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高考试题分类电化学
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考点8电化学
1.(2010·北京高考·T6·6分)下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是
A.钢管与电源正极连接,钢管可被保护
B.铁遇冷浓硝酸表面钝化,可保护内部不被腐蚀
C.钢管与铜管露天堆放在一起,钢管不易被腐蚀
D.钢铁发生析氢腐蚀时,负极反应是
【命题立意】本题以生活中的钢铁腐蚀与防护为背景,体现了原电池和电解池的相关内容,主要考查电化学的基础知识。
【思路点拨】原电池中负极、电解池中阴极受保护,不被腐蚀。
【规范解答】选B。
A中钢管与电源正极连接,成为电解池的阳极而溶解,加速了钢管的腐蚀,故A项不符合题意。
铁遇冷浓硝酸表面钝化,形成了一层致密的氧化物保护膜,可保护内部不被腐蚀,故B正确。
钢管与铜管露天堆放在一起,潮湿的空气作为电解质溶液,铜管为正极、钢管为负极发生电化学腐蚀,加速了钢管的腐蚀,故C项不合题意。
钢铁发生析氢腐蚀时,负极反应应是Fe-2e-=Fe2+,故D项不合题意。
【类题拓展】构成原电池,当作负极时会加快金属的腐蚀。
一般来说,金属腐蚀快慢的顺序是:
电解原理引起的腐蚀(作阳极)>原电池原理引起的腐蚀(作负极)>一般的化学腐蚀;当金属受保护时,保护效果排序是:
电解原理保护(作阴极)>原电池原理保护(作正极)>一般的保护措施。
2.(2010·福建理综·T11·6分)(铅蓄电池的工作原理为:
研读下图,下列判断不正确的是
A.K闭合时,d电极反应式:
B.当电路中转移0.2mol电子时,I中消耗的
为0.2mol
C.K闭合时,II中
向c电极迁移
D.K闭合一段时间后,II可单独作为原电池,d电极为正极
【命题立意】本题以蓄电池为载体,着重考查了考生对电化学相关知识的掌握情况,其中涉及到了电极反应式的书写、化学计算、离子移动方向的判断以及蓄电池的工作原理的考查。
将电化学有关知识与元素化合物、化学计算等学科内知识综合在一起进行考查,是高考命题的一个新的变化。
【思路点拨】解答本题应注意以下几个问题:
(1)书写电极反应式时应看清充放电的方向,同时注意元素价态的变化。
(2)结合装置,正确判断电极情况。
(3)熟练掌握蓄电池工作原理。
【规范解答】选C。
选项A:
K闭合时Ⅰ为原电池,Ⅱ为
电解池,Ⅱ中发生充电反应,d电极为阳极发生氧化反应,其反应式为PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-所以A正确。
选项B:
在上述总反应式中,得失电子总数为2e-,当电路中转移0.2mol电子时,可以计算出Ⅰ中消耗的硫酸的量为0.2mol,所以B项正确。
选项C:
K闭合时d是阳极,阴离子向阳极移动,所以C项错误。
选项D:
K闭合一段时间,也就是充电一段时间后Ⅱ可以作为原电池,由于c表面生成Pb,放电时做电源的负极,d表面生成PbO2,做电源的正极,所以D项正确。
3.(2010·广东高考·T23·6分)铜锌原电池(如图9)工作时,下列叙述正确的是
A正极反应为:
Zn—2e-=Zn2+
B电池反应为:
Zn+Cu2+=Zn2++Cu
C在外电路中,电子从负极流向正极
D盐桥中的K+移向ZnSO4溶液
【命题立意】本题主要考查电化学,属于电化学中的基础试题。
本题是由课本中的课后习题改编而成,说明课后习题的重要性,源于课本且新于课本,因此考查同学们学习过程中是否具备触类旁通、举一反三、勇于创新的精神,既属于基本知识的考查又属于能力的考查。
【思路点拨】
先由图示条件判断原电池的正负极→再结合原电池原理及原电池的有关性质进行判断
【规范解答】选BC。
Zn是原电池的负极,故A错;原电池总反应与没有形成原电池时的氧化还原反应相同,故B正确;根据闭合回路的电流方向,在外电路中,电流由正极流向负极,因电子流向与电流的方向相反,即电子由负极流向正极,故C正确;在溶液中,阳离子向正极移动,故D错。
4.(2010·安徽高考·T8·6分)下列实验操作或装置符合实验要求的是
A.量取15.00mLNaOH溶液B.定容C.电解制Cl2和H2D.高温煅烧石灰石
【命题立意】本题以教材实验为依托,考查了实验的基本操作、实验原理及常规仪器的使用方法。
【思路点拨】根据实验操作过程中的实验操作知识进行判断分析。
【规范解答】选A。
B项,胶头滴管下端口不能伸入到容量瓶内;C项,铜电极应为电解池的阴极才能电解产生出氯气和氢气;D项,坩埚不能带盖密
闭加热。
5.(2010·安徽高考·T11·6分)某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构见下图,电池总反应可表示为:
2H2+O2=2H2O,下列有关说法正确的是
A.电子通过外电路从b极流向a极
B.b极上的电极反应式为:
O2+2H2O+4e--=4OH--
C.每转移0.1mol电子,消耗1.12L的H2
D.H+由a极通过固体酸电解质传递到b极
【命题立意】本题考查了原电池的工作原理,包括电子的流向、电极反应式的书写、离子移动方向及电极产物“量”的计算。
【思路点拨】注意审题,电解质是固体,在正极参加电极反应的是H+而不是H2O。
【规范解答】选D。
由电极反应式可知,氢气通入的一极为负极,氧气通入的一极为正极,故a为负极、b为正极,电子应该是通过外电路由a极流向b极,A错;B项,b极上的电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O,B错;C项,没有注明此时是否处于标准状况下,故无法计算气体的体积,C错。
【类题拓展】
1.原电池的工作原理
较活泼的金属失去电子发生氧化反应,电子从较活泼金属(负极)通过外电路流向较不活泼的金属(正极),在溶液中靠自由离子的定向移动导电。
2.构成原电池的条件
①有两种活泼性不同的金属作电极(或一种是非金属或金属氧化物),②电极材料均插入电解质溶液中,③两极用导线相连或接触形成闭合电路,④能自发进行氧化还原反应。
3.原电池正、负极的判断
负极:
为较活泼金属,电极本身失电子,发生氧化反应,是电子流出的一极。
正极:
为较不活泼金属、非金属单质或金属氧化物,电解质溶液中的阳离子或金属氧化物得电子,发生还原反应,是电子流入的一极。
4.原电池电极反应式的书写技巧
(1)根据给出的化学方程式或题意,确定原电池的正、负极,弄清正、负极上发生的反应的具体物质
(2)弱电解质、气体、难溶物均用化学式表示,其余均以离子符号表示
(3)注意电解质溶液的成分,对正、负极反应产物的影响,正、负极产物可根据题意或化学方程式加以确定
(4)写电极反应式时,要遵循质量守恒、元素守恒定律,必要时,可在电极反应式的一端添加H+或OH-或H2O,将两个电极反应式合并,就可得到电池总反应式。
6.(2010·江苏高考·T8·4分)下列说法不正确的是
A.铅蓄电池在放电过程中,负极质量减小,正极质量增加
B.常温下,反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行,则该反应的△H>0
C.一定条件下,使用催化剂能加快反应速率并提高反应物的平衡转化率
D.相同条件下,溶液中的Fe3+、Cu2+、Zn2+的氧化性依次减弱
【命题立意】本题以铅蓄电池为背景考查放电过程中电极质量的变化,以C(s)+CO2(g)=2CO(g)为
例考查了反应自发进行的条件,涉及催化剂对化学反应速率和化学平衡的影响、氧化性的比较。
【思路点拨】
1.
2.化学反应能否自发进行,注意依据△G=△H-T△S进行分析。
【规范解答】选AC。
A项,铅蓄电池在放电过程中,负极反应为Pb+SO2—4-2e—=PbSO4,Pb变成PbSO4电极质量增加,A项错;B项,反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)的△S>0,常温下-T△S<0△G=△H-T△S,所以反应不能自发进行△G>0的原因是△H>0,B项正确;C项,催化剂不能提高反应物的平衡转化率,C项错;D项,Fe3+能将Cu氧化为Cu2+,氧化性Fe3+>Cu2+,又结合金属活动性顺序表知,氧化性Cu2+>Zn2+,D项正确。
7.(2010·海南高考·T9·4分)利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯,下列叙述正确的是
A.电解时以精铜作阳极
B.电解时阴极发生还原反应
C.粗铜连接电源负极,其电极反应是Cu=Cu2++2e—
D.电解后,电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥
【命题立意】本题考查电解池的基本原理及其应用,理解工业精炼铜的原理方法。
【思路点拨】电解精炼金属的过程:
阳极
电源正极
粗金属
溶解,氧化反应
电源负极
阴极
金属离子得到电子,
还原反应
纯金属
【规范解答】选BD。
电解法精炼金属铜时,粗铜作阳极,失去电子逐渐溶解,Cu2+得到电子后析出,附着在阴极上,故精铜作阴极;在电解池中,阴极接电源的负极,发生还原反应,阳极接电源的正极,发生氧化反应,A、C错误B正确;越活泼的金属越易失去电子,故比铜活泼的Fe、Zn先失去电子,变成Fe2+、Zn2+进入溶液,然后是铜失去电子,变成Cu2+进入溶液,因Ag、Pt等金属不如铜活泼,故在铜溶解后便沉淀在阳极底部成为阳极泥,D正确。
【类题拓展】电解原理的另一应用是电镀,其原理为:
8.(2010·江苏高考·T11·4分)如图是一种航天器能量储存系统原理示意图。
下列说法正确的是
A.该系统中只存在3种形式的能量转化
B.装置Y中负极的电极反应式为:
O2+2H2O+4e—=4OH—
C.装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生
D.装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放,
并能实现化学能与电能间的完全转化
【命题立意】本题以一种航天器能量储存系统为背景,考查能量转化及原电池、电解池相关原理。
注意能量转化的损耗,体现化学的真实性。
【思路点拨】注意从电解池和原电池有关原理分析系统中物质的转化、书写电极反应式,结合流程图、电化学原理分析系统中的能量转化,注意能量转化的损耗。
【规范解答】选C。
A项,该系统有太阳能转化为电能,电能转化为化学能,化学能转化为电能,电能转化为机械能,太阳能转化为机械能多种能量转化形式,A项错;B项,装置Y为原电池,负极发生氧化反应,应是H2反应,B项错;C项,装置X为电解池,其作用是将水转化为燃料(氢气)和氧化剂(氧气),C项正确;D项,化学能与电能间不可能完全转化,D项错。
【类题拓展】
原电池
电解池
能量转化
化学能→电能
电能→化学能
两极反应
正极(还原反应)
阳极(氧化反应)
负极(氧化反应)
阴极(还原反应)
9.(2010·江苏高考·T17·8分)下表列出了3种燃煤烟气脱硫方法的原理。
方法Ⅰ
用氨水将SO2转化为NH4HSO3,再氧化成(NH4)2SO4
方法Ⅱ
用生物质热解气(主要成分CO、CH4、H2)将SO2在高温下还原为单质硫
方法Ⅲ
用Na2SO3溶液吸收SO2,再经电解转化为H2SO4
(1)方法Ⅰ中氨水吸收燃煤烟气中SO2的化学反应为
2NH3+SO2+H2O=(NH4)2SO3
(NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3
能提高燃煤烟气中SO2去除率的措施有(填字母)。
A.增大氨水浓度B.升高反应温度
C.使燃煤烟气与氨水充分接触D.通入空气使HSO—3转化为SO2—4
采用方法Ⅰ脱硫,并不需要预先除去燃煤烟气中大量的CO2,原因是(用离子方程式表示)。
(2)方法Ⅱ主要发生了下列反应:
2CO(g)+SO2(g)=S(g)+2CO2(g)△H=8.0KJ·mol-1
2H2(g)+SO2(g)=S(g)+2H2O(g)△H=90.4KJ·mol-1
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0KJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-483.6KJ·mol-1
S(g)与O2(g)反应生成SO2(g)的热化学方程式为。
(3)方法Ⅲ中用惰性电极电解NaHSO3溶液的装置如右图所示。
阳极区放出的气体的成分
为。
(填化学式)
【命题立意】本题以燃煤烟气中SO2的处理为背景考查学生综合应用所学知识解决实际问题的能力。
【思路点拨】从具体的背景中抽出化学问题,应用所学知识予以解决。
【规范解答】
(1)增大氨水浓度、使燃煤烟气与氨水充分接触可以吸收更多的SO2,提高SO2去除率,A和
C正确;B项,升高温度将导致SO2在氨水中溶解度减小,不利于SO2吸收,B项错;D项,HSO—3转化为
SO2—4,导致溶液酸性增强,不利于SO2吸收,D项错。
SO2可与HCO—3反应生成CO2,所以不需要去除CO2。
(2)用2H2(g)+SO2(g)=S(g)+2H2O(g)△H=90.4KJ·mol-1减去2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)
△H=-483.6KJ·mol-1后变形可得所求热化学方程式。
(3)HSO—3被氧化为SO2—4,溶液酸性增强HSO—3与H+反应生成SO2,同时部分OH—被氧化产生氧气。
【答案】
(1)A、CHCO—3+SO2=CO2+HSO—3
(2)S(g)+O2(g)=SO2(g)△H=-573.6KJ·mol-1
(3)O2、SO2
10.(2010·山东高考·T29·12分)对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。
(1)以下为铝材表面处理的一种方法:
①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜,碱洗时常有气泡冒出,原因是______(用离子方程式表示)。
为将碱洗槽液中铝以沉淀形式回收,最好向槽液中加入下列试剂中的_______________。
a.NH3b.CO2c.NaOHd.HNO3
②以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极电极反应为_________。
取少量废电解液,加入NaHCO3,溶液后产生气泡和白色沉淀,产生沉淀的原因是___________________________。
(2)镀铜可防止铁制品腐蚀,电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是______________________。
(3)利用如图装置,可以模拟铁的电化学防护。
若X为碳棒,为减缓铁的腐蚀,开关K应置于______处。
若X为锌,开关K置于M处,该电化学防护法称为_______。
【命题意图】考查铝及其化合物的性质、电极反应式的书写、盐类水解、电镀及金属防腐的方法。
【思路点拨】Al(OH)3不溶于弱酸,也不溶于弱碱,但是碳酸的酸性强于偏铝酸,故NaAlO2溶液中通入
CO2会有白色沉淀Al(OH)3生成;单种离子的水解程度不大,一般不会产生气体或沉淀,
当两种离子相互促进水解时,往往容易产生气体或沉淀。
【规范解答】
(1)①冒气泡的原因是Al与NaOH反应,化学方程式为:
2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
使AlO2-生成沉淀,最好是通入CO2,若加HNO3,沉淀容易溶解。
②阳极是Al发生氧化反应,要生成氧化膜,还必须有H2O参加,故电极反应式为:
2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+;加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀,是由于废电解液中含有Al3+和HCO3-相互促进水解。
(2)电镀时,阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2+,以补充Cu2+.
(3)铁被保护,可以是做原电池的正极,或者电解池的阴极,故若X为碳棒,开关K应置于N处,Fe做阴极受到保护;若X为锌,开关K置于M处,铁是做正极,锌作负极,称为牺牲阳极的阴极保护法。
【答案】
(1)①2Al+2OH-+2H2O===2AlO2-+3H2↑;b
②2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+;因为Al3+和HCO3-相互促进水解:
Al3++3HCO3-===Al(OH)3↓+3CO2↑
(2)阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2+。
(3)N牺牲阳极阴极保护法
【类题拓展】
1.电镀:
待镀金属制品作阴极,镀层金属作阳极,含有镀层金属离子的溶液作电镀液,阳极反应:
M–ne-=Mn+(进入溶液),阴极反应Mn++ne-=M(在镀件上沉积金属)
2.电解精炼铜:
以粗铜为阳极,精铜为阴极,含铜离子的溶液作电解质溶液。
电解时发生如下反应:
阳极(粗铜):
Cu-2e-=Cu2+;阴极(纯铜):
Cu2++2e-=Cu。
3.电冶金:
Na、Mg、Al的制取,如,电解熔融NaCl制金属Na:
2NaCl(熔融)=2Na+Cl2↑。
4.金属腐蚀的快慢:
在相同的电解质溶液中,金属腐蚀的快慢一般为:
电解池的阳极>原电池负极>化学腐蚀>电解池阴极、原电池正极。
5.金属腐蚀和电化学腐蚀的比较:
电化学腐蚀(吸氧腐蚀)
化学腐蚀
条件
不纯金属或合金与电解质
溶液接触构成微小原电池
金属跟接触物质(多为非电解质)
直接反应
现象
有微弱电流产生
无电流产生
结果
活泼金属被腐蚀
较不活泼金属得到保护
各种金属都有可能被腐蚀
实例
负极:
2Fe-4e-=2Fe2+
正极:
O2+2H2O+4e-=4OH-
2Fe+3Cl2=2FeCl3(某些工厂)
本质
金属原子失去电子被氧化而损耗
联系
两种腐蚀同时发生,但电化腐蚀较化学腐蚀普遍,钢铁以吸氧腐蚀常见
金属的防护
①改变金属内部结构,如制成不锈钢;②在金属表面覆盖保护层,如电镀、涂油、喷漆、搪瓷、镀氧化膜(致密),目的使金属制品与周围物质隔开;③电化学保护法(被保护金属作为原电池的正极或电解池的阴极)
11.(2010·新课标全国卷·T12·6分)根据右图,可判断出下列离子方程式中错误的是
A.2Ag(s)+Cd2+(aq)=2Ag+(s)+Cd(s)
B.Co2+(aq)+Cd(s)=Co(s)+Cd2+(aq)
C.2Ag+(aq)+Cd(s)=2Ag(s)+Cd2+(aq)
D.2Ag+(aq)+Co(s)=2Ag(s)+Co2+(aq)
【命题立意】本题主要考查原电池的有关知识。
【思路点拨】构成原电池时,必须存在一个能够自发进行的氧化还原反应。
【规范解答】选A。
第一个原电池装置中,Cd作负极,Co作正极,自发进行的氧化还原反应是Co2+(aq)+Cd(s)=Co(s)+Cd2+(aq);第二个原电池装置中,Co作负极,Ag作正极,自发进行的氧化还原反应是2Ag+(aq)+Co(s)=2Ag(s)+Co2+(aq)。
由以上两个方程式相加可得2Ag+(aq)+Cd(s)=2Ag(s)+Cd2+(aq),因此B、C、D都正确,Cd2+不能氧化Ag,所以A不正确,故本题选A。
12.(2010·新课标全国卷·T28·14分)某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中,发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。
请回答下列问题:
(1)上述实验中发生反应的化学方程式有;
(2)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是;
(3)实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4种溶液,可与上述实验中CuSO4溶液起相似作用的是;
(4)要加快上述实验中气体产生的速率,还可采取的措施有(答两种);
(5)为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,该同学设计了如下一系列实验。
将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中,收集产生的气体。
记录获得相同体积的气体所需时间。
实验
混合溶液
A
B
C
D
E
F
4mol·L-1H2SO4/mL
30
V1
V2
V3
V4
V5
饱和CuSO4溶液/mL
0
0.5
2.5
5
V6
20
H2O/mL
V7
V8
V9
V10
10
0
①请完成此实验设计,其中:
V1=,V6=,V9=。
②反应一段时间后,实验A的金属是呈------色,实验E中的金属呈-----色;
③该同学最后得出的结论为:
当加入少量CuSO4溶液时,生成氢气的速率会大大提高。
但当加入的CuSO4溶液超过一定量时,生成氢气的速率反而会下降。
请分析氢气生成速率下降的主要原因。
【命题立意】本题主要考查原电池及外界条件对反应速率的影响。
【思路点拨】构成原电池可以加快化学反应速率。
【规范解答】⑵稀硫酸与锌制取氢气的实验中,加入少量硫酸铜溶液,发生反应Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu,置换出来的铜作为正极和锌构成原电池加快了反应。
⑶加入Ag2SO4溶液时发生反应Zn+Ag2SO4=ZnSO4+2Ag,置换出来的Ag作为正极和锌构成原电池也能加快反应速率。
⑸①为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,须确保硫酸的浓度相等、加入的锌粒相同,因此加入的硫酸必须一样多,故V1=V2=V3=V4=V5=30ml;加入的饱和CuSO4溶液和水的体积之和也必须一样大,由F组可知二者体积之和应为20ml,故,V6=10,V9=17.5。
②反应一段时间后,实验A的金属只有Zn呈灰黑色,实验E中的金属是Cu呈暗红色;③加入较多的CuSO4后,生成的单质Cu会沉积在Zn的表面,降低了Zn与溶液的接触面积,从而降低了反应速率。
【答案】
⑴Zn+CuSO4=ZnSO4+CuZn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
⑵CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成Cu/Zn原电池,加快了氢气产生的速率
⑶Ag2SO4
⑷升高反应温度、适当增加硫酸的浓度、增加锌粒的比表面积等(答两种)
⑸①301017.5②灰黑暗红
③加入一定量的CuSO4后,生成的单质Cu会沉积在Zn的表面,降低了Zn与溶液的接触面积
13.(2010·天津高考·T2·6分)化学已渗透到人类生活的各个方面。
下列说法不正确的是
A.阿司匹林具有解热镇痛作用
B.可以用Si3N4、Al2O3制作高温结构陶瓷制品
C.在入海口的钢铁闸门上装一定数量的铜块可防止闸门被腐蚀
D.禁止使用四乙基铅作汽油抗爆震剂,可减少汽车尾气污染
【命题立意】考查化学与STES。
化学与日常生活、社会热点问题、食品、医药、能源、环保、化工生产、高新产品等方面的内容是高考考查的重要内容。
【思路点拨】在平时的学习中多了解些化学常识知识。
【规范解答】选C。
阿司匹林是常用的解热阵痛药,这是生活常识,故A项正确;Si3N4、Al2O3是常用的高温结构陶瓷,故B项正确;铜和铁组成的原电池,铁作负极被腐蚀,故C项错误;铅是一种重要的污染物,故D项正确。
【类题拓展】
金属的腐蚀与防护
(1)金属腐蚀快慢的判断:
①与构成原电池的材料有关,若两极材料的活泼性相差越大,两极间的电动势越大,氧化还原反应的速率越快,活泼金属被腐蚀的速率就越快。
②与金属所接触的电解质强弱有关,活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀,活泼金属在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。
③一般而言,电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的防护。
(2)金属防护的方法:
①改变金属内部的组成结构,将金属制成合金,增强抗腐蚀能力。
②在金属表面覆盖保护层,使金属和周围物质隔离开来。
③牺牲阳极保护法:
利用原电
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