Question

【题目】随着现代科学技术的快速发展，防腐蚀技术也在不断提高。

Ⅰ．金属的腐蚀原理

(1)中性环境中多为吸氧腐蚀，其正极的电极反应为________。

(2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀的均会导致体系中c(OH－)________（填“增大”、“不变”或“减小”）。

(3)不同酸性介质中，金属腐蚀原理并不相同。下图是密闭容器中，生铁在pH=2和pH=4的盐酸中压强随时间的变化过程。

图中代表pH=2的曲线是________（填“a”或“b”）。

Ⅱ．金属的电化学防护

(1) 富锌涂料是使用广泛的防锈底漆，涂层中锌对钢铁保护的原理是________。

(2) 缓蚀剂是能明显减缓或阻止金属腐蚀的物质，钼酸钠(Na2MoO4)和磷酸二氢锌[Zn(H2PO4)]2是常用自来水(pH范围6.5~8.8)介质碳钢缓蚀剂。

①钼酸钠(Na2MoO4)在电极表面被还原为MoO2形成保护膜，减缓腐蚀，该电极反应为______；同时，MoO42-能与Fe2+反应生成难溶的Fe2O3和MoO2，沉积在碳钢表面减缓腐蚀。写出MoO42-与Fe2+反应的离子反应方程式：_______。

②电化学反应可使缓蚀剂成分中的Zn(H2PO4)2转化为难溶性的Zn3(PO4)2，形成保护膜，减缓腐蚀。用平衡移动原理解释发生转化原因________。

Answer 1

【答案】O2+2H2O+4e-=4OH- 增大 a 形成原电池，锌失去电子作负极，铁为正极，被保护 MoO42-+2e-+2H2O=MoO2+4OH- MoO42-+2Fe2++2OH-=MoO2+Fe2O3+H2O 正极反应使c(OH-)增大, 使平衡H2PO4-HPO42-+H+ HPO42-PO43-+H＋正向移动，有利于2PO43-+3Zn2+Zn3(PO4)2↓生成。

【解析】

I.(1)中性环境中金属发生的腐蚀为吸氧腐蚀，在正极上溶解在溶液中的氧气获得电子，变为OH-；

(2)析氢腐蚀是在强酸性溶液中，H+获得电子变为H2逸出，吸氧腐蚀是溶解在溶液中的氧气获得电子，变为OH-，结合溶液中Kw不变分析体系中c(OH-)变化；

(3)气体增多导致体系的压强增大；气体减少，导致体系的压强减小，结合溶液的pH大小分析判断；

II.(1)根据金属活动性Zn>Fe，依据原电池反应原理分析；

(2)①根据元素的化合价变化，判断电极反应；根据电子得失数目相等，书写离子方程式；

②Zn(H2PO4)2在溶液中电离产生Zn2+和H2PO4-，根据H2PO4-的电离平衡移动分析产生难溶性的Zn3(PO4)2。

I.(1)中性环境中，溶液中H+浓度较小，金属发生的腐蚀为吸氧腐蚀，在正极上溶解在溶液中的氧气获得电子，变为OH-，所以正极的电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-；

(2)析氢腐蚀是在强酸性溶液中，溶液中c(H+)较大，溶液中的H+获得电子变为H2逸出，H+放电使溶液中c(H+)降低，由于在溶液中存在水的电离平衡，温度不变，Kw=c(H+)c(OH-)不变，c(H+)降低，则溶液中c(OH-)增大；而金属发生吸氧腐蚀时，是溶解在溶液中的氧气获得电子，变为OH-，使体系中c(OH-)增大。因此无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀在，最终都导致溶液中c(OH-)增大；

(3)溶液的pH=2时是强酸性环境，发生的为析氢腐蚀，产生气体，使体系的气体压强增大。根据图示可知：a是随着反应的进行体系的压强增大，说明反应产生了气体，使体系的压强增大，发生的为析氢腐蚀，所以曲线a是在pH=2的强酸性环境发生的腐蚀；

II.(1)由于金属活动性Zn>Fe，所以Zn、Fe及周围的电解质溶液构成原电池，Zn作负极，失去电子被氧化；而Fe作原电池的正极，被保护；

(2)①在钼酸钠(Na2MoO4)中Mo元素化合价为+6价，在阴极上获得电子变为+4价的MoO2，附着在电极上，在电极表面形成保护膜，电极反应式为：MoO42-+2e-+2H2O=MoO2+4OH-；

MoO42-能与Fe2+反应生成难溶的Fe2O3和MoO2，根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒，可得该反应的离子方程式为：MoO42-+2Fe2++2OH-=MoO2+Fe2O3+H2O；

②在电化学反应中，在正极上反应产生的OH-使溶液中c(OH-)增大，使平衡H2PO4-HPO42-+H+及HPO42-PO43-+H＋的电离平衡正向移动，导致溶液中c(PO43-)增大，有利于发生反应2PO43-+3Zn2+Zn3(PO4)2↓，形成Zn3(PO4)2沉淀。