【知识解析】金属的腐蚀 全国公开课一等奖

金属的腐蚀概念金属腐蚀是金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象特征金属被腐蚀后，在外形、色泽及机械性能等方面会发生变化本质金属

金属阳离子，即M－ne－===Mn＋分类根据与金属或合金接触的介质不同，金属腐蚀一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类危害金属被腐蚀后会使机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，直至报废。金属腐蚀还会使桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成坍塌，会使地下金属管道发生泄漏、轮船船体损坏等，造成经济损失金属的腐蚀教材延伸对金属腐蚀的原因应从内因和外因两个方面分析：（1）金属本身“不纯”，为形成原电池创造了“先天”条件；（2）长期将金属制品放置于潮湿或酸性较强的空气中，为金属腐蚀创造了“后天”环境。化学腐蚀与电化学腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀概念金属与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2、SO2等）直接反应而引起的腐蚀不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀条件金属或合金与氧化剂直接接触不纯金属或合金与电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生腐蚀本质金属被氧化而腐蚀较活泼的金属被氧化而腐蚀影响因素与氧化剂的氧化性及温度等有关与电解质溶液的酸碱性及金属活动性等有关化学腐蚀与电化学腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀示例铁与氯气直接反应而腐蚀，输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀钢铁制品在潮湿空气中的锈蚀联系金属腐蚀过程中电化学腐蚀和化学腐蚀往往同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀，且电化学腐蚀速率更快，危害更严重续表化学腐蚀与电化学腐蚀的比较名师提醒判断金属的腐蚀类型要从本质入手，化学腐蚀和电化学腐蚀的本质区别在于是否产生电流。腐蚀过程中有电流产生的为电化学腐蚀，否则为化学腐蚀。钢铁的电化学腐蚀①定义：在酸性环境中，由于在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫做析氢腐蚀，如图所示。根据电解质溶液的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。（1）析氢腐蚀钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的电化学腐蚀②钢铁析氢腐蚀的原理钢铁制品中的铁、少量的碳和酸性水膜构成了原电池。有关的反应如下：负极（Fe）：Fe－2e－===Fe2＋（氧化反应）正极（C）：2H＋＋2e－===H2↑（还原反应）总反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑钢铁的电化学腐蚀③析氢腐蚀的原理分析在潮湿的空气中，钢铁表面会形成一薄层水膜，若水膜里溶解有CO2、SO2、H2S等气体，使水膜里含有一定量的H＋（原因为H2O

H＋＋OH－，H2O＋CO2

H2CO3

H＋＋HCO3－等）。此时电解质溶液酸性较强，在钢铁表面构成无数微小的原电池，其中Fe和C分别作负极和正极，铁在负极失去电子发生氧化反应，H＋在正极得到电子发生还原反应；微小原电池中电子从负极流向正极。钢铁的电化学腐蚀（2）吸氧腐蚀①钢铁吸氧腐蚀的原理分析一般情况下，如果钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气，就会发生吸氧腐蚀。如图所示。钢铁的吸氧腐蚀示意图有关的反应如下：负极（Fe）：Fe－2e－===Fe2＋（氧化反应）正极（C）：2H2O＋O2＋4e－===4OH－（还原反应）总反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2钢铁的电化学腐蚀②铁锈的形成过程Fe（OH）2继续与空气中的O2作用，生成Fe（OH）3，即4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3，Fe（OH）3失去部分水生成Fe2O3·xH2O（铁锈的主要成分），即2Fe（OH）3===Fe2O3·xH2O＋（3－x）H2O。铁锈疏松地覆盖在钢铁制品表面，不能阻止钢铁继续发生腐蚀。钢铁的电化学腐蚀名师提醒电化学腐蚀中，只有在金属活动性顺序中位于氢之前的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀，吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式。钢铁的电化学腐蚀（3）教材P108·实验4－3电化学腐蚀实验铁钉的吸氧腐蚀实验锌的析氢腐蚀实验实验目的探究饱和食盐水浸泡过的铁钉的吸氧腐蚀探究滴加硫酸铜溶液后锌与稀盐酸反应的快慢实验操作及装置将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入如图所示的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化取两支试管，分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸，观察现象。然后，向其中一支试管中滴加1～2滴硫酸铜溶液，再观察现象钢铁的电化学腐蚀铁钉的吸氧腐蚀实验锌的析氢腐蚀实验实验现象导管中水柱上升，铁钉表面有铁锈生成未滴加硫酸铜溶液时，两支试管中产生气泡的速率相等；滴加硫酸铜溶液的试管内产生气泡的速率变快实验结论装置中Fe、C、饱和食盐水构成了Fe－C－饱和食盐水原电池，Fe作负极，C作正极，饱和食盐水作电解质溶液，由于NaCl溶液呈中性，发生吸氧腐蚀滴加硫酸铜溶液后，装置中Zn、Cu、稀盐酸构成了Zn－Cu－稀盐酸原电池，Zn作负极，Cu作正极，稀盐酸作电解质溶液，由于稀盐酸呈酸性，发生析氢腐蚀续表钢铁的电化学腐蚀名师提醒3．经过酸洗除锈的铁钉，必须先用清水洗净，除去表面的酸，然后用饱和食盐水浸泡一下，才可放入具支试管中。铁钉的吸氧腐蚀实验注意事项1．为使实验在短时间内更容易观察到实验现象，可以增加铁钉的数量。2．必须保证实验装置密封性良好。典例详析例1－1下列说法正确的是（）A．生产和生活中，化学腐蚀比电化学腐蚀普遍，危害更大B．大多数金属腐蚀的原因是发生氧化还原反应C．化学腐蚀的速率随着温度升高而加快D．化学腐蚀和电化学腐蚀过程中都产生电流C典例详析解析：电化学腐蚀比化学腐蚀普遍，危害更大，A项错误；所有金属腐蚀的原因均为发生氧化还原反应，B项错误；温度升高，化学反应速率增大，C项正确；化学腐蚀过程中无电流产生，电化学腐蚀过程中有微弱电流产生，D项错误。典例详析例1－2（2020陕西西安中学期末）下列与金属腐蚀有关的说法正确的是（）A．图a中，铁钉易被腐蚀B．图b中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀C．图c中，接通开关时Zn的腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大D．钢铁发生电化学腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋B典例详析解析：浓硫酸具有吸水性，铁钉处在干燥的环境中，不易被腐蚀，A项错误；高温条件下，煤气灶中的金属因被氧气氧化而腐蚀，属于化学腐蚀，B项正确；图c中，接通开关，Zn－Pt－稀盐酸构成原电池，Zn的腐蚀速率增大，但Zn上无气体放出，C项错误；钢铁发生电化学腐蚀时，负极反应是Fe－2e－===Fe2＋，D项错误。典例详析例1－3（2020上海虹口区一模）在具支试管中加入铁粉和活性炭的混合物，然后注入少量稀盐酸，立即塞上橡胶塞组成如图所示装置。下列有关说法错误的是（）A．铁一定发生析氢腐蚀B．铁可能会发生吸氧腐蚀C．若改用NaOH溶液，铁不再发生腐蚀D．若改用食盐水，一段时间后导管内液面高于导管外B典例详析解析：酸性条件下，铁发生析氢腐蚀，故A正确；当盐酸反应完，铁可能会发生吸氧腐蚀，故B正确；若改用NaOH溶液，溶液显碱性，铁发生吸氧腐蚀，故C错误；若改用食盐水，铁发生吸氧腐蚀，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，气体减少，具支试管内压强减小，所以导管内液面高于导管外，故D正确。典例详析例1－4（2020四川宜宾期中）如图表示钢铁在海水中的锈蚀过程，以下有关说法正确的是（）A．该金属腐蚀过程为析氢腐蚀B．正极为C，发生的反应为氧化反应C．在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀D．正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－D典例详析解析：钢铁中含有铁和碳，在潮湿的环境中构成原电池，铁作负极，碳作正极，从图中可以看出，空气中的O2参加反应，所以发生了吸氧腐蚀，A项错误；碳作正极，发生的反应为还原反应，B项错误；在酸性条件下，原电池的正极上发生H＋得电子的还原反应，析出H2，即在酸性条件下发生析氢腐蚀，C项错误；发生吸氧腐蚀时，O2在正极发生得电子的还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D项正确。典例详析例1－5（2020湖北武汉中学期末）将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面，一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区（a）已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环（b），如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。下列说法正确的是（）A．液滴中的Cl－由a区向b区迁移B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－B典例详析例1－5（2020湖北武汉中学期末）将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面，一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区（a）已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环（b），如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。下列说法正确的是（）C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2＋由a区向b区迁移，与b区的OH－形成Fe（OH）2，进一步氧化、脱水形成铁锈D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋B典例详析解析：本题考查金属吸氧腐蚀的原理。铁板为铁和碳的合金，滴入NaCl溶液，形成原电池。液滴边缘O2多，为正极，发生反应O2＋2H2O＋4e－