考点36,金属电化学腐蚀与防护——备战2021年高考化学一轮复习考点一遍过（教师版含解析）

　考点 36

　 金属的电化学腐蚀与防护

　1 ．金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。

　2 ．金属腐蚀的类型 (1)化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属跟非金属单质直接接触 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化 联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 (2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析：

　类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 图示

　 条件 水膜酸性较强(pH≤4.3) 水膜酸性很弱或呈中性 电极反应 负极 Fe−2e − Fe 2+

　正极 2H + +2e −H 2 ↑ O 2 +2H 2 O+4e − 4OH −

　总反应式 Fe+2H + Fe 2+ +H 2 ↑ 2Fe+O 2 +2H 2 O 2Fe(OH) 2

　联系 吸氧腐蚀更普遍 铁锈的形成：4Fe(OH) 2 +O 2 +2H 2 O 4Fe(OH) 3 ，2Fe(OH) 3 Fe 2 O 3 ·xH 2 O(铁锈)+(3−x)H 2 O。

　3 ．金属腐蚀的防护方法 (1)改变金属的内部组织结构 例如把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢，就大大增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。

　(2)在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖致密的保护层，从而使金属制品跟周围物质隔离开来，这是一种普遍采用的防护方法。

　(3)电化学防护法

　牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法 依据 原电池原理 电解原理 原理 形成原电池时，被保护金属作正极(阴极)，不反应受到保护；活泼金属作负极(阳极)，发生反应受到腐蚀，阳极要定期予以更换 将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护金属作阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护 应用 保护一些钢铁设备，如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌片 保护土壤、海水及水中的金属设备 实例 示意图

　考向一

　 金属的腐蚀快慢与防护方法的比较

　典例 1

　将铁粉和活性炭的混合物用 NaCl 溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁电化学腐蚀实验。下列有关该说法正确的是

　A．铁被氧化的电极反应式为 Fe-3e - ==Fe 3+

　B．电化学腐蚀过程中铁粉的电势比活性炭电势高 C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀

　D．以水代替 NaCl 溶液，铁不能发生吸氧腐蚀 【答案】C 【分析】

　将铁粉和活性炭与 NaCl溶液构成原电池，其中铁粉作负极，活性炭作正极，在电解质溶液中，溶解在溶液中氧气的得电子产物与水反应，生成氢氧根离子。

　【详解】

　A．由以上分析知，铁粉作原电池的负极，则铁被氧化的电极反应式为 Fe-2e - ==Fe 2+ ，A不正确； B．电化学腐蚀属于原电池反应，在原电池中，正极的电势比负极高，所以铁粉的电势比活性炭电势低，B不正确； C．活性炭的存在，与铁粉构成原电池，促进铁失电子，加速铁的腐蚀，C 正确； D．以水代替 NaCl 溶液，液体的导电能力弱，但铁仍能发生吸氧腐蚀，D不正确； 故选 C。

　1．下列说法不正确的是(

　)

　 A．钢铁表面水膜酸性很弱或呈中性，发生吸氧腐蚀

　B．钢铁表面水膜酸性较强，发生析氢腐蚀

　C．钢闸门作为阴极而受到保护

　 D．将锌板换成铜板对钢闸门保护效果更好 【答案】D 【详解】

　A、当钢铁表面的水膜酸性很弱或显中性时,铁在负极放电,氧气在正极上放电,发生的是钢铁的吸氧腐蚀,所以A选项是正确的;

　B、当钢铁表面的水膜显酸性时,铁在负极放电,水膜中的氢离子在正极放电生成氢气,发生的是析氢腐蚀,所以B 选项是正确的; C、在电解池中,阴极被保护,故要保护钢闸门,就要将钢闸门做电解池的阴极,所以 C 选项是正确的. D、在原电池中,正极被保护,当将锌板换成铜板后,铜做正极被保护,钢闸门做负极被腐蚀,起不到对钢闸门的保护作用,故 D错误; 综上所述，本题正确答案为 D。

　【点睛】

　本题考查了金属的腐蚀与防护，明确原电池和电解池原理是解本题关键，知道作原电池负极或电解池阳极的金属易被腐蚀。先判断装置是原电池还是电解池，再根据原电池正负极腐蚀的快慢比较，作原电池负极和电解池阳极的金属易被腐蚀，作原电池正极或电解池阴极的金属易被保护，金属腐蚀快慢顺序是：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护腐蚀措施的腐蚀。

　过关秘籍

　(1)判断金属腐蚀快慢的规律 ①对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：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对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。

　③活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。

　④对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。

　(2)两种保护方法的比较 外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。

　考向二

　 析氢腐蚀和吸氧腐蚀

　典例 2

　如图各容器中盛有海水，铁会发生锈蚀，其中铁锈蚀的速度最快的是(

　) A．

　B．

　C． D．

　【答案】B 【详解】

　根据图知，A、B、C 装置是原电池，在 A中，铁做正极，被保护，腐蚀速率变慢；在 B 和 C 中，金属铁做负极，负极的腐蚀速率均变快，但 B 中 Ag 和铁的活泼性差距较 C 中的大，故 B 的腐蚀速率大于 C；D装置不能形成原电池，反应速率没被加快，所以腐蚀速率是最快的是 B，故答案选 B。

　 2． 一定条件下，碳钢腐蚀与溶液 pH 的关系如下：

　pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14 腐蚀快慢 较快 慢 较快 主要产物 Fe 2+

　Fe 3 O 4

　Fe 2 O 3

　2FeO 

　下列说法不正确的是 A．在 pH<4 溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀 B．在 pH>6 溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀 C．在 pH>14 溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为 O 2 +4H + +4e - 2H 2 O D．在煮沸除氧气的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓 【答案】C 【解析】pH<4 为强酸性，发生析氢腐蚀，A 正确；pH>6 的溶液，氧气得电子，发生吸氧腐蚀，B 正确；pH>14 的溶液，氧气与水反应得电子：O 2 +2H 2 O+4e - 4OH - ，C 错误；煮沸后除去了氧气，碳钢的腐蚀速率会减缓，D 正确。

　1．下列关于电解池的叙述中正确的是(

　) A．电解池中的闭合回路仅是由电子的定向移动形成的 B．金属导线中,电子从电源的负极流向电解池的阳极,从电解池的阴极流向电源的正极 C．在电解质溶液中,阴离子向阴极运动,阳离子向阳极运动 D．相同时间内,阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数相等

　【答案】D 【详解】

　A.电解池中的闭合回路既有电子的定向运动，也有溶液中阴阳离子的定向运动，A不正确； B.电解池中电子只能在外电路中运动，而不能在溶液中运动，溶液导电是靠离子的定向运动，B 不正确； C.在电解池的电解质溶液中，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，C 不正确； D.根据电子的得失守恒可知，相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数相等，选项 D正确。

　答案选 D。

　2．关于下列各装置图的叙述不正确的是

　A．用装置①精炼铜，则 b 极为精铜，电解质溶液为 CuSO 4 溶液 B．装置②的总反应是 Cu+2Fe 3+ ==Cu 2 + +2Fe 2 +

　C．装置③中钢闸门应与外接电源的负极相连 D．装置④中的铁钉几乎没被腐蚀 【答案】B 【详解】

　A. 用装置①精炼铜，根据电流方向可知 a 电极是阳极，b 电极是阴极，则 a 极为粗铜，b 极为精铜，电解质溶液为 CuSO 4 溶液，A正确； B. 装置②中铁是负极，铜是正极，总反应是 Fe+2Fe 3+ =3Fe 2 + ，B 错误； C. 装置③中钢闸门应与外接电源的负极相连作阴极，被保护，C 正确； D. 装置④中铁在浓硫酸中钝化，铜是负极，铁是正极，因此铁钉几乎没被腐蚀，D正确；答案选 B 。

　3．下列电化学装置及用途正确的是 A B C D

　铜的精炼 铁上镀银 防止 Fe 被腐蚀 构成铜锌原电池 【答案】C 【详解】

　A. 根据电解原理，铜的精炼中，粗铜作阳极，与电源的正极相连，纯铜作阴极，与电源的负极相连，故 A错误； B. 电镀，镀件作阴极，镀层金属作阳极，即 Fe 为阴极，Ag 为阳极，故 B 错误； C. 该装置为电解池装置，Fe 为阴极，根据电解原理，Fe 不参与反应，即该装置能防止 Fe 被腐蚀，故 C 正确； D.锌与硫酸铜直接反应，没有电流产生，不能构成原电池；锌电极应盛放 ZnSO 4 溶液，Cu 电极盛放 CuSO 4 溶液，这样才能构成原电池，故 D 错误； 答案为 C。

　4．将金属 M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是

　A．阴极的电极反应式为2Fe 2e Fe  

　B．金属 M的活动性比 Fe 的活动性弱 C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护 D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快 【答案】C 【分析】

　该装置为原电池原理的金属防护措施，为牺牲阳极的阴极保护法，金属 M 作负极，钢铁设备作正极，据此

　分析解答。

　【详解】

　A.阴极的钢铁设施实际作原电池的正极，正极金属被保护不失电子，故 A错误； B.阳极金属 M 实际为原电池装置的负极，电子流出，原电池中负极金属比正极活泼，因此 M活动性比 Fe的活动性强，故 B 错误； C.金属 M 失电子，电子经导线流入钢铁设备，从而使钢铁设施表面积累大量电子，自身金属不再失电子从而被保护，故 C 正确； D.海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度，离子浓度越大，溶液的导电性越强，因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快，故 D错误； 故选：C。

　5．在生产生活中，金属腐蚀所带来的损失非常严重，所以防止金属腐蚀已经成为科学研究和技术领域的重大问题。某化学兴趣小组的同学在实验室对金属腐蚀进行了探究。

　(1)分别在三个洁净干燥的试管中各加入一个洁净无锈的铁钉，再向Ⅰ、Ⅱ号两个试管中分别加入经煮沸迅速冷却的蒸馏水，然后向Ⅱ号试管中加入少量植物油，将Ⅲ号试管塞上木塞。请判断：________号试管中的铁钉最容易生锈。由此可见，铁制品生锈需要的条件是________________。

　 (2)如图 2 所示，处于 A、B、C 三种不同环境中的铁片，被腐蚀的速率由大到小的顺序是________(用字母表示)。

　(3)据报道，全世界每年因为金属腐蚀造成的直接经济损失约达 7 000 亿美元，我国因金属腐蚀造成的损失约占国民生产总值的 4%。

　①钢铁在发生电化学腐蚀时，负极反应为__________________。

　②请写出用稀硫酸除去铁锈的化学方程式：________________。

　③请根据不同的原理，提出防止钢铁腐蚀的两条合理措施：_______________、______________。

　【答案】(1)Ⅰ 有水和氧气 (2)A>C>B (3)①Fe-2e - Fe 2+

　②Fe 2 O 3 +3H 2 SO 4 Fe 2 (SO 4 ) 3 +3H 2 O ③改变金属内部结构 刷漆(合理即可) 【解析】(1)铁生锈的条件：与氧气接触，有水参加。二者缺一不可，具备该条件的只有Ⅰ。

　(2)铁处于 A 环境中作原电池的负极，腐蚀速度较快；处于 B 环境中作原电池的正极被保护，腐蚀速度很慢；处于 C 环境中发生吸氧腐蚀，腐蚀速度较慢。

　(3)①发生电化学腐蚀时，负极上金属铁发生失电子的氧化反应。②铁锈的主要成分是氧化铁，可以和酸反应生成盐和水。③防止钢铁锈蚀的关键是使铁与氧气、水隔绝，可以进行表面防护处理(如涂油、刷漆、表面镀金属等)，还可以改变金属内部结构(如制成不锈钢)等。

　1．(2020·江苏卷)将金属 M 连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是

　A．阴极的电极反应式为2Fe 2e Fe   B．金属 M 的活动性比 Fe 的活动性弱 C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护 D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快 【答案】C 【解析】该装置为原电池原理的金属防护措施，为牺牲阳极的阴极保护法，金属 M 作负极，钢铁设备作正极，据此分析解答。阴极的钢铁设施实际作原电池的正极，正极金属被保护不失电子，故 A 错误；阳极金属 M 实际为原电池装置的负极，电子流出，原电池中负极金属比正极活泼，因此 M 活动性比 Fe 的活动性强，故 B 错误；金属 M 失电子，电子经导线流入钢铁设备，从而使钢铁设施表面积累大量电子，自身金属不再失电子从而被保护，故 C 正确；海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度，离子浓度越大，溶液的导电性越强，因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快，故 D 错误；故选 C。

　2．[2019江苏]将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实

　验。下列有关该实验的说法正确的是

　A．铁被氧化的电极反应式为Fe−3e − Fe 3+

　B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀 D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀

　 【答案】C 【解析】根据实验所给条件可知，本题铁发生的是吸氧腐蚀，负极反应为：Fe−2e − =Fe 2+ ；正极反应为：O 2 +2H 2 O +4e − =4OH − ；据此解题； A．在铁的电化学腐蚀中，铁单质失去电子转化为二价铁离子，即负极反应为：Fe−2e − =Fe 2+ ，故 A 错误； B．铁的腐蚀过程中化学能除了转化为电能，还有一部分转化为热能，故 B 错误； C．活性炭与铁混合，在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池，加速了铁的腐蚀，故 C 正确； D．以水代替氯化钠溶液，水也呈中性，铁在中性或碱性条件下易发生吸氧腐蚀，故 D 错误； 综上所述，本题应选 C。

　【点睛】本题考查金属铁的腐蚀。根据电解质溶液的酸碱性可判断电化学腐蚀的类型，电解质溶液为酸性条件下，铁发生的电化学腐蚀为析氢腐蚀，负极反应为：Fe−2e − =Fe 2+ ；正极反应为：2H +

　+2e − =H 2 ↑；电解质溶液为碱性或中性条件下，发生吸氧腐蚀，负极反应为：Fe−2e − =Fe 2+ ；正极反应为：O 2 +2H 2 O +4e − =4OH − 。

　3．[2018 北京]验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的 3%NaCl 溶液)。

　① ② ③

　在 Fe 表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 试管内生成蓝色沉淀 下列说法不正确的是 A．对比②③，可以判定 Zn 保护了 Fe

　B．对比①②，K 3 [Fe(CN) 6 ]可能将 Fe 氧化 C．验证 Zn 保护 Fe 时不能用①的方法 D．将 Zn 换成 Cu，用①的方法可判断 Fe 比 Cu 活泼

　 【答案】D 【解析】②中 Zn 作负极，发生氧化反应生成 Zn 2＋ ，Fe 作正极被保护，所以取出的少量 Fe 附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，试管内无明显变化。但③中没有 Zn 保护 Fe，Fe 在酸性环境中发生析氢腐蚀，Fe 作负极被氧化生成 Fe 2＋ ，所以取出的少量 Fe 附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，对比②③可知 Zn 保护了 Fe，A 项正确；①与②的区别在于：前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中，而后者是在取出的少量 Fe 附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液，①中出现了蓝色沉淀，说明有 Fe 2＋ 生成。对比分析可知，可能是铁氰化钾氧化 Fe 生成了 Fe 2＋ ，B 项正确；通过上述分析可知，验证 Zn 保护 Fe 时不能用①的方法，C 项正确；若将 Zn 换成 Cu，铁氰化钾仍会将 Fe 氧化为 Fe 2＋ ，在铁的表面同样会生成蓝色沉淀，所以无法判断 Fe 2＋ 是不是负极产物，即无法判断 Fe 与 Cu 的活泼性，D 项错误。

　4．[2017 江苏][双选]下列说法正确的是 A．反应 N 2 (g)+3H 2 (g) 2NH 3 (g)的 ΔH < 0，ΔS >0

　B．地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀

　C．常温下，K sp [Mg(OH) 2 ]=5.6×10 −12 ，pH=10 的含 Mg 2+ 溶液中，c(Mg 2+ )≤5.6×10 −4

　mol·L −1

　D．常温常压下，锌与稀 H 2 SO 4 反应生成 11.2 L H 2 ，反应中转移的电子数为 6.02×10 23

　 【答案】BC 【解析】A．该反应气体的分子数减少了，所以是熵减的反应，ΔS<0，A 错误；B．锌比铁活泼，形成原电池时锌做负极，所以可以减缓钢铁管道的腐蚀，B 正确；C．常温下，在 pH=10 的溶液中，c(OH − )=1410  

　mol/L，溶液中含 Mg 2+ 浓度最大值为  12sp2245.6 10OH1 10Kc=5.6410  

　mol/L，C 正确；D．在锌和稀硫酸的反应中每生成 1 mol H 2 ，电子转移的数目为 2 mol e − ，在常温常压下，11.2 L H 2 的物质的量不是 0.5 mol，所以反应中转移的电子数不是 6.022310  ，D 不正确。

　5．[2017 新课标Ⅰ]支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是

　A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整

　 【答案】C 【解析】本题使用的是外加电流的阴极保护法，钢管柱与电源的负极相连，被保护。A．外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流，从而保护钢管柱，A 正确；B．通电后，被保护的钢管柱作阴极，高硅铸铁作阳极，因此外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩，B 正确；C．高硅铸铁为惰性辅助阳极，所以高硅铸铁不损耗，C 错误；D．通过外加电流抑制金属电化学腐蚀产生的电流，因此通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整，D 正确。答案选 C。

　【名师点睛】该题难度较大，明确电化学原理是以及金属的防腐蚀原理是解答的关键，钢管桩表面腐蚀电流的理解是难点，注意题干信息的挖掘，即高硅铸铁为惰性辅助阳极，性质不活泼，不会被损耗。

　6．[2015 上海]研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。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：O 2

　+ 2H 2 O + 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 – → H 2 ↑

　 【答案】D 【解析】由于活动性：Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe 为负极，失去电子被氧化变为 Fe 2+进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时的速率快，正确。B．d 为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极

　反应为：O 2

　+ 2H 2 O + 4e – → 4OH – ，正确。C．若 d 为锌块，则由于金属活动性：Zn>Fe，Zn 为原电池的负极，Fe 为正极，首先被腐蚀的是 Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，正确。D． d 为锌块，由于电解质为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为：O 2

　+ 2H 2 O +4e – → 4OH – ，错误。