第四节 金属的电化学腐蚀与防护
基础巩固
1下列有关金属腐蚀的说法中正确的是( )
A.金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程 B.电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程 C.钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀,负极吸收氧气,产物最终转化为铁锈 D.金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同,但电化学腐蚀伴有电流产生 答案D 2钢铁发生吸氧腐蚀时,负极的电极反应式是( ) A.Fe-3e
-
Fe3+
B.O+2H-
-
22O+4e4OH
C.Fe-2e
-
Fe2+
D.OO-4e-
2+2H24OH-
答案C 3下列做法不能起防锈作用的是( ) A.保留铁制品上的铁锈 B.在铁制品表面镀锌 C.在金属机械上涂油 D.在车、船的表面刷油漆
答案A 4铁生锈是一种常见的自然现象,其主要的化学反应方程式为4Fe+3O2+xH2O
2Fe2O3·xH2O。如图为一放在水槽中的铁架,水位高度如图。最容易生锈的铁架横杆是(
A.① B.② C.③ D.④
答案C )
5如图,拴上金属条的铁钉插在含有酚酞的NaCl溶液中,可以看到贴近金属条一边的溶液出现粉红色,该金属条可能是( )
A.Cu C.Zn 答案A 6保护地下钢管不受腐蚀,可使它连接( ) A.铜板 C.直流电源负极
B.石墨 D.直流电源正极 B.Al D.Mg
解析若连接铜或石墨,则铁作负极,会加快钢管的腐蚀;可使它连接直流电源的负极,即钢管作电解池的阴极,被保护。 答案C 7(2018河南安阳一模)为了减少钢管因锈蚀造成的损失,某城市拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢管。下列有关说法错误的是( )
A.在潮湿的酸性土壤中钢管主要发生析氢腐蚀
B.在潮湿的酸性土壤中金属棒M将电子通过导线流向钢管 C.在潮湿的酸性土壤中H向金属棒M移动,抑制H与铁的反应 D.金属棒M与钢管用导线连接后可使钢管表面的腐蚀电流接近零
解析在酸性环境下,钢铁发生析氢腐蚀,故A正确;为了减少钢管的损失,金属棒M、钢管应在酸性土壤中形成原电池,其中金属M作负极,失去电子,失去的电子通过导线流向钢管,钢管作正极被保护,故B正确;在潮湿的酸性土壤中,存在大量氢离子,氢离子移动到正极上得电
+
+
子被还原,即移动到钢管上得电子,故能抑制氢离子与铁的反应,故C错误;金属棒比钢管活泼,钢管被保护,几乎不再被腐蚀,故其腐蚀电流接近零,故D正确。 答案C 8下列说法正确的是( )
A.钢铁因含杂质而容易发生电化学腐蚀,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.金属发生化学腐蚀还是电化学腐蚀的主要区别在于金属的纯度不同 D.无论哪种类型的腐蚀,其实质都是金属被氧化
解析金属通过改变内部结构,可以耐腐蚀,如将铁冶炼成不锈钢,则耐腐蚀,所以A项错误;原电池反应虽然可以导致金属腐蚀,但将需要保护的金属制品和活泼金属相连,构成原电池可以减慢金属的腐蚀,故B项错误;决定金属发生电化学腐蚀还是发生化学腐蚀的因素是金属周围的环境,如果金属直接接触有腐蚀性的气体或溶液,则会发生化学腐蚀;而一般情况下则发生电化学腐蚀,故C项错误;金属无论发生哪种类型的腐蚀,其实质都是金属失去电子被氧化,故D项正确。 答案D 9相同材质的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是
( )
解析在A中,食醋提供电解质溶液环境,铁勺和铜盆是相互接触的两个金属极,形成原电池,铁是活泼金属作负极;在B中,食盐水提供电解质溶液环境,铁炒锅和铁铲都是铁碳合金,符合原电池形成的条件,铁是活泼金属作负极,碳作正极;在C中,铜镀层将铁球覆盖、使铁被保护,所以铁不易被腐蚀;在D中,酸雨提供电解质溶液环境,铁铆钉和铜板分别作负、正极,形成原电池。 答案C 10潜艇的金属外壳浸在海水中,在海水和空气的作用下会被腐蚀。
(1)若海水呈中性,一艘钢制外壳的潜艇在海水中发生腐蚀的电极反应式为: 正极: , 负极: 。 (2)为有效地保护潜艇,下列措施中最好的是 。 A.采用纯铁制造潜艇外壳 B.采用耐腐蚀的合金制造潜艇外壳 C.在潜艇外壳上涂一层油 D.在潜艇外壳上装一定数量的锌块
解析金属防护的方法很多,可以采取以下措施进行:
(1)改变金属的内部组织结构。合金钢中含有合金元素,使组织结构发生变化,耐腐蚀。如不锈钢。
(2)在金属表面覆盖保护层。常见方式有:涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等;使表面生成致密氧化膜;在表面镀一层有自我保护作用的另一种金属。
(3)电化学保护法:①外加电源的阴极保护法:接上外加直流电源构成电解池,被保护的金属作阴极。②牺牲阳极的阴极保护法:外加负极材料,构成原电池,被保护的金属作正极。 答案(1)O2+2H2O+4e
-
4OH 2Fe-4e
--
2Fe (2)B
2+
11如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。
(1)腐蚀过程中,负极是 (填图中字母“a”或“b”或“c”);
(2)环境中的Cl扩散到孔口,并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl,其离子方程式为 ; (3)若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl,则理论上耗氧体积为 L(标准状况)。 解析(1)在图中铜被腐蚀,由单质变为Cu,可知铜为负极。
(2)在铜的吸氧腐蚀中,负极反应产物为Cu,正极反应产物为OH,二者与Cl反应的离子方程式为2Cu+3OH+Cl
2+
--2+
--2+
-
Cu2(OH)3Cl↓。
(3)4.29 g Cu2(OH)3Cl的物质的量为n[Cu2(OH)3Cl]=
-
4.29g
214.5g·mol-1
=0.02 mol,则铜被腐蚀
失去电子的物质的量为n(e)=2×2×0.02 mol=0.08 mol;根据电子守恒可知,耗氧的物质的量为n(O2)=
0.08mol4
=0.02 mol,则标准状况下V(O2)=0.02 mol×22.4 L·mol=0.448 L。
2+
--
-1
答案(1)c (2)2Cu+3OH+Cl(3)0.448
Cu2(OH)3Cl↓
12如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素,某同学做了如下探究实验: 序号 内容 1 2 3 4 5 6 小时
回答以下问题:
(1)上述实验中发生了电化学腐蚀的是(填实验序号) ;在电化学腐蚀中,负极反应是 ;正极反应是 ;
(2)由该实验可知,可以影响铁锈蚀速率的因素有: ; (3)为防止铁的锈蚀,工业上普遍采用的方法是 (答两种方法)。 答案(1)3、4、5、6 Fe-2e
-
实验现象 干燥的铁丝表面依然光亮 铁丝表面依然光亮 铁丝表面已变得灰暗 铁丝表面略显灰暗 铁丝表面已变得灰暗 常温下将铁丝放在干燥空气中1个月 常温下将铁丝放在潮湿空气中1小时 常温下将铁丝放在潮湿的空气中1个月 将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中1小时 将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中1小时 将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中1铁丝表面灰暗程度比实验5严重 Fe 2H2O+O2+4e
2+-
4OH
-
(2)湿度、温度、O2的浓度、存在电解质溶液
(3)电镀、喷油漆等表面覆盖保护层,牺牲阳极的阴极保护法等
能力提升
★
1在通风橱中进行下列实验: