高考中的金屬腐蝕與防護
——從一道課后習題談起

張宇飛

（重慶市第六十六中學 重慶 400042）

高考中的金屬腐蝕與防護
——從一道課后習題談起

張宇飛

（重慶市第六十六中學 重慶 400042）

化學現(xiàn)象在我們的生活中處處可見，與我們生活密切相關，只是我們對它司空見慣而不太留意，而每年高考中幾乎都會涉及到的我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷慕饘俚母g與防護，本文由課后一道練習題引發(fā)的思考談起，從金屬腐蝕原理、金屬腐蝕的防護和近年高考題的具體實例來簡述我對金屬腐蝕與防護的認識，并談一談一些近年來高考中出現(xiàn)的常用的金屬防腐方法。

引言

金屬材料的腐蝕，是指金屬材料和周圍介質(zhì)接觸時發(fā)生化學或電化學作用而引起的一種破壞現(xiàn)象。從熱力學的觀點來看，除了少數(shù)貴金屬（如金、鉑等）外，各種金屬都有轉(zhuǎn)變成離子的趨勢。因此，金屬元素比它們的化合物具有更高的自由能，必然有自發(fā)地轉(zhuǎn)回到熱力學上更穩(wěn)定的自然形態(tài)——氧化物的趨勢，所以說金屬腐蝕是自發(fā)的普遍存在的一種現(xiàn)象，是不可避免的，但是我們可以研究通過一定的手段來減慢金屬的腐蝕速度，把損失降到最低。

導學案P 67第15題：“銅制品在經(jīng)常下酸雨的地區(qū)電化學腐蝕嚴重，寫出此電化學腐蝕的電極反應式：正極：______________；負極：_______________。”在高中關于電化學金屬腐蝕與防護部分，老師們強調(diào)得很多而且同學們掌握得比較好的是關于鋼鐵的腐蝕，鋼鐵制品的腐蝕根據(jù)所處環(huán)境的不同主要是分為：

析氫腐蝕（表面溶液為酸性）：陽極（Fe）：Fe—2e-=Fe2+

陰極（雜質(zhì)）：2H++2e-=H2↑

電池反應：Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2↑

吸氧腐蝕（表面溶液為中性或弱堿性）：陽極（Fe）：Fe—2e-=Fe2+

陰極（雜質(zhì)）：O2+2H2O+4e-=4OH-

電池反應：2Fe+2H2O+O2=2Fe（OH）2

Fe（0H）2將進一步被O2所氧化，生成Fe（OH）3并部分脫水為疏松的鐵銹，即我們所看到的。

4Fe（OH）2+O2+2H20=4Fe（OH）3→Fe2O·xH2O（鐵銹）

但是在本題中涉及的不是鋼鐵而是銅制品的腐蝕，又有強調(diào)“酸雨地區(qū)”，所以很多同學認為應該是析氫腐蝕：析氫腐蝕：陽極（Cu）：Cu-2e-= Cu2+

陰極（雜質(zhì)）：2H++2e-=H2↑

電池反應：Cu+2H2O=Cu（OH）2+H2↑

但金屬Cu活動性較弱，只能發(fā)生吸氧腐蝕，不能發(fā)生析氫腐蝕，故導學案答案為：

正極：O2+2H2O+4e-===4OH-

負極：Cu-2e-===Cu2+，

只是這個答案沒有考慮到“酸雨”這個因素，課堂上，我班孫濤同學提出如果把“酸雨”這個因素考慮進去，該題答案應該為“正極：O2+4H++ 4e-===2H2O 負極：Cu-2e-===Cu2+，通過這個題目的討論使我想到我們平時教學和練習中一說到金屬的腐蝕更多的在強調(diào)鋼鐵的腐蝕，那么其他金屬呢？在高考題中又有哪些涉及呢？下面我就結(jié)合金屬腐蝕的原理及防護并聯(lián)系近年的高考題來談一談。

一、金屬腐蝕的基本原理：

1、金屬腐蝕的分類

按照金屬的腐蝕機理的不同，可以將金屬腐蝕分為三類：一是化學腐蝕，二是電化學腐蝕，三是物理腐蝕。

2、金屬腐蝕的機理

（1）化學腐蝕：是指金屬與介質(zhì)之間直接發(fā)生純化學作用而引起的破壞。

（2）電化學腐蝕：是金屬與介質(zhì)之間發(fā)生電化學作用而引起的破壞。反應過程同時有陽極失去電子的陽極反應，陰極獲得電子的陰極反應以及電子的流動（電流）。電化學腐蝕是最常見的腐蝕，金屬腐蝕中的絕大部分均屬于電化學腐蝕。如在自然條件下（如海水、土壤、地下水、潮濕大氣、酸雨等）對金屬的腐蝕通常是電化學腐蝕。

以上兩種金屬的腐蝕是高考重點，幾乎每年都有涉及，其中以鋼鐵的腐蝕為考查的主要內(nèi)容，也有涉及其他金屬（如銅、銀制品）的腐蝕，

二、金屬防腐蝕的基本方法：

金屬防腐蝕的方法很多，主要有改善金屬的本質(zhì)，把被保護金屬與腐蝕介質(zhì)隔開，或?qū)饘龠M行表面處理，改善腐蝕環(huán)境以及電化學保護等。

（1）改善金屬的本質(zhì)（合金化法）：根據(jù)不同的用途選擇不同的材料組成耐蝕合金，或在金屬中添加合金元素，提高其耐蝕性，可以防止或減緩金屬的腐蝕。例如，在鋼中加入鎳制成不銹鋼可以增強防腐蝕能力。

（2）形成保護層（保護膜法）：在金屬表面覆蓋各種保護層，把被保護金屬與腐蝕性介質(zhì)隔開，是防止金屬腐蝕的有效方法。工業(yè)上普遍使用的保護層有非金屬保護層和金屬保護層兩大類。它們是用化學方法，物理方法和電化學方法實現(xiàn)的。

2013年高考新課標Ⅱ卷第2題

下列金屬防腐的措施中，使用外加電流的陰極保護法的是（ ）

A.水中的鋼閘門連接電源的負極 B.金屬護欄表面涂漆

C.汽車底盤噴涂高分子膜 D.地下鋼管連接鎂塊

（3）改善腐蝕環(huán)境：改善環(huán)境對減少和防止腐蝕有重要意義。例如，減少腐蝕介質(zhì)的濃度，除去介質(zhì)中的氧，控制環(huán)境溫度、濕度等都可以減少和防止金屬腐蝕。也可以采用在腐蝕介質(zhì)中添加能降低腐蝕速率的物質(zhì)（稱緩蝕劑）來減少和防止金屬腐蝕。

（4）電化學保護法：金屬會因為電化學而腐蝕，我們也可以反其道而行之，通過電化學原理，是被保護的金屬充當腐蝕電池中的陰極，從而防止或減輕金屬腐蝕的方法。

①犧牲陽極保護法：犧牲陽極保護法是用電極電勢比被保護金屬更低的金屬或合金做陽極，固定在被保護金屬上，形成腐蝕電池，被保護金屬作為陰極而得到保護。犧牲陽極一般常用的材料有鋁、鋅及其合金。此法常用于保護海輪外殼，海水中的各種金屬設備、構件和防止巨型設備（如貯油罐）以及石油管路的腐蝕。

②外加電流法：將被保護金屬與另一附加電極作為電解池的兩個極，使被保護的金屬作為陰極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金屬設備的腐蝕。

以上兩種方法在今年高考中也有涉及：

2015重慶第11題（節(jié)選）、我國古代青銅器工藝精湛，有很高的藝術價值和歷史價值，但出土的青銅器大多受到環(huán)境腐蝕，

故對其進行修復和防護具有重要意義。

（3）研究發(fā)現(xiàn)，腐蝕嚴重的青銅器表面大都存在CuCl。關于CuCl在青銅器腐蝕過程中的催化作用，下列敘述正確的是。

A.降低了反應的活化能 B.增大了反應的速率

C.降低了反應的焓變 D.增大了反應的平衡常數(shù)

（4）采用“局部封閉法”可以防止青銅器進一步被腐蝕。如將糊狀Ag2O涂在被腐蝕部位，Ag2O與有害組分CuCl發(fā)生復分解反應，該化學方程式為。

綜上，金屬的腐蝕在生活中無處不在并且也不可避免，并且也是高考中的高頻考點，我們不光要掌握好鋼鐵腐蝕的基本原理，還要能舉一反三，對于其他金屬的腐蝕和防腐原理也要能靈活運用，才能在高考中做到成竹在胸。