福建省2014年理综试题,题24涉及电化学腐蚀的内容。要求考生判断,海水对铁闸的腐蚀,生成铁锈最多的位置。答案是铁闸紧靠水线下的区域,,而不是在铁闸的下部。这是为什么呢?
钢铁的电化腐蚀,生锈和腐蚀是不同的两个概念,铁氧化转化为亚铁离子,变质损坏,是腐蚀;铁生成水合氧化铁是生锈。两个过程经常相伴发生。中学教材对钢铁吸氧腐蚀,是从微观上做最粗略的分析:钢铁在溶解有氧气的中性或酸性很弱的溶液中发生吸氧腐蚀时,铁失去电子氧化为亚铁离子被腐蚀;水中溶解氧从钢铁的碳上结合电子还原为氢氧根离子。和亚铁离子结合成氢氧化亚铁,并进一步转化为铁的氧化物水合物,形成铁锈。
实际上,钢铁闸门在海水中发生吸氧腐蚀的过程中,发生的原电池反应,主要是由于水中不同部位溶解氧的浓度不同而引起的。在空气与海水(或含电解质的溶液)的交界面附近,氧气的浓度比下层大,
铁闸门在空气和溶液交界面附近的区域,铁碳和溶解氧间的电极电势比较高,成为正极,发生还原反应:O2+4e-+2H20===4OH-;而铁闸门下部区域成为负极,发生氧化反应:Fe-2e-====Fe2+。所生成的亚铁离子扩散到接近水面区域,和OH-形成Fe(OH)2,并继续演化形成铁锈。(当然,上部区域的OH-也会扩散到下部,但是,下部氧气少,形成铁锈能力弱。)相反,下部的铁闸氧化腐蚀的程度大于接近水面的区域。这在日常生活中是可以观察到的,如钉入木头很久的锈铁丁,钉的下部比上部腐蚀更严重,变的更细,钉上部表面锈的厉害。
由于我国中学教材没有介绍农差电池,学生对该问题的理解判断会有困难。有人认为,这道试题,有助于纠正教学中把铁的腐蚀和生锈混为一谈的弊病,让师生明白腐蚀最厉害和生锈最多的部位并非一致的。
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