第三节 金属的腐蚀与防护

铁、铜接触，在周围环境提供的电解质溶液作用下会形成原电池，铁作负极发生氧化反应被腐蚀，属于电化学腐蚀， $ {\rm \mathrm{A}} $ 不符合题意；金属钠在空气中被氧化生成氧化钠，属于化学腐蚀，与电化学腐蚀无关， $ {\rm \mathrm{B}} $ 符合题意；铜锌合金与周围环境提供的电解质溶液形成原电池，锌作负极被腐蚀，铜作正极被保护，不易形成铜绿，与电化学腐蚀有关， $ {\rm \mathrm{C}} $ 不符合题意；潮湿土壤提供电解质溶液，铁作负极，其他杂质如碳作正极，形成原电池，加速铁的腐蚀，属于电化学腐蚀， $ {\rm \mathrm{D}} $ 不符合题意。

酸雨作用下，铁制品的腐蚀过程有化学腐蚀也有电化学腐蚀，以电化学腐蚀为主， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；化学腐蚀过程中铁与氢离子发生置换反应生成氢气， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；在酸性环境中铁发生析氢腐蚀，故正极反应式为 $ {\rm 2{\mathrm{H}}^{+}+2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{H}}_{2}↑.} $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；发生电化学腐蚀时铁是负极，负极反应式为 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}-2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

①中铁钉在与水和空气接触的环境下发生腐蚀，铁钉中铁与碳及周围电解质溶液形成了微型原电池，铁失电子，发生氧化反应，作负极，属于电化学腐蚀， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；①中环境为中性，发生的是吸氧腐蚀，正极是氧气得电子，电极反应式应为 $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}+4{\mathrm{e}}^{-}+2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\xlongequal{}4{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；②中植物油隔绝了空气，所用的水经过煮沸处理，以除去水中溶解的氧气使铁钉不与氧气接触，从而探究只与水接触时，铁钉是否生锈， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；③中铁钉所处的电解质溶液是饱和食盐水，离子浓度比①中水大，溶液导电性增强，加快了铁钉的腐蚀，所以③中铁钉生锈比①更明显， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

钢管腐蚀时铁、碳与潮湿土壤构成原电池，其中铁失电子作负极， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；厌氧细菌最佳生存环境 $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 为 $ 7～8 $ ，结合题图可知正极上 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ 得电子生成 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}：2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}+2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{H}}_{2}↑+2{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}.} $ ，生成 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ 会使 $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 升高， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；由厌氧细菌存在可知，深层土壤中缺乏 $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}} $ ，更易发生析氢腐蚀，腐蚀过程中正极析出氢气，厌氧细菌通过消耗 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}} $ 促进了该反应的进行，因此有利于析氢腐蚀的发生， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；由题图可知， $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}^{2-}} $ 与 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}} $ 反应生成 $ {\rm {\mathrm{S}}^{2-}} $ 和 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ，结合得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒得该反应为 $ {\rm 4{\mathrm{H}}_{2}+{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}^{2-}\xlongequal{厌氧细菌}{\mathrm{S}}^{2-}+4{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

①中8小时未观察到明显锈蚀，说明 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 溶液中溶解的氧气不足以使生铁片明显锈蚀， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；苯为非电解质，②中生铁片8小时未观察到明显锈蚀的原因之一是缺少电解质溶液， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；③中1小时观察到明显锈蚀，说明铁发生了吸氧腐蚀，正极上是 $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}} $ 得电子并结合水生成氢氧根离子，电极反应为 $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}+4{\mathrm{e}}^{-}+2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\xlongequal{}4{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；由①可知 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 溶液中溶解的氧气不足以使生铁片明显锈蚀，但是③中铁片发生明显锈蚀，说明外界空气进入了 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 溶液中与生铁片构成原电池，则苯不能隔绝氧气， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

$ \mathrm{a} $ 处是中性溶液，生铁发生吸氧腐蚀， $ \mathrm{b} $ 处是酸性溶液，生铁发生析氢腐蚀， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确。 $ \mathrm{a} $ 处发生吸氧腐蚀，消耗 $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}} $ 导致气体压强减小， $ \mathrm{b} $ 处发生析氢腐蚀，生成氢气导致气体压强增大，装置内形成压强差，所以一段时间后， $ \mathrm{a} $ 处液面高于 $ \mathrm{b} $ 处液面， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确。 $ \mathrm{a} $ 处发生吸氧腐蚀，正极反应式为 $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}+2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}+4{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}4{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ ，反应过程中生成 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ ，所以 $ \mathrm{a} $ 处溶液 $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 增大； $ \mathrm{b} $ 处发生析氢腐蚀，正极反应式为 $ {\rm 2{\mathrm{H}}^{+}+2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{H}}_{2}↑.} $ ，反应过程中消耗 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ ，溶液的 $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 增大， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误。 $ \mathrm{a} $ 、 $ \mathrm{b} $ 两处原电池中，铁都作负极，具有相同的负极反应式： $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}-2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

无水乙醇属于非电解质，不能构成原电池，铁发生化学腐蚀，腐蚀速率较慢； $ {\rm \mathrm{B}} $ 项构成原电池， $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 为负极，发生失电子的氧化反应，加速铁的腐蚀速率； $ {\rm \mathrm{C}} $ 项构成原电池， $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}} $ 为负极， $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 为正极被保护，不易被腐蚀；蔗糖属于非电解质，不能构成原电池，铁发生化学腐蚀，腐蚀速率较慢。综上，选 $ {\rm \mathrm{B}} $ 。

由分析可知， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；由曲线 $ \mathrm{b} $ 可知，温度低于 $ 70℃ $ 时，腐蚀速率为0，说明此时低碳铬钢几乎不发生腐蚀， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；当硫酸浓度 $ ⩾ 50\% $ 时，腐蚀速率接近0，说明低碳铬钢在高浓度硫酸中发生了钝化——表面形成致密薄膜，阻止了进一步腐蚀， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；由题图可知， $ 30\% $ 硫酸中低碳铬钢腐蚀速 率最快，此时环境为酸性，低碳铬钢主要发生析氢腐蚀， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

钢铁中的铁和少量单质碳与潮湿空气构成原电池，发生电化学腐蚀， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；镀锌铁中锌比铁活泼，锌作为负极（阳极）被腐蚀，铁作正极（阴极）被保护，为牺牲阳极法， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；涂油漆等可隔绝铁与氧气、水，从而防止铁被腐蚀，属于物理防护， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；钢闸门接外加电源负极，作为阴极被保护，属于外加电流法， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

聚四氟乙烯涂层可以隔绝氧气和水，有效保护铁锅不被腐蚀， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；使用高性能富锌底漆的防腐原理是铁、锌在海水中构成原电池时，锌作负极被腐蚀，铁作正极被保护，该保护方法为牺牲阳极法， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；铜块、钢闸门、海水形成原电池，钢闸门作负极，腐蚀速率加快， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；越靠近海水底端氧气含量越少，铁棒腐蚀速率越慢，海水与空气接触部分氧气含量较多，腐蚀速率较快， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

由题图可知，该原电池中， $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 电极为负极， $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 失去电子发生氧化反应，碳电极为正极， $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{O}}^{-}{}_{3}} $ 得到电子发生还原反应。原电池中，离子迁移规律是“正正负负”，则 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 会由负极移向正极，即 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 由乙室通过质子交换膜向甲室移动， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；在甲室中 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{O}}^{-}{}_{3}} $ 被还原为 $ {\rm {\mathrm{N}}_{2}} $ ，电极反应式为 $ {\rm 2{\mathrm{N}\mathrm{O}}^{-}{}_{3}+12{\mathrm{H}}^{+}+10{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{N}}_{2}↑+6{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}.} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确； $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 电极上反应为 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}-2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}} $ ，后乙室中 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}} $ 与 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}^{+}{}_{4}} $ 在菌作用下发生反应 $ {\rm 3{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}+2{\mathrm{N}\mathrm{H}}^{+}{}_{4}\xlongequal{}3\mathrm{F}\mathrm{e}+{\mathrm{N}}_{2}↑+8{\mathrm{H}}^{+}.} $ ，乙室中有关系式： $ {\rm 6{\mathrm{e}}^{-}\sim 3{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}\sim 8{\mathrm{H}}^{+}} $ ，当转移 $ 10\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{e}}^{-} $ 时，甲室溶液中消耗 $ {\rm 12\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{H}}^{+}} $ ，通过质子交换膜的 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 只有 $ 10\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ，乙室溶液中 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}} $ 氧化 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}^{+}{}_{4}} $ 为 $ {\rm {\mathrm{N}}_{2}} $ ，生成 $ {\rm \dfrac{40}{3}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{H}}^{+}} $ ，因此，甲室溶液中 $ {\rm c({\mathrm{H}}^{+})} $ 减小，溶液的 $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 不断增大，乙室溶液中 $ {\rm c({\mathrm{H}}^{+})} $ 增大，溶液的 $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 不断减小， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；处理含 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{O}}^{-}{}_{3}} $ 的废水时，根据得失电子守恒可知关系式为 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{O}}^{-}{}_{3}\sim 5{\mathrm{e}}^{-}} $ ，透过质子交换膜的 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 与转移电子的物质的量相等，所以处理 $ {\rm 6.2\mathrm{g}(0.1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}){\mathrm{N}\mathrm{O}}^{-}{}_{3}} $ 时，有 $ {\rm 0.5\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{H}}^{+}} $ 透过质子交换膜， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

活性炭具有许多细小微孔，且表面积巨大，具有很强的吸附能力，由图像可知， $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}} $ 在纯活性炭中浓度随时间延长而减小，表明活性炭对 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}} $ 具有一定的吸附作用， $ {\rm \mathrm{A}} $ 合理；铁屑和活性炭在溶液中形成微电池，其中铁具有较强的还原性，易失去电子形成 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}} $ ，发生氧化反应，因此铁作负极， $ {\rm \mathrm{B}} $ 合理；由图像可知，由纯活性炭到铁碳质量比增加至 $ 2:1 $ ， $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}} $ 的去除速率增大，但使用纯铁屑时， $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}} $ 的去除速率降低，因此增大铁碳混合物中铁碳质量比 $ (x) $ ，不一定会提高废水中 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}} $ 的去除速率， $ {\rm \mathrm{C}} $ 不合理；在铁碳微电池中，铁作负极，发生氧化反应 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}-2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}} $ ，碳作正极，发生还原反应 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}+2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}\mathrm{C}\mathrm{u}} $ ，因此该微电池的总反应为 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}+{\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}\xlongequal{}{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}+\mathrm{C}\mathrm{u}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 合理。

$ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 与天然气中的含硫化合物直接发生化学反应，属于化学腐蚀， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确； $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 比 $ {\rm \mathrm{S}\mathrm{n}} $ 更活泼，在船舶外壳安装 $ {\rm \mathrm{S}\mathrm{n}} $ 会使 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 成为负极，加速钢铁腐蚀， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；用化学方法在钢铁部件表面进行发蓝处理，可生成一层致密的四氧化三铁薄膜， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；铁锈的主要成分是疏松的水合氧化铁， $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{4}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 溶液因 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}^{+}{}_{4}} $ 水解显弱酸性，可以与铁锈反应，故可以用 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{4}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 溶液进行除锈处理， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。