1、第四章 电化学基础第四节 金属的电化学腐蚀与防护学习目标核心素养1.了解金属腐蚀及其危害。2了解金属电化学腐蚀的原因。3能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。4掌握金属腐蚀的防护方法。1.科学探究与创新意识：了解生活和生产中金属的腐蚀，依据金属腐蚀的本质，设计金属防腐措施，提升科学探究与创新意识。2科学态度与社会责任：根据对生活和生产中金属的腐蚀的了解，树立减弱金属的腐蚀对生活和生产的影响的科学态度与社会责任。课时作业01课前自主学习02课堂互动探究03随堂基础巩固一、金属的电化学腐蚀1金属腐蚀(1)概念：金属或合金与周围的物质发生反应而引起损耗的现象。(2)实质：金属原子电子变
2、成阳离子的过程。即金属发生了反应。(3)类型：根据与金属不同，可分为腐蚀和腐蚀。气体或液体氧化还原失去氧化接触的介质化学电化学2化学腐蚀金属与接触到的气体(如 O2、Cl2、SO2 等)或液体(石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而。3电化学腐蚀(1)概念：的金属与溶液接触时，会发生反应，比较的金属电子而被氧化。(2)实例：在潮湿的空气里，钢铁的表面形成了一层的 薄 膜，它跟 钢铁里 的铁和 少量的 碳恰好构 成了。其中，是负极，是正极。干燥非电解质加快不纯电解质原电池活泼失去电解质溶液原电池铁碳(3)析氢腐蚀和吸氧腐蚀 4.钢铁生锈原理的实验探究(1)实验目的：。(2)
3、实验步骤：将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入如图所示的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化。探究饱和食盐水浸泡过的铁钉发生吸氧腐蚀(3)实验现象：。(4)实验分析：装置中 Fe、C、饱和食盐水一起构成了原电池，Fe 作负极，碳作正极，饱和食盐水作电解质溶液，由于 NaCl溶液呈中性，因此钢铁发生腐蚀。导管中水柱上升，铁钉表面有铁锈生成吸氧二、金属的电化学防护1金属的防护2金属的电化学防护探究点一 金属的腐蚀和防护1化学腐蚀和电化学腐蚀的联系和区别 特别提醒：判断金属的腐蚀类型要从本质入手，化学腐蚀和电化学腐蚀的本质区别在于是否发生原电池反应。电化学腐蚀中，只有在金属活动性顺
4、序表中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀，吸氧腐蚀比析氢腐蚀更为普遍。2析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较 温馨提示：由于在通常情况下，金属表面不会遇到酸性较强的溶液，所以吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，而且析氢腐蚀最终也会被吸氧腐蚀所代替。电化学腐蚀中吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍，在金属活动顺序表中位于氢前面和氢之后的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动顺序表中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。1纯铁片放入稀硫酸中发生的是什么腐蚀？提示：纯铁片放入稀硫酸中反应：FeH2SO4=FeSO4H2，发生的是化学腐蚀。2某铜件表面的水膜酸性较强，则易发生析氢腐蚀吗？提示：不是
5、，虽然铜件表面的水膜酸性较强，但铜是不活泼金属，不与氢离子发生反应，故发生的是吸氧腐蚀。3炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中有 NaCl)，第二天便会被腐蚀而出现红褐色铁锈，铁锅的腐蚀属于什么腐蚀？原因是什么？提示：铁锅的腐蚀属于电化学腐蚀中的吸氧腐蚀；因为铁锅是铁合金，其中含碳，铁锅中的铁和碳就会和表面残留的强电解质 NaCl 的水溶液形成许多微小的原电池；并且 NaCl 溶液呈中性，所以发生吸氧腐蚀。【例 1】为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是()DA正极的电极反应方程式为 O22H2O4e=4OHB将石墨电极改成 Mg 电极，难以观察到铁锈生成C若向自来水中
6、加入少量 NaCl(s)，可较快地看到铁锈D分别向铁、石墨电极附近吹入 O2，前者铁锈出现得快【思路分析】判断金属的腐蚀类型要从腐蚀的本质入手，化学腐蚀和电化学腐蚀的本质区别在于是否发生原电池反应。【解析】铁是负极，失电子被氧化成 Fe2，在正极氧气得电子发生还原反应生成 OH，反应式为 O22H2O4e=4OH，A 项正确；将氧气吹向石墨电极的腐蚀速率比吹向铁电极快，D 项错误；向自来水中加入 NaCl(s)，可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率，C 项正确；但若将石墨电极换成 Mg 电极，则负极为 Mg，Fe 被保护，难以看到铁生锈，B 项正确。如图装置中，U 形管内为红墨水，a、b
7、 试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关叙述错误的是()BA生铁块中的碳是原电池的正极B红墨水柱两边的液面变为左低右高C两试管中相同的电极反应式是 Fe2e=Fe2Da 试管中发生了吸氧腐蚀，b 试管中发生了析氢腐蚀解析：a 为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b 中酸性较强，发生析氢腐蚀，有氢气放出，气体压强增大，所以红墨水柱两边的液面变为左高右低，选项 B 不正确。探究点二 金属腐蚀快慢的判断1影响金属腐蚀快慢的因素(1)与构成微电池的材料有关(即金属本身的性质和金属制品的纯度)。两极材料的活动性差别越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属被腐
8、蚀的速率就越快。不纯的金属或合金，发生电化学腐蚀时，活泼金属因腐蚀而发生损耗。(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，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。对于同一种电解质溶液，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。2判断原则(1)在不同条件下，金属腐蚀的快慢比较：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腐蚀。其中，电解原理防护原电池原理的防护。(2)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。(3)两极活动性不同的金属，活动性差别越大，腐蚀越快。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越
9、快。(5)镀层破损后，镀锡铁比镀锌铁更易腐蚀(Zn 的金属活动性大于铁，锡的金属活动性小于铁)。(6)酸雨使金属腐蚀加快。(7)纯度越高的金属，腐蚀速率越慢。(8)不纯的金属或合金，在潮湿空气中的腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。为什么相对于内河行驶的轮船，海轮更容易腐蚀？提示：因为海水中电解质溶液的浓度比河水中电解质溶液的浓度大得多，则发生电化学腐蚀更容易。故海轮更容易被腐蚀。【例 2】如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为()ABCDC【思路分析】先判断装置是形成原电池还是电解池，再分析金属 Fe 作正极还是负极，阳极还是阴极。【解析】中 Fe 为负极，杂
10、质碳为正极，属于钢铁的吸氧腐蚀，腐蚀速率较慢。、实质均为原电池装置。中Fe 为正极，被保护；、中 Fe 为负极，均被腐蚀。但相对来说 Fe 和 Cu 的金属活动性差别较 Fe 和 Sn 的大，故 FeCu 原电池中 Fe 的腐蚀速率较快；中 Fe 接电源正极作阳极，Cu 接电源负极作阴极，加快了 Fe 的腐蚀；中 Fe 接电源负极作阴极，Cu 接电源正极作阳极，防止了 Fe 的腐蚀。根据以上分析可知：铁在海水中被腐蚀由快到慢的顺序为。为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外兴趣活动小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在如下图所示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩里保存相同的一段时间，下列对实验结
11、束时现象的描述不正确的是()BA实验结束时，装置左侧的液面一定会下降B实验结束时，装置左侧的液面比装置的低C实验结束时，装置中的铁钉腐蚀最严重D实验结束时，装置中的铁钉几乎没有被腐蚀解析：这是一道将原电池原理应用于判断金属腐蚀快慢的题。装置中的铁钉处于盐酸的蒸气中，发生析氢腐蚀，使左侧液面下降；装置中的铁钉同样处于盐酸的蒸气中，所不同的是悬挂铁钉的金属丝由铁丝换成了铜丝，由于 Fe 比 Cu 活泼，在这种氛围中构成的原电池会加快铁钉的腐蚀而放出更多的 H2，使左侧液面下降更多，右侧液面上升更多；装置中虽然悬挂铁钉的还是铜丝，但由于浓硫酸有吸水性、无挥发性，使铁钉处于一种较为干燥的空气中，因而在
12、短时间内几乎没有被腐蚀。1下列关于金属的腐蚀及防腐说法错误的是()A马口铁(镀锡铁)镀层破损铁的腐蚀速率加快B为了防止钢铁设备腐蚀，利用外加电流的阴极保护法，应另附加一惰性电极，惰性电极作阴极C可以采用改变金属组成或结构的方法防止金属腐蚀D为保护海轮的船壳，利用牺牲阳极的阴极保护法，常在船壳上镶入锌块B解析：马口铁(镀锡铁)的表面一旦破损，构成原电池，Fe 为负极，则铁腐蚀加快，A 正确；电解池中，阳极被腐蚀，阴极被保护，故应将钢铁设备作阴极，B 错误；将金属制成合金，即改变金属的组成和结构，能起到防止金属腐蚀的作用，C 正确；海轮外壳镶嵌锌块，此时铁作为原电池的正极而被保护，不易被腐蚀，这是
13、采用了牺牲阳极的阴极保护法，D 正确。2下列叙述错误的是()A生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱B用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈C在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液D铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀C解析：生铁中含有能导电的碳，二者可以形成原电池，加快了铁的腐蚀，A 项正确；铁和锡作为原电池的两极，铁会被腐蚀，B 项正确；电镀铜时，镀层金属作阳极，镀件作阴极，C 项错误；锌铁形成原电池，锌作负极被腐蚀，D 项正确。3如图所示，液面上浮着一个空心铁球。数天后可观察到的现象是()铁球表面出现红棕色锈斑铁球表面出现黑色锈斑量筒内水位下降量筒内水位上升A BC DB解析：量筒内的空气、溶有 O2
14、 的食盐水和铁球(铁碳合金)组成原电池，发生了吸氧腐蚀，其负极反应是 2Fe4e=2Fe2，正极反应是 O22H2O4e=4OH；Fe2与 OH结合成Fe(OH)2，再被氧化成 Fe(OH)3，Fe(OH)3 脱水成为 Fe2O3xH2O而在铁球表面出现红棕色锈斑；由于量筒中的 O2 被吸收，所以量筒内的水位会上升。4下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是()A纯银器的表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗B当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层不能对铁制品起保护作用C在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法D可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀D解析：纯银器的表面在
15、空气中易生成硫化物失去光泽，属于化学腐蚀，A 项正确；当镀锡铁制品镀层破损后，由于铁比锡活泼，形成原电池时，铁作原电池的负极，加快铁的腐蚀，B 项正确；锌比铁活泼，当在海轮外壳上连接锌块后，锌失电子而海轮外壳被保护，此法为牺牲阳极的阴极保护法，C 项正确；要采用电解原理保护金属，应将金属与直流电源的负极相连，即作电解池的阴极，D 项错误。5金属的腐蚀造成了相当大的经济损失和环境污染，因此，人们想了很多方法防止金属的腐蚀。下列关于金属腐蚀的叙述正确的是()A铁壳轮船在河水中航行比在海水中航行更易被腐蚀B常温下，铁易被干燥的氯气腐蚀C钢铁发生吸氧腐蚀时，发生的负极反应为 O24e2H2O=4OHD
16、为了防止枪炮表面的钢铁被腐蚀，可以在钢铁表面进行烤蓝处理D解析：海水中盐的含量高，加速了金属的电化学腐蚀，A 错误；在常温下，干燥的氯气与铁不反应，B 错误；钢铁发生吸氧腐蚀时，负极反应为 Fe2e=Fe2，C 错误；在钢铁表面进行烤蓝处理，则钢铁表面形成一层致密的氧化膜，能阻止金属被腐蚀，D 正确。6铜板上的铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列说法中不正确的是()A正极的电极反应：2H2e=H2B此过程中还涉及的反应：4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3C此过程中铜并不被腐蚀D此过程中电子从 Fe 流向 CuA解析：铁铆钉发生吸氧腐蚀时，负极的电极反应为 2Fe4e=2Fe2，正极
17、的电极反应为 O22H2O4e=4OH，溶液中发生反应：Fe22OH=Fe(OH)2。生成的 Fe(OH)2 继续被氧化：4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水形成铁锈。7如图所示装置中，小试管内为红墨水，带有支管的 U 形管中盛有 pH4 的雨水和生铁片。经观察，装置中有如下现象：开始时，插在小试管中的导管内的液面下降；一段时间后，导管内的液面回升，略高于 U 形管中的液面。下列有关解释合理的是()CA生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应B雨水酸性较强，生铁片始终发生析氢腐蚀C红墨水液面回升时，正极的电极反应为 O22H2O4e4OHDU 形管中溶液的
18、 pH 逐渐减小解析：生铁片发生电化学腐蚀时，铁作负极，碳作正极，反应开始时导管内液面下降，说明导管内压强增大，有气体生成，是析氢腐蚀；一段时间后液面上升，说明导管内压强减小，有气体被吸收，是吸氧腐蚀。故 C 项正确。8钢铁工业是国家工业的基础。请回答钢铁腐蚀、防护过程中的有关问题。(1)生产中可用盐酸来除铁锈，现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被除尽后，发生的化合反应的化学方程式为。2FeCl3Fe=3FeCl2(2)下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀？。BD(3)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置如图所示，请回答：A 电极对应的金属是(写元素符号)，B 电极的电极反应是 Cu22
19、e=Cu。Cu若电镀前铁、铜两片金属的质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者的质量差为 5.12 g，则电镀时电路中通过的电子为 mol。镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因：。铁比铜活泼，镀层破损后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀(其他合理答案也可)0.08解析：(1)铁锈的主要成分是 Fe2O3，Fe2O3 和盐酸反应生成Fe3，铁锈被除尽后发生反应 2FeCl3Fe=3FeCl2。(2)B 项是牺牲阳极(Zn)的阴极(Fe)保护法，D 项是外接电源的阴极(Fe)保护法。(3)电镀的特点是待镀金属作阴极，镀层金属作阳极，则 A为阳极应是铜，B 为阴极，B电极的电极反应为 Cu22e=Cu。两极质量差为 5.12 g，则每极变化的质量为5.12 g22.56 g，转移电子的物质的量为 2.56 g64 g/mol20.08 mol。镀层破损后易形成原电池，铁比铜活泼，铁作负极更易被腐蚀。
