題目性質：自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題，非真題原文，未取自任何題庫、教輔或試卷；解析與採分點為教研整理，非官方評分標準。
一、考點定位與做題順序
犧牲陽極法的原理一句話：把更活潑的金屬連在被保護鐵件上，讓它當陽極先被氧化，鐵件整體成為陰極而免於腐蝕。計算走四步固定鏈條：
Q = I·t → n(e⁻) = Q/F → n(陽極金屬) = n(e⁻)/z → m = n·M，其中 z 是該金屬氧化時每個原子失去的電子數（Zn、Mg 均為 2）。
理論值不等於安裝量：實際還要乘電流效率（並非全部電流都用於保護）、考慮陽極自腐蝕與利用率（剩餘塊頭不能全用盡）、並留檢修週期餘量。下面電流、時間、原子量與係數均為自編示意，不代表真實工程參數或材料消耗定額。
二、逐題精講
題1
題1 年耗鋅量與安裝餘量
自編示意條件：某鐵構件採用鋅塊作犧牲陽極，平均保護電流 I = 0.200 A，連續運行一年（取 t = 3.15×10⁷ s）；陽極反應 Zn − 2e⁻ → Zn²⁺；取 M(Zn) = 65.0 g·mol⁻¹、法拉第常數 F = 9.65×10⁴ C·mol⁻¹（數值為自編示意取整，用於計算練習）。
(1) 計算一年內理論消耗的鋅質量；(2) 說明實際安裝量為什麼要大於理論值（至少三點）；(3) 若誤把 n(Zn) 取成 n(e⁻)，結果會偏大多少倍？
解析
(1) 四步計算。① 電量：Q = I t = 0.200 A × 3.15×10⁷ s = 6.30×10⁶ C。
② 電子物質的量：n(e⁻) = Q/F = 6.30×10⁶ / 9.65×10⁴ = 65.28 mol。
③ 鋅的物質的量：由 Zn − 2e⁻ → Zn²⁺，每 1 mol Zn 失 2 mol e⁻，故 n(Zn) = 65.28 / 2 = 32.64 mol。
④ 質量：m(Zn) = 32.64 mol × 65.0 g·mol⁻¹ = 2121.6 g ≈ 2.12 kg。
回代驗算：2.12 kg Zn = 2120/65.0 = 32.6 mol → 失電子 65.2 mol → Q = 65.2 × 9.65×10⁴ ≈ 6.29×10⁶ C → I = Q/t ≈ 0.200 A ✓ 與題給一致。
(2) 至少三點：① 電流效率 < 100%——部分電流用於副反應（如析氫、陽極自腐蝕），並非全部用於保護鐵件，故實際需要提供更多電量；② 陽極自腐蝕與利用率——鋅塊即便不輸出保護電流也會自然溶解，且用到剩餘過小時接觸電阻增大、必須提前更換，能用的只是其中一部分；③ 環境與季節波動——溫度、鹽度、溶解氧、塗層破損面積變化使所需保護電流並非恆定，需按最大工況設計；④ 檢修週期餘量——通常按兩次檢修之間不失效來配，工程上會乘一個大於 1 的備用係數（此處取 1.2–1.5 倍僅為示意經驗值，不代表定額）。
(3) 若把 n(Zn) 錯取成 n(e⁻) = 65.28 mol，則 m = 65.28 × 65.0 ≈ 4.24 kg，恰為正確值 2.12 kg 的 2 倍（因為 z = 2）。這一問本身就是前面那條「除以 z」的自檢。
答案 (1) Q = 6.30×10⁶ C，n(e⁻) = 65.28 mol，n(Zn) = 32.64 mol，m ≈ 2.12 kg；(2) 電流效率、自腐蝕與利用率、環境波動、檢修餘量；(3) 偏大 2 倍。
採分點 四步各 1 分（共 4 分）；回代驗算 1 分；(2) 每點 1 分，至少三點共 3 分；(3) 2 分；單位 C/mol/g/kg 全程正確 1 分。
易錯點 把 n(Zn) 取成 n(e⁻)（漏除以 2，最常見，結果翻倍）；把 Q 寫成 I/t 或 t/I；把 F 的單位寫成 C·g⁻¹；把 kg 與 g 換算錯；(2) 只答「會生鏽」不落到電流效率、利用率與設計工況。
題2
題2 方案比選與電極反應
(1) 寫出鐵構件作為陰極時的電極反應（中性或弱鹼性、有溶解氧環境），並說明鋅為什麼能保護鐵；(2) 若改用鎂陽極（自編示意 Mg − 2e⁻ → Mg²⁺，M(Mg) = 24.0 g·mol⁻¹），按題1 同樣的電量估算理論年耗鎂質量；(3) 比較犧牲陽極法、外加電流陰極保護法與塗層法各自的適用條件與優缺點。
解析
(1) 中性/弱鹼性含氧環境中，鐵件作為陰極發生吸氧反應：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻
（酸性較強時才以析氫 2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑ 為主，本題條件不適用，寫析氫要扣分。）鋅能護鐵的原因：鋅的電極電勢比鐵更負、更活潑，二者相連構成原電池時鋅作陽極優先被氧化（Zn − 2e⁻ → Zn²⁺），電子經導線流到鐵件，使鐵件表面只發生上述還原反應而不失電子，從而被保護。即使塗層局部破損，只要鋅塊仍與鐵件電連通，保護仍有效——這是它相對單純塗層的關鍵優勢。
(2) 同樣 Q = 6.30×10⁶ C、n(e⁻) = 65.28 mol；Mg 也是二價，n(Mg) = 65.28/2 = 32.64 mol，故 m(Mg) = 32.64 × 24.0 = 783.4 g ≈ 0.783 kg。驗算：0.783 kg / 24.0 g·mol⁻¹ = 32.6 mol × 2 = 65.2 mol e⁻ ✓。鎂比鋅輕（同電量下質量約為鋅的 24.0/65.0 ≈ 37%），但驅動電位差更大、自腐蝕更快，在導電率低的介質中更有優勢、在海水中常需配合適當合金化與電流效率修正。
(3) 三者比選：
| 方案 | 原理／適用 | 優點 | 侷限 |
|---|---|---|---|
| 犧牲陽極法 | 接更活潑金屬，無需外接電源；適合小型、分散、無供電或不易維護的構件 | 結構簡單、不需電源、維護少、不會因接反而加速腐蝕 | 陽極需定期更換，保護電流有限，大構件用量大 |
| 外加電流陰極保護 | 用直流電源把被保護件接負極、輔助陽極接正極；適合大型長距離管道、船體、碼頭 | 保護電流可調、覆蓋範圍大、陽極消耗小 | 需電源與監控，極性接反會加速腐蝕，存在過保護析氫與塗層剝離風險 |
| 塗層（隔絕）法 | 用漆、鍍層、塑料層隔絕水與氧；常作為基礎防護 | 成本低、施工方便、從源頭減少腐蝕介質接觸 | 破損處形成小陽極大陰極，局部腐蝕反而集中，通常與陰極保護聯合使用 |
結論：工程上三者常組合——塗層承擔絕大部分隔絕任務，陰極保護專門兜住塗層破損處；是否用犧牲陽極還是外加電流，取決於構件規模、介質導電性、有無供電與檢修條件。
答案 (1) O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻；鋅電勢更負、優先氧化供電子使鐵成為陰極。(2) m(Mg) ≈ 0.783 kg。(3) 見解析表：犧牲陽極無需電源但需更換，外加電流可調範圍大但需電源與監控，塗層經濟但破損處易局部腐蝕，三者常組合使用。
採分點 陰極反應式 2 分（寫析氫扣分）、鋅護鐵原理 2 分；(2) 三步計算與數值 2 分、與鋅的質量比說明 1 分；(3) 三種方案各 1 分（含適用與侷限）、組合結論 1 分。
易錯點 把陰極反應寫成 Fe − 2e⁻ → Fe²⁺（把被保護件當陽極）；在中性含氧環境寫析氫；把鎂的質量算成和鋅一樣（漏換摩爾質量）；(3) 只寫優點不寫侷限，或漏掉「塗層破損處局部腐蝕加劇」這一關鍵侷限；忽略外加電流極性接反的風險。
三、規律小結與對照表
| 步驟／方案 | 關係或要點 | 本題數值 |
|---|---|---|
| 電量 | Q = I·t | 0.200 A × 3.15×10⁷ s = 6.30×10⁶ C |
| 電子量 | n(e⁻) = Q/F | 65.28 mol |
| 價態除數 | n(M) = n(e⁻)/z，z=2 | n(Zn) = 32.64 mol |
| 年耗量 | m = n·M | Zn ≈ 2.12 kg；Mg ≈ 0.783 kg |
| 陰極反應（中性含氧） | O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ | 鐵不失電子，只作還原場所 |
| 陽極反應 | Zn − 2e⁻ → Zn²⁺ | 鋅優先氧化、定期更換 |
| 安裝餘量 | 電流效率、自腐蝕、利用率、工況波動、檢修週期 | 示意係數 1.2–1.5 倍，不代表定額 |
這條計算鏈只在一個地方會翻車：n(金屬) = n(e⁻)/z。把「一個 Zn 交兩個電子」寫進草稿，Q → n(e⁻) → n(Zn) → m 四步就一路通順；再補上「理論值 ≠ 安裝量」的工藝解釋，計算題和簡答題的分就都拿住了。本篇電流、時間、原子量、常數與備用係數均為原創自編示意，不代表真實工程參數、統計或材料消耗定額；電量、物質的量與質量已逐項回代互驗。
四、自測清單
- 先寫陽極半反應，數清 z（Zn/Mg 為 2，Al 為 3）
- 按 Q = I·t → n(e⁻) = Q/F → n = n(e⁻)/z → m = nM 四步走
- 算完用 I = Q/t 反向回代，檢查電量與電流一致
- 中性含氧環境寫吸氧反應，酸性才寫析氫
- 被保護鐵件是陰極，絕不能寫成 Fe 失電子
- 答案裡區分「理論消耗量」與「安裝量」，並說明餘量來源
