黎小兵
據(jù)有關(guān)資料報道,現(xiàn)在世界上每年因腐蝕而報廢的金屬設(shè)備和金屬材料相當(dāng)于年產(chǎn)量的25%,所以要探究金屬腐蝕的本質(zhì),合理保護金屬,更好地為人類造福。
一、金屬的電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕
金屬發(fā)生原電池反應(yīng)所引起的腐蝕為電化學(xué)腐蝕,金屬與接觸的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(無原電池反應(yīng)發(fā)生)的腐蝕為化學(xué)腐蝕。
例1 下列有關(guān)電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕的敘述不正確的是(? )。
A.自行車鋼架生銹主要是電化學(xué)腐蝕所致
B.常溫下,置于空氣中的金屬主要發(fā)生化學(xué)腐蝕
C.金屬發(fā)生化學(xué)腐蝕時無電流產(chǎn)生
D.純銀器表面在空氣變暗是因為發(fā)生了化學(xué)腐蝕
解析 自行車鋼架生銹主要是因為鐵與碳、潮濕空氣形成原電池,發(fā)生電化學(xué)腐蝕,A項正確;常溫下,置于空氣中的金屬主要是因為金屬與其所含雜質(zhì)(如碳)、潮濕空氣形成原電池,發(fā)生電化學(xué)腐蝕,B項不正確;金屬發(fā)生化學(xué)腐蝕時不能形成原電池,無電流產(chǎn)生,C項正確;純銀器不含雜質(zhì),不能形成原電池,則純銀器表面在空氣變暗是因為發(fā)生了化學(xué)腐蝕,D項正確。答案為B項。
二、析氫腐蝕與吸氧腐蝕
金屬在發(fā)生電化學(xué)腐蝕時,若水膜的酸性較強,則發(fā)生析氫腐蝕;若水膜的酸性較弱或呈中性,則發(fā)生吸氧腐蝕。
例3 將炭粉與鐵粉均勻混合,撒入內(nèi)壁分別用氯化鈉溶液和稀醋酸溶液潤濕過的具支試管中。如圖1所示選項中正確的是(? )。
解析 酸性條件下,金屬鐵發(fā)生析氫腐蝕,導(dǎo)管中水面下降,A項錯誤;D項中試管缺少塞子,水面無變化,D項錯誤;中性條件下,金屬鐵發(fā)生吸氧腐蝕,導(dǎo)管中水面上升,B項正確,C項錯誤。所以B項正確
例2 利用如圖1所示裝置進行實驗,開始時,左右兩管液面相平,密封好,放置一段時間。下列說法正確的是(? )。
A.左管中O2得到電子,右管中H+得到電子
B.一段時間后,左管液面低于右管液面
C.a、b兩處具有相同的電極反應(yīng)式:Fe-3e-Fe3+
D.a處溶液的pH增大,b處溶液的pH減小
解析 左管中鐵絲發(fā)生吸氧腐蝕,O2得到電子,右管中鐵絲發(fā)生析氫腐蝕,H+得到電子,A項正確;左管中吸收氧氣,壓強減小,右管中析出氫氣,壓強增大,則一段時間后,左管液面上升,右管液面下降,使左管液面高于右管液面,B項錯誤;a、b兩處鐵絲均作負極,電極反應(yīng)式均為Fe-2e-Fe2+,C項錯誤;左管中O2得到電子,其電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-4OH-,a處c(OH-)增大,則a處溶液的pH增大,右管中H+得到電子,其電極反應(yīng)式為2H++2e-H2↑,b處c(H+)減小,則b處溶液的pH增大,D項錯誤。答案為A項。
三、金屬腐蝕快慢的比較
金屬腐蝕的速率不僅與腐蝕的原理有關(guān),而且與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。比較金屬腐蝕快慢時,要首先弄清金屬腐蝕的原理和介質(zhì)的性質(zhì),然后應(yīng)用金屬腐蝕快慢的規(guī)律進行判斷。
例3 如圖2所示容器中盛有海水,鐵在其中被腐蝕時由快到慢的順序是(? )。
A.④>②>①>③? B.②>①>③>④
C.④>②>③>①? D.③>②>④>①
解析 ①中Fe發(fā)生化學(xué)腐蝕;②中Fe為原電池的負極,腐蝕速率快;③中Fe為原電池的正極,被保護,則鐵在其中被腐蝕時由快到慢的順序是②>①>③。④中Fe為電解池的陽極,會失去電子,鐵被腐蝕的最快。則鐵在其中被腐蝕時由快到慢的順序是④>②>①>③。答案為A項。
四、金屬的電化學(xué)防護方法
金屬的電化學(xué)保護法有犧牲陽極的陰極保護法和外加電流的陰極保護法。
例6 (2020年高考江蘇化學(xué)卷)將金屬M連接在鋼鐵設(shè)施表面,可減緩水體中鋼鐵設(shè)施的腐蝕。在如圖4所示的情境中,下列有關(guān)說法正確的是(? )。
A.陰極的電極反應(yīng)式為Fe-2e-Fe2+
B.金屬M的活動性比Fe的活動性弱
C.鋼鐵設(shè)施表面因積累大量電子而被保護
D鋼鐵設(shè)施在河水中的腐蝕速率比在海水中的快
解析 A項,由題意可知,該裝置是犧牲陽極的陰極保護法,金屬M是陽極(原電池的負極)發(fā)生氧化反應(yīng),鋼鐵設(shè)備是陰極(原電池的正極),在陰極發(fā)生還原反應(yīng)(Fe不會在陰極失去電子),A項錯誤;B項,因該裝置是犧牲陽極的陰極保護法,則金屬M的活動性比Fe的活動性強,B項錯誤;C項,利用犧牲陽極的陰極保護法,是因鋼鐵設(shè)施表面因積累大量電子而被保護,C項正確;D項,在海水中含有大量的氯化鈉等電解質(zhì),則鋼鐵設(shè)施在河水中的腐蝕速率比在海水中的慢,D項錯誤。所以C項正確
例4 (2017年高考全國理綜卷Ⅰ)支持海港碼頭基礎(chǔ)的防腐技術(shù),常用外加電流的陰極保護法進行防腐,工作原理如圖3所示,其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關(guān)表述不正確的是(? )。
A.通入保護電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零
B.通電后外電路電子被強制從高硅鑄鐵流向鋼管樁
C.高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流
D.通入的保護電流應(yīng)該根據(jù)環(huán)境條件變化進行調(diào)整
解析 此題使用的是外加電流的陰極保護法。通入保護電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零,A項正確;
通電后,被保護的鋼管柱作陰極,高硅鑄鐵作陽極,則通電后外電路電子被強制從高硅鑄鐵流向鋼管樁,B項正確;高硅鑄鐵為惰性輔助陽極,則高硅鑄鐵不損耗,C項不正確;外加電流要抑制金屬電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的電流,則通入的保護電流應(yīng)該根據(jù)環(huán)境條件變化進行調(diào)整,D項正確。答案為C項。
(收稿日期:2021-07-31)