第4节　金属的腐蚀与防护

7/7第4节金属的腐蚀与防护学习目标1.了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害，了解防止金属腐蚀的措施。2.能利用电化学原理解释金属腐蚀现象，选择并设计防腐措施。知识点一金属电化学腐蚀的原理1.金属腐蚀的概念和分类2.化学腐蚀和电化学腐蚀金属腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀概念金属与接触到的物质反应引起的腐蚀由于形成原电池而使金属发生的腐蚀现象金属被腐蚀金属被腐蚀区别无电流产生有电流产生实质与联系（1）实质：都是金属原子被氧化而损耗；（2）联系：化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但更普遍【探究活动】某同学设计了下面2个实验：【实验1】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，观察导管中水柱和铁钉的变化，如图1所示。【实验2】向100mL烧杯中加入约50mL稀醋酸后，插入两个玻璃筒（无底）；将一个无锈铁钉和一个碳棒分别用导线与电流计连接后，再分别插入两个玻璃筒中，如图2所示。交流讨论1.图1实验导管中的水面上升，铁钉表面生锈。产生这种现象的原因是什么？2.图2实验碳棒表面有气泡产生。产生这种现象的原因是什么？【归纳总结】钢铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的比较区别与联系吸氧腐蚀析氢腐蚀相同点腐蚀的实质金属作原电池负极，失去电子被氧化负极电极反应Fe－2e－Fe2不同点条件水膜呈很弱的酸性、中性或碱性水膜酸性较强正极电极反应O2＋2H2O＋4e－4OH2H＋＋2e－H2总反应2Fe＋O2＋2H2O2Fe（OH）Fe＋2H＋Fe2＋H2↑其他反应Fe2＋＋2OH－Fe（OH）24Fe（OH）2＋2H2O＋O24Fe（OH）3Fe（OH）3失去部分水转化为铁锈名师点拨（1）析氢腐蚀和吸氧腐蚀的发生条件取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况中以吸氧腐蚀为主。（2）钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极均是Fe失去电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。（3）一般情况下，只有在金属活动性顺序中处于氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀。1.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2.金属腐蚀的电化学原理可用如图模拟：（1）写出有关电极反应①铁棒：。②碳棒：。（2）该图所表示的是（填“析氢”或“吸氧”）腐蚀。（3）若将O2撤走，并将NaCl溶液改为稀硫酸溶液，则此图可表示（填“析氢”或“吸氧”）腐蚀原理。知识点二金属腐蚀的防护1.加保护层（1）涂油漆等，将金属与外界环境隔离开。（2）电镀：一般电镀上一层比被保护金属更活泼的金属。2.电化学防护电化学防护牺牲阳极保护法阴极电保护法原理原理原理措施被保护的金属作极（极），用一种活泼性较强的金属作极（极）被保护的金属作极，惰性电极作辅助极，连上电源应用如锅炉内壁、船舶外壳、铁塔、铁管道装上若干锌块，可保护钢铁设备如钢闸门、输送酸性溶液的铁管道等示意图3.其他方法可运用电化学方法将被保护金属与外加直流电源的极相连使其成为阳极，并使电压维持在可使该金属发生作用的范围内，防止其发生腐蚀。【探究活动】大坝中的钢闸门因为长时间浸泡在水中，必须进行金属腐蚀的防护，一般采用图甲、图乙所示的两种方法。交流讨论1.你能给出防护方法的具体名称吗？2.在两种方法中钢闸门分别作什么电极？3.在两种方法中，钢闸门哪个保护的更好？【归纳总结】1.金属腐蚀的防护措施注：牺牲阳极保护法无需外加电源，但需要定期更换被腐蚀的金属；阴极电保护法，不更换金属，但消耗电能。2.金属腐蚀快慢的判断方法（1）对同一电解质溶液来说，腐蚀由快到慢：电解池原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀。（2）对同一金属来说，腐蚀由快到慢：强电解质溶液中＞弱电解质溶液中＞非电解质溶液中（浓度相同）。（3）活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，二者形成原电池时，较活泼的金属腐蚀越快。（4）对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。1.下列各种情况中，Fe片腐蚀速率由慢到快的顺序是（）A.⑤②①③④ B.⑤①②④③C.④②①③⑤ D.④③①②⑤2.下列关于金属的腐蚀与防护说法错误的是（）A.图①中在轮船外壳上镶嵌锌块，可减缓船体的腐蚀速率B.图②中M可以用锌片代替C.图③中运动器材表面涂环氧树脂涂层可减缓金属腐蚀D.图④的海水中钢闸门发生吸氧腐蚀，正极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－2H2知识点三电化学腐蚀原理的应用1.铁腐蚀原理的应用（1）消耗空气中的氧气——测定的含量。（2）消耗空气中的氧气和水——食品包装袋中以为主要成分的双吸剂，延长食物的保质期。（3）腐蚀过程放热——制成。2.保暖贴原理：铁与氧气的反应是反应，当空气中的氧气进入后，活性炭成为正极材料，食盐溶入水成为离子导体，氧气与铁粉通过无数个微小的原电池快速反应放出热量。3.微电解技术处理工业废水【探究活动】根据某品牌保暖贴的产品说明书探究其发热原理。品名：一次性保暖贴主要成分：铁粉、水、食盐、活性炭、蛭石、吸水性树脂产品性能：平均温度为55℃，最高温度为63℃，发热时间在12小时以上使用说明：使用时将外包装袋撕开，取出内袋，将保护衬纸揭下，贴在需要取暖或热敷部位的内衣外侧；使用完后，从衣服上撕下即可[严禁直接接触皮肤]【实验1】取A、B两袋保暖贴，A袋打开外袋取出内袋；B袋不打开外袋。放置在同样的环境中。实验现象：A袋保暖贴温度很快上升；B袋温度没有明显变化。【实验2】一天后，从上述A、B两袋中各取少量袋内物质于两支试管中，分别加入适量稀盐酸。实验现象：A袋内物质部分溶解，溶液呈黄色（已知：铁锈和稀盐酸反应后溶液变黄色）；B袋内物质部分溶解，产生无色气体，溶液变成浅绿色。交流讨论1.保暖贴在发热过程中，其主要成分分别起什么作用？2.为什么保暖贴能较持久而又稳定地提供热量？【归纳总结】保暖贴的发热原理1.利用原电池反应加快氧化反应速率，将化学能转化为热能。负极反应：Fe－2e－Fe2＋；正极反应：O2＋2H2O＋4e－4OH－；总反应：2Fe＋O2＋2H2O2Fe（OH）2，4Fe（OH）2＋O2＋2H2O4Fe（OH）3，2Fe（OH）3Fe2O3·nH2O＋（3－n）H2O，最终生成铁锈（主要成分为Fe2O3·2.使用蛭石作保温材料。通过透气膜的透氧速率控制放热的温度和时间。1.下列是冬季使用的某一“暖宝宝”贴的标签。以下叙述错误的是（）品名：一次性使用取暖片成分：铁粉、活性炭、水、木粉、食盐等用法：使用之前将其真空包装外袋撕开。取出内袋，轻轻揉搓，贴在内衣外层。注意事项：1.避免真空塑料包装袋破坏，造成产品失效。2.可持续10小时均匀放热。A.暖宝宝发热的原理主要是利用铁生锈放热B.铁生锈后反应产物的主要成分是四氧化三铁C.暖宝宝需接触空气才会发热D.食盐能加快热敷袋中铁生锈的速率2.利用物质由高浓度向低浓度自发扩散的能量可制成浓差电池。在海水中的不锈钢制品，缝隙处氧浓度比海水中低，易形成浓差电池而发生缝隙腐蚀。缝隙处腐蚀机理如图所示。下列说法不正确的是（）A.金属缝隙内表面为负极，外表面为正极B.缝隙内溶液pH增大，加快了缝隙内腐蚀速率C.为了维持电中性，海水中大量Cl－进入缝隙D.正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－4OH1.金属腐蚀对国家经济造成的损失非常严重，我国科学家在世界最长跨海大桥——港珠澳跨海大桥防腐上采用“高性能涂层＋阴极保护”联合防护思想，使得港珠澳跨海大桥预期耐久性可以达到120年，下列说法错误的是（）A.海水中钢管发生的主要是电化学腐蚀，燃气灶中心部位的铁发生的主要是化学腐蚀B.采用涂层将海泥与钢管本身隔绝开来可以极大避免腐蚀的发生C.将钢闸门连接到直流电源的负极加以保护是应用了牺牲阳极保护法D.白铁（镀锌铁）比马口铁（镀锡铁）更耐腐蚀2.（2024·福建厦门高二期末）下列有关电化学腐蚀原理的应用说法错误的是（）A.利用铁腐蚀快速测定空气中氧气含量B.利用牺牲阳极保护法在潜艇外壳上镶嵌铜块C.以铁作为阴极在铁表面镀铜D.采用阴极电保护法防止铁管道腐蚀3.将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法正确的是（）A.阴极的电极反应为Fe－2e－Fe2B.金属M的活泼性比Fe的活泼性弱C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快4.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：Fe－2e－Fe25.如图所示，水槽中的试管内有一枚铁钉，放置数天观察现象。（1）铁钉逐渐生锈，铁钉的腐蚀属于腐蚀（填“化学”或“电化学”）。（2）若试管内液面上升，则原溶液呈，发生腐蚀（填“析氢”或“吸氧”），电极反应：负极为，正极为。（3）若试管内液面下降，则原溶液呈，发生腐蚀（填“析氢”或“吸氧”），电极反应：负极为，正极为。（4）若水槽中液体甲为水，液体乙为海水，则铁钉在（填“甲”或“乙”）溶液中腐蚀的速率快。第4节金属的腐蚀与防护知识点一1.氧化还原氧化吸氧析氢2.直接较活泼微弱失去电子电化学腐蚀探究活动1.提示：钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀。电极反应，负极：2Fe－4e－2Fe2＋，正极：2H2O＋O2＋4e－4OH－，由于盛铁钉的具支试管中不断消耗O2而使具支试管中压强减小2.提示：发生了析氢腐蚀，负极：Fe－2e－Fe2＋，正极：2H＋＋2e－H2对点训练1.D金属腐蚀的本质，主要是金属原子失去电子被氧化，腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，外因是金属与空气、水或其他腐蚀性的物质接触，腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀，A错误；电化学腐蚀指不纯金属与电解质溶液接触时形成原电池而损耗的过程，不需要外加电流，B错误；钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，正极吸收氧气，C错误。2.（1）①2Fe－4e－2Fe2②O2＋2H2O＋4e－4OH（2）吸氧（3）析氢解析：根据析氢腐蚀和吸氧腐蚀发生的条件先进行判断，再写出电极反应。知识点二2.原电池电解正阴负阳阴阳直流3.正钝化探究活动1.提示：甲为牺牲阳极保护法，乙为阴极电保护法。2.提示：甲中钢闸门作原电池的正极，乙中钢闸门作电解池的阴极。3.提示：乙。对点训练1.D根据装置图知，②③装置是原电池，在②中金属铁作负极被腐蚀，在③中金属铁作正极被保护，所以铁的腐蚀速率：②＞③；④⑤装置是电解池，④中金属铁为阴极被保护，⑤中金属铁为阳极被腐蚀，即铁的腐蚀速率：⑤＞④，根据电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐蚀措施的腐蚀，并且原电池的正极金属腐蚀速率大于电解池的阴极金属腐蚀速率，则铁腐蚀速率由慢到快的顺序为④③①②⑤。2.D图①中轮船外壳上镶嵌锌块，构成原电池，锌为负极，轮船外壳为正极被保护，可减缓船体的腐蚀速率，A正确；原电池的正极被保护，M的金属活动性要比铁强，可以用锌片代替M，B正确；图③中运动器材表面涂环氧树脂涂层，能避免金属与空气直接接触，可减缓金属腐蚀，C正确；图④为阴极电保护法，海水中钢闸门被保护，不发生吸氧腐蚀，D错误。知识点三1.（1）空气中氧气（2）铁粉（3）一次性保暖贴2.放热探究活动1.提示：活性炭作为正极材料，铁粉作为负极材料失去电子被氧化，食盐溶于水成为离子导体，空气中的氧气得到电子被还原，组成微小的原电池，发生原电池反应，放出热量。蛭石作为保温材料。2.提示：保暖贴能稳定地发生原电池反应，利用原电池加快氧化反应速率，将化学能转变为热能，使用双层包装，外层由不透气的明胶层制成，内层由微孔透气膜制成，通过透气膜的透氧速率控制反应速率，能持久稳定地提供热量。对点训练1.B铁生锈时发生缓慢氧化放出热量，暖宝宝发热的原理主要是利用铁生锈放热，将化学能转化为热能，A项正确；铁生锈后反应产物的主要成分是三氧化二铁，B项错误；铁在空气中锈蚀，实际上是铁跟空气中的氧气和水共同作用的结果，暖宝宝需接触空气才会发热，C项正确；食盐的作用是加快热敷袋中铁生锈的速率，使其更快放出热量，D项正确。2.B由题图知，氧气在金属缝隙外得电子发生还原反应生成氢氧根离子，所以金属缝隙外表面为正极，金属缝隙内表面Fe失电子，为负极，A正确；金属缝隙内表面为负极，Fe失电子生成Fe2＋，pH不增大，B错误；原电池中阴离子由正极向负极移动，大量Cl－进入缝隙维持电中性，C正确；正极上氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－4OH－，D【随堂演练】1.C海水中钢管在潮湿环境下主要是电化学腐蚀，燃气灶中心的铁生锈主要是铁和氧气在点燃条件下反应，因此主要是化学腐蚀，A项正确；涂层将海泥与钢管本身隔绝开来，避免接触发生电化学腐蚀，B项正确；将钢闸门连接到直流电源的负极得以保护，应用的是阴极电保护法，C项错误；白铁（镀锌铁）中锌为负极，铁为正极，铁受到一定的保护，马口铁（镀锡铁）中铁为负极，锡为正极，因此白铁（镀锌铁）比马口铁（镀锡铁）更耐腐蚀，D项正确。2.B利用铁的吸氧腐蚀，测定前后质量变化，可测定空气中氧气含量，A正确；利用牺牲阳极保护法在潜艇外壳上应镶嵌比铁活泼的金属，如锌，B错误；铁表面镀铜，铜作阳极，铁作阴极，含铜离子的盐溶液作电解质溶液，C正确；防止铁管道腐蚀可采用阴极电保护法，铁管道作阴极，D正确。3.C该装置中阴极发生还原反应，A项错误；金属M被氧化，即金属活泼性：M＞