联招化学·金属腐蚀与防护：析氢、吸氧与三种保护法

题目性质：自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题，非真题原文，未取自任何题库、教辅或试卷；解析与采分点为教研整理，非官方评分标准。

一、考点定位与做题顺序

钢铁在潮湿环境中形成无数微小原电池：铁作负极（Fe − 2e⁻ = Fe²⁺，被氧化），碳或杂质作正极，正极反应由水膜的酸碱性决定。这一步判错，后面全错。

两条主线：酸性较强（pH 较低，如酸雨、酸洗残液）→ 析氢腐蚀，正极 2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑；中性/弱酸性/碱性（海水、潮湿空气、土壤）→ 吸氧腐蚀，正极 O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻。后者才是日常生活中钢铁生锈的主因。下面情境与数据均为自编。

二、题目呈现

题1 类型判断与电极式（自编）

三个自编情境：

甲：一枚铁钉落在 pH ≈ 3 的酸雨积水里；

乙：海边栏杆表面覆一层中性海水膜；

丙：埋在潮湿中性土壤里的铁管。

分别判断主要发生哪种电化学腐蚀，写出负极与正极反应式，并写出甲、乙后续生成铁锈的关键反应。

题2 防护原理（自编）

下列三种防护做法，分别指出所属方法并解释原理：

① 铁质船壳铆接锌块；② 地下铁管接直流电源负极、惰性辅助阳极接正极；③ 铁桶表面镀锡（马口铁）与镀锌（白铁）各在镀层破损后会怎样？为什么结论不同？

题3 定量（自编）

某自编情境中，一块铁制品在中性潮湿环境中发生吸氧腐蚀，测得某段时间内共消耗 O₂ 0.56 L（已换算为标准状况）。求：① 转移电子的物质的量；② 被氧化的铁的物质的量与质量（Fe 取 56）；③ 若改用析氢腐蚀且转移同样多的电子，生成 H₂ 在标况下的体积。

三、分步解析

题1 甲（析氢）　pH≈3 属酸性较强 → 析氢腐蚀。负极：Fe − 2e⁻ = Fe²⁺；正极（H⁺ 得电子）：2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑。总反应：Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑。后续：Fe²⁺ 被空气中 O₂ 氧化并经水解、脱水逐步生成 Fe₂O₃·xH₂O（铁锈），关键一步可写 4Fe²⁺ + O₂ + 4H⁺ = 4Fe³⁺ + 2H₂O，再水解成氢氧化物并脱水。注意酸性环境下正极不出现 OH⁻。

题1 乙、丙（吸氧）　中性海水膜与潮湿中性土壤 → 吸氧腐蚀。负极仍为 Fe − 2e⁻ = Fe²⁺；正极：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻。配平时把负极乘 2：2Fe − 4e⁻ = 2Fe²⁺，相加得 2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂。后续锈化：4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃，Fe(OH)₃ 失水生成 Fe₂O₃·xH₂O（红褐色铁锈）。乙与丙介质同为中性，电极式相同；差别只在氧气供给速率（海水膜薄、流动供氧快，土壤供氧慢），影响腐蚀快慢而不改变类型。

题2 ①　牺牲阳极的阴极保护法（原电池原理）。Zn 比 Fe 活泼，铆接后 Zn 作负极被氧化：Zn − 2e⁻ = Zn²⁺，铁壳作正极被保护（正极上发生吸氧反应，铁不失电子）。锌块逐渐消耗，需定期更换，故称「牺牲阳极」。答题必须写出「谁作负极、谁被保护」，只写「锌更活泼」不给满分。

题2 ②　外加电流的阴极保护法（电解池原理）。铁管接电源负极作阴极，被强制供应电子、不发生氧化；惰性辅助阳极接正极，发生氧化（如析氧）。与①的区别：①靠自发原电池、不需外接电源、牺牲金属；②靠外加直流电、被保护金属始终作阴极、辅助阳极本身不溶解（或消耗很小）。

题2 ③　镀锌（白铁）破损后仍保护铁：Zn 比 Fe 活泼，破损处形成原电池时 Zn 作负极被腐蚀、Fe 作正极被保护，直到锌耗尽。镀锡（马口铁）破损后铁腐蚀更快：Sn 不如 Fe 活泼，破损处 Fe 作负极被氧化、Sn 作正极，且由于「小负极（暴露的铁）＋大正极（完好的锡层）」的面积比，腐蚀电流集中，铁比裸铁锈得还快。结论不同的根因是镀层金属与铁的相对活泼性相反。这一「破损后反而不利」是马口铁题的固定采分点。

题3 定量　① 标况下 n(O₂) = 0.56/22.4 = 0.025 mol；吸氧正极每 1 mol O₂ 得 4 mol e⁻，故 n(e⁻) = 4 × 0.025 = 0.10 mol。
② 负极 Fe − 2e⁻ = Fe²⁺，每 1 mol Fe 失 2 mol e⁻，故 n(Fe) = 0.10/2 = 0.050 mol，m(Fe) = 0.050 × 56 = 2.80 g。
③ 析氢正极 2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑，每 1 mol H₂ 对应 2 mol e⁻，故 n(H₂) = 0.10/2 = 0.050 mol，V(H₂) = 0.050 × 22.4 = 1.12 L。
守恒回验：吸氧路线 0.025 mol O₂ 收 0.10 mol e⁻，负极 0.050 mol Fe 放出 0.10 mol e⁻，收支相等 ✓；析氢路线同为 0.10 mol e⁻，故 H₂ 为 O₂ 物质的量的 2 倍（0.050 对 0.025），体积比 1.12:0.56 = 2:1，与「每分子 O₂ 得 4e⁻、每分子 H₂ 只需 2e⁻」一致 ✓。

四、采分点对照

五、高频易错点

• 不先判介质酸碱性，中性海水膜里也写 2H⁺+2e⁻=H₂↑。
• 吸氧腐蚀正极漏乘 4e⁻，写成 O₂+2H₂O+2e⁻=4OH⁻（电荷不守恒）。
• 负极式写成 Fe−3e⁻=Fe³⁺：电化学腐蚀第一步生成的是 Fe²⁺。
• 把两类腐蚀都叫「生锈」而不区分，答题缺类型词。
• 牺牲阳极法只写「锌比铁活泼」，不点明谁作负极、谁被保护。
• 把外加电流法说成「铁管接正极」——被保护金属必须接负极作阴极。
• 认为镀锡破损后仍能保护铁，忽略 Sn 不如 Fe 活泼与面积效应。
• 定量题把 O₂ 与 e⁻ 的比例记成 1:2，或忘标况 22.4 L/mol。

六、小结与自查清单

• □ 第一句先判介质酸碱性，再决定正极式。
• □ 负极一律 Fe−2e⁻=Fe²⁺，不要写成 Fe³⁺。
• □ 正极式写完查原子守恒 + 电荷守恒（吸氧是 4e⁻）。
• □ 防护题写清「方法名 + 谁作负极 + 谁被保护」。
• □ 镀层破损题先比镀层金属与铁的活泼性，再判面积效应。
• □ 定量用一条电子线贯通两极，最后回代验收支相等。
• □ 气体体积先确认是否标况，再乘 22.4 L/mol。

腐蚀题的所有分岔都从「介质酸碱性」那一句开始：判对了，析氢与吸氧两套电极式各归其位；判错了，后面写得再整齐也全废。防护题再补一句「谁作负极、谁被保护」，镀层破损题补一句「相对活泼性」，这块就闭合了。本组情境、装置与数据均为原创自编仿真内容。