1、第二节 金属的腐蚀和防护第一课时 金属的腐蚀学习目标 思维脉络 1.理解掌握金属腐蚀的化学原理及类型。金属的腐蚀包括化学腐蚀和电化学腐蚀两部分内容。电化学腐蚀根据介质的不同又分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。2.理解化学腐蚀和电化学腐蚀的本质是金属原子失去电子变成阳离子的过程。3.了解影响金属化学腐蚀的因素。金属的活动性、介质的性质和温度都能影响金属腐蚀的速率。一 二 一、金属腐蚀的定义、分类及实质1.定义金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。2.本质金属原子失去电子变成阳离子的过程:M-ne-Mn+。3.分类由于金属接触的介质不同,发生腐蚀的化学原理不同,一般可分为化学腐蚀和
2、电化学腐蚀。一 二 化学腐蚀 电化学腐蚀 含义 金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀 不纯的金属(或合金)跟电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化的腐蚀过程 电子得失 金属直接将电子转移给具有氧化性的物质 活泼金属将电子间接转移给氧化性较强的物质 电流 无电流产生 有微弱电流产生 腐蚀对象 金属单质 较活泼金属 实例 金属与 Cl2、O2 等物质直接反应 钢铁在潮湿的空气中被腐蚀 本质 金属失去电子被氧化 联系 化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生,电化学腐蚀更为普遍 一 二 练一练 1以下现象与电化学腐蚀无关的是()A.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿
3、B.生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈C.铁质器件附有铜质配件,在接触处易生铁锈D.银质奖牌久置后表面变暗解析:选项 A 中黄铜(铜锌合金)可以构成原电池,被腐蚀的金属应是金属性较强的锌而不是铜,所以不会产生铜绿。选项 B 中生铁中含有碳,可以构成原电池从而使铁腐蚀生锈。选项 C 中铁与铜接触构成原电池,铁比铜活泼,铁被腐蚀生成铁锈。选项 D 中银质奖章是由较纯的银制作的,不构成原电池,久置后变暗是跟空气中的物质发生氧化还原反应造成的。答案:D一 二 二、电化学腐蚀的分类钢铁发生电化学腐蚀的情况有两种:析氢腐蚀和吸氧腐蚀。析氢腐蚀 吸氧腐蚀 形成条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或为中性 负极反
4、应 Fe-2e-Fe2+正极反应 2H+2e-H2 O2+2H2O+4e-4OH-发生情况 相对较少,腐蚀较快 非常普遍,腐蚀一般较慢 联系 吸氧腐蚀为主 溶液中的相关反应 Fe2+2OH-Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)32Fe(OH)3Fe2O3nH2O+(3-n)H2O 一 二 练一练 2切过咸菜的钢刀未及时清洗,第二天刀上便出现锈斑,试用有关电极反应式、化学方程式表示 Fe(OH)3 的生成过程:(1)负极:;正极:。(2)化学方程式:、。解析:钢铁在潮湿环境下形成原电池,发生电化学腐蚀。答案:(1)2Fe-4e-2Fe2+O2+2H2O+4e-4OH-(2
5、)2Fe+2H2O+O22Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3探究一 探究二 探究一金属腐蚀的原因及危害问题导引金属的腐蚀现象非常普遍。例如,钢铁生锈等。某化工厂的输送物质的管道,很短时间内就被腐蚀得锈迹斑斑。想一想,金属为什么会被腐蚀?有什么危害?提示金属腐蚀是金属与周围介质发生化学、电化学或物理作用成为金属化合物而受破坏的一种现象。金属跟接触到的物质(如 O2、Cl2、SO2 等)直接发生化学反应而引起的腐蚀叫化学腐蚀。电化学腐蚀是指金属与电解质因发生电化学反应而产生破坏的现象。化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生。腐蚀可以使金属的机械性能、色泽和外形等方面发生重大
6、变化,严重时可使机械设备、仪器仪表等报废。有些重大事故的发生如桥梁塌陷、石油管道破裂等也往往与金属腐蚀有关。据国家统计,每年由于金属腐蚀造成的直接损失约占国民生产总值的4%,远远超过一年中火灾、水灾、风灾、地震等损失(多年平均值)的总和。探究一 探究二 名师精讲判断金属腐蚀的情况,主要是弄清金属腐蚀的条件,正确理解金属腐蚀的实质;掌握化学腐蚀和电化学腐蚀的本质区别,根据具体情况分析金属腐蚀的主要原因:化学腐蚀:金属与其他物质金属被氧化电化学腐蚀:不纯金属或合金电解质溶液活泼金属被氧化探究一 探究二 例题 1金属的腐蚀分两类化学腐蚀与电化学腐蚀,下列腐蚀属于电化学腐蚀的是()A.钢铁与氯气接触生
7、成氯化铁B.钢铁与河水接触易生锈C.石灰石被酸雨腐蚀D.银制物品在空气中变黑(Ag2S)解析:金属或合金与化学物质(如 O2、Cl2、HCl、SO2 等)接触发生化学反应的是化学腐蚀,不纯的金属或合金形成微小原电池,易发生电化学腐蚀。钢铁在潮湿环境下易发生吸氧腐蚀。答案:B知识点拨化学腐蚀与电化学腐蚀从本质上讲都是将金属氧化的过程,只是电化学腐蚀的环境更加普遍,所以钢铁的腐蚀是以电化学腐蚀为主。探究一 探究二 变式训练 1下列有关金属腐蚀的叙述中不正确的是()A.铝制品抗腐蚀能力很强,但由于它的冶炼技术不过关,所以它的应用不如钢铁广泛B.铜的化学性质稳定,不易被腐蚀,但由于它的资源不如钢铁丰富
8、而使其应用受到限制C.钢铁的用量巨大,如果不能很好地解决防止腐蚀的问题将会给经济建设带来巨大损失D.钛的抗腐蚀能力很强,但由于它的冶炼成本很高,所以目前主要用于航天等尖端科技领域解析:铝的冶炼包括铝的合金生产的技术都是十分成熟的工业技术,不存在冶炼技术不过关的问题,A 错误。答案:A探究一 探究二 探究二金属电化学腐蚀的实质及分类问题导引钢铁的电化学腐蚀是怎样进行的?提示现实生活中,铁合金表面大量存在的是“微电池”。“微电池”与“大电池”在电化学原理上是一致的,只是“微电池”发生在极小的范围内(如金属晶粒之间),而在一小块铁片上,可能存在成千上万个“微电池”,甚至宏观上难以区分阴极区、阳极区。
9、潮湿环境下的铁合金大多数情况下会发生“微电池”腐蚀。铁合金的主要成分虽然是铁,但其中还含有碳、磷、锰、硅等成分与杂质,同时形成不同的固溶体形式。当铁合金表面有水膜存在时,合金中不同组分之间表现出不同的电位(其间存在电位差),水膜是离子导体,金属本身是电子导体,具备了腐蚀电池的条件。无数“微电池”运行的结果,铁合金表面“生锈”了。探究一 探究二 名师精讲电化学腐蚀分类:电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种情况。酸性条件下发生的析氢腐蚀,中性或弱酸性条件下发生的吸氧腐蚀。这两种腐蚀的差异主要体现在正极反应上。探究一 探究二 例题 2如右图所示,水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天观察:(1)铁钉在逐
10、渐生锈,则铁钉的腐蚀属于 腐蚀。(2)若试管内液面上升,则原溶液呈 性,发生 腐蚀,电极反应:负极 ;正极 。(3)若试管内液面下降,则原溶液呈 性,发生 腐蚀,电极反应:负极 ;正极 。探究一 探究二 解析:根据原电池的构成条件,两种不同的材料在有电解质溶液时,若形成闭合回路,即可构成原电池。铁钉实际上是钢制成的,在这种情况下具备形成原电池的条件,此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件、原理及结果可知:试管内液面上升,说明试管内压强减小,气体被吸收所致,是铁钉吸氧腐蚀的结果,据此写出电极反应;试管内液面下降,说明试管内气体压强变大,试管内产生了新气体所致,是铁钉的析氢腐蚀的结果,据
11、此写出电极反应。答案:(1)电化学(2)弱酸性或中 吸氧 2Fe-4e-2Fe2+O2+4e-+2H2O4OH-(3)较强的酸 析氢 Fe-2e-Fe2+2H+2e-H2学习感悟“析氢”是指正极上 H+得电子发生还原反应生成 H2,“吸氧”是指正极上O2 得电子发生还原反应。由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液,故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式,只有金属活动性顺序排在氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀,而位于氢以后的金属腐蚀时,只能是吸氧腐蚀,如铜绿的形成就属于吸氧腐蚀。探究一 探究二 变式训练 2如图表示的是钢铁在海水中的锈蚀过程,以下有关说法正确的是()A.该金属腐蚀过程为析氢腐蚀B.正极为
12、C,发生的反应为氧化反应C.在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀D.正极反应为 O2+2H2O+4e-4OH-探究一 探究二 解析:从题图看出,该反应正极上 O2 得电子,发生吸氧腐蚀;正极为碳,正极反应式为 O2+2H2O+4e-4OH-;金属在酸性条件下发生析氢腐蚀。答案:D1 2 3 4 51.下列叙述不正确的是()A.金属的电化学腐蚀比化学腐蚀普遍B.钢铁在干燥空气里不易被腐蚀C.用铝质铆钉铆接铁板,铁板易被腐蚀D.原电池中电子经外电路由负极流入正极解析:活泼金属作负极,铝比铁活泼,铝作负极,C 项错误。答案:C1 2 3 4 52.下列关于化学腐蚀与电化学腐蚀的说法中不正确的是()A.两者的
13、本质相同B.化学腐蚀的现象更明显,电化学腐蚀的现象不明显C.电化学腐蚀比普通的化学腐蚀更普遍D.两种反应都属于氧化还原反应解析:化学腐蚀与电化学腐蚀的反应快慢,与金属的活动性(或构成原电池的两极材料的活动性差)以及电解质溶液有关。答案:B1 2 3 4 53.关于金属腐蚀的下列说法中正确的是()A.镀锌铁皮发生电化学腐蚀时,锌发生还原反应B.钢铁发生吸氧腐蚀时正极反应为 4OH-4e-2H2O+O2C.钢铁发生析氢腐蚀时负极反应为 2H+2e-H2D.钢铁发生电化学腐蚀时一步重要反应是 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3解析:镀锌铁皮发生电化学腐蚀时,锌极为负极,发生失电子的氧化
14、反应,A错误;吸氧腐蚀的正极反应为 O2+2H2O+4e-4OH-,析氢腐蚀的负极反应为 Fe-2e-Fe2+,正极反应为 2H+2e-H2,B、C 错误。答案:D1 2 3 4 54.下列关于金属腐蚀的叙述正确的是()A.金属在潮湿空气中腐蚀的本质是 M+nH2OM(OH)n+2H2B.金属的化学腐蚀的本质是 M-ne-Mn+,电子直接转移给氧化剂C.金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行D.在潮湿的中性环境中,金属的电化学腐蚀主要是析氢腐蚀解析:金属在潮湿空气中腐蚀以吸氧腐蚀为主。金属的化学腐蚀需接触氧化性气体或氧化性物质,不需要一定在酸性条件下,且金属失去电子被氧化,电子直接转移给氧化剂。答
15、案:B1 2 3 4 55.如图所示的是铁钉在水中被腐蚀的两种实验结果情况:钢铁表面吸附的水膜中酸性较强时,所对应装置图可能为 ,铁为原电池的 极,其电极反应式为 ;碳为原电池的 极,其电极反应式为 。当钢铁的表面吸附的水膜中酸性很弱或呈中性时,所对应装置图可能为 ,铁为原电池的 极,其电极反应式为 ;碳为原电池的 极,其电极反应式为 。1 2 3 4 5解析:钢铁发生析氢腐蚀时,会产生氢气,使试管内气体体积增大;钢铁发生吸氧腐蚀时,会消耗氧气,使试管内的气体体积减小。观察试管内的气体体积的变化可判断出,甲中发生的是吸氧腐蚀,乙中发生的是析氢腐蚀,进而写出各自的反应式。答案:乙 负 Fe-2e-Fe2+正 2H+2e-H2 甲 负 2Fe-4e-2Fe2+正 O2+2H2O+4e-4OH-