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第18 讲 金属的腐蚀与防护（原卷版）
知识主线：
金属的腐蚀
概念
本质
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
金属的防护
改变金属材料的组成
在金属表面覆盖保护层
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
金属的腐
蚀与防护
一、金属的腐蚀
1．概念：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象
2．本质：金属本身失去电子变成阳离子的过程(发生氧化反应)，M－ne－===Mn＋
3．金属腐蚀的类型——根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类
(1)化学腐蚀：金属和接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀，其腐蚀过程没有
电流产生
(2)电化学腐蚀——不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应。比较活泼的
金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。电化学腐蚀过程有电流产生
(3)化学腐蚀与电化学腐蚀
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
概念
金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接
反应而引起的腐蚀，如：铁与氯气直接反应而腐蚀，输
油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀等
当不纯的金属与电解质溶液接触
时会发生原电池反应，比较活泼
的金属发生氧化反应而被腐蚀
本质
金属和非电解质或其它物质相接触直接发生氧化还原反
应而引起的腐蚀
发生原电池反应
特点
腐蚀过程没有电流产生，腐蚀的速率随温度升高而加快
电化学腐蚀过程有微弱电流产生
联系
两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍
4．电化学腐蚀的分类——钢铁的电化学腐蚀
类型
析氢腐蚀(腐蚀过程中不断有氢气
放出)
吸氧腐蚀(反应过程吸收氧气)
示意图
条件
水膜酸性较强
水膜酸性很弱或呈中性
电极
材料
及反
应
负极
(Fe)
Fe－2e－===Fe2＋
Fe－2e－===Fe2＋
正极
(碳)
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
4Fe(OH)2
＋
O2
＋
1
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2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O ＋(3 －
x)H2O
联系
吸氧腐蚀更普遍
【注意】
①析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况中以吸氧腐
蚀为主
②钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极均是Fe 失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋
③一般情况下，只有在金属活动性顺序中排在氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀，
金属活动顺序表中氢后的金属不能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀
④金属活动顺序表中氢之前、镁之后金属的电化学腐蚀与钢铁的电化学腐蚀相似
5．判断金属腐蚀快慢的规律
(1)同一金属在相同电解质溶液中，金属腐蚀的快慢：电解原理引起的腐蚀(即电解池的
阳极)＞原电池原理引起的腐蚀(即原电池的负极)＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀(即
电解池的阴极、原电池的正极及加有镀层的金属等)
(2)同一金属在不同电解质溶液中，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
(3)活动性不同的两种金属，活动性越强，腐蚀得越快
(4)同一金属在相同电解质溶液中，电解质浓度越大，腐蚀越快
二、金属的防护：金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方
面来考虑
1．改变金属材料的组成：在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金
如：把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢产品；钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性能
且具有良好的生物相容性
2．在金属表面覆盖保护层：在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔
开。
(1)在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质
(2)用电镀的方法，在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如：锌、锡、铬、镍
等
(3)工业上常利用一些溶液的氧化作用，在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表
面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜
(4)利用阳极氧化处理铝制品的表面，使之形成致密的氧化膜而钝化
(5)采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面可以形成稳定的钝化膜
3．电化学防护法
(1)牺牲阳极法——原电池原理
原理
利用原电池原理，让被保护金属做正极，一种活泼性
较强的金属做负极，用导线相连
要求
被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极
应用
锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块
(2)外加电流法——电解原理
原理
利用电解池原理，把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰
性电极作为辅助阳极，两者均放在电解质溶液里，接外
加直流电源。通电后，调整外加电压，强制电子流向被
保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近
零。在这个系统中，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护
2
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要求
被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连
应用
钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极
(3)两种保护方法的比较：外加电流法保护效果大于牺牲阳极法
例1．下列实验方案能达到实验目的的是
A．装置验证CuSO4对H2O2分解反应有催化作用
B．装置除去CCl4中的Br2
C．装置用铁氰化钾溶液验证牺牲阳极法
D．装置验证非金属性：Cl＞C＞Si
例2．研究小组将混合均匀的铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头
滴管中滴入一定浓度醋酸溶液，进行铁的电化学腐蚀实验，容器中的压强随时间的变
化曲线如图2。下列说法正确的是
A．0-t1时压强增大的原因可能是铁腐蚀放出热量
B．铁被氧化的电极反应式为：
C．碳粉上发生了氧化反应
D．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
例3．某同学按图示装置进行实验，大头针固定固体，塑料瓶盛放液体试剂。实验时
先打开止水夹，手指压紧小孔并挤压塑料瓶，使液体试剂沿玻璃管上升至完全充满，
3
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排尽玻璃管中空气，立即关闭止水夹，一会儿后，手指堵住小孔，打开止水夹。下列
所加液体试剂、对应现象及结论均正确的是
选
项
固
体
液体试剂
现象
结论
A
钠
块
水
钠块熔化成小球并浮在水面上；打开止
水夹，点燃气体，火焰呈淡蓝色
钠块与水反应产生
氢气
B
铝
条
溶
液
先有沉淀生成，后沉淀溶解；打开止水
夹，点燃气体，火焰呈淡蓝色
铝条与氢氧化钠溶
液反应产生氢气
C
铜
丝
稀
产生红棕色气体，溶液呈蓝色
铜丝与稀硝酸反应
产生
D
铁
丝
食盐水
打开止水夹，并松开小孔片刻，关闭止
水夹，发现塑料瓶中液面下降
铁丝发生了析氢腐
蚀
A．A
B．B
C．C
D．D
例4．下列方案设计、现象和结论正确的是
方案设计
现象和结论
A
将裹有锌皮的铁钉放入滴加了酚酞和
的
热琼脂溶液中
观察到锌皮附近的琼脂变
红色，则锌皮发生了电化
学腐蚀，锌做负极
B
向
溶液中加入醋酸，将产生的气体通入苯酚
钠水溶液中
观察到苯酚钠溶液变浑
浊，说明碳酸的酸性比苯
酚强
C
向放有少量脱脂棉的试管中加入几滴
和几滴浓
硫酸，充分搅拌后，加入新制
悬浊液，加
热
未观察到砖红色沉淀生
成，说明纤维素没有发生
水解
D
在大试管中加入
苯酚、过量的质量分数为
的
甲醛溶液，置于水浴中加热片刻，加入
浓氨
水，继续在水浴中加热
观察到固体生成，固体为
网状结构的酚醛树脂
A．A
B．B
C．C
D．D
4
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例5．
是铁锈的主要成分，下列说法正确的是
A．
在纯氧中受热可以生成
B．
的检验，可用
溶液，生成蓝色溶液
C．铁元素位于周期表中第四周期，第ⅧB 族
D．钢铁发生吸氧腐蚀可形成铁锈(
)，负极反应式为
例6．化学在生活、社会、环境和科技进步方面发挥着重要的作用，下列说法正确的
是
A．针对新冠肺炎疫情，用无水酒精、双氧水对环境进行杀菌消毒
B．“朝坛雾卷，曙岭烟沉”中的雾是一种气溶胶，能产生丁达尔现象
C．2022 年北京冬奥会速滑竞赛服使用了蜂窝样式的聚氨酯材料，属于天然有机高
分子材料
D．“世界铜像之王”三星堆青铜大立人属于合金，其深埋于地下生锈是发生了析
氢腐蚀
例7．类比是预测物质性质与化学反应的重要方法，下列类比结果合理的是
A．Br2的沸点高于Cl2，则单晶硅的沸点高于金刚石
B．SiCl4可以水解生成原硅酸和盐酸，则PCl5可以水解生成磷酸和盐酸
C．原子核外电子先填满L 层再填M 层，则电子先填满M 层再填N 层
D．铁碳合金插入稀硫酸发生析氢腐蚀，则铜碳合金插入稀硫酸会发生析氢腐蚀
例8．下列实验装置(部分夹持装置略)或现象错误的是
A．图①：观察到钠燃烧的火焰颜色为黄色，且有淡黄色固体生成
B．图②：两支试管中滴入酚酞溶液后，甲中溶液为红色，乙中溶液为浅红色
C．图③：一段时间后，观察到右侧导管有一段高于液面的水柱
5
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D．图④：石蜡油受热分解，右侧试管盛放的酸性
溶液褪色
例9．下列现象与电化学腐蚀无关的是
A．铜锌合金(黄铜)不易被腐蚀
B．银质物品久置表面变黑
C．附有银制配件的铁制品其接触处易生锈
D．铁锅炒菜后未洗净擦干容易生锈
例10．下列实验方案能达到实验目的的是
选
项
A
B
C
D
实
验
方
案
实
验
目
的
验证CuSO4对
H2O2分解反应
有催化作用
进行喷泉实
验
验证非金属性：Cl＞C＞Si
用铁氰化钾溶
液验证牺牲阳
极的阴极保护
法
A．A
B．B
C．C
D．D
1．钢铁工业是国家工业的基础，钢铁生锈现象却随处可见，为此每年国家损失大量资
金。
(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的正极电极反应式为：
(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图①所示的方案，其中焊接在铁
闸门上的固体材料R 可以采用 。
6
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A．铜 B．钠 C．锌 D．石墨
(3)图②所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的
极。
(4)钢铁的防护除了用电化学保护方法之外，在钢铁制品表面镀铜也可以有效地防止其
腐蚀，电镀的装置如图所示：
①电镀装置图的“直流电源”中， 填“a”或“b” 是正极。Fe 电极反应式为
；
②接通电源前，装置图中的铜、铁两个电极质量相等，电镀完成后，将两个电极取出，
用水小心冲洗干净、烘干，然后称量，二者质量之差为5.12g，由此计算电镀过程中电
路中通过电子的物质的量为 。
③上述铁镀件破损后，铁更容易被腐蚀。请简要说明镀铜铁镀件破损后，铁更容易被
腐蚀的原因： 。
2．中国的高铁技术居于国际领先地位。
(1)我国高铁轨道目前使用的高锰钢轨属于 （填“铁合金”或“单质铁”）
(2)雨后的铁轨表面易产生少量的锈迹，这是因为铁轨在潮湿的空气中形成许多微小的
原电池，发生 （填“电化学腐蚀”或“化学腐蚀”），其中负极材料是 ，
负极的电极反应式 ；
(3)铺设在隧道中的钢轨每隔一根轨枕系一块锌片，这是采用电化学的方法 （填
“牺牲阳极的阴极保护法”或“外加电流的阴极保护法”）来保护铁轨，防止锈蚀。
3．(1)检测人的血液中葡萄糖(简称血糖，相对分子质量为180)的含量，参考指标常以
两种计量单位表示，即“mmol/L”和“mg/dL”(1L=10dL)。以“mmol/L”表示时，人的
血糖正常值为3.61~6.11mmol/L 之间。如果以“mg/dL”表示，若某人的血糖检测结果
是92mg/dL，他的血糖正常吗 （填正常或不正常）
(2)某工厂的工业废水中含有大量的FeSO4、较多的Cu2+和少量的Na+。为了减少污染并
变废为宝，工厂计划从该废水中回收硫酸亚铁和金属铜。请根据流程图，在方框和括
号内填写物质名称(或主要成分的化学式)或操作方法，完成回收硫酸亚铁和铜的简单实
验方案 。
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(3)如图，验证牺牲阳极的阴极保护法时，往Fe 电极区滴入2 滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰
化钾)溶液，观察烧杯内溶液颜色有无变化.请回答：
.
①电压表指针有何变化 原因是
.
②请写出Fe2+与[Fe(CN)6]3−反应的离子方程式：
(4)K3[Fe(C2O4)3]·3H2O（三草酸合铁酸钾）为亮绿色晶体，可用于晒制蓝图。晒制蓝图
时，用K3[Fe(C2O4)3]·3H2O 作感光剂，以K3[Fe(CN)6]溶液为显色剂。其光解反应的化
学方程式为：2K3[Fe(C2O4)3]
2FeC2O4+3K2C2O4+2CO2↑；显色反应的化学方程式为
。
4．Ⅰ、铁能形成多种价态的化合物，单质铁能被众多的氧化剂所氧化。
（1）将5.6g 的生铁与足量的稀盐酸反应，生成H2的质量 0.2g(填“>”“<”“=”)，
向此生铁上滴加几滴稀硝酸，写出反应的离子方程式： 。
（2）配制FeCl3溶液时常会出现浑浊现象，其原因是 (用离子
方程式表示)。室温下配制5mol/L 200mL FeCl3溶液，至少需要添加 mL 2mol/L
的盐酸才会不出现浑浊（已知室温时Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10－38，忽略加入盐酸对溶液体
积的影响）。
（3）钢铁制品易生锈，导致其生锈的最主要原因是发生了 腐蚀；用NaOH、
NaNO2等溶液对铁制品进行钝化处理可提高其抗腐蚀能力，下面是处理过程中所发生
的一个反应：
Na2FeO2+_____NaNO2+_____H2O===_____Na2Fe2O4+_____NH3↑+_____，请完善该反应
方程式。
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II、硝化法是一种古老的生产硫酸的方法，同时实现了氮氧化物的循环转化，主要反
应为
NO2(g)＋SO2(g)
SO3(g)＋NO(g) △H＝－41.8 kJ·mol－1
（1）下列说法中可以说明该反应已达到平衡状态的是 。
a. 体系内混合气体的密度保持不变 b.
c. 容器内气体的总压强保持不变 d. NO 体积分数不再改变
（2）某温度下，NO2(g)＋SO2(g)
SO3(g)＋NO(g)的平衡常数k=2.25，该温度下在甲、
乙、丙三个体积为2L 的恒容密闭容器中，投入NO2(g)和SO2(g)，其起始浓度如下表所
示。
起始浓度
甲
乙
丙
c(NO2)/mol/L
0.10
0.20
0.20
c(SO2)/mol/L
0.10
0.10
0.20
10min
①
后，甲中达到平衡，则甲中反应的平均速率
。
②丙达到平衡所用的时间 (填“<”“>”“=”)10min，达到平衡后，设甲、乙、丙
中SO2(g)的转化率分别为a、b、c，则三者的大小关系为 。
5．锡是一种银白色金属，在生产、生活中有着重要的用途，在化合物中主要呈现+2
和+4 价。
（l）我国云南个旧锡矿闻名于世，其主要成分为SnO2。用焦炭作还原剂，在高温下用
该矿石可制得粗锡，该反应的化学方程式为 。
（2）马口铁是在铁皮表面镀一层金属锡。马口铁破损后，负极上的电极反应是
。
（3）锡的氯化物有SnCl2和SnCl4。SnCl2是生产和化学实验中常用的还原剂，易发生
水解；SnCl4常温下是无色液体，在空气中极易水解，熔点-36℃，沸点114℃。
① 若实验室中以SnCl2固体配制SnCl2溶液，试简述操作方法 。
SnCl
②
4蒸气遇氨及水汽呈浓烟状，因而可制作烟幕弹，其反应的化学方程式为
。
（4）Sn(OH)2具有明显的两性，在碱性条件下以Sn(OH)3的形式存在。写出Sn(OH)2发
生酸式电离的电离方程式 。
（5）SnS2是黄色固体，俗称“金粉”，将H2S 通入SnCl4溶液中可得SnS2沉淀，写出
该反应的离子方程式 。
（6）某同学对微电子器件生产的锡粉设计如下方法进行纯度测定：① 取试样溶于稀
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硫酸中（杂质不参与反应），使Sn 完全转化为Sn2+；② 加入过量的Fe2(SO4)3溶液；
③ 用0.10mol/LK2Cr2O7溶液滴定（产物中Cr 呈+3 价）；④ 根据数据计算出锡粉的纯
度。步骤② 中加入Fe2(SO4)3的作用是 ；用离子方程式表示K2Cr2O7溶液进行
滴定实验的原理 。
6．铜是一种重要的有色金属，近年来用途越来越广泛．请回答下列问题：
（1）下列四种化合物中含铜量最高的是 （填字母）
A．Cu5FeS4 B．CuFeS2 C．Cu2S D．Cu2（OH）2CO3
（2）2014 年我国精炼铜产量796 万吨，若全部由含Cu2S 质量分数为32%的铜矿石冶
炼得到，则需要铜矿石质量为 万吨．（保留一位小数）
（3）可溶性铜盐常用于生产其它含铜化合物．在KOH 溶液中加入一定量的CuSO4溶
液，再加入一定量的还原剂﹣﹣肼（N2H4），加热并保持温度在90℃，生成一种对环
境无污染的气体，反应完全后，分离，洗涤，真空干燥得到纳米氧化亚铜固体
（Cu2O）．
①该制备过程的反应方程式为 ．
②工业上常用的固液分离设备有 （填字母）
A．离心机 B．分馏塔 C．框式压滤机 D．反应釜
（4）我国出土的青铜器工艺精湛，具有很高的艺术价值和历史价值．但出土的青铜器
大多受到环境腐蚀．如图是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“a”“b”或“c”），正极反应方程式为
．
②环境中的Cl﹣扩散到孔口，并与正极产物和负极产物生成多孔粉状锈Cu2（OH）
3Cl，其离子方程式为 ．
7．电化学原理在金属腐蚀、能量转换、物质合成等方面应用广泛。
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（1）通常可用图l、图2 所示的两种方式减缓海水埘钢闸门A 的腐蚀，则图l 中材料B
通常选择 (填字母序号)，图2 中材料C 最好选择 (填字母序号)。
a．钠块 b．铜块 c．锌块 d．石墨
图3 图4
则图2 中C 上发生的主要电极反应式为 。
（2）镁燃料电池在可移动电子设备电源和备用电源等方面应用前景广阔。图3 为“镁
—次氯酸盐”燃料电池原理示意图，电极为镁合金和铂合金。
D
①
为该燃料电池的 极(填“正”或“负”)。E 电极上的电极反应式为
。
②镁燃料电池负极容易发生自腐蚀使负极利用率降低，该过程中产生的气体a 为
(填化学式)。
（3）乙醇酸(HOOC—CHO)是有机合成的重要中间体。工业上用“双极室成对电解
法”生产乙醛酸，原理如图4 所示，该装置中阴、阳两极为惰性电极，两极室均可产
生乙醛酸。
①乙二醛(OHC—CHO)与M 电极的气体产物反应生成乙醛酸，则反应的化学方程式为
。
②该电解装置工作中若有0.5molH+通过质子交换膜，并完全参与了反应，则该装置中
生成的乙醛酸为 mol。
8．电化学原理在防止金属腐蚀、能量转换、物质合成等方面应用广泛。
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（1）图1 中，为了减缓海水对钢闸门A 的腐蚀，材料B 可以选择 （填字母序
号）。
a．碳棒 b．锌板 c．铜板
用电化学原理解释材料B 需定期拆换的原因： 。
（2）图2 中，钢闸门C 做 极。用氯化钠溶液模拟海水进行实验，D 为石墨块，
则D 上的电极反应式为 ，检测该电极反应产物的方法是
。
（3）镁燃料电池在可移动电子设备电源和备用电源等方面应用前景广阔。图3 为“镁
—次氯酸盐”燃料电池原理示意图，电极为镁合金和铂合金。
E
①
为该燃料电池的极 （填“正”或“负”）。F 电极上的电极反应式为
。
②镁燃料电池负极容易发生自腐蚀产生氢气，使负极利用率降低，用化学用语解释其
原因 。
9．对金属制品进行防腐蚀处理，可延长其使用寿命。
（1）以下为铝材表面处理的一种方法：
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①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时候常有气泡冒出，原因是：
（用离子方程式表示）。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下
列试剂中的 。
a.NH3b.CO2c.NaOH d.HNO3
②以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝村表面形成氧化膜，阳极电极反应式为：
。
取少量废电解液，加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是
。
(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨做阳极的原因是 。
(3)利用下图装置，可以模拟铁的电化学防护。
若X 为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K 应该置于 处。
若X 为锌，开关K 置于M 处，该电化学防护法称为 。
10．铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止
血剂等。
（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式： 。
（2）若将（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、
负极，并写出电极反应式。
正极反应： 。
负极反应： 。
（3）腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2＋、Fe3＋和Fe2＋的浓度均为0.10 mol·L－1，请参
照下表给出的数据和药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3＋和Fe2＋的实验步骤 。
氢氧化物开始沉淀时的pH
氢氧化物沉淀
完全时的pH
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Fe3＋
Fe2＋
1.9
7.0
3.2
9.0
Cu2＋
4.7
6.7
提供的药品：Cl2 浓H2SO4 NaOH 溶液 CuO Cu
（4）某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。
请从上表提供的药品中选择两种（水可任选），设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被
腐蚀。有关反应的化学方程式 ； ；劣质不锈钢腐蚀的实验现象 。
14
