Question

【題目】隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，防腐蝕技術(shù)也在不斷提高。

Ⅰ．金屬的腐蝕原理

(1)中性環(huán)境中多為吸氧腐蝕，其正極的電極反應(yīng)為________。

(2)析氫腐蝕和吸氧腐蝕的均會導(dǎo)致體系中c(OH－)________（填“增大”、“不變”或“減小”）。

(3)不同酸性介質(zhì)中，金屬腐蝕原理并不相同。下圖是密閉容器中，生鐵在pH=2和pH=4的鹽酸中壓強隨時間的變化過程。

圖中代表pH=2的曲線是________（填“a”或“b”）。

Ⅱ．金屬的電化學(xué)防護

(1) 富鋅涂料是使用廣泛的防銹底漆，涂層中鋅對鋼鐵保護的原理是________。

(2) 緩蝕劑是能明顯減緩或阻止金屬腐蝕的物質(zhì)，鉬酸鈉(Na2MoO4)和磷酸二氫鋅[Zn(H2PO4)]2是常用自來水(pH范圍6.5~8.8)介質(zhì)碳鋼緩蝕劑。

①鉬酸鈉(Na2MoO4)在電極表面被還原為MoO2形成保護膜，減緩腐蝕，該電極反應(yīng)為______；同時，MoO42-能與Fe2+反應(yīng)生成難溶的Fe2O3和MoO2，沉積在碳鋼表面減緩腐蝕。寫出MoO42-與Fe2+反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式：_______。

②電化學(xué)反應(yīng)可使緩蝕劑成分中的Zn(H2PO4)2轉(zhuǎn)化為難溶性的Zn3(PO4)2，形成保護膜，減緩腐蝕。用平衡移動原理解釋發(fā)生轉(zhuǎn)化原因________。

Answer 1

【答案】O2+2H2O+4e-=4OH- 增大 a 形成原電池，鋅失去電子作負極，鐵為正極，被保護 MoO42-+2e-+2H2O=MoO2+4OH- MoO42-+2Fe2++2OH-=MoO2+Fe2O3+H2O 正極反應(yīng)使c(OH-)增大, 使平衡H2PO4-HPO42-+H+ HPO42-PO43-+H＋正向移動，有利于2PO43-+3Zn2+Zn3(PO4)2↓生成。

【解析】

I.(1)中性環(huán)境中金屬發(fā)生的腐蝕為吸氧腐蝕，在正極上溶解在溶液中的氧氣獲得電子，變?yōu)?/span>OH-；

(2)析氫腐蝕是在強酸性溶液中，H+獲得電子變?yōu)?/span>H2逸出，吸氧腐蝕是溶解在溶液中的氧氣獲得電子，變?yōu)?/span>OH-，結(jié)合溶液中Kw不變分析體系中c(OH-)變化；

(3)氣體增多導(dǎo)致體系的壓強增大；氣體減少，導(dǎo)致體系的壓強減小，結(jié)合溶液的pH大小分析判斷；

II.(1)根據(jù)金屬活動性Zn>Fe，依據(jù)原電池反應(yīng)原理分析；

(2)①根據(jù)元素的化合價變化，判斷電極反應(yīng)；根據(jù)電子得失數(shù)目相等，書寫離子方程式；

②Zn(H2PO4)2在溶液中電離產(chǎn)生Zn2+和H2PO4-，根據(jù)H2PO4-的電離平衡移動分析產(chǎn)生難溶性的Zn3(PO4)2。

I.(1)中性環(huán)境中，溶液中H+濃度較小，金屬發(fā)生的腐蝕為吸氧腐蝕，在正極上溶解在溶液中的氧氣獲得電子，變?yōu)?/span>OH-，所以正極的電極反應(yīng)式為：O2+2H2O+4e-=4OH-；

(2)析氫腐蝕是在強酸性溶液中，溶液中c(H+)較大，溶液中的H+獲得電子變?yōu)?/span>H2逸出，H+放電使溶液中c(H+)降低，由于在溶液中存在水的電離平衡，溫度不變，Kw=c(H+)c(OH-)不變，c(H+)降低，則溶液中c(OH-)增大；而金屬發(fā)生吸氧腐蝕時，是溶解在溶液中的氧氣獲得電子，變?yōu)?/span>OH-，使體系中c(OH-)增大。因此無論是析氫腐蝕還是吸氧腐蝕在，最終都導(dǎo)致溶液中c(OH-)增大；

(3)溶液的pH=2時是強酸性環(huán)境，發(fā)生的為析氫腐蝕，產(chǎn)生氣體，使體系的氣體壓強增大。根據(jù)圖示可知：a是隨著反應(yīng)的進行體系的壓強增大，說明反應(yīng)產(chǎn)生了氣體，使體系的壓強增大，發(fā)生的為析氫腐蝕，所以曲線a是在pH=2的強酸性環(huán)境發(fā)生的腐蝕；

II.(1)由于金屬活動性Zn>Fe，所以Zn、Fe及周圍的電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池，Zn作負極，失去電子被氧化；而Fe作原電池的正極，被保護；

(2)①在鉬酸鈉(Na2MoO4)中Mo元素化合價為+6價，在陰極上獲得電子變?yōu)?/span>+4價的MoO2，附著在電極上，在電極表面形成保護膜，電極反應(yīng)式為：MoO42-+2e-+2H2O=MoO2+4OH-；

MoO42-能與Fe2+反應(yīng)生成難溶的Fe2O3和MoO2，根據(jù)電子守恒、電荷守恒、原子守恒，可得該反應(yīng)的離子方程式為：MoO42-+2Fe2++2OH-=MoO2+Fe2O3+H2O；

②在電化學(xué)反應(yīng)中，在正極上反應(yīng)產(chǎn)生的OH-使溶液中c(OH-)增大，使平衡H2PO4-HPO42-+H+及HPO42-PO43-+H＋的電離平衡正向移動，導(dǎo)致溶液中c(PO43-)增大，有利于發(fā)生反應(yīng)2PO43-+3Zn2+Zn3(PO4)2↓，形成Zn3(PO4)2沉淀。