金属电化学腐蚀的本质与合理防护

黎小兵

据有关资料报道，现在世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和金属材料相当于年产量的25%，所以要探究金属腐蚀的本质，合理保护金属，更好地为人类造福。

一、金属的电化学腐蚀与化学腐蚀

金属发生原电池反应所引起的腐蚀为电化学腐蚀，金属与接触的物质直接发生化学反应（无原电池反应发生）的腐蚀为化学腐蚀。

例1 下列有关电化学腐蚀与化学腐蚀的叙述不正确的是（  ）。

A.自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致

B.常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀

C.金属发生化学腐蚀时无电流产生

D.纯银器表面在空气变暗是因为发生了化学腐蚀

解析 自行车钢架生锈主要是因为铁与碳、潮湿空气形成原电池，发生电化学腐蚀，A项正确;常温下，置于空气中的金属主要是因为金属与其所含杂质（如碳）、潮湿空气形成原电池，发生电化学腐蚀，B项不正确;金属发生化学腐蚀时不能形成原电池，无电流产生，C项正确;纯银器不含杂质，不能形成原电池，则纯银器表面在空气变暗是因为发生了化学腐蚀，D项正确。答案为B项。

二、析氢腐蚀与吸氧腐蚀

金属在发生电化学腐蚀时，若水膜的酸性较强，则发生析氢腐蚀;若水膜的酸性较弱或呈中性，则发生吸氧腐蚀。

例3 将炭粉与铁粉均匀混合，撒入内壁分别用氯化钠溶液和稀醋酸溶液润湿过的具支试管中。如图1所示選项中正确的是（  ）。

解析 酸性条件下，金属铁发生析氢腐蚀，导管中水面下降，A项错误;D项中试管缺少塞子，水面无变化，D项错误;中性条件下，金属铁发生吸氧腐蚀，导管中水面上升，B项正确，C项错误。所以B项正确

例2 利用如图1所示装置进行实验，开始时，左右两管液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法正确的是（  ）。

A.左管中O2得到电子，右管中H+得到电子

B.一段时间后，左管液面低于右管液面

C.a、b两处具有相同的电极反应式：Fe-3e-Fe3+

D.a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小

解析 左管中铁丝发生吸氧腐蚀，O2得到电子，右管中铁丝发生析氢腐蚀，H+得到电子，A项正确;左管中吸收氧气，压强减小，右管中析出氢气，压强增大，则一段时间后，左管液面上升，右管液面下降，使左管液面高于右管液面，B项错误;a、b两处铁丝均作负极，电极反应式均为Fe-2e-Fe2+，C项错误;左管中O2得到电子，其电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-，a处c（OH-）增大，则a处溶液的pH增大，右管中H+得到电子，其电极反应式为2H++2e-H2↑，b处c（H+）减小，则b处溶液的pH增大，D项错误。答案为A项。

三、金属腐蚀快慢的比较

金属腐蚀的速率不仅与腐蚀的原理有关，而且与介质的性质有关。比较金属腐蚀快慢时，要首先弄清金属腐蚀的原理和介质的性质，然后应用金属腐蚀快慢的规律进行判断。

例3 如图2所示容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是（  ）。

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发生化学腐蚀;②中Fe为原电池的负极，腐蚀速率快;③中Fe为原电池的正极，被保护，则铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是②>①>③。④中Fe为电解池的阳极，会失去电子，铁被腐蚀的最快。则铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是④>②>①>③。答案为A项。

四、金属的电化学防护方法

金属的电化学保护法有牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。

例6 （2020年高考江苏化学卷）将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图4所示的情境中，下列有关说法正确的是（  ）。

A.阴极的电极反应式为Fe-2e-Fe2+

B.金属M的活动性比Fe的活动性弱

C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护

D钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快

解析 A项，由题意可知，该装置是牺牲阳极的阴极保护法，金属M是阳极（原电池的负极）发生氧化反应，钢铁设备是阴极（原电池的正极），在阴极发生还原反应（Fe不会在阴极失去电子），A项错误;B项，因该装置是牺牲阳极的阴极保护法，则金属M的活动性比Fe的活动性强，B项错误;C项，利用牺牲阳极的阴极保护法，是因钢铁设施表面因积累大量电子而被保护，C项正确;D项，在海水中含有大量的氯化钠等电解质，则钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢，D项错误。所以C项正确

例4 （2017年高考全国理综卷Ⅰ）支持海港码头基础的防腐技术，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图3所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是（  ）。

A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零

B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩

C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流

D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整

解析 此题使用的是外加电流的阴极保护法。通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零，A项正确;

通电后，被保护的钢管柱作阴极，高硅铸铁作阳极，则通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩，B项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极，则高硅铸铁不损耗，C项不正确;外加电流要抑制金属电化学腐蚀产生的电流，则通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整，D项正确。答案为C项。

（收稿日期：2021-07-31）