1、第四节 金属的电化学腐蚀与防护学 习 目 标 思 维 脉 络 1.认识金属腐蚀的危害,能解释金属发生电化学腐蚀的原因。2.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。3.掌握金属腐蚀的防护方法。自主阅读 自主检测 一、金属的电化学腐蚀 1.金属腐蚀 定义 金属腐蚀是指金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象 本质 金属腐蚀的本质是金属失去电子变成阳离子,发生氧化反应 化学腐蚀 金属与接触到的干燥气体(如 O2、Cl2、SO2 等)或非电解质液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀 电化学腐蚀 不纯的金属与电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子而
2、被氧化的腐蚀。电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍,危害更大 自主阅读 自主检测 2.电化学腐蚀(1)定义:不纯的金属与电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化。(2)实例:在潮湿的空气里,钢铁的表面形成了一层电解质溶液的薄膜,它和钢铁里的铁和少量的碳恰好构成了原电池。其中,铁是负极,碳是正极。(3)析氢腐蚀和吸氧腐蚀。析氢腐蚀 吸氧腐蚀 图形描述 钢铁的析氢腐蚀示意图 钢铁的吸氧腐蚀示意图 自主阅读 自主检测 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强 水膜呈中性或酸性很弱 电极反应 负极 Fe-2e-Fe2+2Fe-4e-2Fe2+正极 C 2H+2e-H2 O2+4e-+2H
3、2O4OH-总反应 Fe+2H+Fe2+H2 2Fe+2H2O+O22Fe(OH)2 自主阅读 自主检测 二、金属的电化学防护 1.牺牲阳极的阴极保护法 应用原电池原理,让被保护的金属作正极,另找一种活泼性较强的金属作负极。2.外加电流的阴极保护法 利用电解池原理,把被保护的钢铁设备作为阴极,用惰性电极作为辅助阳极。在电解质溶液里,接外加直流电源。自主阅读 自主检测 1.下列关于金属腐蚀的说法中正确的是()A.金属在潮湿空气中被腐蚀的实质是 B.金属化学腐蚀的实质是M-ne-Mn+,电子直接转移给氧化剂 C.金属的电化学腐蚀必须在酸性条件下进行 D.在潮湿的环境中,金属的电化学腐蚀一定是析氢腐
4、蚀 答案:B M+nH2OM(OH)n+2H2自主阅读 自主检测 2.下列有关金属腐蚀的说法中正确的是()A.金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程 B.电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程 C.钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀,负极吸收氧气,产物最终转化为铁锈 D.金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同,但电化学腐蚀伴有电流产生 答案:D 自主阅读 自主检测 3.为了防止钢铁锈蚀,下列防护方法中正确的是()A.在精密机床的铁床上安装铜螺钉 B.在排放海水的钢铁阀门上用导线连接一块石墨,一同浸入海水中 C.在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里 D.在电动输
5、油管的铸铁管上接直流电源的正极 答案:C 情景导入知识点拨典例引领重难点 金属的电化学腐蚀 钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的吸氧腐蚀示意图情景导入知识点拨典例引领重难点 讨论探究 (1)钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的原理是什么?写出钢铁发生吸氧腐蚀和析氢腐蚀时的电极反应和总反应。(2)钢铁腐蚀的快慢与哪些因素有关?如何防止钢铁被腐蚀?探究提示:(1)在潮湿的空气里,钢铁表面会形成一薄层水膜,水膜既可以溶解大气中的CO2、SO2、H2S等气体(此水膜中含有一定量的H+,溶液显酸性),也可以溶解一定量的氧气(此水膜酸性很弱或显中性),结果在钢铁表面形成了 一层电解质溶液,它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数
6、微小的原电池,在这些原电池里,铁是负极,碳是正极,铁失去电子而被氧化,钢铁发生电化学腐蚀。具体的电极反应式如下 负极:Fe-2e-Fe2+正极:O2+4e-+2H2O4OH-(吸氧腐蚀)2H+2e-H2(析氢腐蚀)情景导入知识点拨典例引领重难点(2)金属腐蚀的快慢是由金属的活泼性决定的,同时与温度、金属表面的电解质溶液浓度以及组成原电池的正负极间的活泼性差别的大小等因素有关。常用金属的防护措施有如下几种:金属的防护措施:情景导入知识点拨典例引领重难点 电化学防护法:a)牺牲阳极的阴极保护法:将被保护的金属制品和活泼金属相连,让活泼金属做原电池的负极(阳极),失去电子;则金属制品作为原电池的正极
7、(阴极)被保护下来的方法。b)外加电流的阴极保护法:将被保护的金属和电源的负极连接,另选一块能导电的惰性材料接电源正极。通电后,使金属表面产生负电荷(电子)的聚积,抑制了金属失电子,从而防止金属被腐蚀。情景导入知识点拨典例引领重难点 1.化学腐蚀与电化学腐蚀的区别与联系 化学腐蚀 电化学腐蚀(主要)定义 金属与接触到的物质(一般是单质或非电解质)直接发生化学反应而引起的腐蚀 不纯金属(或合金)与接触到的电解质溶液发生原电池反应,较活泼的金属原子失去电子而被氧化引起的腐蚀 吸氧腐蚀(主要)析氢腐蚀 条件 金属与某些单质或某些非电解质直接接触 水膜中溶有 O2,呈极弱酸性或中性 水膜酸性较强 现象
8、 无电流产生 有微弱电流产生 情景导入知识点拨典例引领重难点 化学腐蚀 电化学腐蚀(主要)反应式(以铁腐蚀为例)2Fe+3Cl22FeCl3 负极:Fe-2e-Fe2+正极:2H2O+O2+4e-4OH-正极:2H+2e-H2 联系 两种腐蚀往往同时发生,只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍,危害更大 情景导入知识点拨典例引领重难点 2.牺牲阳极的阴极保护法与外加电流的阴极保护法的比较 比较项目 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法 是否外接电源 否 是 所用的原理 原电池原理 电解池原理 两个电极的材料 正极:被保护金属负极:比被保护金属活泼的金属 被保护金属与外接电源的负极相连做阴极,废旧
9、铁块与外接电源正极相连做阳极 保护效果 外加电流的阴极保护法的保护效果比牺牲阳极的阴极保护法的保护效果更好 情景导入知识点拨典例引领重难点 题型一 金属的腐蚀原理与防护方法 例题1如图所示烧杯中试管内有一枚铁钉,放置数天后观察:(1)铁钉在逐渐生锈,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,电极反应式:负极 ,正极 。(3)若试管内液面下降,则原溶液呈 性,发生 腐蚀,电极反应式:负极 ,正极。情景导入知识点拨典例引领重难点 解析:根据原电池的构成条件:有两种不同活性的电极材料(本题中Fe为负极,碳为正极)、有电解质溶液、形成闭合回路,可知铁钉的腐蚀属于电化学
10、腐蚀。根据金属腐蚀的条件、原理及结果知:试管内液面上升,说明试管内压强减小,试管内气体被吸收,是铁钉吸氧腐蚀的结果,据此写出电极反应式;试管内液面下降,说明试管内气体压强增大,试管内产生了气体,是铁钉析氢腐蚀的结果,据此写出电极反应式。答案:(1)电化学(2)弱酸性、碱性或中 吸氧 2Fe-4e-2Fe2+O2+4e-+2H2O4OH-(3)较强的酸 析氢 Fe-2e-Fe2+2H+2e-H2情景导入知识点拨典例引领重难点 例题2钢铁很容易生锈而被腐蚀,每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀,该腐蚀过程中的电极反应式为。(2)为了降低某水库铁闸门被腐蚀的
11、速率,可以采用图甲所示的方案,其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用 (填写字母序号)。该防护方法属于 法。A.铜 B.钠 C.锌 D.石墨(3)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率,其中铁闸门应该连接在直流电源的 极。该防护方法称为 。情景导入知识点拨典例引领重难点 解析:(1)发生吸氧腐蚀时,负极上Fe失电子,正极上O2得到电子。(2)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌,则锌会失去电子而溶解,Fe被保护,属于牺牲阳极的阴极保护法,Na会与水反应生成NaOH,达不到保护铁闸门的目的。(3)属于外加电流的阴极保护法,需把被保护的铁闸门连接在电源的负极。答案:(1)(2)C 牺牲阳极的阴极保
12、护(3)负 外加电流的阴极保护法 负极:2Fe-4e-2Fe2+,正极:O2+2H2O+4e-4OH-情景导入知识点拨典例引领重难点 情景导入知识点拨典例引领重难点 成功体验1 导学号27760084如图装置中,U形管内为红墨水,a、b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()A.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Fe-2e-Fe2+D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀 情景导入知识点拨典例引领重难点 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
13、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。答案:B 情景导入知识点拨典例引领重难点 成功体验2 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 情景导入知识点拨典例引领重难点 解析:纯银器的表面在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
14、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。答案:D 情景导入知识点拨典例引领重难点 题型二 腐蚀的条件与腐蚀快慢的比较 例题3如图,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为()A.B.C.D.解析: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的金属活动性的差别比Fe和Sn的大,故Fe-Cu原电池中Fe被腐蚀得快;中发生化学腐蚀。答案:C 情景导入知识点拨典例引领重难点 情景导入知识点拨典例
15、引领重难点 成功体验3 铁在下列情况下腐蚀最快的是()A.铁放在海水中 B.铁和锌连接放入海水中 C.铁和锡连接放入海水中 D.铁和锡连接放入淡水中 解析:铁放在海水中直接发生化学腐蚀;铁和锌连接放入海水中,锌作负极,铁作正极受到保护;铁和锡连接放入海水中,铁作负极发生电化学腐蚀,速率最快;而铁和锡连接放入淡水中,由于淡水中的离子浓度较小,所以腐蚀的速率比在海水中要慢。答案:C 1 2 3 4 5 61.下列关于电化学腐蚀和化学腐蚀的说法正确的是()A.电化学腐蚀没有发生氧化还原反应 B.化学腐蚀发生氧化还原反应 C.电化学腐蚀没有发生化学反应,化学腐蚀发生化学反应 D.电化学腐蚀有电子转移,
16、化学腐蚀没有电子转移 解析:电化学腐蚀和化学腐蚀实质一样,两者都发生氧化还原反应,都是金属失电子,被氧化,但电化学腐蚀构成闭合回路,有电流产生,而化学腐蚀没有产生电流。答案:B 1 2 3 4 5 62.钢铁在潮湿的空气中往往发生电化学反应而被腐蚀,下列方程式在钢铁的电化学腐蚀过程中不存在的是()A.Fe-2e-Fe2+B.2H2O+O2+4e-4OH-C.2Fe+2H2O+O22Fe(OH)2D.Fe-3e-Fe3+解析:钢铁在潮湿的空气中可发生吸氧腐蚀,其电极反应式分别为负极:2Fe-4e-2Fe2+,正极:O2+4e-+2H2O4OH-,总反应:2Fe+2H2O+O22Fe(OH)2。答
17、案:D1 2 3 4 5 63.铁生锈是一种常见的自然现象,其主要反应的化学方程式为4Fe+3O2+xH2O 2Fe2O3xH2O。如图为一放在水槽中的铁架,水位高度如图。最容易生锈的铁架横杆是()A.B.C.D.解析:处没有和电解质溶液接触,不能构成原电池,锈蚀较慢;处已与电解质溶液接触,但处含O2较少,所以处腐蚀最快。答案:C 1 2 3 4 5 64.下列有关金属的保护方法的说法中正确的是()A.常使用的快餐杯表面有一层搪瓷,搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用 B.白铁(镀锌铁)镀层破损后,铁皮的腐蚀仍很慢 C.轮船的船壳水线以下常装有一些锌块,这是利用了牺牲阴极的阳极保护法 D.钢铁
18、制造的暖气管道外常涂有一层沥青,这是钢铁的电化学保护法 解析:A项中涂层破损后,铁直接暴露在空气中,因而搪瓷层不能对破损部分进行保护;B项中镀层破损后由于锌的金属性比铁强,与铁构成原电池,锌作负极,保护铁不被腐蚀;C选项应是牺牲阳极的阴极保护法;D项中应是用沥青作涂层的涂层保护法。答案:B 1 2 3 4 5 65.如图所示的装置,在盛水的烧杯中,铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝,使之平衡。小心地向烧杯中央滴入CuSO4溶液。(1)片刻后可看到悬吊的金属圈 (填序号)。A.铁圈和银圈左右摇摆不定 B.保持平衡状态不变 C.铁圈向下倾斜 D.银圈向下倾斜(2)产生上述现象的原因是 。解析:铁
19、圈、银圈和硫酸铜溶液形成了原电池,铁作负极:Fe-2e-Fe2+,银作正极:Cu2+2e-Cu,因此可观察到银圈向下倾斜。答案:(1)D(2)铁圈、银圈和硫酸铜溶液形成原电池,在正极银圈上有铜生成,质量增大,负极铁圈有损耗,质量减少 1 2 3 4 5 66.潜艇的金属外壳浸在海水中,在海水和空气的作用下会被腐蚀。(1)若海水呈中性,一艘钢制外壳的潜艇在海水中发生腐蚀的电极反应式为:正极:,负极:。(2)为有效地保护潜艇,下列措施中最好的是 。A.采用纯铁制造潜艇外壳 B.采用耐腐蚀的合金制造潜艇外壳 C.在潜艇外壳上涂一层油 D.在潜艇外壳上装一定数量的锌块 1 2 3 4 5 6解析:金属防护的方法很多,可以采取以下措施进行。(1)改变金属的内部组织结构。合金钢中含有合金元素,使组织结构发生变化,耐腐蚀,如不锈钢。(2)在金属表面覆盖保护层。常见方式有:涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等;使表面生成致密氧化膜;在表面镀一层有自我保护作用的另一种金属。(3)电化学保护法:外加电流的阴极保护法:接上外加直流电源构成电解池,被保护的金属作阴极。牺牲阳极的阴极保护法:外加负极材料,构成原电池,被保护的金属作正极。答案:(1)O2+2H2O+4e-4OH-2Fe-4e-2Fe2+(2)B
