第 2 题

阴极保护法通过将更活泼的牺牲阳极金属连接到被保护结构上来防止金属腐蚀。(a) 在海水钢结构保护实验中，将一块 25.0 g 的锌块固定在钢制设备上。一段时间后称重为 28.0 g；假设锌的全部氧化产物为附着在锌块上的

\ce{Zn(OH)2}

（

M(\ce{Zn}) = 65.38

、

M(\ce{Zn(OH)2}) = 99.40

g mol

^{-1}

）。计算被氧化的锌的质量分数。(b) 若产生的平均保护电流为 25 mA，计算该 25.0 g 锌块能提供保护的最大时间（小时）。(c) 一艘浸水面积 1000 m

^2

的钢船体需要平均 2.5 mA m

^{-2}

的保护电流密度。使用牺牲锌块且因副过程损失 10 % 锌时，计算一年（365天）所需的锌质量。

第 1/3 步：被氧化的锌的百分比

\Delta m = n(\ce{Zn})_{\text{ox}} \times 2 M(\ce{OH}) = 34.02\,n \Rightarrow n = \frac{3.0\ \text{g}}{34.02\ \text{g mol}^{-1}} = 0.0882\ \text{mol};\quad \%\,\ce{Zn} = \frac{0.0882 \times 65.38}{25.0} \times 100\,\% = 23.06\,\%

分析

每摩尔 $\ce{Zn}$ 转化为 $\ce{Zn(OH)2}$ 增重 $2 M(\ce{OH}) = 34.015$ g/mol。增重3.0 g对应消耗0.0882 mol锌，即5.766 g / 25.0 g = 23.06 %（与官方解答一致）。