現在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
全轉化為FeS，請寫出該鐵合金腐蝕的總反應
________________________________________
(離子方程式)。
(7)請列舉出生產生活中金屬制品的防腐措施_____________________________
_____________________________________________________(任寫一點即可)。
金屬刷油漆(外加涂層)、
制不銹鋼、電化學保護法等基礎課時27　金屬的腐蝕與防護
學習目標　1.認識金屬腐蝕的危害，能利用原電池原理解釋電化學腐蝕的原因。2.能正確書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應式和總反應式。3.了解金屬腐蝕的防護方法。
一、金屬的腐蝕
(一)知識梳理
1.金屬的腐蝕
(1)定義：金屬或合金與周圍的______________發生氧化還原反應而引起損耗的現象。
(2)分類
①化學腐蝕：金屬與其表面接觸的一些物質(如O2、Cl2、SO2等)直接反應而引起的腐蝕。
②電化學腐蝕：當不純的金屬與電解質溶液接觸時會發生原電池反應，比較活潑的金屬發生氧化反應而被腐蝕。
2.鋼鐵的電化學腐蝕
　　類別 項目　　 析氫腐蝕 吸氧腐蝕
圖形描述
條件 水膜酸性較強 水膜酸性很弱或呈中性
負極 Fe－2e－===Fe2＋
正極 2H＋＋2e－===H2↑
總反應 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
后續反應 最終生成鐵銹(主要成分為Fe2O3·xH2O)，反應如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
(二)互動探究
圖一、圖二是鐵釘在不同的水溶液中被腐蝕的實驗。
【問題討論】
問題1　圖一實驗顯示數天后，試管內液面上升，解釋其原因。
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問題2　圖二實驗顯示試管內液面稍有下降，則說明發生了什么腐蝕？
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問題3　鐵的腐蝕以哪種類型為主？為什么？
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【探究歸納】
金屬的化學腐蝕和電化學腐蝕的聯系和區別
化學腐蝕 電化學腐蝕
吸氧腐蝕 析氫腐蝕
條件 金屬與干燥氣體或非電解質液體等直接接觸 水膜中溶有O2，酸性很弱或呈中性 水膜酸性較強
本質 金屬被氧化而腐蝕 較活潑金屬被氧化而腐蝕
現象 無電流產生 有微弱電流產生
反應式(以鐵腐蝕為例) 2Fe＋3Cl2===2FeCl3 負極：2Fe－4e－===2Fe2＋
正極：2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 正極：4H＋＋4e－===2H2↑
聯系 兩種腐蝕往往同時發生，只是電化學腐蝕比化學腐蝕更普遍、危害更大
1.(2024·北京海淀區高二期中)用如下裝置進行鐵的電化學腐蝕實驗。下列說法正確的是(　　)
A.鐵發生的電極反應：Fe－3e－===Fe3＋
B.鐵腐蝕過程中，化學能轉化為熱能
C.炭粉的存在對鐵腐蝕的速率無影響
D.導管口產生氣泡證明鐵發生了析氫腐蝕
2.如圖，小試管內為紅墨水，具支試管內盛有pH＝4的雨水和生鐵片。實驗觀察到開始時導管內液面下降，一段時間后導管內液面回升，略高于小試管內液面。下列說法正確的是(　　)
A.生鐵片中的碳是原電池的負極，發生氧化反應
B.雨水酸性較強，生鐵片始終發生析氫腐蝕
C.墨水回升時，碳電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D.具支試管中溶液酸性增強
3.某?；瘜W興趣小組在一定條件下，研究發現碳鋼腐蝕與溶液pH的關系如下表所示：
pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14
腐蝕快慢 較快 慢 較快
主要產物 Fe2＋ Fe2O4 Fe2O3 FeO
下列說法不正確的是(　　)
A.當pH＜4時，負極反應為Fe－2e－===Fe2＋
B.當pH＞6時，碳鋼主要發生析氫腐蝕
C.當pH＞14時，正極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D.在煮沸除氧氣后的堿性溶液中，碳鋼腐蝕速率會減緩
4.(2024·青島三中高二期中)研究小組將混合均勻的新制鐵粉和碳粉置于錐形瓶底部，塞上瓶塞(如圖1)，從膠頭滴管中滴入醋酸溶液，容器中的壓強隨時間的變化曲線如圖2，下列說法不正確的是(　　)
A.鐵粉發生反應：Fe－2e－===Fe2＋
B.t1～t2時碳粉上發生了還原反應
C.0～t1時壓強增大的原因一定是鐵發生了析氫腐蝕
D.t2時，容器中壓強明顯小于起始壓強，原因是鐵發生了吸氧腐蝕
【題后歸納】　金屬的腐蝕類題目的解題思路
(1)正確判斷金屬的腐蝕是化學腐蝕還是電化學腐蝕。發生原電池反應引起的腐蝕為電化學腐蝕，無原電池反應發生的腐蝕為化學腐蝕。
(2)正確判斷“介質”溶液的酸堿性是分析析氫腐蝕和吸氧腐蝕的關鍵。潮濕的空氣、中性溶液中發生吸氧腐蝕；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液中發生析氫腐蝕。
(3)根據金屬活動性順序表分析析氫腐蝕和吸氧腐蝕。金屬活動性順序表中氫前面的金屬，在酸性較強的電解質溶液中發生析氫腐蝕，在中性或酸性較弱的電解質溶液中發生吸氧腐蝕；金屬活動性順序在氫后面的金屬只可能發生吸氧腐蝕。
二、金屬的防護
(一)知識梳理
金屬的防護主要從金屬、與金屬接觸的物質及兩者反應的條件等方面來考慮。
1.改變金屬材料的組成
在金屬中添加其他金屬或非金屬制成性能優異的合金。如普通鋼加入________、________制成不銹鋼，________合金不僅具有優異的抗腐蝕性能且具有良好的生物相容性。
2.在金屬表面覆蓋保護層
在金屬表面覆蓋致密的保護層，將金屬制品與周圍物質隔開是一種普遍采用的防護方法。如，在鋼鐵制品表面噴油漆、涂礦物性油脂、覆蓋搪瓷等；電鍍鋅、錫、鉻、鎳等，利用化學方法、離子注入法、表面滲鍍等方式在金屬表面形成穩定的鈍化膜。
3.電化學保護法
金屬在發生電化學腐蝕時，總是作為原電池負極(陽極)的金屬被腐蝕，作為正極(陰極)的金屬不被腐蝕，如果能使被保護的金屬成為陰極，就不易被腐蝕。
(1)犧牲陽極法
原理 ________原理
要求 被保護的金屬作正極，活潑性更強的金屬作負極。
應用 鍋爐內壁、船舶外殼、鋼鐵閘門安裝鎂合金或鋅塊
圖示
(2)外加電流法
原理 電解池原理
要求 被保護的金屬作為陰極，與電源的________相連
應用 鋼鐵閘門，高壓線鐵架，地下管道連接直流電源的負極
圖示
(二)互動探究
實驗Ⅰ：如圖裝置反應一段時間后，往Fe電極區滴入2滴黃色K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液。觀察到的現象是：Zn片逐漸溶解，電流表指針發生偏轉，鐵電極表面有氣泡產生，鐵電極附近沒有藍色沉淀生成。
實驗Ⅱ：在兩個培養皿中分別放入含有NaCl的瓊脂，并注入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液混合均勻，取兩個2～3 cm的鐵釘，用砂紙擦光，將裹有鋅皮的鐵釘放入a，纏有銅絲的鐵釘放入b。
實驗現象：a中鐵釘周圍變紅。b中鐵釘周圍生成藍色沉淀，銅絲周圍變紅。
【問題討論】
問題1　實驗Ⅰ中，電流表指針發生偏轉，說明該裝置產生了電流，試分別判斷兩極并寫出電極反應式。
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問題2　已知：Fe2＋與K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)反應生成帶有特征藍色的KFe[Fe(CN)6]沉淀，依據實驗Ⅰ中的實驗現象，你得出的實驗結論是什么？
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問題3　實驗Ⅱ中，a中鐵釘周圍變紅及b中鐵釘周圍生成藍色沉淀的原因是什么？
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問題4　由實驗Ⅱ的實驗現象，你得出的實驗結論是什么？
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【探究歸納】
1.金屬防護措施
2.金屬電化學防護方法的比較
比較項目 犧牲陽極法 外加電流法
是否外接電源 否 是
所用的原理 原電池原理 電解池原理
兩個電極 的材料 正極：被保護金屬 負極：比被保護金屬活潑的金屬 被保護金屬與外接電源的負極相連作陰極，惰性電極與外接電源正極相連作陽極
保護效果 外加電流法的保護效果比犧牲陽極法的保護效果更好
5.下列金屬防腐的措施中，使用外加電流法的是(　　)
A.水中的鋼閘門連接電源的負極
B.金屬護欄表面涂漆
C.汽車底盤噴涂高分子膜
D.地下鋼管連接鎂塊
6.下列防止鋼鐵腐蝕的方法中，屬于犧牲陽極法的是(　　)
7.下列各種情況中，Fe片腐蝕速率由慢到快的順序是(　　)
A.⑤②①③④ B.⑤①②④③
C.④②①③⑤ D.④③①②⑤
8.甲、乙同學分別用下圖所示裝置驗證鐵的電化學防護原理。
相同時間后進行如下實驗
實驗①：甲同學分別向Ⅰ、Ⅱ中Fe電極附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ中產生藍色沉淀，Ⅱ中無沉淀。
實驗②：乙同學分別?、瘛ⅱ蛑蠪e電極附近溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ、Ⅱ中均無沉淀。
下列說法正確的是(　　)
A.Ⅰ是犧牲陽極法，負極反應式為Fe－2e－===Fe2＋
B.Ⅱ為外加電流法，Fe電極與外接電源的正極相連
C.由實驗①中Ⅰ、Ⅱ現象的差異，推測K3[Fe(CN)6]在Ⅰ中氧化性強于Ⅱ
D.由實驗可知，兩種保護法均能保護Fe，且Ⅱ保護得更好
【題后歸納】　金屬腐蝕的快慢比較
(1)在同一種電解質的溶液中，金屬腐蝕由快到慢的順序：電解池的陽極＞原電池的負極＞化學腐蝕＞原電池的正極＞電解池的陰極。
(2)在不同溶液中，金屬在電解質溶液中的腐蝕＞金屬在非電解質溶液中的腐蝕；在濃度相同的電解質溶液中，金屬在強電解質溶液中的腐蝕＞金屬在弱電解質溶液中的腐蝕。
(3)對同一種電解質溶液來說，電解質溶液濃度越大，腐蝕越快。
：課后完成　第四章　基礎課時27
高考真題體驗(四)
章末測評驗收卷(四)
模塊測評驗收卷基礎課時27　金屬的腐蝕與防護
學習目標　1.認識金屬腐蝕的危害，能利用原電池原理解釋電化學腐蝕的原因。2.能正確書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應式和總反應式。3.了解金屬腐蝕的防護方法。
一、金屬的腐蝕
(一)知識梳理
1.金屬的腐蝕
(1)定義：金屬或合金與周圍的氣體或液體發生氧化還原反應而引起損耗的現象。
(2)分類
①化學腐蝕：金屬與其表面接觸的一些物質(如O2、Cl2、SO2等)直接反應而引起的腐蝕。
②電化學腐蝕：當不純的金屬與電解質溶液接觸時會發生原電池反應，比較活潑的金屬發生氧化反應而被腐蝕。
2.鋼鐵的電化學腐蝕
　　類別 項目　　 析氫腐蝕 吸氧腐蝕
圖形描述
條件 水膜酸性較強 水膜酸性很弱或呈中性
負極 Fe－2e－===Fe2＋
正極 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋4e－＋2H2O===4OH－
總反應 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
后續反應 最終生成鐵銹(主要成分為Fe2O3·xH2O)，反應如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
(二)互動探究
圖一、圖二是鐵釘在不同的水溶液中被腐蝕的實驗。
【問題討論】
問題1　圖一實驗顯示數天后，試管內液面上升，解釋其原因。
提示　鐵釘發生吸氧腐蝕，O2＋4e－＋2H2O===4OH－，試管內氣壓減小，試管內液面上升。
問題2　圖二實驗顯示試管內液面稍有下降，則說明發生了什么腐蝕？
提示　說明發生了析氫腐蝕， 2H＋＋2e－===H2↑，試管內氣壓增大。
問題3　鐵的腐蝕以哪種類型為主？為什么？
提示　由于鋼鐵通常所處的外部環境干燥程度較低，氧氣的存在又比較廣泛，所以鋼鐵主要是電化學腐蝕，其次為化學腐蝕，又因為鋼鐵表面一般不會遇到酸性較強的溶液，故吸氧腐蝕是鋼鐵腐蝕的主要形式。
【探究歸納】
金屬的化學腐蝕和電化學腐蝕的聯系和區別
化學腐蝕 電化學腐蝕
吸氧腐蝕 析氫腐蝕
條件 金屬與干燥氣體或非電解質液體等直接接觸 水膜中溶有O2，酸性很弱或呈中性 水膜酸性較強
本質 金屬被氧化而腐蝕 較活潑金屬被氧化而腐蝕
現象 無電流產生 有微弱電流產生
反應式(以鐵腐蝕為例) 2Fe＋3Cl2===2FeCl3 負極：2Fe－4e－===2Fe2＋
正極：2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 正極：4H＋＋4e－===2H2↑
聯系 兩種腐蝕往往同時發生，只是電化學腐蝕比化學腐蝕更普遍、危害更大
1.(2024·北京海淀區高二期中)用如下裝置進行鐵的電化學腐蝕實驗。下列說法正確的是(　　)
A.鐵發生的電極反應：Fe－3e－===Fe3＋
B.鐵腐蝕過程中，化學能轉化為熱能
C.炭粉的存在對鐵腐蝕的速率無影響
D.導管口產生氣泡證明鐵發生了析氫腐蝕
答案　B
解析　鐵發生的電極反應：Fe－2e－===Fe2＋，A錯誤；鐵腐蝕過程中，試管發熱，說明化學能轉化為熱能，B正確；鐵粉、炭粉、氯化鈉溶液構成原電池，炭粉的存在加快鐵腐蝕的速率，C錯誤；鐵腐蝕過程中，試管內溫度升高，氣體膨脹，導管口產生氣泡不能證明鐵發生了析氫腐蝕，D錯誤。
2.如圖，小試管內為紅墨水，具支試管內盛有pH＝4的雨水和生鐵片。實驗觀察到開始時導管內液面下降，一段時間后導管內液面回升，略高于小試管內液面。下列說法正確的是(　　)
A.生鐵片中的碳是原電池的負極，發生氧化反應
B.雨水酸性較強，生鐵片始終發生析氫腐蝕
C.墨水回升時，碳電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D.具支試管中溶液酸性增強
答案　C
解析　pH＝4的雨水顯酸性，則生鐵片先發生析氫腐蝕，鐵為負極發生氧化反應，隨著反應的進行，雨水中的氫離子濃度逐漸降低，生鐵片發生吸氧腐蝕，整個過程中碳為正極，具支試管中溶液酸性減弱，A、B、D錯誤；發生析氫腐蝕時導管內液面下降，發生吸氧腐蝕時導管內液面回升，碳電極為正極，液面回升時碳電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正確。
3.某校化學興趣小組在一定條件下，研究發現碳鋼腐蝕與溶液pH的關系如下表所示：
pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14
腐蝕快慢 較快 慢 較快
主要產物 Fe2＋ Fe2O4 Fe2O3 FeO
下列說法不正確的是(　　)
A.當pH＜4時，負極反應為Fe－2e－===Fe2＋
B.當pH＞6時，碳鋼主要發生析氫腐蝕
C.當pH＞14時，正極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D.在煮沸除氧氣后的堿性溶液中，碳鋼腐蝕速率會減緩
答案　B
解析　當pH＜4溶液中，碳鋼主要發生析氫腐蝕，負極電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，正極上電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑，A正確；當pH＞6溶液中，碳鋼主要發生吸氧腐蝕，負極電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，正極上電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B錯誤；在pH＞14溶液中，碳鋼腐蝕的正極反應O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正確；在煮沸除氧氣后的堿性溶液中，正極上氧氣生成氫氧根離子速率減小，所以碳鋼腐蝕速率會減緩，D正確。
4.(2024·青島三中高二期中)研究小組將混合均勻的新制鐵粉和碳粉置于錐形瓶底部，塞上瓶塞(如圖1)，從膠頭滴管中滴入醋酸溶液，容器中的壓強隨時間的變化曲線如圖2，下列說法不正確的是(　　)
A.鐵粉發生反應：Fe－2e－===Fe2＋
B.t1～t2時碳粉上發生了還原反應
C.0～t1時壓強增大的原因一定是鐵發生了析氫腐蝕
D.t2時，容器中壓強明顯小于起始壓強，原因是鐵發生了吸氧腐蝕
答案　C
解析　由圖2可知，0～t1時錐形瓶中氣體壓強增大，說明鐵與醋酸溶液反應生成氫氣使錐形瓶內氣體的物質的量增大，反應生成的氫氣可能是鐵直接與醋酸發生化學腐蝕而得，也可能是鐵、碳在醋酸溶液中構成原電池，鐵發生析氫腐蝕而得；t1以后，錐形瓶內氣體壓強減小，鐵、碳在溶液中構成原電池，鐵發生吸氧腐蝕導致容器內氧氣的物質的量減??；t2時，錐形瓶中壓強明顯小于起始壓強，說明鐵、碳在溶液中構成原電池，鐵發生了吸氧腐蝕。
【題后歸納】　金屬的腐蝕類題目的解題思路
(1)正確判斷金屬的腐蝕是化學腐蝕還是電化學腐蝕。發生原電池反應引起的腐蝕為電化學腐蝕，無原電池反應發生的腐蝕為化學腐蝕。
(2)正確判斷“介質”溶液的酸堿性是分析析氫腐蝕和吸氧腐蝕的關鍵。潮濕的空氣、中性溶液中發生吸氧腐蝕；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液中發生析氫腐蝕。
(3)根據金屬活動性順序表分析析氫腐蝕和吸氧腐蝕。金屬活動性順序表中氫前面的金屬，在酸性較強的電解質溶液中發生析氫腐蝕，在中性或酸性較弱的電解質溶液中發生吸氧腐蝕；金屬活動性順序在氫后面的金屬只可能發生吸氧腐蝕。
二、金屬的防護
(一)知識梳理
金屬的防護主要從金屬、與金屬接觸的物質及兩者反應的條件等方面來考慮。
1.改變金屬材料的組成
在金屬中添加其他金屬或非金屬制成性能優異的合金。如普通鋼加入鎳、鉻制成不銹鋼，鈦合金不僅具有優異的抗腐蝕性能且具有良好的生物相容性。
2.在金屬表面覆蓋保護層
在金屬表面覆蓋致密的保護層，將金屬制品與周圍物質隔開是一種普遍采用的防護方法。如，在鋼鐵制品表面噴油漆、涂礦物性油脂、覆蓋搪瓷等；電鍍鋅、錫、鉻、鎳等，利用化學方法、離子注入法、表面滲鍍等方式在金屬表面形成穩定的鈍化膜。
3.電化學保護法
金屬在發生電化學腐蝕時，總是作為原電池負極(陽極)的金屬被腐蝕，作為正極(陰極)的金屬不被腐蝕，如果能使被保護的金屬成為陰極，就不易被腐蝕。
(1)犧牲陽極法
原理 原電池原理
要求 被保護的金屬作正極，活潑性更強的金屬作負極。
應用 鍋爐內壁、船舶外殼、鋼鐵閘門安裝鎂合金或鋅塊
圖示
(2)外加電流法
原理 電解池原理
要求 被保護的金屬作為陰極，與電源的負極相連
應用 鋼鐵閘門，高壓線鐵架，地下管道連接直流電源的負極
圖示
(二)互動探究
實驗Ⅰ：如圖裝置反應一段時間后，往Fe電極區滴入2滴黃色K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液。觀察到的現象是：Zn片逐漸溶解，電流表指針發生偏轉，鐵電極表面有氣泡產生，鐵電極附近沒有藍色沉淀生成。
實驗Ⅱ：在兩個培養皿中分別放入含有NaCl的瓊脂，并注入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液混合均勻，取兩個2～3 cm的鐵釘，用砂紙擦光，將裹有鋅皮的鐵釘放入a，纏有銅絲的鐵釘放入b。
實驗現象：a中鐵釘周圍變紅。b中鐵釘周圍生成藍色沉淀，銅絲周圍變紅。
【問題討論】
問題1　實驗Ⅰ中，電流表指針發生偏轉，說明該裝置產生了電流，試分別判斷兩極并寫出電極反應式。
提示　Zn作負極，電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋
Fe作正極，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑。
問題2　已知：Fe2＋與K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)反應生成帶有特征藍色的KFe[Fe(CN)6]沉淀，依據實驗Ⅰ中的實驗現象，你得出的實驗結論是什么？
提示　溶液中不含Fe2＋，說明鐵電極未被腐蝕，鐵電極(即原電池的正極)受到了保護。
問題3　實驗Ⅱ中，a中鐵釘周圍變紅及b中鐵釘周圍生成藍色沉淀的原因是什么？
提示　a中鐵釘作原電池的正極，電極反應式為2H2O＋O2＋4e－===4OH－，鐵釘周圍酚酞遇堿變紅色；b中鐵釘作原電池的負極，電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，鐵釘周圍生成的Fe2＋與K3[Fe(CN)6]反應生成KFe[Fe(CN)6]藍色沉淀。
問題4　由實驗Ⅱ的實驗現象，你得出的實驗結論是什么？
提示　鐵作原電池負極易被腐蝕，而作原電池正極，則受到保護而不被腐蝕。
【探究歸納】
1.金屬防護措施
2.金屬電化學防護方法的比較
比較項目 犧牲陽極法 外加電流法
是否外接電源 否 是
所用的原理 原電池原理 電解池原理
兩個電極的材料 正極：被保護金屬 負極：比被保護金屬活潑的金屬 被保護金屬與外接電源的負極相連作陰極，惰性電極與外接電源正極相連作陽極
保護效果 外加電流法的保護效果比犧牲陽極法的保護效果更好
5.下列金屬防腐的措施中，使用外加電流法的是(　　)
A.水中的鋼閘門連接電源的負極
B.金屬護欄表面涂漆
C.汽車底盤噴涂高分子膜
D.地下鋼管連接鎂塊
答案　A
解析　B、C項措施均為在金屬表面覆蓋保護層的化學防腐蝕的保護法；D項是利用原電池原理的犧牲陽極法；A項鋼閘門連接電源負極，屬于使用外加電流法的防腐措施。
6.下列防止鋼鐵腐蝕的方法中，屬于犧牲陽極法的是(　　)
答案　B
解析　犧牲陽極法屬于原電池保護。選項A中鐵管道為陰極，該方法屬于外加電流法，A錯誤；選項B中Mg作負極，對作正極的鋼鐵水管起到保護作用，屬于犧牲陽極法，B正確；鋼閘門在陽極發生氧化反應，加快鋼閘門腐蝕，C錯誤；噴油漆屬于在金屬表面覆蓋保護層，D錯誤。
7.下列各種情況中，Fe片腐蝕速率由慢到快的順序是(　　)
A.⑤②①③④ B.⑤①②④③
C.④②①③⑤ D.④③①②⑤
答案　D
解析　根據裝置圖知，②③裝置是原電池，在②中金屬鐵作負極被腐蝕，在③中金屬鐵作正極被保護，所以鐵的腐蝕速率：②＞③；④⑤裝置是電解池，④中金屬鐵為陰極被保護，⑤中金屬鐵為陽極被腐蝕，即鐵的腐蝕速率：⑤＞④；根據電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞有防腐蝕措施的腐蝕，并且原電池的正極金屬腐蝕速率大于電解池的陰極金屬腐蝕速率，則鐵腐蝕速率由慢到快的順序為④③①②⑤。
8.甲、乙同學分別用下圖所示裝置驗證鐵的電化學防護原理。
相同時間后進行如下實驗
實驗①：甲同學分別向Ⅰ、Ⅱ中Fe電極附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ中產生藍色沉淀，Ⅱ中無沉淀。
實驗②：乙同學分別?、?、Ⅱ中Fe電極附近溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ、Ⅱ中均無沉淀。
下列說法正確的是(　　)
A.Ⅰ是犧牲陽極法，負極反應式為Fe－2e－===Fe2＋
B.Ⅱ為外加電流法，Fe電極與外接電源的正極相連
C.由實驗①中Ⅰ、Ⅱ現象的差異，推測K3[Fe(CN)6]在Ⅰ中氧化性強于Ⅱ
D.由實驗可知，兩種保護法均能保護Fe，且Ⅱ保護得更好
答案　D
解析　由圖Ⅰ可知，Fe電極是正極，Zn電極是負極，屬于犧牲陽極法，由于電解質溶液呈酸性，故正極上氫離子得電子，負極是Zn失去電子，反應為Zn－2e－===Zn2＋，A錯誤；外加電流法中要保護的電極應與外接電源的負極相連，即Fe電極與外接電源的負極相連，B錯誤；由于Ⅰ中Fe電極與電解質溶液直接接觸，會有少量的Fe直接與酸反應生成Fe2＋，與K3[Fe(CN)6]在Ⅰ、Ⅱ中的氧化性無關，C錯誤；對比Ⅰ、Ⅱ現象的差異可知，兩種保護法均能保護Fe，且電解法保護的更好，即Ⅱ保護得更好，D正確。
【題后歸納】　金屬腐蝕的快慢比較
(1)在同一種電解質的溶液中，金屬腐蝕由快到慢的順序：電解池的陽極＞原電池的負極＞化學腐蝕＞原電池的正極＞電解池的陰極。
(2)在不同溶液中，金屬在電解質溶液中的腐蝕＞金屬在非電解質溶液中的腐蝕；在濃度相同的電解質溶液中，金屬在強電解質溶液中的腐蝕＞金屬在弱電解質溶液中的腐蝕。
(3)對同一種電解質溶液來說，電解質溶液濃度越大，腐蝕越快。
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)金屬的腐蝕
1.判斷正誤(正確劃“√”，錯誤劃“×”)。
(1)無論化學腐蝕還是電化學腐蝕，金屬的腐蝕都是金屬失電子被氧化的過程(　　)
(2)干燥環境下，所有金屬都不能被腐蝕(　　)
(3)純鐵不易腐蝕，生鐵易腐蝕，是因為生鐵中含碳能形成原電池發生電化學腐蝕(　　)
(4)鐵的電化學腐蝕負極反應為Fe－3e－===Fe3＋(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×
2.(2024·北京房山中學高二期中)下列與金屬腐蝕有關的說法中，不正確的是(　　)
A.鋁不易與氧氣發生反應，具有很強的抗腐蝕能力
B.鋼鐵在潮濕空氣中生銹屬于電化學腐蝕
C.電化學腐蝕一般可分為吸氧腐蝕和析氫腐蝕
D.金屬腐蝕的本質是金屬原子失去電子被氧化的過程
答案　A
解析　鋁的表面易形成致密的氧化膜，氧化膜能保護內部金屬不被腐蝕，所以鋁具有很強的抗腐蝕能力，A錯誤。
3.(2024·成都石室中學高二月考)將銅絲纏繞在鐵釘上，進行如圖所示的實驗，下列對實驗現象的解釋不合理的是(　　)
A.向銅絲周圍滴加兩滴酚酞出現紅色：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B.鐵釘溶解：Fe－2e－===Fe2＋
C.向鐵釘周圍滴加兩滴鐵氰化鉀出現藍色：Fe2＋＋K＋＋[Fe(CN)6]3－===KFe[Fe(CN)6]↓
D.一段時間后會出現白色沉淀：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓
答案　A
解析　纏繞銅絲的鐵釘在氯化鈉溶液中發生吸氧腐蝕，銅絲為正極，氧氣在正極得電子發生還原反應的電極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－， A錯誤；鐵釘發生吸氧腐蝕，鐵釘作負極發生氧化反應的電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，B正確；鐵釘溶解產生Fe2＋，Fe2＋遇到鐵氰化鉀出現藍色的離子方程式為Fe2＋＋K＋＋[Fe(CN)6]3－===KFe[Fe(CN)6]↓，C正確；根據鐵的吸氧腐蝕負極產生的Fe2＋和正極產生的OH－不共存，能生成Fe(OH)2白色沉淀的離子方程式為Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓，D正確。
(二)腐蝕快慢的比較與判斷
4.相同材質的鐵在圖中的四種情況下最易被腐蝕的是(　　)
答案　A
解析　A項，食醋為酸性溶液，提供電解質溶液環境，鐵勺和銅盆是相互接觸的兩個金屬板，構成原電池的兩極，形成原電池，酸性溶液中，鐵是活潑金屬，作負極，腐蝕快；B項，鐵炒鍋和鐵鏟都是鐵碳合金，食鹽水提供電解質環境，雖然符合原電池形成的條件，但腐蝕相對A中酸性溶液較慢；C項，銅鍍層將鐵球覆蓋，使鐵被保護，所以鐵不易被腐蝕；D項，酸雨提供電解質溶液環境，鐵鉚釘和鋅板分別作正、負極，形成原電池，鐵被保護。綜合上述，最易被腐蝕的是A。
(三)金屬的防護
5.下列有關鋼鐵的電化學腐蝕及防護描述正確的是(　　)
A.可利用上圖裝置保護鋼閘門
B.鍍層破壞后，白鐵(鍍鋅鐵)比馬口鐵(鍍錫鐵)的腐蝕速率更快
C.陰極保護法中的犧牲陽極法和外加電流法都要采用輔助陽極，兩種方法中的輔助陽極上發生的電極反應類型相同
D.鋼鐵發生電化學腐蝕的負極反應式為Fe－3e－===Fe3＋
答案　C
解析　該裝置為電解池，鋼閘門連接電源正極做電解池的陽極，鐵失電子生成亞鐵離子，加速腐蝕，不能保護鋼閘門，A錯誤；鍍層破壞后，白鐵(鍍鋅鐵)中鋅的活潑性比鐵的強，鐵做正極被保護，馬口鐵(鍍錫鐵)中鐵的活潑性比錫強，鐵做負極被腐蝕，則鍍層破壞后馬口鐵的腐蝕速率更快，B錯誤；犧牲陽極法是原電池原理，將被保護的金屬作為正極，被保護；外加電流法是電解池原理，將被保護的金屬作為陰極，被保護，都是發生還原反應，C正確；鋼鐵發生電化學腐蝕的負極鐵單質失去電子生成亞鐵離子，負極的反應式：Fe－2e－===Fe2＋，D錯誤。
6.(2024·唐山豐潤區高二期中)下列關于金屬腐蝕與防護的說法不正確的是(　　)
A.圖①，放置于干燥空氣中的鐵釘不易生銹
B.圖②，若斷開電源，鋼閘門將發生吸氧腐蝕
C.圖②，若將鋼閘門與電源的正極相連，可防止鋼閘門腐蝕
D.圖③，若金屬M比Fe活潑，可防止輸水管腐蝕
答案　C
解析　潮濕空氣中鐵釘能發生吸氧腐蝕；干燥空氣中無水，不能發生吸氧腐蝕，鐵釘不易生銹，A正確；斷開電源后，該裝置為原電池裝置，鐵釘作負極，失電子被氧化，在海水中發生吸氧腐蝕，B正確；應該將鋼鐵閘門與電源的負極相連，可防止鋼閘門腐蝕，防腐蝕原理為外加電流法，C錯誤；若金屬M比鐵活潑，將M與鐵相連，為犧牲陽極法，可保護鐵，D正確。
B級　素養培優練
7.(2024·德州一中高二月考)鋼鐵的防護有多種方法，下列對于圖中的防護方法描述不正確的是(　　)
A.a、b以導線連接，輔助電極發生氧化反應
B.a、b以導線連接或以電源連接，輔助電極的材料可能都含有Zn
C.a、b分別連接直流電源，通電后外電路電子被強制流向鋼鐵閘門
D.a、b分別連接直流電源的負極、正極，該方法是犧牲陽極法
答案　D
解析　a、b以導線連接，裝置即為犧牲陽極法，則輔助電極活動性應該比鐵強，作負極，發生氧化反應，A正確；a、b以導線連接或以電源連接，輔助電極都是發生氧化反應，Zn比較活潑，會失去電子，B正確；通電后，被保護的鋼鐵閘門作陰極，輔助電極作陽極，因此通電后外電路電子被強制從輔助電極流向鋼鐵閘門，使鋼鐵閘門得到保護，C正確；由于有外加電源，故此方法為外加電流法，D錯誤。
8.Ⅰ.某化學興趣小組的同學學了金屬的電化學腐蝕，對教材敘述[鋼鐵在酸性環境中發生析氫腐蝕；在酸性很弱或呈中性，溶有O2的環境中發生吸氧腐蝕；鋼鐵等金屬的腐蝕主要為吸氧腐蝕]產生疑問，決定用數字化實驗模擬探究鋼鐵在酸性環境下的腐蝕情況。
(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1 mL溶液，測得壓強隨時間變化曲線如圖2。
同學甲得出結論：酸性條件下，鐵粉發生析氫腐蝕。
(2)同學乙認為甲的結論不科學，錐形瓶內壓強變大還可能是__________________________________________________________，
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)同學丙認為甲、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，結果如圖3同學丙得出：酸性較弱時，鐵會發生吸氧腐蝕，其依據是__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(4)對于圖3中pH＝4時，鐵是否發生了腐蝕？同學們意見不統一，經討論，他們把壓強傳感器換成氧氣傳感器，得出不同pH時裝置中O2濃度隨時間的變化曲線如圖4。
結合實驗分析：pH＝4時，壓強幾乎不隨時間改變是因為__________________________________________________________。
綜上，小組同學得出結論：教材表述科學嚴謹。
Ⅱ.拓展研究
(5)某科研機構研究海洋鋼架結構橋梁腐蝕，發現腐蝕最嚴重的是浪花飛濺區(海洋環境分區如圖5)，請你解釋原因_______________________________
__________________________________________________________。
(6)科學家還發現在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－完全轉化為FeS，請寫出該鐵合金腐蝕的總反應___________________________________________
__________________________________________________(離子方程式)。
(7)請列舉出生產生活中金屬制品的防腐措施_______________________
_______________________________________________(任寫一點即可)。
答案　(1)恒壓滴液漏斗
(2)反應放熱，溫度升高使瓶內壓強變大　在恒溫裝置中進行或在恒溫槽中進行
(3)pH＝6時，裝置中壓強減小
(4)析氫腐蝕產生H2與吸氧腐蝕消耗O2的體積相當(或析氫腐蝕與吸氧腐蝕的速率相當)
(5)在浪花飛濺區，海水不斷破壞橋梁表面的腐蝕產物和保護涂層，使鐵不斷與氧氣和水接觸反應，所以浪花飛濺區腐蝕最嚴重
(6)4Fe＋4H2O＋SO3Fe(OH)2＋FeS＋2OH－
(7)金屬刷油漆(外加涂層)、制不銹鋼、電化學保護法等
解析　(1)圖1所示裝置a儀器名稱為恒壓滴液漏斗。(2)同學乙認為甲的結論不科學，錐形瓶內壓強變大除了生成氣體以外，還可能是反應放熱，溫度升高使瓶內壓強變大。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具體見答案。(3)同學丙認為甲、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，結果如圖3。同學丙得出：酸性較弱時，鐵會發生吸氧腐蝕，其依據是：pH＝6時，裝置中壓強減小。(4)結合圖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，因此分析可知發生析氫腐蝕產生H2與吸氧腐蝕消耗O2的體積相當(或析氫腐蝕與吸氧腐蝕的速率相當)。(5)腐蝕最嚴重的是浪花飛濺區，原因可能為：在浪花飛濺區，海水不斷破壞橋梁表面的腐蝕產物和保護涂層，使鐵不斷與氧氣和水接觸反應，所以浪花飛濺區腐蝕最嚴重。(6)科學家還發現在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－完全轉化為FeS，結合得失電子守恒和原子守恒寫出該鐵合金腐蝕的總反應：4Fe＋4H2O＋SO3Fe(OH)2＋FeS＋2OH－。

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