高二化学金属的电化学腐蚀与防护苏教版知识精讲

高二化学高二化学金属的电化学腐蚀与防护金属的电化学腐蚀与防护苏教版苏教版 【本讲教育信息本讲教育信息】 一. 教学内容： 金属的电化学腐蚀与防护 二. 教学目标 1. 了解金属腐蚀的危害 2. 了解金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的含义及它们的异同点 3. 了解常用金属的防护方法以及金属的电化学防护 三. 教学重点、难点： 金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的含义及它们的异同点 四. 知识分析： （一）金属腐蚀的本质是金属原子失去电子变成金属阳离子的过程，即 MneMn； 即金属在腐蚀过程中发生了氧化还原反应. 金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大 类. 说明：说明： 1. 化学腐蚀是指金属与所接触的物质直接发生化学反应所引起的腐蚀. 如：Fe 与氧气反 应生成 Fe3O4、Fe 与 Cl2反应、Fe 与 HCl 反应、Al 与 O2反应等，它们都是直接发生氧化 还原反应而引起的腐蚀. 2. 电化学腐蚀是指不纯的金属或合金与电解质溶液接触发生原电池反应而引起的腐蚀. 其中较活泼的金属失去电子而被氧化. 能够发生电化学腐蚀必须是不纯的金属或合金，同 时要存在电解质溶液. 3. 化学腐蚀与电化学腐蚀的区别主要在于：化学腐蚀过程中无电流产生，而电化学腐蚀 过程中有电流生成. 4. 金属的电化学腐蚀有两种情况： （1）析氢腐蚀：在潮湿的空气中金属表面会形成一薄层水膜，水膜中溶有 CO2、SO2 等酸性气体，从而在钢铁表面形成酸性水膜，使得铁与钢铁中的碳形成原电池. 其中铁是 负极，碳是正极：电极反应为：负极：Fe2eFe2；正极反应为：2H2eH2；腐 蚀的总反应为：Fe2HFe2H2；铁锈的主要成分是：Fe2O3xH2O. （2）一般情况下，钢铁表面的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气. 此时金 属发生吸氧腐蚀：负极：Fe2eFe2；正极反应为：2H2OO24e 4OH，总反应 为：2Fe2H2OO22Fe（OH）2，Fe（OH）2不稳定，经进一步氧化可得铁锈. 5. 金属的腐蚀往往同时发生化学腐蚀和电化学腐蚀，但以电化学腐蚀为主. 6. 金属的析氯腐蚀和吸氧腐蚀往往同时发生，但以吸氧腐蚀为主. 7. 当金属与外接电源相连而发生电解反应时，也可以发生电化学腐蚀，此时，金属做为 阳极参与电化学反应，腐蚀速率很快. 8. 金属发生腐蚀时，腐蚀速率的大小比较： 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措施的腐蚀 9. 金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的比较： 化学腐蚀电化学腐蚀 定义 金属与接触到的物质（一般为非电 解质）直接发生化学反应引起的腐 不纯的金属或合金与电解质溶液接触发 生原电池反应而引起的腐蚀. 其中较活泼 蚀的金属失去电子而被氧化的过程. 可分为 析氢腐蚀和吸氧腐蚀，其中以吸氧腐蚀 为主 条件金属与物质直接接触 在金属表面形成水膜，水膜中溶有氧， 呈极弱酸性或中性（吸氧腐蚀） ；水膜酸 性较强（析氢腐蚀） 本质金属被氧化而被腐蚀较活泼金属被氧化而被腐蚀 现象无电流产生有微弱电流产生 反应式 2Fe3Cl22FeCl3（以金属与氯气 反应为例） 负极：Fe2eFe2；正极反应为 2H2eH2（析氢腐蚀）或 2H2OO24e 4OH（吸氧腐蚀） 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容易发生，危害更大. （二）金属的防护： 金属的防护就是防止金属原子失去电子. 阻止金属与接触到的物质或水、氧气等物质 发生化学腐蚀或电化学腐蚀的过程. 金属的防护可用物理方法，也可用电化学方法，还可 以通过改变金属的内部结构，提高金属的抗腐蚀能力. 说明：说明： 1. 金属防护的最简单的方法就是在其表面覆盖保护层，使之无法接触空气中的水和氧气， 从而达到保护的目的. 生活中常见的覆盖保护层防止铁生锈的方法有： 在铁的表面喷涂一层防腐油漆； 油脂可以用来保护机器中由金属制成的转动部分，油层防止空气和水与铁接触； 用塑料喷涂或包裹在金属表面； 在铁的表面覆盖一层搪瓷； 利用电镀原理，在金属表面镀上一层不易被腐蚀的其他金属. 2. 在金属表面镀上一层不易被腐蚀的其他金属的方法常见有两种：镀锡铁（马口铁）和 镀锌铁（白口铁） ，当镀层破损后，镀层金属均会与铁形成原电池. 此时，马口铁中铁作为 负极，易被腐蚀；而白口铁中锌作负极，铁被保护，不易被腐蚀. 3. 电化学保护法中，主要是使被保护的金属在发生电化学反应时作为正极或阴极，不参 与电极反应. 这类方法一般分为：牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法两种. 牺牲阳极的阴极保护法：这种方法就是在保护的钢铁设备上装上比铁更活泼的锌块. 在形成原电池反应时，锌作负极，被腐蚀，铁作正极从而被保护； 外加电流的阴极保护法：把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作辅助阳极， 两者均存在于电解质溶液中，接上外接电源. 通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备， 使钢铁表面产生负电荷的积累，这样就可以抑制铁发生失电子的反应，从而被保护. 4. 提高金属的抗腐蚀能力，还可以通过改变金属的内部结构，如在金属中掺入镍、铬等 金属，形成镍不锈钢、铬不锈钢等，提高金属的抗氧化能力， 5. 金属的腐蚀有时会带来很大的危害，但有时也可以利用金属的腐蚀对生产生活服务. 如印刷电路的制作、电化学刻蚀、等离子刻蚀技术等，也可以利用金属的腐蚀形成保护层， 如铁、铝在冷的浓硫酸、浓硝酸中钝化，产生一层致密的氧化膜，保护金属不会被氧化等. 【典型例题典型例题】 例 1下图容器中盛放海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序是： （ ） A. B. C. D. 解析：解析： 该题以金属的腐蚀为情境，意在考查学生对原电池知识的应用. 根据原电池原理，在 两装置中，铁分别作原电池的负极、正极（因为活泼性 ZnFeSn）.故中腐蚀快. 中铁作正极，得到保护；中为电解池，铁接在电源的正极，通电时铁应失去电子而被溶 解，腐蚀最快；中没形成原电池，腐蚀较慢，但也没有防护措施. 综合分析，应为： 答案：答案：C 例 2如图：水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察： （1）若试管内液面上升，则原溶液呈 性，发生 腐蚀. 其电极反应 为：负极为 ；正极为 . （2）若试管内液面下降，则原溶液呈 性，发生 腐蚀. 其电极反应 为：负极为 ；正极为 . 解析：解析： 根据金属腐蚀的条件和原理，可判断当试管内液面上升时说明：试管内压强减小. 导 致试管内压强减小的原因是因为气体减少所致. 考虑到金属腐蚀有析氢腐蚀和吸氧腐蚀两 种情形，可判断该种情况为吸氧腐蚀，后一种情况属于析氢腐蚀. 答案：答案：（1）中性或弱酸性 吸氧 Fe2eFe2 2H2OO24e 4OH （2）较强的酸性 析氢 Fe2eFe2 2H2eH2 例 3在医疗上常使用一种热敷袋，袋内盛装的主要成分是：铁屑、碳粉、木屑、 食盐、水等. 热敷袋使用之前用塑料袋封装，使之与空气隔绝. 使用时，打开塑料袋让空气 进入，轻揉热敷袋，就会放出热量. 使用完后，会发现袋内有许多铁锈生成. 试填写下列空 白： （1）热敷袋放出的热量来源于 ； （2）铁屑、碳粉、木屑、食盐、水混合后，发生化学反应的原理是 ； （3）写出使用热敷袋的过程中发生的电极反应式及有关的化学方程式. 负极： ；正极： ； 总的反应式： ； 解析：解析： 化学反应过程中存在能量变化，而在化学反应过程中产生的能量一般以热能、光能、 电能等形式释放出来. 热敷袋放出的热量来源于铁发生氧化还原反应过程中释放的能量. 在 装置中，铁屑、碳粉和食盐、水等组成原电池，碳作正极，铁作负极，发生电化学腐蚀， 使铁的氧化速率加快. 电极反应为：负极：Fe2eFe2 正极：2H2OO24e 4OH，总的电极反应为：2Fe2H2OO22Fe（OH）2；而生成的 Fe（OH）2又极不 稳定，可以被空气中的氧气氧化成红褐色的 Fe（OH）3，反应的方程式为：4Fe（OH） 22H2OO24Fe（OH）3，同时释放的热量促进 Fe（OH）3分解生成铁锈：Fe（OH） 3Fe2O3xH2O，Fe2O3xH2O 就是铁锈的主要成分. 答案：答案：（1）铁屑被氧化 （2）铁屑、碳粉和食盐、水等组成原电池，碳作正极，铁作负极，发生电化学腐蚀， 使铁的氧化速率加快. （3）负极：Fe2eFe2 正极：2H2OO24e 4OH，总的电极反应式为：2Fe2H2OO22Fe（OH） 2；4Fe（OH）22H2OO24Fe（OH）3，Fe（OH）3Fe2O3xH2O. 【模拟试题模拟试题】 1. 建筑用的钢材在出厂之前都要经过考蓝处理，使其表面生成一层四氧化三铁，其目的 是 （ ） A. 增加钢材的硬度 B. 增强钢材的抗腐蚀能力 C. 使钢材美观 D. 增加钢材的韧性 2. 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 B. 生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈 C. 铁质器件有铜质配件，有接触处易生铁锈 D. 银质奖章久置后表面变暗 3. 家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反 应是 （ ） A. 4Fe（OH）22H2OO24Fe（OH）3 B. 2Fe2H2OO22Fe（OH）2 C. 2H2OO24e4OH D. Fe3eFe3+ 4. 下列关于金属腐蚀的叙述正确的是 （ ） A. 金属在潮湿情况下的腐蚀实质是 2M2nH2O2M（OH）nnH2 B. 金属的化学腐蚀实质是 MneMn+，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吸氧腐蚀 5. 铁钉和碳棒用导线连接后，浸入到 0.01mol1NaCl 溶液中，可能发生的是（ ） 碳棒上有氢气析出 碳棒附近产生 OH 碳棒上有氧气析出 铁钉被氧化 A. B. C. D. 6. 随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其 首要原因是 （ ） A. 利用电池外壳的金属材料 B. 防止电池中汞，镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染 C. 不使电池中渗泄的电解溶液腐蚀其他物品 D. 回收其中的石墨电极 7. 下列情况下，埋在地下的输油铸铁管道被腐蚀最慢的是 （ ） A. 潮湿疏松透气的土壤中 B. 含铁元素较多的酸性土壤中 C. 干燥致密不透气的土壤中 D. 含碳量较高，潮湿透气的中性土壤中 8. 下列各种方法中：金属表面涂抹油漆，改变金属的内部结构，保持金属表面清 洁 在金属表面进行电镀，使金属表面形成致密的氧化物薄膜. 能对金属起到防止或减 缓腐蚀作用的措施是 （ ） A. B. C. D. 全部 9. 镀锌铁在发生析氢腐蚀时，若有 0.2mol 电子发生转移，下列说法正确的是 （ ） 有 5.6g 金属被腐蚀 有 6.5g 金属被腐蚀 在标准状况下有 2.24气体放出 在 标准状况下有 1.12气体放出 （ ） A. B. C. D. 10. 如图装置中盛有 0.1mol1的 NaCl 溶液，放置一段时间后，装置中的四块相同 的锌片，腐蚀速率由快到慢的正确顺序是 （ ） A、 B、 C、 D、 11. 下列叙述正确的是： （ ） 锌与稀硫酸反应制取氢气，加入少量硫酸铜溶液能加快反应速率； 镀层破损后，白铁（镀锌铁）比马铁（镀锡铁）更易腐蚀； 电镀时应把镀件置于电解槽的阴极； 用电解法精炼粗铜时，应用粗铜作阳极，纯铜作阴极； 钢铁表面常易锈蚀生成 Fe2O3nH2O A、 B、 C、只有 D、只有 12. 如图所示的装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝， 使之平衡。小心地从烧杯中央滴入 CuSO4溶液。 （1）片刻后可观察到的现象是（指悬吊的金属圈） （ ） 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 。 13. 钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材约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）为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，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 （ ） 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 极上。 14. 分析下图 A，写出有关的反应式： （1）铁棒上 ； 碳棒上 ； 溶液里 ； （2）作图回答：如何使上图 B 中的铁棒上有氢