高中化学选修四第四章第四节

1、第四章第四章 电化学基础电化学基础 第四节第四节 金属的电化学腐蚀与防护金属的电化学腐蚀与防护 1、金属的腐蚀现象非常普遍、金属的腐蚀现象非常普遍 钢铁生锈：钢铁生锈： 铁锈的主要成分：铁锈的主要成分：Fe2O3XH2O 铜器表面生成铜绿：铜器表面生成铜绿： 铜绿的主要成分：铜绿的主要成分：Cu2(OH)2CO3 2、金属腐蚀的危害性很大、金属腐蚀的危害性很大 一、金属腐蚀概述一、金属腐蚀概述 金属制品的腐蚀金属制品的腐蚀 金属腐蚀给生产生活带来很多不便，造成了巨金属腐蚀给生产生活带来很多不便，造成了巨 大的经济损失。大的经济损失。 全世界每年因为金属腐蚀造成的直接经济损失全世界每年因为金属腐

2、蚀造成的直接经济损失 约达约达70007000亿美元，是地震、水灾、台风等自然亿美元，是地震、水灾、台风等自然 灾害造成损失总和的灾害造成损失总和的6 6倍。倍。 我国因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值我国因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值 (GNP)(GNP)的的4%4%，钢铁因腐蚀而报废的数量约占钢，钢铁因腐蚀而报废的数量约占钢 铁当年产量的铁当年产量的25%-30%25%-30%。 金属腐蚀还可能造成环境污染。金属腐蚀还可能造成环境污染。 资资 料料 在在 线线 二、金属的腐蚀二、金属的腐蚀 1、定义、定义: 金属或合金与周围接触到的气体或液体进金属或合金与周围接触到的气体或液体进 行行

3、氧化还原氧化还原反应而引起损耗的现象。反应而引起损耗的现象。 2、金属腐蚀的类型、金属腐蚀的类型（根据（根据“介质介质”不同）不同） 化学腐蚀化学腐蚀 电化学腐蚀电化学腐蚀 M ne =Mn+（氧化） （氧化） 例如例如 铁与氯气直接反应铁与氯气直接反应 钢管被原油中的含硫化合物腐蚀钢管被原油中的含硫化合物腐蚀 化学腐蚀化学腐蚀 金属与接触到的金属与接触到的“干燥气体干燥气体(O2、Cl2、SO2 等）等）”或或“非电解质液体非电解质液体”直接发生直接发生化学化学 反应而引起的腐蚀。反应而引起的腐蚀。 原理：原理：金属与氧化剂直接反应金属与氧化剂直接反应 温度对化学腐蚀的影响温度对化学腐蚀的影

4、响 一般情况下，温度越高，金属腐蚀越快。一般情况下，温度越高，金属腐蚀越快。 不纯的金属不纯的金属( (或合金或合金) )跟跟“电解质溶液电解质溶液”接接 触时，会发生触时，会发生原电池原电池反应，较活泼的金属反应，较活泼的金属 失去电子而被氧化的反应。失去电子而被氧化的反应。 例如例如钢铁在潮湿的空气中被腐蚀钢铁在潮湿的空气中被腐蚀 电化学腐蚀电化学腐蚀 原理：原理： 原电池反应原电池反应 2.金属腐蚀的类型金属腐蚀的类型 化学腐蚀：化学腐蚀： 电化学腐蚀：电化学腐蚀： 受温度影响大受温度影响大 受电解质影响大受电解质影响大 三、三、金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀 钢铁在潮湿的空气中被腐蚀

5、钢铁在潮湿的空气中被腐蚀 例如例如 钢铁表面钢铁表面形成的微小形成的微小原电池原电池示意示意图图 负极负极 ：铁：铁 正极：碳正极：碳 钢铁的钢铁的析氢腐蚀析氢腐蚀示意示意图图钢铁的钢铁的吸氧腐蚀吸氧腐蚀示意示意图图 钢铁在潮湿的空气中发生的电化学腐蚀的原理：钢铁在潮湿的空气中发生的电化学腐蚀的原理： 负极（负极（Fe）：）： Fe2e = Fe2+ 正极（正极（C）：）： 2H+2e = H2 或或2H2O+O2+4e = 4OH 当电解质溶液的当电解质溶液的酸性较强酸性较强时时 负极：负极： 正极：正极： （Fe） （C） Fe2e =Fe2+ 2H+ + 2e =H2 总式：总式： 2H

6、+ + Fe=Fe2+H2 三、三、金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀 三、三、金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀 当电解质溶液的当电解质溶液的酸性很弱酸性很弱或或中性中性时时 负极：负极： 正极：正极： （Fe） （C） Fe2e =Fe2+ 2H2O+O2+4e =4OH 总式：总式：2H2O+O2+ 2Fe =2Fe(OH)2 析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）为例） 析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀(更普遍更普遍) 条件条件 水膜酸性较强水膜酸性较强 （pH4.3） 水膜酸性很弱或水膜酸性很弱或 中性中性 电电 极极 反反 应应 负负 极极 正正 极极 O2+2H2O+

7、4e =4OH 2H+2e- =H2 Fe - 2e = Fe2+ 化学腐蚀化学腐蚀 电化学腐蚀电化学腐蚀 条件条件 现象现象 本质本质 关系关系 金属与氧化金属与氧化 剂直接接触剂直接接触 不纯金属与电不纯金属与电 解质溶液接触解质溶液接触 无电流无电流 有微电流有微电流 金属被氧化金属被氧化 较活泼金属被较活泼金属被 氧化氧化 都是金属被氧化（两种腐蚀同时都是金属被氧化（两种腐蚀同时 发生发生,但以但以电化腐蚀为主电化腐蚀为主，且快），且快） 烧过菜的铁锅如果未及时洗净（残液中含烧过菜的铁锅如果未及时洗净（残液中含 NaCl），第二天便出现红棕色锈斑（主要成），第二天便出现红棕色锈斑（主要

8、成 分为分为Fe 2 O 3nH2O）。请问这种腐蚀是化学）。请问这种腐蚀是化学 腐蚀还是电化学腐蚀腐蚀还是电化学腐蚀?为什么为什么? 解析：属于电化学腐蚀。解析：属于电化学腐蚀。 因为铁锅是由生铁做成的因为铁锅是由生铁做成的, ,铁锅生锈是因铁锅生锈是因 为为Fe-C-NaClFe-C-NaCl形成原电池。铁作负极，失去电形成原电池。铁作负极，失去电 子变成亚铁离子，从而被腐蚀。子变成亚铁离子，从而被腐蚀。 思考与交流思考与交流 思考与交流思考与交流 给链条涂上机油给链条涂上机油, , 将钢圈表面镀上将钢圈表面镀上 一层铬一层铬, ,给支架烤给支架烤 上一层漆上一层漆, ,将齿轮将齿轮 镀上

9、一层铬并涂镀上一层铬并涂 上机油。上机油。 讨论自行车的不同构件如链条、讨论自行车的不同构件如链条、 钢圈、支架和齿轮等分别采取了什么钢圈、支架和齿轮等分别采取了什么 防锈措施？防锈措施？ 烤蓝烤蓝 涂机油涂机油 烤漆烤漆 涂凡士林涂凡士林 镀锌镀锌 镀铬镀铬 你知道自行车的金属部件采用了什么样的防护措施吗你知道自行车的金属部件采用了什么样的防护措施吗? ? 方法方法防腐效果防腐效果价格价格 镀塑镀塑差差便宜便宜 涂油漆涂油漆 一般一般便宜便宜 镀锡镀锡 好好中等中等 镀铬镀铬好好昂贵昂贵 镀锌镀锌很好很好中等中等 使用不锈使用不锈 钢钢 很好很好昂贵昂贵 金属常用防腐蚀方法的比较金属常用防腐

10、蚀方法的比较 四、四、金属的防护金属的防护 改变金属的内部结构改变金属的内部结构 在金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖保护层 电化学防护电化学防护 五、五、金属的电化学防护金属的电化学防护 e e 阴阴 极极 五、五、金属的电化学防护金属的电化学防护 e e 你还知道哪些防止金属腐蚀你还知道哪些防止金属腐蚀 的方法？请举例说明。的方法？请举例说明。 用牺牲镁块的方法来防止用牺牲镁块的方法来防止 地下钢铁管道的腐蚀，镁地下钢铁管道的腐蚀，镁 块必须定期更换块必须定期更换 制成不锈钢，在金属表面镀一层制成不锈钢，在金属表面镀一层 比要保护的金属耐腐蚀的金属。比要保护的金属耐腐蚀的金属。 用牺牲锌块的

11、方法来用牺牲锌块的方法来 保护船身，锌块必须保护船身，锌块必须 定期更换定期更换 锌块锌块 外加电流的阴极保护法外加电流的阴极保护法 将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极， 使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴阴 极极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属 设备的腐蚀。设备的腐蚀。 五、五、金属的电化学防护金属的电化学防护 课堂小结课堂小结 一一.金属的腐蚀金属的腐蚀 1.定义定义 2.本质本质 3.分类分类 化学腐蚀化学腐蚀 电

12、化学腐蚀电化学腐蚀 钢铁的析氢腐蚀钢铁的析氢腐蚀(次要次要) 钢铁的吸氧腐蚀钢铁的吸氧腐蚀(主要主要) 二二.金属的防护金属的防护 1.电化学保护法电化学保护法 2.改善金属的内部组织结构改善金属的内部组织结构(内因内因) 3.在金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖保护层 1、下列各情况，在其中、下列各情况，在其中Fe片腐蚀由片腐蚀由 快快到到慢慢的顺序是的顺序是 规律规律 在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢：在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢： 电解原理引起的腐蚀原电池原理引起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的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀 防腐措施由好到坏的顺序如

13、下：防腐措施由好到坏的顺序如下： 外接电源的阴极保护法牺牲阳极的外接电源的阴极保护法牺牲阳极的 阴极保护法有一般防腐条件保护无阴极保护法有一般防腐条件保护无 防腐条件防腐条件 2、下列事实不能用电化学理论解释的是、下列事实不能用电化学理论解释的是 A轮船水线以下的船壳上装一定数量的轮船水线以下的船壳上装一定数量的 锌块锌块 B铝片不用特殊方法保护铝片不用特殊方法保护 C纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量硫酸纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量硫酸 铜溶液后速率加快铜溶液后速率加快 D镀锌铁比镀锡铁耐用镀锌铁比镀锡铁耐用 3、家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现、家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现 红棕色的锈斑，在

14、此变化过程中不发生的红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的 化学反应是化学反应是 A.4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3 B.2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2 C.2H2OO24e =4OH D.Fe3e =Fe3 4、铁棒与石墨棒用导线连接后浸入、铁棒与石墨棒用导线连接后浸入0.01 molL 1的食盐溶液中，可能出现的现象是 的食盐溶液中，可能出现的现象是 A.铁棒附近产生铁棒附近产生OH B.铁棒被腐蚀铁棒被腐蚀 C.石墨棒上放出石墨棒上放出Cl2 D.石墨棒上放出石墨棒上放出O2 5、表面镀有保护金属层的铁片，当镀层有、表面镀有保护金属层的铁片，当镀层有 破损时比普通铁片

15、更破损时比普通铁片更易腐蚀易腐蚀的是的是 A白铁（镀锌铁）白铁（镀锌铁） B马口铁（镀锡铁）马口铁（镀锡铁） C镀镍铁镀镍铁 D镀铜铁镀铜铁 方法方法防腐效果防腐效果价格价格 镀塑镀塑差差便宜便宜 涂油漆涂油漆 一般一般便宜便宜 镀锡镀锡 好好中等中等 镀铬镀铬好好昂贵昂贵 镀锌镀锌很好很好中等中等 使用不锈使用不锈 钢钢 很好很好昂贵昂贵 金属常用防腐蚀方法的比较金属常用防腐蚀方法的比较 1解释下列现象：解释下列现象： (1)马口铁马口铁(镀镀Sn铁皮铁皮)做的罐头，打开后做的罐头，打开后 为什么极易生锈为什么极易生锈? (2) 轮船船壳的水线以下部分，为什么轮船船壳的水线以下部分，为什么

16、要装上一定数量要装上一定数量Zn块块? (3)烧过菜的铁锅未及时洗净烧过菜的铁锅未及时洗净(残液残液NaCl)， 第二天便出现红褐色锈斑。第二天便出现红褐色锈斑。 C c c 2.下列制氢气的反应速率最快的是下列制氢气的反应速率最快的是( ) A. 纯锌和纯锌和1mol/L 硫酸硫酸 B. 纯锌和纯锌和18 mol/L 硫酸硫酸 C. 粗锌和粗锌和1mol/L 硫酸硫酸 D. 粗锌和粗锌和18mol/L 硫酸硫酸 3.下列叙述中可说明金属甲比乙活泼性强的是下列叙述中可说明金属甲比乙活泼性强的是( ) A. 甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶 解，甲上有

17、解，甲上有H2气放出气放出； B. 在氧化在氧化还原反应中，甲比乙失去的电子多还原反应中，甲比乙失去的电子多 C. 将甲乙作电极组成原电池时甲是负极将甲乙作电极组成原电池时甲是负极 D. 同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强 4、下列各情况，在其中下列各情况，在其中Fe片腐蚀由片腐蚀由快快 到到慢慢的顺序的顺序_( 5 ) ( 2 ) ( 1 ) ( 3 ) ( 4 ) 5、下列装置中四块相同的下列装置中四块相同的Zn片，放置一片，放置一 段时间后腐蚀速率由段时间后腐蚀速率由慢慢到到快快的顺序是的顺序是 _ ( 4 ) ( 2 ) ( 1 ) ( 3 ) 6、分析右

18、图，按要求写出有关反应方分析右图，按要求写出有关反应方 程式：程式： （1）铁棒上的电极反应式为：）铁棒上的电极反应式为： _ （2）碳棒上的电极反应式为：）碳棒上的电极反应式为： _ （3）溶液中发生反应的化学方程式：）溶液中发生反应的化学方程式： _ _ 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 O2+2H2O+4e-4OH- 2Fe4e-2Fe2+ 7、盐酸与锌片反应时，若加入可溶性醋、盐酸与锌片反应时，若加入可溶性醋 酸铜晶体酸铜晶体(CH3COO)2Cu，将产生两种，将产生两种 影响生成速率的因素影响生成速率的因素. 其一是：其

19、一是： _ _ _ _ _,_ _ _, 其二是：其二是： _ _ _ _ _。 H+与与CH3COO 结合生成醋酸，使 结合生成醋酸，使 H+浓度减小，从而浓度减小，从而减慢减慢了反应速率了反应速率 Zn置换出置换出Cu形成了原电池，从而形成了原电池，从而 加快加快了反应速率了反应速率 课堂练习课堂练习： 一一. .选择题（每小题有选择题（每小题有12个正答案确）个正答案确） 1.下列叙述正确的是下列叙述正确的是（ ） A、构成原电池正极和负极的材料必须、构成原电池正极和负极的材料必须 是两种金属是两种金属 B、由、由Cu、Zn作电极与作电极与CuSO4溶液组成溶液组成 的原电池中的原电池中

20、Cu是负极。是负极。 C、马口铁（镀锡铁）破损时与电解质、马口铁（镀锡铁）破损时与电解质 溶液接触，锡先被腐蚀。溶液接触，锡先被腐蚀。 D、铜锌原电池工作时，若有、铜锌原电池工作时，若有13g锌被溶锌被溶 解，电路中就有解，电路中就有0.4mol电子通过电子通过 D 2.钢铁锈蚀过程中可能发生的变化是钢铁锈蚀过程中可能发生的变化是( ) Fe由单质转化为由单质转化为+2价；价； Fe由由+2价转化为价转化为+3价；价； 产生氢气；产生氢气；产生氧气；产生氧气； 杂质杂质C被氧化除去；被氧化除去； Fe（OH）3失水变成失水变成Fe2O33H2O. A. B. C. 只有只有 D. 全部全部 A

21、 3.为保护地下钢管不被腐蚀，可采用的方法是为保护地下钢管不被腐蚀，可采用的方法是( ) A、与直流电源负极相连接、与直流电源负极相连接 B、与直流电源的正极相连接、与直流电源的正极相连接 C、与铜板相连接、与铜板相连接 D、与锌板相连接、与锌板相连接 4.下列说法正确的是下列说法正确的是 （ ） A钢铁因含杂质而容易发生电化腐蚀，所以钢铁因含杂质而容易发生电化腐蚀，所以 合金都不耐腐蚀合金都不耐腐蚀 B原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因， 故不能用来减缓金属的腐蚀故不能用来减缓金属的腐蚀 C钢铁电化腐蚀的两种类型主要区别在于水钢铁电化腐蚀的两种类型主要区别

22、在于水 膜的膜的pH不同，引起的正极反应不同不同，引起的正极反应不同D无论哪无论哪 种类型的腐蚀，其实质都是金属被氧化种类型的腐蚀，其实质都是金属被氧化 AD CD 5. 铜制品上的铝质铆钉，在潮湿空气中易腐铜制品上的铝质铆钉，在潮湿空气中易腐 蚀的原因可描述为蚀的原因可描述为( ) A. 形成原电池铝作负极形成原电池铝作负极 B. 形成原电池时铜作负极形成原电池时铜作负极 C. 形成原电池时，电流由铝经导线流向铜形成原电池时，电流由铝经导线流向铜 D. 铝质铆钉发生了化学腐蚀铝质铆钉发生了化学腐蚀 6. 以下现象与电化腐蚀无关的是以下现象与电化腐蚀无关的是( ) A. 黄铜黄铜(铜锌合金铜锌

23、合金)制作的铜锣不易产生铜锈制作的铜锣不易产生铜锈 B. 生铁比软铁芯生铁比软铁芯(几乎是纯铁几乎是纯铁)容易生锈容易生锈 C. 铁质器件附有铜质配件，在接触处易生锈铁质器件附有铜质配件，在接触处易生锈 D. 银质奖牌久置后表面变暗银质奖牌久置后表面变暗 A D 7钢铁表面镀有下列金属时，当镀层部分被钢铁表面镀有下列金属时，当镀层部分被 破坏时，铁不易被腐蚀的是破坏时，铁不易被腐蚀的是( ) ASn BZn CCu DAg 8. 如图各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀如图各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀 由快到慢的顺序为由快到慢的顺序为( ) A. B. C. D. B C 9.下列事实不能用电

24、化学理论解释的是（下列事实不能用电化学理论解释的是（ ） A. 轮船水线以下的船壳上镶嵌有一定量的轮船水线以下的船壳上镶嵌有一定量的 锌块锌块 B镀锌的铁制品比镀锡的铁制品耐用镀锌的铁制品比镀锡的铁制品耐用 C. 铝片不用特殊方法保存铝片不用特殊方法保存 D常温下铝跟稀硫酸快速反应，跟浓硫酸常温下铝跟稀硫酸快速反应，跟浓硫酸 几几 乎不反应乎不反应 10、下列叙述中不正确的是、下列叙述中不正确的是（ ） A、金属的电化腐蚀比化学腐蚀普遍、金属的电化腐蚀比化学腐蚀普遍 B、钢铁在干燥空气里不易腐蚀、钢铁在干燥空气里不易腐蚀 C、用铝质铆钉铆接铁板，铁板易被腐蚀、用铝质铆钉铆接铁板，铁板易被腐蚀

25、D、原电池中电子由正极流入负极、原电池中电子由正极流入负极 CD CD 11、下列叙述正确的是、下列叙述正确的是（ ） A、原电池中阳离子向负极移动、原电池中阳离子向负极移动 B、原电池的负极发生氧化反应、原电池的负极发生氧化反应 C、马口铁（镀锡）的表面一旦破损，铁腐、马口铁（镀锡）的表面一旦破损，铁腐 蚀加快蚀加快 D、白铁（镀锌）的表面一旦破损，铁腐蚀、白铁（镀锌）的表面一旦破损，铁腐蚀 加快加快 12.自来水管与下列材料做成的水龙头连接，自来水管与下列材料做成的水龙头连接， 锈蚀最快的铁水管连接的是锈蚀最快的铁水管连接的是 （ ） A、铜水龙头、铜水龙头 B、铁水龙头、铁水龙头 C、塑

26、料水龙头、塑料水龙头 D、陶瓷水龙头、陶瓷水龙头 BC A 二、填空题二、填空题 1、在经常受酸雨危害的地区，金属制、在经常受酸雨危害的地区，金属制 品易受腐蚀。其中铁制品主要发生品易受腐蚀。其中铁制品主要发生_ 腐蚀，负极反应式为腐蚀，负极反应式为 _；铜制品发；铜制品发 生生_腐蚀，正极反应式是腐蚀，正极反应式是 _。 析氢析氢 Fe - 2e- = Fe2+ 吸氧吸氧 O2+4H+4e-= 2H2O 2、烧过菜的铁锅未及时洗去含有、烧过菜的铁锅未及时洗去含有NaCl的的 残液，过一段时间便出现红棕色的铁锈斑残液，过一段时间便出现红棕色的铁锈斑 点，已知该锈斑为点，已知该锈斑为Fe(OH)

27、3失水的产物。失水的产物。 表示表示Fe(OH)3生成的电极反应式、离子方生成的电极反应式、离子方 程式和化学方程式分别为；程式和化学方程式分别为； （1）负极）负极 ， 正极正极 ； （2） ； （3） 。 2Fe - 4e- = 2Fe2+ O2+2H2O+4e-=4OH- 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 3、在含有、在含有H2S气体的空气中，银器表面易气体的空气中，银器表面易 变黑（生成了变黑（生成了Ag2S），原因是银发生了），原因是银发生了 _（填（填“析氢析氢”或或“吸氧吸氧”）腐蚀，）腐蚀， 其电极反应式为：正其电

28、极反应式为：正 极极 ， 负极负极 ， 最终在银器表面生成最终在银器表面生成Ag2S的离子方程式的离子方程式 是：是： 。 吸氧吸氧 O2+2H2O+4e- = 4OH- Ag-e- = Ag+ 2Ag+H2S=Ag2S+2H+ 为了除去银器表面的为了除去银器表面的Ag2S，可采用如下方，可采用如下方 法：在一个铝制的容器中放入食盐溶液，将银法：在一个铝制的容器中放入食盐溶液，将银 器浸入食盐溶液，使银器与铝接触良好。过一器浸入食盐溶液，使银器与铝接触良好。过一 段时间，银器表面变为银白色，并闻到臭鸡蛋段时间，银器表面变为银白色，并闻到臭鸡蛋 的气味，观察到有少量白色絮状沉淀生成。请的气味，观察到有少量白色絮状沉淀生成。请 用电极反应式和离子方程式表示上述过程。用电极反应式