4.3金属的腐蚀与防护（讲义）（原卷版）

第三节金属的电化学腐蚀与防护【学习目标】1、认识金属腐蚀的危害，并能解释金属发生电化学腐蚀的原因2、能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式3、熟知金属防护方法，特别是理解电化学防护的方法一、金属的腐蚀1．金属腐蚀(1)概念：金属与周围接触到的发生反应而引起损耗的现象。(2)根据与金属接触的不同，金属腐蚀可分为两类：①化学腐蚀：金属与接触到的气体(如O2、Cl2、SO2等)或液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而加快。②电化学腐蚀：的金属跟溶液接触时，会发生反应，比较的金属电子而被氧化。日常生活中，比较普遍和危害较大的，是金属的电化学腐蚀。2．钢铁的电化学腐蚀钢铁的锈蚀，是电化学腐蚀最典型的例子。根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性及O2浓度的不同，钢铁的电化学腐蚀分为和。(1)钢铁的析氢腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时（因溶解来自大气中的CO2、SO2等气体），腐蚀过程中有H2放出。Fe是负极，C是正极。发生的电极反应式及总反应式为负极：正极：总反应：(2)钢铁的吸氧腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液呈或并溶有O2时，因为O2比H+更容易得到电子，将会发生吸氧腐蚀。电极反应式及总反应式为负极：；正极：；总反应：。生成的Fe(OH)2继续被O2氧化为Fe(OH)3,其方程式为，Fe(OH)3脱去部分水，最终生成，是铁锈的主要成分。特别提示：铁无论作原电池的负极，还是电解质的阳极，在反应时，都是失去个特别提示：铁无论作原电池的负极，还是电解质的阳极，在反应时，都是失去个e。_Fe2＋【课堂练习1】1、判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”(1)所有金属纯度越大，越不易被腐蚀()(2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样()(3)干燥环境下金属不被腐蚀()(4)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物()(5)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋()2、下列有关金属腐蚀的说法中正确的是()A．金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程B．电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程C．钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈D．金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化学腐蚀伴有电流产生3、如图所示的钢铁腐蚀中，下列说法正确的是()A．碳表面发生氧化反应B．钢铁被腐蚀的最终产物为FeOC．生活中钢铁制品的腐蚀以图②所示为主D．图②中，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－4、如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为()A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥二、金属的防护方法既然金属腐蚀的主要原因是与金属与周围的物质发生了氧化还原反应所引起的，那么金属的防护就必须从金属和周围的物质两方面来考虑。1、改变金属的内部结构改变金属的内部结构，使金属性质改变，增强其本身的抗腐蚀能力，成为耐腐蚀金属；例如，把铬（Cr）、镍（Ni）、等加入普通钢制成不锈钢。2、在金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖保护层,使金属与化学物质，例如，①在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。②用电镀的方法，在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。③工业上常利用一些溶液的氧化作用，在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜。3、电化学保护法金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池的被氧化，作为的金属则不被腐蚀，如果能让被保护的金属作为原电池的或电解池的，则该金属就不会被腐蚀，因此，电化学保护法可分为“牺牲阳极的阴极保护法”和“外加电流的阴极保护法”。（1）牺牲阳极法这种方法通常是指在被保护的钢铁设备上（如锅炉内壁，船舶外壳）装上若干镁合金或锌块。镁、锌比铁活泼，他们就成为了原电池的（阳极），不断遭受腐蚀，定期予以更换，而作为（阴极）的钢铁设备就被保护起来了。（2）外加电流法这种方法通常是指把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者均存放于电解质溶液里，接外加直流电源。通电后，电子被强制流向被保护的设备，使钢铁表面腐蚀电流降至为零或接近于零，从而起到保护作用。如右图.两种电化学保护法可以利用实验验证，如图456所示。连接装置后，一段时间可以观察到：甲是模拟“牺牲阳极的阴极保护法”的装置，可以观察到Fe电极表面有气泡，Zn电极不断溶解，用胶头滴管从Fe电极附近取出少量溶液于试管中，加入几滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，没有明显现象。其电极反应为：负极Zn2e===Zn2＋，正极2H+＋2e===H2↑。乙是模拟“外加电流的阴极保护法”的装置，可以观察到两个电极附近都有气泡冒出，用胶头滴管从Fe电极附近取出少量溶液于试管中，加入几滴黄色的K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，没有明显现象。其电极反应为：阳极2Cl－2e===Cl2↑，阴极2H+＋2e===H2↑。两个实验中，加入几滴黄色的K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液,是鉴定Fe2+的灵敏试剂，如果装置中发生了Fe电极的腐蚀生成Fe2+,则会生成蓝色的铁氰化亚铁钾沉淀，其离子方程式为：K++Fe2++[Fe（CN）6]===KFe[Fe（CN）6]↓。小结：金属的电化学防护方法类型方法原理实例牺牲阳极的阴极保护法在被保护的设备上装上比它活泼的金属被保护的金属作原电池的正极船舶的外壳上装锌块外加电流的阴极保护法将被保护的设备与惰性电极置于电解质溶液里，接上外接电源被保护的金属作电解池的阴极保护海水中的钢闸门总结：1、金属腐蚀与防护2.判断金属腐蚀的快慢(1)电解原理引起的腐蚀(阳极)>原电池原理引起的腐蚀(负极)>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀(阴极或正极)。(2)原电池中的负极金属比正极金属腐蚀的快。(3)同种金属，在强电解质溶液中比在弱电解质溶液中腐蚀得快。【课堂练习2】1、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．在排放海水的钢铁闸门上用导线连接一块石墨，一同浸入海水中C．在海轮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正极2、下列关于如图所示的实验装置的判断中错误的是()A．若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀B．若X为锌棒，开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀C．若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法D．若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H＋＋2e－=H2↑3、关于钢铁腐蚀与防护的说法不正确的是()A．钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的负极反应式均为Fe－2e－=Fe2＋B．钢铁发生吸氧腐蚀时，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．地下钢管连接镁块是采用牺牲阳极的阴极保护法D．用外加电流的阴极保护法防止钢铁腐蚀时，钢铁接电源的正极4、下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是()A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀C．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－=Fe3＋【课后作业】1．我国某大城市今年夏季多次降下酸雨。据环保部门测定，该城市整个夏季酸雨的平均为3.2。在这种环境中的铁制品极易被腐蚀。对此条件下铁的腐蚀的叙述错误的是A．此腐蚀过程有化学腐蚀也有电化学腐蚀B．发生电化学腐蚀时的正极反应为C．在化学腐蚀过程中有氢气产生D．发生电化学腐蚀时的负极反应为2．利用如图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，将装置密封放置一段时间。下列说法不正确的是A．a处生铁发生吸氧腐蚀，b处生铁发生析氢腐蚀B．一段时间后，a处液面高于b处液面C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小D．a、b两处具有相同的负极反应式：3．下列说法错误的是A．原电池中，负极一定是活动性较强的金属B．其他条件相同时，粗锌与硫酸反应比纯锌与硫酸反应速率快C．在镀件上电镀锌，用锌作阳极D．为延长锅炉的使用寿命，常在其内壁焊上锌片4．化学小组研究金属的电化学腐蚀，实验如下：序号实验I实验Ⅱ实验现象铁钉周边出现蓝色铜片周边略显红色铁钉周边出现_______色锌片周边未见明显变化下列说法不正确的是A．实验I中正极的电极反应式：O2+2H2O+4e=4OHB．实验Ⅱ中铁钉周边出现红色C．实验Ⅱ中负极的电极反应式：Fe2e=Fe2+D．对比实验I、Ⅱ可知，生活中镀锌铁板比镀铜铁板在镀层破损后更耐腐蚀5．将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是A．铁被氧化的电极反应式为Fe3e=Fe3+B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀D．以Na2SO4溶液代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀6．如下装置烧杯中均为稀硫酸，Fe的腐蚀速率由快到慢的是A．①②③④⑤B．②①③⑤④C．③①②⑤④D．③②⑤①④7.下列对如图所示的实验装置的判断中错误的是

A．若X为碳棒，开关K置于A处，可减缓铁的腐蚀B．若X为锌棒，开关K置于A或B处，均可减缓铁的腐蚀C．若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法D．若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H＋＋2e－=H2↑8．“外加电流法”和“牺牲阳极法”均可有效防止铁发生电化学腐蚀。下列说法错误的是A．两种保护法中都要采用辅助电极 B．利用“外加电流法”时，铁连接电源负极C．“牺牲阳极法”利用了电解池原理 D．钢铁在潮湿空气中生锈发生了电化学腐蚀9.支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是()通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整10．电池是日常生活中最常见的一种提供电能的装置，研究各种新型电池成为新能源研究的一种方向。(1)如图是一种甲烷燃料电池的装置。①铂电极a是(填“正极”“负极”“阳极”或“阴极”)，发生(填“氧化”或“还原”)反应。②电子从(填“a”或“b”)电极流出，该电极的电极反应式是。③盐桥中的K+向(填“稀硫酸”或“稀氢氧化钾”)溶液移动。(2)白铁是日常生活中常见的一种金属材料，俗称“锌包钢”，一旦划破后就会发生电化学反应，此时负极材料是，在潮湿的碱性或中性环境中，铁电极上发生反应