高中化学4.4金属的电化学腐蚀与防护知识导学素材新人教版选修4202006291152

第四节 金属的电化学腐蚀与防护案例探究 你是否有这样的生活常识：炒过菜的铁锅，未能及时清洗，第二天就会出现红褐色的铁锈；切过菜的菜刀（生铁做成）未及时擦洗干净，很快就锈迹斑斑。这是由于铁发生电化学腐蚀的缘故。在潮湿的（特别是有盐或植物体液）条件下：Fe-2e-=Fe2+,2H2O+O2+4e-=4OH-,Fe2+2OH-=Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3，即铁被腐蚀生成红褐色Fe(OH)3的缘故。 问题与讨论： 1.铁生锈所处于的环境是潮湿的，如果在干燥的环境中，铁不易于生锈，试分析如何防护铁制器具？ 2.纯铁和生铁哪种更容易生锈？试分析之。自学导引1.金属的腐蚀是指金属与周围接触到的气体或液体物质发生_而引起损耗的现象。金属腐蚀的本质是_，发生_反应。一般可分为_腐蚀和_腐蚀。答案：氧化还原反应 金属失去电子变成阳离子 氧化 化学 电化学2.电化学腐蚀：不纯的金属跟_接触时，会发生_反应，_的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做_。（1）钢铁的析氢腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，将发生析氢腐蚀。_是负极，_是正极。发生的电极反应为：负极：_；正极：_。生成的Fe(OH)2在空气中发生变化的化学方程式是：_。（2）钢铁的吸氧腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液_或呈_并溶有_时，将会发生吸氧腐蚀。负极反应为：_；正极反应为：_。总反应的方程式为：_。答案：电解质溶液 原电池 较活泼 电化学腐蚀（1）Fe C Fe-2e-=Fe2+ 2H+2e-=H2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3(2)呈中性 弱碱性 O2 Fe-2e-=Fe2+ 2H2O+O2+4e-=4OH- 2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)23.金属的电化学防护（1）金属防护的基本思路是：防止_与 _直接接触；防止金属形成_。（2）金属防护的常用方法有：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。加保护层，如采用_、_、_、_或_等方法使金属与空气、水等物质隔离，以防金属氧化腐蚀。电化学防腐蚀。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_，作原电池的_极，不断遭受腐蚀，定期拆换，而使作为_极的船体被保护了下来。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_，用惰性电极_，两者均存在于_，接上_。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_的积累，这样就抑制了_，从而防止了_。答案：(1)金属 氧化性介质 表面电解质溶液层（2）喷油漆 涂油脂 电镀 喷镀 表面钝化a.锌块 负 正b.阴极 阳极 电解质溶液中 电源 负电荷 钢铁失去电子的作用 钢铁的腐蚀疑难剖析一、金属的腐蚀 一般情况下，化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀要普遍得多，腐蚀速率也快得多。【例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.4213 B.2134 C.4231 D.3241解析：金属的腐蚀，从本质上讲是组成化学电池发生氧化还原反应的结果。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，则其被腐蚀的速率增大，所以在容器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，从而加速了铁的腐蚀。在上述四种容器中，容器4中的铁的腐蚀过程是最快的。综上分析，按铁被腐蚀的快慢顺序为：4213。答案：A友情提示:在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢由下列原则判断：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腐措施的腐蚀。【例2】 如右图所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：（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，则原溶液是_性，发生_腐蚀，电极反应：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：负极：_；正极：_。解析：根据原电池的构成条件，两种不同的材料在有电解质溶液时，若形成闭合回路，即可构成原电池。铁钉实际上是钢制成的，在这种情况下具备形成原电池的条件，此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件、原理及结果可知：试管内液面上升，说明试管内压强减小，气体被吸收所致，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变大，试管内产生了新气体所致，是铁钉的析氢腐蚀的结果，据此写出电极反应。答案：（1）电化学（2）弱酸性或中 吸氧 2Fe-4e-=2Fe2+ O2+4e-+2H2O=4OH-（3）较强的酸 析氢 Fe-2e-=Fe2+ 2H+2e-=H2友情提示:本题应根据铁钉被腐蚀所处的环境分析被腐蚀的原因和类型，然后确定电极反应。所考知识点有：原电池构成条件、原电池电极反应、金属的腐蚀及类型。二、电化学腐蚀的应用 要从发生电化学腐蚀的条件去选择防止金属腐蚀的方法。【例3】 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解析：A中锌与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，负极锌被氧化而加速反应，故A正确。B中镀锌铁构成原电池时锌为负极，铁为正极，铁被保护；镀锡铁构成原电池时铁作负极，锡作正极，铁失电子加速了铁的腐蚀，故B不正确。C中钢铁的锈蚀主要是吸氧腐蚀，其电极反应为：负极（Fe）：2Fe-4e-=2Fe2+；正极（C）：2H2O+O2+4e-=4OH-，形成Fe(OH)2。在空气中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，故C也正确。D中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也正确。答案：B友情提示: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。拓展迁移拓展点：金属发生电化学腐蚀的本质 1.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。 2.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解，都容易被腐蚀。 3.由于钢铁制品