高二化学金属的电化学腐蚀与防护（通用）

高二化学金属的电化学腐蚀与防护【本节学习目标】1、会解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害；2、知道金属防护的方法，并能从实验探究中获得体会；3、通过学习，增强保护环境的意识、节约意识。学习重点、难点：吸氧腐蚀、析氢腐蚀的原理及电极反应式的书写知识要点梳理知识点一：金属的电化学腐蚀1、金属的腐蚀金属腐蚀：金属（或合金）与周围接触到的气体（或液体）发生氧化还原反应而引起损耗的过程。金属腐蚀的本质：M xe- = Mx+ 金属失去电子变成阳离子，发生氧化反应。金属腐蚀类型：金属的化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。如：铁与氯气直接发生化学反应而引起的腐蚀。特点：反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。如：钢管被原油中的含硫化合物腐蚀，温度越高，化学腐蚀越快。电化学腐蚀：不纯的金属或合金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的腐蚀。如：钢铁在潮湿的空气中生锈，铁做负极、碳做正极、溶有来自大气中的CO2、SO2、H2S等气体的水膜做电解质溶液，在钢铁表面形成无数微小的原电池。说明：两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，速度更快，危害更严重。2、化学腐蚀与电化学腐蚀的共同点和不同点：化学腐蚀电化学腐蚀共同点M xe- = Mx+ M xe- = Mx+不同点(1)金属与氧化剂直接得失电子 利用原电池原理得失电子(2)反应中不伴随电流的产生 反应中伴随电流的产生(3)金属被氧化 活泼金属被氧化3、电化学腐蚀 (以钢铁为例，钢铁及其制品通常为含碳的铁合金)析氢腐蚀 (当钢铁表面的水膜酸性较强时)负极: Fe 2e- = Fe2+ 正极: 2H+ + 2e- = H2 总方程式：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 吸氧腐蚀 (当钢铁表面的水膜呈中性或弱酸性)负极: 2Fe 4e- = 2Fe2+正极: O2+4e- +2H2O = 4OH-总方程式：2Fe + O2 +2H2O =2Fe(OH)2Fe(OH)2继续与空气中的氧气作用： 4 Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3Fe(OH)3脱去一部分水就生成铁锈(Fe2O3xH2O)，铁锈疏松地覆盖在钢铁表面，不能阻止钢铁继续腐蚀。 说明：通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍。知识点二：金属的防护1、影响金属腐蚀快慢的因素金属的活动性：金属越活泼，越容易被腐蚀；纯度：不纯的金属比纯金属更易被腐蚀，如纯铁比钢难腐蚀；电化学腐蚀：两电极活动性差别越大，氧化还原反应速率越快，活泼金属被腐蚀得越快； 氧化膜：如果金属被氧化形成致密的氧化膜，会保护内层金属。如果金属被氧化形成疏松的氧化膜，那么不会保护内层金属，如钢铁；外因：介质、环境（腐蚀性气体，电解质溶液）。2、金属的防护：金属防护的基本思路是：防止金属与氧化性介质直接接触；防止金属表面形成电解质溶液层。金属防护的常用方法有：覆盖保护膜，如采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀、表面钝化等方法使金属与空气、水等物质隔离，防止金属被氧化腐蚀。改变金属的内部结构，使金属性质改变，成为耐腐蚀金属，如不锈钢等；电化学保护 a、牺牲阳极的阴极保护法：这种方法通常是在被保护的钢铁设备（如锅炉内壁、船体外壳等）上装上若干锌块，作原电池的负极，不断遭受腐蚀，定期拆换，而使作为正极的锅炉内壁、船体外壳被保护了下来。b、外加电流的阴极保护法：这种方法是将被保护的钢铁设备（如钢闸门）作为阴极，用惰性电极做阳极，两者均存在于电解质溶液中，接上电源。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，这样就抑制了钢铁失去电子的作用，从而防止了钢铁的腐蚀（外加电流，使钢铁被迫成为阴极受保护）。规律方法指导一、金属发生电化学腐蚀的本质电化学腐蚀过程中发生的化学反应是原电池反应，有电流产生。影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。介质对金属腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。由于钢铁制品通常所处的外部环境干燥度较低，氧气的存在又非常广泛，在相同条件下，原电池反应比一般的氧化还原反应速率高，因此，在钢铁的腐蚀类型中主要是电化学腐蚀，其次是化学腐蚀。但是，钢铁的腐蚀类型并不单一，一般是电化学腐蚀和化学腐蚀并存。无论那种类型的金属腐蚀，其本质都是金属被氧化。二、判断金属腐蚀快慢的规律：电解原理引起的腐蚀(做阳极)原电池原理引起的腐蚀(做负极)化学腐蚀有防护腐蚀措施的腐蚀(做正极) 有防护腐蚀措施的腐蚀(做阴极)；同种金属的腐蚀在强电解质中弱电解质中非电解质中；活泼性不同的两金属组成原电池，活泼性差别越大，腐蚀越快；对同一电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。经典例题透析类型一：金属腐蚀速率的比较题1、如下图所示，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、4213B、2134 C、4231 D、3241思路点拨:考查有关金属腐蚀的知识。先准确判断各装置的名称及铁在各装置中作用。解析：在原电池中，活泼金属为负极，该金属被氧化，不活泼金属便被保护起来，其被腐蚀的速率大大减小，所以装置3中的铁被腐蚀的速率比1中的慢；反之，当铁与比它不活泼的金属，如Sn、Cu等连接起来，其被腐蚀的速率增大，在容器2中的铁比容器1中的铁腐蚀得快。容器4是一个电解池，在这里Fe是阳极，不断地以Fe2+的形式进入容器中，加速了铁的腐蚀。在上述四种容器中，容器4中的铁的腐蚀过程是最快的。【答案】A总结升华：金属的腐蚀，从本质上讲是发生氧化还原反应的结果。一般可根据：电解原理引起的腐蚀(做阳极)原电池原理引起的腐蚀(做负极)化学腐蚀有防护腐蚀措施的腐蚀(做正极) 有防护腐蚀措施的腐蚀(做阴极)举一反三：【变式1】下列有关纯铁的描述正确的是（ ）A、熔点比生铁的低 B、与相同浓度的盐酸反应生成氢气的速率比生铁的快C、在潮湿空气中比生铁容易被腐蚀 D、在冷的浓硫酸中可钝化解析：合金的熔点比其成分金属的都要低，生铁是铁和碳等的合金， A错；与相同浓度的盐酸反应，由于生铁中的铁和碳构成原电池的两极，因此生铁与盐酸反应的速率更快，B错；同理C错。【答案】D类型二：电化学腐蚀的应用题2、下列叙述不正确的是（ ）A、锌跟稀硫酸反应制取氢气，加入少量的硫酸铜能加快反应速率B、镀层破损后，白铁（镀锌的铁）比马口铁（镀锡的铁）更易被腐蚀C、钢铁表面常易被锈蚀生成Fe2O3nH2OD、钢铁在发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀时，完全相同的反应是负极反应思路点拨:考查电化学腐蚀的知识，注意原电池原理的应用。解析：锌与CuSO4发生置换反应后，铜附着在锌的表面上，浸泡在稀硫酸中形成铜锌原电池，负极锌被氧化速率加快，A正确；B中白铁，锌为负极、铁为正极，铁被保护；马口铁，铁作负极、锡作正极，加快铁的腐蚀，B错；钢铁的腐蚀主要是吸氧腐蚀，其电极反应为：负极（Fe）：2Fe-4e-=2Fe2+；正极（C）：2H2O+O2+4e-=4OH-，Fe(OH)2在空气中发生4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3，久置后2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O，所以铁锈的成分是Fe2O3nH2O，C正确；钢铁在发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀时，负极反应相同，都是Fe-2e-=Fe2+，但正极反应不同，分别析出氢气和吸收氧气，D正确。【答案】B总结升华：解答本类题应紧扣“原电池原理”这一中心，同时应注意原电池原理在电化学腐蚀中的应用。要从发生电化学腐蚀的条件去选择防止金属腐蚀的方法。举一反三：【变式2】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、在轮船舷上用铁丝系住锌板浸在海水里D、在地下输油的铸铁管上接直流电源的负极【答案】CD【