腐蝕、防蝕、陽極化及相關社會環境影響：練習題

金屬腐蝕對現代社會及經濟有深遠的影響。下列哪項敘述正確描述了鐵銹蝕對社會或經濟帶來的負面影響？

在「鐵鏽指示劑」實驗中，若在溶液中觀察到藍色沉澱，這代表鐵發生了什麼變化？

關於鐵鏽的化學成分，下列哪項描述最準確？

鐵生銹是一個電化學過程。下列哪項半反應式代表在鐵表面生銹過程中陽極位置 (Anodic site) 所發生的變化？

在研究鐵銹蝕的實驗中，常使用鐵銹指示劑。若指示劑中出現藍色，這代表存在下列哪種化學物種？

小明在進行一項有關預防鐵銹蝕的化學研究。他將兩枚相同的鐵釘分別包裹在鋅箔和銅箔中，然後放置在潮濕的空氣中。一段時間後，他觀察到包裹在銅箔中的鐵釘銹蝕情況比單獨放置的鐵釘更嚴重，而包裹在鋅箔中的鐵釘則完全沒有生銹。

(a) 解釋為何包裹在銅箔中的鐵釘銹蝕速率會加快。 (2分)
(b) 解釋鋅箔如何為鐵釘提供保護，並寫出相關的半反應式。 (3分)
(c) 從經濟及社會影響的角度，簡述研發高效金屬防蝕技術的重要性。 (1分)

小華在實驗室中探究鐵釘在不同環境下的生銹情況。他將四枚相同的鐵釘分別置於以下條件：
(1) 乾燥空氣
(2) 蒸餾水（完全浸泡）
(3) 含有食鹽的水溶液
(4) 經煮沸並加入一層油的蒸餾水

(a) 根據鐵銹蝕的必要條件，預測哪一組或哪些組別的鐵釘在三天後最不會生銹？試簡要解釋。(2分)
(b) 在第(3)組中，食鹽對鐵釘生銹的速率有何影響？試從離子的角度解釋原因。(2分)
(c) 小華想利用「犧牲性保護」來防止鐵釘生銹。他應該將鐵釘連接到銅絲還是鋅絲？寫出該金屬保護鐵的化學原理。(2分)

鋁是一種極其活潑的金屬，但在日常生活中卻表現出優異的抗腐蝕性。這通常歸功於其表面的氧化層或透過人為的陽極化處理。

(a) 解釋鋁在空氣中自然形成的氧化層如何保護內層鋁金屬，並說明為何鐵銹不能提供類似的保護。(2分)
(b) 在工業上，可以利用電解法進行鋁的「陽極化」。
(i) 在電解槽中，鋁製物件應連接到電源的哪一極？(1分)
(ii) 寫出在該電極上生成氧化鋁膜的半反應式。(1分)
(c) 陽極化後的鋁製品在染色工藝上有廣泛應用。從氧化膜微觀結構的角度，解釋為何陽極化後的鋁較容易上色。(1分)
(d) 考慮到社會和環境影響，大規模的金屬腐蝕會導致巨大的經濟損失。試舉出一項除了直接更換金屬零件外的經濟影響，並說明陽極化如何有助於環境的可持續發展。(2分)