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第 28 讲 金属的腐蚀与防护
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小杨老师 15521324728 侵权必究
知识精讲
小杨老师 15521324728 侵权必究
一、金属的腐蚀
1．概念：金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
2．实质：金属失电子变成阳离子，被氧化，其反应为：M - ne- === Mn+（M为金属元素）。
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3．分类：
分类 化学腐蚀 电化学腐蚀
金属与其表面接触的一些物质（如O、Cl、 不纯的金属或合金与电解质溶液接触，
条件 2 2
SO 2 等）直接反应 形成原电池
现象 无电流产生 有微弱电流产生
本质 金属被氧化 较活泼的金属被氧化
联系 化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，速率更快
二、钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
析氢腐蚀 吸氧腐蚀
图示条件 水膜呈较强酸性（pH≤4.3） 水膜呈弱酸性、中性或碱性
负极反应
正极反应
总反应式
Fe2+ + 2OH- === Fe(OH) ↓
2
其他反应 4Fe(OH) +2HO + O === 4Fe(OH)
2 2 2 3
2Fe(OH) === Fe O·xHO + (3﹣x)H O
3 2 3 2 2
联系 通常两种腐蚀同时存在，但吸氧腐蚀更普遍
实验探究——铁钉的吸氧腐蚀
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实验操作 实验现象 实验解释 实验操作 实验现象 实验解释
装置中铁、碳和 Zn置换出Cu，
两只试管均冒
饱和食盐水构成 Zn、Cu、稀盐酸
导管中液 出气泡，且①
原电池，铁钉发 构成原电池，形
面上升 试管中产生气
生吸氧腐蚀，导 成电化学腐蚀，
泡的速率更快
致压强变小 能加快反应速率
实验探究——牺牲阳极法实验
如图装置反应一段时间后，从Fe电极区取少量溶液于试管中，再向
实验操作 试管中滴入2滴黄色的K[Fe(CN) ](铁氰化钾)溶液。
3 6
已知3Fe2+ + 2 [Fe(CN) ]3- ==== Fe [Fe(CN) ]↓（带有特征蓝色）
6 3 6 2
电流表 阳极（负极区） 阴极（正极区）
现象 指针偏转 锌片逐渐溶解 有气泡产生，无蓝色沉淀生成
有关反应 — Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H↑
2
结论 溶液中不含Fe2+，铁作正极时，并未被腐蚀
培养皿中加入含NaCl的琼脂液，并滴入5～6滴酚酞和K[Fe(CN)]溶液，取两个2～3 cm的铁
实验操作 3 6
钉，用砂纸擦光放入培养皿中。裹有锌皮的铁钉（a） 缠有铜丝的铁钉（b）
现象 （a）锌片逐渐溶解，铁钉附近变红 （b）铁钉逐渐溶解，附近产生蓝色沉淀，铜丝附近变红
（a）铁作正极，不反应，被保护
结论
（b）铁作负极，发生氧化反应，被腐蚀
三、金属的防护
1．电化学防护法
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牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法
图示
原理 ________原理 ________原理
被保护的金属作______极， 被保护的金属作为_____极，
电极要求
活泼性更强的金属作______极 与电源的____极相连
应用 锅炉内壁、船舶外壳安装镁合金或锌块 钢铁闸门，地下管道连接电源负极
2．其他保护方法
（1）改变金属组成和结构
把金属制成防腐的合金，如含铬、镍、硅等合金元素的不锈钢具有很好的抗腐蚀性能。
（2）金属表面覆盖保护层
在金属表面覆盖致密的保护层，如喷油漆、涂油脂、镀抗腐蚀金属等。
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四、金属腐蚀快慢规律
同一金属在相同电解质溶液中，腐蚀快慢如下：对点训练
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题型一：金属的化学腐蚀与电化学腐蚀
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【变1】以下现象与电化学腐蚀无关的是
A．生铁比纯铁容易生锈
B．银质物品久置表面变暗
C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈
D．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿
题型二：析氢腐蚀与吸氧腐蚀
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【变2-1】利用如图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间，下列说法不正
确的是
A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀 B．一段时间后，a管液面高于b管液面
C．a、b处溶液的pH增大 D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe-3e-=Fe3+
【变2-3】如图，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH=4的雨水和生铁片。实验观察到：开始时导管内
液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。下列说法正确的是
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．墨水回升时，碳电极反应式为O+2H O+4e-=4OH-
2 2
D．具支试管中溶液酸性增强【变2-4】将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被
腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比
边缘少。回答下列问题：
（1）液滴边缘是_______（填“正”或“负”）极区，发生的电极反应为____________________________
。
（2）液滴中的Cl-由_______区向_______区迁移（填“b”或“a”）。
（3）在b区出现铁锈环的原因是液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀，生成的Fe2+ _________________
____进一步氧化、脱水形成铁锈。
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（4）若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为 ________
___________________。
题型三：金属的防护
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【变3-1】电化学保护法是常用的金属防腐的手段，在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是
A．图1正极的电极反应式为
B．图1中钢铁的活动性比金属M的活动性强
C．图2高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．图2防止金属腐蚀的方法叫做阴极电保护法
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题型四：金属的腐蚀与防护综合
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【例4】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 实验现象
1 常温下将铁钉放在潮湿空气中一小时 铁钉表面依然光亮2 常温下将铁钉放在潮湿的空气中一个月 铁钉表面已变得灰暗
3 常温下将铁钉放在干燥空气中一个月 干燥的铁钉表面依然光亮
4 将潮湿的铁钉放在常温的氧气流中一小时 铁钉表面略显灰暗
5 将潮湿的铁钉放在高于常温的氧气流中一小时 铁钉表面已变得灰暗
6 将铁钉放在燃煤的厨房中一个月 铁钉表面已变得灰暗
7 将浸过氯化钠溶液的铁钉放在高于常温的氧气流中一小时 铁钉表面灰暗程度比实验5严重
（1）上述实验中发生了吸氧腐蚀的是___________(根据实验现象填序号，下同)，正极反应式是
___________；
（2）发生的腐蚀是析氢腐蚀的是___________(填序号)负极反应式是___________。
（3）由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素有_____(填两项)；
（4）为防止铁的锈蚀，地下埋的水管可采用外加电流的阴极保护法，请列举工业上普遍采用的其它方法
是___________(答两种方法)。
【例5】如图所示，甲、乙两装置电极材料都是铁棒与碳棒，请回答下列问题：
（1）若两装置中均为 溶液，反应一段时间后：
①有红色物质析出的是甲装置中的___________棒，乙装置中的___________棒；
②乙装置的电化学防护法称为___________，其中碳极的电极反应式是：___________。
③取少量甲装置中负极附近溶液加入2滴 溶液，现象为___________，生成沉淀的化学式为
___________。
（2）若两装置中均为饱和 溶液：
①写出乙装置中总反应的离子方程式：___________。
②将湿润的淀粉 试纸放在乙装置碳极附近，发现试纸变蓝，解释其原因___________（3）用铂作电极电解饱和的下列物质的水溶液，一会儿后，向剩余电解液中加适量水，能使溶液和电解
前相同的是___________。
A． B． C． D．
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【例7】研究金属腐蚀和防护的原理很有现实意义。
（1）图甲为探究钢铁的吸氧腐蚀的装置。某兴趣小组按该装置进行实验，发现导管中水柱上升缓慢，下
列措施可以更快、更清晰地观察到水柱上升现象的有_______(填序号)。
A．用纯氧气代替具支试管内空气
B．用酒精灯加热具支试管提高温度
C．将铁钉换成铁粉和碳粉混合粉末并加入少许食盐水
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D．将玻璃导管换成更细的导管，水中滴加红墨水
（2）该小组将图甲装置改进成图乙装置并进行实验，导管中红墨水液柱高度随时间的变化如表所示，根
据数据可判断腐蚀的速率随时间变化逐渐_______(填“加快”“减慢”或“不变”)，你认为影响钢铁腐蚀的因素
为_______。
时间/min 1 3 5 7 9
液柱高度/cm 0.8 2.1 3.0 3.7 4.2
（3）为探究图乙中a、b两点所发生的反应，进行以下实验，请完成表中空白：
实验操作 实验现象 实验结论
向NaCl溶液中滴加2~3滴酚酞溶液 a点附近溶液出现红色 a点电极反应为_______
一段时间后再滴加2~3滴铁氰化钾溶液 b点周围出现蓝色沉淀 b点电极反应为Fe-2e-=Fe2+
（4）设计图丙装置研究弱酸性环境中腐蚀的主要形式。测定锥形瓶内气压和空气中氧气的体积分数随时
间变化如图丁所示，从图丁中可分析，t~ts之间主要发生_______(填“吸氧”或“析氢”)腐蚀，原因是
1 2
_______。（5）金属阳极钝化是一种电化学防护方法。将Fe作阳极置于HSO 溶液中，一定条件下，Fe钝化形成致
2 4
密Fe O 氧化膜，试写出该阳极的电极反应_______。
3 4
提分特训
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【题1】某地下了一场酸雨，在这种环境中的铁制品极易被腐蚀。对该条件下铁制品发生电化学腐蚀的叙
述正确的是
A．该电化学腐蚀是析氢腐蚀 B．正极反应式：
C．原电池反应减缓了铁制品的腐蚀 D．负极反应式：
【题2】研究小组将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入醋
酸溶液，容器中的压强随时间的变化曲线如图2。下列说法不正确的是
A．0-t 时压强增大的原因不一定是铁发生了析氢腐蚀
1
B．铁粉发生反应：Fe-3e-=Fe3+
C．碳粉上发生了还原反应
D．t 时，容器中压强明显小于起始压强，原因是铁发生了吸氧腐蚀
2
【题3】下列事实不能用原电池原理解释的是A．白铁(镀锌)制品比一般铁器耐腐蚀
B．铁片、铝片在冷的浓硫酸中钝化
C．工程施工队在铁制水管外刷一层“银粉”
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D．纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量 溶液后反应速率加快
【题5】深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌(一种厌氧微生物，适宜pH为7~8)的作用下，能被
硫酸根离子腐蚀，原理如图。下列有关说法正确的是
A．腐蚀过程中，土壤酸性逐渐增强
B．输送暖气铁管道温度越高，越易发生此类腐蚀
C．正极反应为
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D．管道壁镶嵌锌块或锡块都可保护管道不易被腐蚀
【题7】2018年7月至9月，国家文物局在辽宁开展水下考古，搜寻、发现并确认了甲午海战北洋水师沉
舰——经远舰。已知：正常海水呈弱碱性。
(1)经远舰在海底“沉睡”124年后，钢铁制成的舰体腐蚀严重。舰体发生电化学腐蚀时，负极的电极反应式
为_______。
(2)为了保护文物，考古队员采用“牺牲阳极的阴极保护法”对舰船进行了处理。
①下列说法不正确的是________。
A．锌块发生氧化反应：Zn-2e-=Zn2+
B．舰体有电子流入，可以有效减缓腐蚀
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C．若通过外加电源保护舰体，应将舰体与电源正极相连
D．地下钢铁管道用导线连接锌块与该种舰体保护法原理相同
②采用“牺牲阳极的阴极保护法”后，舰体上正极的电极反应式为_________。(3)船上有些器皿是铜制品，表面有铜锈。
①据了解铜锈的成分非常复杂，主要成分有Cu (OH) CO 和Cu (OH) Cl。考古学家将铜锈分为无害锈(形成
2 2 3 2 3
了保护层)和有害锈(使器物损坏程度逐步加剧，并不断扩散)，结构如图所示。
下列说法正确的是________
A．疏松的Cu (OH) Cl属于有害锈
2 3
B．Cu (OH) CO 既能溶于盐酸也能溶于氢氧化钠溶液
2 2 3
C．青铜器表面涂一层食盐水可以做保护层
D．用HNO 溶液除锈可以保护青铜器的艺术价值，做到“修旧如旧”
3
②文献显示Cu (OH) Cl的形成过程中会产生CuCl(白色不溶于水的固体)，将腐蚀文物置于含NaCO 的缓
2 3 2 3
冲溶液中浸泡，可以使CuCl转化为难溶的Cu (OH) CO 反应的离子方程式为______。
2 2 3
(4)考古队员将舰船上的部分文物打捞出水后，采取脱盐、干燥等措施保护文物。从电化学原理的角度分析
“脱盐、干燥”的防腐原理：________。
提分作业
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【练1】下列关于金属腐蚀的说法错误的是
A．河水中的钢闸门连接电源的负极，使用的是外加电流的阴极保护法
B．金属腐蚀的实质就是金属原子失去电子被氧化的过程
C．镀锌铁皮(白铁皮)的镀层破损后铁皮仍耐腐蚀
D．钢铁在潮湿的空气中生锈，主要发生了析氢腐蚀
【练2】锥形瓶内壁用某溶液润洗后，放入混合均匀的新制铁粉和碳粉，塞紧瓶塞，同时测量锥形瓶内压
强的变化，如图所示。下列说法错误的是
A．0~t 时，铁可能发生了析氢腐蚀
1
B．t~t 时，铁一定发生了吸氧腐蚀
1 2
C．负极反应为：Fe-3e-=Fe3+D．用于润洗锥形瓶的溶液一定显酸性
【练3】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 Fe2+ FeO FeO FeO
3 4 2 3
下列说法不正确的是
A．在pH<4的溶液中，碳钢腐蚀的负极反应式为Fe-2e-=Fe2+
B．在pH>6的溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀
C．在pH>14的溶液中，碳钢腐蚀的正极反应式为O+4OH-+4e-=2H O
2 2
D．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减慢
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【练4】如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和稀醋酸溶液，各加入生铁块，放
置一段时间，下列有关描述错误的是
A．生铁块中的碳是原电池的正极
B．红墨水柱两边的液面为左低右高
C．两试管中相同的电极反应式是： Fe- 2e-=Fe2+
D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
【练5】下列不能有效防止钢铁锈蚀的措施是
A．将钢铁与锌板相连 B．将钢铁置于潮湿的空气中
C．在钢铁表面喷油漆 D．将钢铁与直流电源负极相连
【练6】下列关于电化学腐蚀及防护的说法不正确的是
A．“牺牲阳极的阴极保护法”就是将被保护的钢铁设备连接到外接直流电源的负极
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B．白铁皮是在薄钢板表面镀锌，即便镀层破损，仍然可以保护钢板不被腐蚀
C．在钢铁制品表面喷漆、涂油、镀铬或覆盖搪瓷、塑料都可以避免钢铁腐蚀
D．钢铁表面吸附的溶有氧气的水膜酸性很弱时，仍然以吸氧腐蚀为主
【练7】如图， 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：(1)若液面上升，则溶液呈______性，发生______腐蚀，电极反应式为：负极：______________，正极：
___________________。
(2)若液面下降，则溶液呈________性，发生_________腐蚀，电极反应式为：负极：______________；正
极：__________________。
【练8】金属腐蚀的电化学原理可用下图模拟。
请写出有关电极反应式：
①铁棒上的电极反应式：_______________________
碳棒上的电极反应式：_________________________
(2)该图所表示的是_________________________(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀。
(3)若将O 撤走，并将NaCl溶液改为稀HSO 溶液，则此图可表示__________(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀原理；
2 2 4
若用牺牲阳极法来保护铁棒不被腐蚀溶解，即可将碳棒改为_________棒。
杨sir化学，侵权必究
【练9】钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。
I．如图装置中，U 形管内为红墨水，a、b 试管内分别盛有氯化铵（显酸性）溶液和食盐水，各加入生铁
块，放置一段时间均被腐蚀，这两种腐蚀都属于____腐蚀。
（1）红墨水柱两边的液面变为左低右高，则_____（填“a”或“b”）边盛有食盐水。
（2）b 试管中铁发生的是_____腐蚀。
II．下面两个图都是金属防护的例子。（3）为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材
料R 可以采用_______（从下面选项中选择），此方法叫做_____保护法。 A．铜 B．钠 C．
锌 D．石墨
（4）图乙方案也可以降低铁闸门腐蚀的速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的______极。
（5）采取以上两种方法，_________（填“甲”或“乙”）种能使铁闸门保护得更好。
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