高考中的金属腐蚀与防护——从一道课后习题谈起

　　摘要：化学现象在我们的生活中处处可见，与我们生活密切相关，只是我们对它司空见惯而不太留意，而每年高考中几乎都会涉及到的我们日常生活中常见的金属的腐蚀与防护，本文由课后一道练习题引发的思考谈起，从金属腐蚀原理、金属腐蚀的防护和近年高考题的具体实例来简述我对金属腐蚀与防护的认识，并谈一谈一些近年来高考中出现的常用的金属防腐方法。

　　引言

　　金属材料的腐蚀，是指金属材料和周围介质接触时发生化学或电化学作用而引起的一种破坏现象。从热力学的观点来看，除了少数贵金属(如金、铂等)外，各种金属都有转变成离子的趋势。因此，金属元素比它们的化合物具有更高的自由能，必然有自发地转回到热力学上更稳定的自然形态——氧化物的趋势，所以说金属腐蚀是自发的普遍存在的一种现象，是不可避免的，但是我们可以研究通过一定的手段来减慢金属的腐蚀速度，把损失降到最低。

　　导学案P67第15题：“铜制品在经常下酸雨的地区电化学腐蚀严重，写出此电化学腐蚀的电极反应式：正极：______________；负极：_______________。”在高中关于电化学金属腐蚀与防护部分，老师们强调得很多而且同学们掌握得比较好的是关于钢铁的腐蚀，钢铁制品的腐蚀根据所处环境的不同主要是分为：

　　析氢腐蚀（表面溶液为酸性）：阳极（Fe）：Fe—2e-=Fe2+

　　Fe2++2H2O=Fe(OH)2+2H+

　　阴极（杂质）：2H++2e-=H2↑

　　电池反应：Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2↑

　　吸氧腐蚀（表面溶液为中性或弱碱性）：阳极（Fe）：Fe—2e-=Fe2+

　　阴极（杂质）：O2+2H2O+4e-=4OH-

　　电池反应：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2

　　Fe(0H)2将进一步被O2所氧化，生成Fe(OH)3并部分脱水为疏松的铁锈，即我们所看到的。

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

　　但是在本题中涉及的不是钢铁而是铜制品的腐蚀，又有强调“酸雨地区”，所以很多同学认为应该是析氢腐蚀：析氢腐蚀：阳极（Cu）：Cu-2e-=Cu2+

　　Cu2++2H2O=Cu(OH)2+2H+

　　阴极（杂质）：2H++2e-=H2↑

　　电池反应：Cu+2H2O=Cu(OH)2+H2↑

　　但金属Cu活动性较弱，只能发生吸氧腐蚀，不能发生析氢腐蚀，故导学案答案为：

　　正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－

　　负极：Cu－2e－===Cu2＋，

　　只是这个答案没有考虑到“酸雨”这个因素，课堂上，我班孙涛同学提出如果把“酸雨”这个因素考虑进去，该题答案应该为“正极：O2＋4H+＋4e－===2H2O负极：Cu－2e－===Cu2＋，通过这个题目的讨论使我想到我们平时教学和练习中一说到金属的腐蚀更多的在强调钢铁的腐蚀，那么其他金属呢？在高考题中又有哪些涉及呢？下面我就结合金属腐蚀的原理及防护并联系近年的高考题来谈一谈。

　　一、金属腐蚀的基本原理：

　　1、金属腐蚀的分类

　　按照金属的腐蚀机理的不同，可以将金属腐蚀分为三类：一是化学腐蚀，二是电化学腐蚀，三是物理腐蚀。

　　2、金属腐蚀的机理

　　（1）化学腐蚀：是指金属与介质之间直接发生纯化学作用而引起的破坏。

　　（2）电化学腐蚀：是金属与介质之间发生电化学作用而引起的破坏。反应过程同时有阳极失去电子的阳极反应，阴极获得电子的阴极反应以及电子的流动（电流）。电化学腐蚀是最常见的腐蚀，金属腐蚀中的绝大部分均属于电化学腐蚀。如在自然条件下（如海水、土壤、地下水、潮湿大气、酸雨等）对金属的腐蚀通常是电化学腐蚀。

　　以上两种金属的腐蚀是高考重点，几乎每年都有涉及，其中以钢铁的腐蚀为考查的主要内容，也有涉及其他金属（如铜、银制品）的腐蚀，

　　二、金属防腐蚀的基本方法：

　　金属防腐蚀的方法很多，主要有改善金属的本质，把被保护金属与腐蚀介质隔开，或对金属进行表面处理，改善腐蚀环境以及电化学保护等。

　　(1)改善金属的本质（合金化法）：根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。

　　(2)形成保护层（保护膜法）：在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类。它们是用化学方法，物理方法和电化学方法实现的。

　　2013年高考新课标Ⅱ卷第2题

　　下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是（）

　　A．水中的钢闸门连接电源的负极B．金属护栏表面涂漆

　　C．汽车底盘喷涂高分子膜D．地下钢管连接镁块

　　(3)改善腐蚀环境：改善环境对减少和防止腐蚀有重要意义。例如，减少腐蚀介质的浓度，除去介质中的氧，控制环境温度、湿度等都可以减少和防止金属腐蚀。也可以采用在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质(称缓蚀剂)来减少和防止金属腐蚀。

　　(4)电化学保护法：金属会因为电化学而腐蚀，我们也可以反其道而行之，通过电化学原理，是被保护的金属充当腐蚀电池中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的方法。

　　①牺牲阳极保护法：牺牲阳极保护法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极，固定在被保护金属上，形成腐蚀电池，被保护金属作为阴极而得到保护。牺牲阳极一般常用的材料有铝、锌及其合金。此法常用于保护海轮外壳，海水中的各种金属设备、构件和防止巨型设备(如贮油罐)以及石油管路的腐蚀。

　　②外加电流法：将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。

　　以上两种方法在今年高考中也有涉及：2015重庆第11题（节选）、我国古代青铜器工艺精湛，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，故对其进行修复和防护具有重要意义。

　　（3）研究发现，腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用，下列叙述正确的是。

　　A．降低了反应的活化能B．增大了反应的速率

　　C．降低了反应的焓变D．增大了反应的平衡常数

　　（4）采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位，Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应，该化学方程式为。

　　综上，金属的腐蚀在生活中无处不在并且也不可避免，并且也是高考中的高频考点，我们不光要掌握好钢铁腐蚀的基本原理，还要能举一反三，对于其他金属的腐蚀和防腐原理也要能灵活运用，才能在高考中做到成竹在胸。

　　张宇飞