第六章
第四节　金属的电化学腐蚀与防护
高考在本节的重要考点有两个，一是金属发生电化学腐蚀的原因；二是防止金属腐蚀的措施；预测金属的电化学腐蚀与防护知识与新能源、环境保护、工业生产、物质制备等热点问题相结合是今后高考命题的一个新的变化。
1．金属腐蚀的本质
金属原子____电子变为金属阳离子，金属发生____反应。
2．化学腐蚀与电化学腐蚀
失去
氧化
原电池
较活泼
无
有微弱
电化学
3.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
酸性较强
酸性较弱或中性
吸氧
Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
Fe＋2H＋===Fe2＋
＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===
2Fe(OH)2
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
Fe(OH)3→Fe2O3·xH2O(铁锈)
4.金属腐蚀由快到慢的规律
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。
5．金属的防护
一般有三条途径：
(1)改变金属内部组成结构，可以增强金属耐腐蚀的能力，如不锈钢。
(2)在金属表面覆盖一层保护层，如油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化成致密的氧化膜，以断绝金属与外界物质接触，达到耐腐蚀的效果。
(3)电化学保护法：牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法。
下列叙述中正确的是________。
A．生铁比纯铁容易生锈与电化学腐蚀有关
B．将钢铁与电源的正极相连可以起到保护钢铁的作用
C．为保护地下钢管不受腐蚀，可使它与铜板相连
D．海轮外壳上镶入锌块，可减缓船体的腐蚀
E．钢铁析氢腐蚀与吸氧腐蚀均属于电化学腐蚀
F．金属被腐蚀的本质是金属发生了氧化反应
答案：ADEF
1．2011年为国际化学年，主题为“化学——我们的生活，我们的未来”。下列说法正确的是(　　)
A．不锈钢是利用了牺牲阳极的阴极保护法来达到防止腐蚀的目的
B．明矾和漂白粉常用于自来水的净化和杀菌消毒，两者的作用原理相同
C．研究采煤、采油新技术，尽量提高产量以满足工业生产的快速发展
D．“绿色化学”的核心是使原料可能全部转化为目标产物
解析：不锈钢是利用改变钢铁的内部组成与结构达到防止腐蚀的目的，A错误；明矾净水是因其水解产生的Al(OH)3胶体具有吸附性；而漂白粉则是利用Ca(ClO)2的强氧化性，B错误；煤和石油属于不可再生能源，过量开采会导致化石能源的枯竭，C错误。
答案：D
2．下列关于金属腐蚀的叙述中，正确的是(　　)
A．金属被腐蚀的本质是M＋nH2O===M(OH)n＋n/2H2↑
B．马口铁(镀锡铁)镀层破损后，首先是镀层被氧化
C．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀
答案：C
3．如图所示，在水槽中装入蒸馏水后，铁块腐蚀速率的大小顺序正确的是(　　)
A．Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ B．Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ
C．Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ　 D．Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ
答案：B
4．如图装置中，小试管内为红墨水，带有支管的U形管中盛有pH＝4的雨水和生铁片。经观察，装置中有如下现象：开始时插在小试管中的导管内的液面下降，一段时间后导管内的液面回升，略高于U形管中的液面。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，生铁片始终发生析氢腐蚀
C．墨水液面回升时，正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．U形管中溶液pH逐渐减小
解析：本题主要考查了钢铁腐蚀中的析氢腐蚀和吸氧腐蚀。生铁片中的碳是正极，A错；生铁片先发生析氢腐蚀，后发生吸氧腐蚀；B错误；墨水液面回升时，装置内压强减小，正极发生吸氧腐蚀，C正确；随着生铁片的腐蚀，U形管中溶液的pH变大，D错误。
答案：C
5．下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是(　　)
A．钢铁与外加直流电源的正极相连可以保护它不受腐蚀
B．镀锡铁表面有划损时，仍然能阻止铁被氧化
C．利用牺牲阳极的阴极保护法防止钢铁腐蚀时，钢铁作正极
D．在海轮外壳连接铜块可以保护钢铁外壳不受腐蚀
[解析]　本题考查金属的腐蚀与防护。用外加电流的阴极保护法可以防止钢铁腐蚀，通常将钢铁与电源的负极相连，另一惰性电极作为阳极，通电后电子流向被保护的钢铁设备，在钢铁表面积累大量的负电荷；从而抑制钢铁失去电子，故A项错误；铁比锡活泼，构成原电池时，铁优先失电子被氧化，腐蚀速度加快，B项错误；利用原电池原理防止钢铁腐蚀时，通常将铁与更活泼的金属相连，更活泼的金属作负极，失去电子，而铁作正极，得到保护，此方法叫牺牲阳极的阴极保护法，故C项正确；若钢铁与铜相连，铁比铜活泼，作负极，失电子被氧化，腐蚀速度加快，D项错误。
[答案]　C
6．(2015·北京市朝阳区高三年级第一学期期末考试)右侧图片显示的是生锈的铁桥，有关钢铁生锈说法不正确的是(　 )
A．铁桥生锈是电化学腐蚀
B．建在海边的铁桥更易生锈
C．钢铁生锈的负极反应是：Fe－3e－===Fe3＋
D．吸氧腐蚀的正极反应是：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
答案：C
7．下列叙述中，正确的是(　　)
A．在船舶的外壳装上铜块可防止其发生电化学腐蚀
B．MnO2，FeCl3和CuSO4都可加快H2O2的分解速率
C．FeCl3溶液和Fe2(SO4)3溶液加热蒸干、灼烧都得到Fe2O3
D．用惰性电极分别电解CuCl2溶液和MgCl2溶液分别得到单质Cu和Mg
解析：本题考查了原电池、电解池、催化剂对化学反应速率的影响等，综合考查考生对化学反应原理的掌握。难度中等。
Fe－Cu形成原电池，Fe被腐蚀，A错误；Fe2(SO4)3溶液水解后得到的硫酸没有挥发性，C错误；H＋先于Mg2＋放电，用惰性电极电解得不到活动性强的Mg，D错误。
答案：B
8．(1)将铜棒与锌棒用导线连接，依次插入分别盛有：①硫酸溶液；②硫酸铜溶液；③硫酸钠溶液的三个烧杯中，此时，铜棒上发生的主要反应是：
①_____________________________________________；
②_____________________________________________；
③_____________________________________________。
(2)铜制品在经常下酸雨的地区电化学腐蚀严重，写出此电化学腐蚀的电极反应式：
正极：_________________________________________；
负极___________________________________________。
【生之思】
1．镀锡铁制品的镀层破损后，镀层的锡对铁制品还有保护作用吗？
2．在轮船外壳上嵌锌块的原因是什么？
3．钢铁在潮湿的空气中长时间放置，最终生成铁锈的主要成分是什么？用化学方程式表示这一过程。
金属的腐蚀和保护
【师之导】
金属腐蚀快慢的规律
(1)电解原理引起的阳极腐蚀＞原电池原理引起的负极腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀。
(2)对同一种金属，腐蚀的快慢：强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液。
活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。
(3)对同一种电解质溶液，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
(4)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；另外，只有在金属活动性顺序表中位于氢前面的金属才可以发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属腐蚀时只能是吸氧腐蚀。如铜绿Cu2(OH)2CO3的形成就是吸氧腐蚀。
铜绿形成的原理是：负极(Cu)：2Cu－4e－===2Cu2＋；
正极(杂质)：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应：O2＋2H2O＋2Cu===2Cu(OH)2；2Cu(OH)2＋CO2===Cu2(OH)2CO3＋H2O
下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(　　)
A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重
B．图b中，开关由M改置于N时，Cu­Zn合金的腐蚀速率减小
C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大
D．图d中，Zn­MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
[解析]　图a中，铁棒发生化学腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻，A项错误；图b中开关由M置于N，Cu­Zn合金作正极，腐蚀速率减小，B对；图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，但氢气在Pt上放出，C项错误；图d中干电池放电时MnO2发生还原反应，体现还原性，D项错误。
[答案]　B
【考点过关】
1．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为(　　)
A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥
C．⑤④②①③⑥　 D．⑤③②④①⑥
解析：①Fe发生化学腐蚀，②、③、④实质均为原电池装置，③中Fe为正极，被保护；②、④中Fe为负极，均被腐蚀，但Fe和Cu的金属活泼性差别比Fe和Sn的大。故Fe－Cu原电池中Fe被腐蚀较快；⑤是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀；⑥Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极，防止了Fe的腐蚀，根据以上分析可知：铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
答案：C
2．将碳粉和铁粉均匀混合，撒入内壁分别用氯化钠溶液和稀醋酸溶液润湿过的几支试管中，并按下图连接仪器，观察下图，示意正确的是(　　)
解析：A中发生析氢腐蚀，导管中有气泡冒出；B、C中发生吸氧腐蚀、导管中水面上升，故B项正确，C项错误；D中试管缺少塞子，故不正确。
答案：B
高考中的组合装置(原电池与电解池)
将原电池和电解池结合在一起，综合考查化学反应中的能量变化、氧化还原反应、化学实验和化学计算等知识，是高考试卷中电化学部分的重要题型。该类题目的考查内容通常有以下几个方面：电极的判断、电极反应方程式的书写、实验现象的描述、溶液离子的移动、pH的变化及电解质溶液的恢复、运用电子守恒处理相关数据等。
解答该类试题时电池种类的判断是关键，整个电路中各个电池工作时电子守恒，是数据处理的法宝。
1．多池串联装置中电池类型的判断
(1)直接判断：非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如下图：A为原电池，B为电解池。
(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断：
原电池一般是两种不同的金属电极或一种金属电极一个碳棒做电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应，如图：B为原电池，A为电解池。
(3)根据电极反应现象判断：
在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型，如图：若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极；甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。
2．有关概念的分析判断
在确定了原电池和电解池后，有关概念的分析和判断知：电极的判断、电极反应方程式的书写、实验现象的描述、溶液离子的移动、pH的变化及电解质溶液的恢复等。只要按照各自的规律分析就可以了。
3．综合装置中的有关计算
原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒，分析时要注意两点：①串联电路中各支路电流相等；②并联电路中总电流等于各支路电流之和。在此基础上分析处理其他各种数据。
图中装置甲是原电池，乙是电解池，若电路中有0.2 mol电子转移，则Zn极溶解6.5 g，Cu极上析出H2 2.24 L(标准状况)，Pt极上析出Cl2 0.1 mol，C极上析出Cu 6.4 g。甲池中H＋被还原，生成ZnSO4，溶液pH变大；乙池中是电解CuCl2，由于Cu2＋浓度的减小使溶液pH微弱增大，电解后再加入适量CuCl2固体可使溶液复原。
新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。
回答下列问题：
(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为__________ ______、________________。
(2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是______，电解氯化钠溶液的总反应方程式为____。
(3)若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为________(法拉第常数为F＝9.65×104C·mol－1，列式计算)，最多能产生的氯气体积为________L(标准状况)。
[尝试解题]
A．溶液中c(A2＋)减小
B．B极的电极反应：B－2e－===B2＋
C．Y电极上有H2产生，发生还原反应
D．反应初期，X电极周围出现白色胶状沉淀，不久沉淀溶解
2．在如下图所示的装置中，若通入直流电5 min时，铜电极质量增加2.16 g，试回答：
(1)电源电极X名称为________。
(2)pH变化：A________，B________，C________。(填“增大”“减小”或“不变”)
(3)通电5 min时，B装置中共收集224 mL气体(标准状况)，溶液体积为200 mL。则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。
(4)若A装置中KCl溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为________(设电解前后溶液体积无变化)。
解析：(1)C装置的铜电极质量增加，铜极为阴极，由此可确定X极为负极。
(2)A装置电解KCl溶液，生成的KOH使溶液的pH增大，B装置先电解CuSO4溶液(溶液pH减小)后电解水[c(H＋)增大，pH减小]，C装置为电镀(溶液pH不变)。
(3)C装置中铜极增重2.16 g，即析出0.02 mol Ag，电路中通过0.02 mol电子。由4e－～O2，可知B装置中产生的O2只有0.005 mol，即112 mL。但B装置中共收集到224 mL气体，说明还有112 mL是H2，即Cu2＋全部在阴极放电后，H＋接着放电产生了112 mL H2，则电路中通过0.01 mol电子时，Cu2＋已被电解完。由2e－～Cu，可知n(Cu2＋)＝0.005 mol，则：c(CuSO4)＝0.005 mol÷0.2 L＝0.025 mol·L－1。
(4)由4e－～4OH－知，A中生成0.02 mol OH－，则：c(OH－)＝0.1 mol·L－1，pH＝13。
答案：(1)负极　(2)增大　减小　不变
(3)0.025 mol·L－1　(4)13