人教版选修4 第4章第4节 金属的电化学腐蚀与防护 学案 (1).doc

第4节 金属的电化学腐蚀与防护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。一、金属的腐蚀1概念金属或合金与周围接触到的气体或液体物质发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。2本质金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。3分类(1)化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体(如o2、cl2、so2等)或非电解质溶液(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。(2)电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化。4钢铁的电化学腐蚀(1)钢铁的电化学腐蚀的分类(2)钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较：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条件水膜酸性较强水膜呈中性_或酸性很弱_电极反应负极fe2e=fe22fe4e=2fe2正极c2h2e=h2o24e2h2o=4oh总反应2fe2h2oo2=2fe(oh)25.影响金属腐蚀的因素。 影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面，就金属本性而言，金属越活泼，越容易被腐蚀。介质对金属的腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，就容易被腐蚀。6.化学腐蚀与电化学腐蚀的相同点和不同点相同点都是造成金属被氧化腐蚀。不同点是化学腐蚀是金属和氧化剂直接发生氧化还原反应，无电流产生；电化学腐蚀是发生原电池反应，有电流产生。7.从字面上区别析氢腐蚀和吸氧腐蚀析氢腐蚀中的“析”是“析出”的意思，即发生该腐蚀时，有h2析出；吸氧腐蚀中的“吸”是“吸进”的意思，即发生该腐蚀时，空气中的氧气参加反应而被消耗。8铁在自然界中发生的腐蚀主要：主要是电化学腐蚀中的吸氧腐蚀。电化学腐蚀中吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍，吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，在金属活动性顺序中位于氢前面和氢之后的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动性顺序表中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。二、金属的防护1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，让被保护金属作正极，另找一种活泼性较强的金属作_负极。如图所示：(2)外加电流的阴极保护法：利用电解原理，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。如图所示：2改变金属的内部组织结构制成防腐合金。如不锈钢。3加保护层如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或使其钝化等。注意：方法归纳1不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗。2金属的腐蚀与所接触到的电解质强弱有关。活泼金属在电解质溶液中的腐蚀比在非电解质溶液中的腐蚀速率快，在强电解质溶液中的腐蚀比在弱电解质溶液中的腐蚀速率快。3一般规律(1)电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有原电池防护措施的腐蚀有电解池防护措施的腐蚀。 (2)对同一种金属来说，腐蚀的快慢顺序：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快。(4)一般对同一种电解质溶液来说，在一定浓度范围内，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。提醒：原电池的负极被腐蚀，正极被保护；电解池的阳极被腐蚀，阴极被保护。知识点一：1金属腐蚀快慢的判断方法例1一根铁丝插入煮沸过的蒸馏水中，铁丝上有三点：a(水面以下)、b(水面)、c(水面以上)。问：(1)a、b、c三点哪点腐蚀最快？(2)若向蒸馏水中加入少量食盐，b处的腐蚀速率将如何变化？(3)若将蒸馏水换成：0.1 moll1 h2so4溶液；1 moll1 h2so4溶液；18.4 moll1 h2so4溶液。则a处腐蚀由快到慢的顺序是_。解析(1)根据题意可知：a在煮沸的蒸馏水内部，因缺少o2，很难形成电解质溶液，几乎不腐蚀。b在水面处，发生了电化学腐蚀。c在水面以上，与o2接触，发生化学腐蚀，根据同一种物质，发生电化学腐蚀与化学腐蚀的对比可知b处铁丝的腐蚀比c处的快。(2)蒸馏水中加入少量食盐(强电解质)，构成了原电池，b点腐蚀速率远大于以前。(3)硫酸为稀硫酸，但是中硫酸的浓度小于中硫酸的浓度，铁丝在中的腐蚀速率比中的快，中18.4 moll1的硫酸(98%)是浓硫酸，铁很快发生了钝化几乎不腐蚀。答案(1)b点腐蚀最快(2)b处腐蚀的速率将加快 (3)知识点二：金属制品防腐处理探究例2.金属铝易与空气中的氧气发生反应生成一层氧化膜，使铝件有耐腐蚀性，但氧化膜很薄，易被擦破损坏。为了增厚氧化膜，人们常将铝和铝的合金做进一步的氧化处理。电化学氧化法是将铝件和另一种材料作电极，在特定的电解质溶液中通电电解。在铝与电解质溶液的接触面上形成一层al(oh)3薄膜，薄膜的某些部位存在着小孔，电流从小孔通过并产生热量，从而生成一层较厚的氧化膜。请回答下列问题：(1)铝件在电解的过程中作_极(填“阴”或“阳”)(2)简述氧化膜的形成过程，写出铝件所发生的电极反应式以及形成氧化膜的化学方程式_(3)在海洋工程上，通常用铝合金(alzncd)保护海底钢铁设施，其原理如下图所示，其中负极发生的电极反应为：_在实际应用中，用铝合金而不选用纯铝。纯铝不能很好地起到保护作用，其原因是：_解析(1)al2o3是由单质铝失去电子后生成的，所以铝件应作阳极。(2) 发生的电极反应为：al3e3oh=al(oh)3、生成的al(oh)3疏松地覆盖在铝件的表面，使电阻增大，温度升高。al(oh)3分解生成al2o3，反应方程式为：2al(oh)3=al2o33h2o，生成的al2o3沉积在铝件表面，逐渐增厚。(3) 铝合金作负极，电极反应为al3e=al3、zn2e=zn2答案(1)阳(2)al3e3oh=al(oh)3、2al(oh)3=al2o33h2o(3) al3e=al3、zn2e=zn2【基础演练】1下列事实与电化学腐蚀无关的是()a光亮的自行车钢圈不易生锈b黄铜(cu、zn合金)制的铜锣不易生锈c铜、铝电线一般不连接起来作导线d生铁比熟铁(几乎是纯铁)容易生锈答案a2如图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入含有适量酚酞和nacl的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动)，下列叙述正确的是()aa中铁钉附近呈现红色bb中铁钉上发生还原反应ca中铜丝上发生氧化反应db中铝条附近有气泡产生答案b3下面有关电化学的图示，完全正确的是 （ ）答案d4关于下列各装置图的叙述中，不正确的是()a用装置精炼铜，则a极为粗铜，电解质溶液为cuso4溶液b装置的总反应是：cu2fe3=cu22fe2c装置中钢闸门应与外接电源的负极相连d装置中的铁钉几乎没被腐蚀答案b5判断正误，正确的划“”，错误的划“”(1)在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。( )(2)用电镀的方法，在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。( )(3)工业上常利用一些溶液的氧化作用，在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜。 ( )(4)把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢，就大大地增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。( )(5)给铁件通入直流电，把铁件与电池负极相连接以防止铁腐蚀。 ( )(6)制成合金后均比纯金属耐腐蚀。( )(7)将金属与外加直流电源的负极相连接，而将正极接到废铁上，可以防止金属被腐蚀。 ( )答案：、【巩固提高】6判断下列腐蚀的类型(填“化学腐蚀”、“吸氧腐蚀”或“析氢腐蚀”)。(1)通cl2的铁制管道被腐蚀()(2)浸泡食盐水的铁钉被腐蚀( )(3)用铝制饭盒盛放醋酸，一段时间后，饭盒被腐蚀( )(4)将铁钉放在nh4cl溶液中，铁被腐蚀(）答案：化学腐蚀、吸氧腐蚀、化学腐蚀、析氢腐蚀7.铝表面易被氧化，生成一层致密而坚固的氧化物薄膜，使金属铝呈现“惰性”对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。(1)以下为铝材表面处理的一种方法：碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是_(用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的_。anh3 bco2 cnaoh dhno3以铝材为阳极，在h2so4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为_。取少量废电解液，加入nahco3溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是_(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是_。(3) 利用右图装置，可以模拟铁的电化学防护。若x为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关k应置于_处。若x为锌，开关k置于m处，该电化学防护法称为_。答案(1)2al2oh2h2o=2alo23h2b2al3h2o6e=al2o36hhco3与h反应使h浓度减小，使al3的水解平衡向右移动，产生al(oh)3沉淀(2)补充溶液中的cu2，保持溶液中cu2的浓度恒定(3)n牺牲阳极的阴极保护法1.如图所示，各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时，由快到慢的顺序是() a bc d答案a2 下列有关电化学的内容正确的是 （ ）a马口铁和白铁皮破损后，白铁皮比马口铁腐蚀快，所以使用白铁皮时要注意防止铁皮出现刮痕b原电池中电子从负极流出流入正极，电解池中电子从阴极流出流入电源负极c已知磷酸亚铁锂电池总反应为fepo4 + li lifepo4，电池中的固体电解质可传导li+，则该电池充电时阳极电极反应式为：lifepo4+e-=fepo4+li+d常温下以c选项中电池为电源以石墨为电极电解200ml饱和食盐水，当消耗14g li时，溶液的ph为14(忽略溶液的体积变化)答案d3下列说法中，正确的是()镀层破损后，白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易被腐蚀钢铁表面常易锈蚀生成fe2o3nh2o锌和铁构成原电池时，铁作负极铅蓄电池中铅作负极，pbo2作正极，两极浸到稀h2so4中a只有 b只有c d答案a4下列与金属腐蚀有关的说法正确的是()a图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重b图b中，开关由m改置于n时，cuzn合金的腐蚀速率减小c图c中，接通开关时zn腐蚀速率增大，zn上放出气体的速率也增大d图d中，znmno2干电池自放电腐蚀主要是由mno2的氧化作用引起的答案b5.下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是 （ ）a水中的钢闸门连接电源的负极b金属护拦表面涂漆c汽车底盘喷涂高分子膜 d地下钢管连接镁块答案a6铁生锈是比较常见的现象，某实验小组为研究铁生锈的条件，设计了如下图所示的快速、易行的方法：首先检查制取氧气的装置的气密性，然后按上图连接好装置，点燃酒精灯给药品加热，持续3 min左右后，观察到的实验现象为：直形管中干燥的铁丝表面依然光亮，没有发生锈蚀；直形管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗，发生锈蚀；烧杯中潮湿的铁丝表面依然光亮。试回答下列问题。(1)由于与金属接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于_。能表示其原理的电极反应方程式为_(2)仪器a的名称为_，其中装的药品可以是_，其作用是_。(3)由实验可知，铁生锈的条件为_。决定铁生锈快慢的一个重要因素是_。答案(1)电化学腐蚀负极：2fe4e=2fe2，正极：2h2oo24e=4oh (2)球形干燥管碱石灰(或无水cacl2)干燥o2 (3)与o2和水接触氧气浓度 1镀锌铁在发生析氢腐蚀时，若有0.2 mol电子发生转移，下列说法正确的是()有5.6 g金属被腐蚀有6.5 g金属被腐蚀在标准状况下有2.24 l气体放出在标准状况下有1.12 l气体放出a b c d答案b2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氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是()a生铁块中的碳是原电池的正极b红墨水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答案b3研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示。下列有关说法错误的是 （ ）ad为石墨，铁片腐蚀加快bd为石墨，石墨上电极反应为：o2 + 2h2o + 4e 4ohcd为锌块，铁片不易被腐蚀dd为锌块，铁片上电极反应为：2h+ + 2e h2答案d4银器的保护主要是维持它的原貌。对于轻微腐蚀蒙有硫化银的银器，可将其和铝片一起接触浸在稀naoh溶液中，经一定时间后污迹消失，取出后用水洗干净，再用软布或棉团擦光。下列有关叙述中，不正确的是()a溶液中的oh向负极移动b在银表面上的反应为：ag2s2e=2ags2c在铝表面上的反应为：al3e=al3d在铝表面的反应为：al4oh3e=alo22h2o答案c5.如右图所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和nacl溶液的u型管中下列分析正确的是 （ ）ak1闭合，铁棒上发生的反应为2h2eh2bk1闭合，石墨棒周围溶液ph逐渐升高ck2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法dk2闭合，电路中通过0.002na个电子时，两极共产生0.001mol气体答案b6.下列有关说法正确的是 （ ）a若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀b2no(g)2co(g)=n2(g)2co2(g)在常温下能自发进行，则该反应的h0c加热0.1mol/lna2co3溶液，co32的水解程度和溶液的ph均增大d对于乙酸与乙醇的酯化反应（h0），加入少量浓硫酸并加热，该反应的反应速率和平衡常数均增大答案c7.氯碱工业以电解