金属的腐蚀与防护教学案

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、能正确书写析及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

【探索新知】

一、金属的腐蚀

I.金属腐蚀

⑴概念：金属与周围接触到的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。

i2)根据与金属接触的气体或液体不同,金属腐蚀可分为两类：①化学腐蚀：金属与接触到

的干燥气体(如0八CL、SO?等)或非电解质液体(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：不纯的金属跟电解质溶

液接触时，会发生一原电池反应,比较活泼的金属失电子而被氧化。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02浓度的

不同，钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，如下图

⑴钢铁的析氢腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时(因

Fe2+用廨质溶液二一二々嗔：

——一oP0

溶解来自大气中的CO?、SO?等气体)，腐蚀过程中有H2放出。------二-二---w用

Fe是负极，C是正极。发生的电极反应式及总反应式为

负极：FeZ-uhe2+正极:2H-+2e===H2T

钢铁的析氢腐蚀示意图

总反应：Fe+2氏==于7++142T__________

(2)钢铁的吸氧腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液呈.弱酸性或碱性并溶有02时,因为

02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

Fe彳河丽丽港二二OH-

式为

负极：；正极：。+4e+2H2O====4OH__:

总反应：2Fc+2H2。+Q===2Fc(OH)2。生成的Fc(0H)2

钢铁的吸氧腐蚀示意图

继续被。2氧化为FdOHh其方程式为4Fe(OH)2+2H2O十。？===4Fc

(0H)3,Fe(0H)3脱去部分水，最终生成FC2O3xFLO,是铁锈的主要成分。

铁锈疏松的覆盖在钢铁表面，不但不能阻止金属内部被腐蚀，反而会吸收更多的水分加速

特别提示：铁无论作原电电的负极，还是电解质的阳极，在反应时，都是失去2个e。

飒铁的腐蚀。实际上，钢铁在空气中的锈蚀是析氢腐蚀和吸氧腐蚀综合作用的结果，但日常生

活中由于环境中酸性气体并不多，因而以吸氧腐蚀为主。

例题讲评1:卜.图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图

①该电化学腐蚀称为吸氧腐蚀

②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是巨（填字母）。

知识拓展：对海水腐蚀铁闸模型的理解

如图所示，是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情

况示意图，对于图中的A.B,C.D四个区域。发现C点附、快镌*多区域

近铁间的腐蚀最严重，但铁锈却不多，铁锈最多的是B点

这是由于海面附近与水面下溶解氧的浓度差造成的，海面二:腐域量严改区域一

附近的区域（B点）含氧量高。得甩子能力强。水面下一定深

度的区域（C氧含量低，电子能力弱，造成的结果是以B点

为原电池的正极。C点为原电池的负极，形成了“氧浓差电

池

负极（C点）Fe2e==/^2+正极（B点）:Ch+4e+2H2O==4OH

C点生成的虫很少转化为Fe（OH）2。加之该点氧气浓度小，很难被氧化为F（OH）3因此铁锈很少。

而B与BD之间的任何一点都可以构成无数个微小的原电池。且B点近海面。氧气浓度大。在此周围

最容易氧化形成F（0H）3。因此形成的铁铁最多。A点由于缺乏电解质（假设不受海浪和海与风影响）,

反而不易被胸蚀。

【课堂练习1]

1、判断正误，正确的划y”，错误的划“x”

⑴所有金属纯度越大，越不易被腐蚀（）

⑵纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样（）

⑶干燥环境下金属不被腐蚀（）

（4）AKFc、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物（）

15）钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3+（）

【答案】：（l）x（2）x（3）x（4）x（5）x

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

【答案】Do

【解析工金属腐蚀的本质，主要是金属原子失电子被氧化，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、水和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,

所以A错误；电化学腐蚀指不纯金属与电解质溶液接触时发生原电池反应而损耗的过程，不需

要外加电流，所以B错误；钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，正极吸收氧气，而不是负极吸收氧

气，所以C错误。

A.碳表面发生氧化反应B.钢铁被腐蚀的最终产物为FeO

C.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+4L+

-

2H2（）=4OH

【答案】CDo

【解析】：A项，碳作正极，应发生还原反应；B项，钢铁被腐蚀的最终产物为F.OsxILO；C

A.②①③④⑤⑥D.⑤④©①@⑥C.⑤④②①③⑥D.⑤③②®®⑥

【答案】Co

【解析】：①是Fe为负极，杂质碳为正极的原电池腐蚀，是铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢。其电极

反应式：负极Fe—2e-=Fe2+,正极2H20+02+4片=4014一。②③④均为原电池，③中Fe为

正极，被保护；②④4>Fe为负极，均被腐蚀，但Fe和Cu的金属活动性差别大于Fe和Sn的，

故Fc-Cu原电池中Fc被腐蚀的较快。⑤是Fc接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电

解腐蚀，加快了Fe的腐蚀。⑥是Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀，防

止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤乂8②,①>©>⑥。

一、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，把辂（Cr）、锲（Ni）、等加入普通钢制成不锈钢。

2、在金属表面覆盖保护层

为；K"FC2++[FC(CN)<J===KFc〔Fc(CN)JI

小结：金属的电化学防护方法

类型方法原理实仞

牺牲阳极的阴在被保护的设备上装上比被保护的金属作原电船舶的外壳

极保护法它一活泼的金属池的正极上装锌块

籽被保护的设备与惰性

外加电流的阴被保护的金属作电解保护海水中

电极置于电解质溶液里，

极保护法池的阴极的钢闸门

接上外接电源

总结：1、金属腐蚀与防护

「化学腐蚀

分次析氢阀蚀

K电化学府蚀

吸氮阳馔

金的腐V

M却府生阳极的阴极保护法

蚀和防犷、电化学防护法

夕卜加也流的阴极保护法

防护＜

H接隔肉严防护衣”

、改变物质的内部结构

2.判断金属腐蚀的快慢

⑴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）。

⑵原电池中的负极金属比正极金属腐蚀的快。

⑶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

【答案】Co

【解析】：A、B中形成的原电池都是铁作负极，加速钢铁腐蚀；D中铸铁管作阳极，加速腐蚀;

C中锌比铁活泼，铁作正极。

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一==H2T

【答案】D

【解析】：若X为碳棒，开关K置于A处，Fe作电解池的阴极，属外加电流的阴极保护法，A

项正确；若X为碳棒，开关K置于B处，Fe作原电池的负极，电极反应为Fe—2L=Fe2+,D

项不正确；若X为锌棒，K置于A处，Fe作电解池的阴极，属外加电流的阴极保护法，K置于

B处时，Fe作原电池的正极，属牺牲阳极的阴极保护法，B项和C项均正确。

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-=Fe21

B.钢铁发生吸氧腐蚀时，正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH一

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

【答案】Do

【解析工钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀都是铁失去电子作负极，电极反应式为Fe—2b=Fe2+,

钢铁发生吸氧腐蚀时Oz+2H2O+4e==40H,A、B正确；地下钢管连接镁块，镁比铁活泼，

作负极，铁作正极得到保护，C正确；用外加电流的阴极保护法防止钢铁腐蚀时，钢铁连接电

源的负极，D错误。

4、下列有关钢铁腐蚀与防拧的说法正确的是（）

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—3b=Fe3-

【答案】Bo

【解析工铁易失去电子，故钢管与电源正极相连时，更易使铁失去电子，故A项错误；铁遇冷

浓硝酸时表面能形成一层致密的氧化物薄膜，故B项正确；铁比铜活泼，当铁、铜相接触时构

成原电池，铁作负极，被腐蚀，故C项错误；钢铁发生析氢腐蚀时，负极发生反应：Fe-2e=Fe2

+,故D项错误。

【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pH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续也有电化学腐蚀

B.发生电化学腐蚀时的正极反应为2HQ+O2+4e-=4OH-

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Fe-2e-=Fe2+

【答案】B

【详解】A.铁制品通常不纯，铁遇酸性环境会被氢离子腐蚀，同时会形成原电池发生电化学腐

蚀，A正确:

B.由于是酸性环境，故正极的反应为4H++O2+4e-=2H2O,B错误：

C.化学腐蚀过程中，铁与氢离子反应生成氢气，C正确；

D.电化学腐蚀的负极是铁失去电子生成亚铁离子，D正确；

故选B。

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

生铁

CCU

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=Fe2+

【答案】C

【详解】A.a处是中性溶液，所以生铁发生吸氧腐蚀，b处是酸性溶液，生铁发生析氢腐蚀，

选项A正确。

B.a处发生吸氧腐蚀，消耗。2导致气体压强减小，b处发生析氢腐蚀，生成氢气导致气体压强

增大，装置内形成压强差，所以一段时间后，a处液面高于b处液面，选项B正确。

C.a处发生吸氧腐蚀，铁失电子生成亚铁离子，氧气得电子生成氢氧根离子，所以a处pH增

大；b处发生析氢腐蚀，正极反应式为2H++2©-=也？，反应过程中消耗H+，溶液的pH增大,

选项C错误。

D.a、b两处构成的原电池中，铁都作负极，因此a、b两处具有相同的负极反应式：Fe-2e-=Fe2+,

选项D正确。

【答窠】选C。

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

【答案】A

【解析】A.原电池中，负极不一定是活动性较强的金属，如镁和铝与氢氧化钠溶液组成的原电

池，镁比铝活泼，但铝作负极，A项错误；

B.其他条件相同时，粗锌中含有杂质，锌和杂质与硫酸可以形成原电池，加快反应速率，比纯

锌与硫酸反应速率快，B项正确；

C.电镀时，镀层金属作阳极，镀件作阴极，C项正确；

D.为延长锅炉的使用寿命，常在其内壁焊上锌片，形成原电池，锌作负极，锅炉作正极，可以

被保护，D项正确；

故选Ao

4.

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=4OH

B.实验I【中铁钉周边出现红色

C.实验n中负极的电极反应式：Fe2e=Fe2+

D.对比实验I、H可知，生活中镀锌铁板比镀铜铁板在镀层破损后更耐腐蚀

【答案】C

【解析】A.实验I是吸氧腐蚀，正极的电极反应式：Ch+2H2O+4e=4OH,故A正确；

B.实验II中铁钉做正极，发生O2+2H2O+4e=4OH,铁钉周围生成的氢氧根离子导致酚献变红,

故B正确；

C.实验H中负极是Zn失去电子，电极反应式：Zn2e=Zn2+,故C错误；

D.镀锌铁板破损后铁做正极；镀铜铁板在镀层破损后铁做负极，镀锌铁板比镀铜铁板在镀层破

损后更耐腐蚀，故D正确；

故【答案】为：Co

5.将铁粉和活性炭的混合物用NaQ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Na2s溶液代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀

【答案】C

【解析】A.该装置中发生吸氧腐蚀，Fe作负极，失电子得到Fe2+,电极反应式为Fe2e=Fe2+,

故A错误；

B.铁腐蚀过程中发生电化学反应，部分化学能转化为电能，放热，所以还存在化学能转化为热

能的变化，故B错误；

C.Fe、C和电解质溶液构成原电池，Fe易失电子被腐蚀，加速Fe的腐蚀，故C正确；

D.用Na2so4代替NaCl溶液，溶液呈中性，是强电解质溶液，Fe发生吸氧腐蚀，故D错误；

故【答案】为：Co

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.©@③④⑤B.②①③⑤④C.③©@⑤④D.③②⑤①④

【答案】D

【详解】①中Fe为正极，②中Fe为负极，③中铁为阳极，④中Fe为阴极，⑤为化学腐蚀，同

一电解质溶液中金属腐蚀的快慢可用下列规律判断：电解池的阳极,原电池的负极,化学腐蚀〉

原电池的正极＞电解池的阴极，综上所述故选D。

7.下列对如图所示的实验装置的判断中错误的是

B°—£

X\,Fe

需至靠薜翅

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2H4+2L=H2T

【答案】D

【详解】A.若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀，这是外加电流的阴极保护法，A

不符合题意；

B.若X为锌棒，开关K置于A处时形成电解池，Fe作阴极被保护，置于B处时形成原电池,

这是牺牲阳极的阴极保护法，均可减缓铁的腐蚀!，B不符合题意；

C.若X为锌棒，开关K置于B处时形成原电池，这是牺牲阳极的阴极保护法，C不符合题意;

D.若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为Fe—2e=Fe2+,D符合题意；

故选Do

3.“外加电流法''和"牺牲阳极法''均可有效防止铁发牛电化学腐蚀。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

【答案】C

【详解】A.“外加电流法”采用辅助电极作阳极，“牺牲阳极法”采用辅助电极作负极，故都要采

用辅助电极，A正确；

B.利用“外加电流法”时，铁连接电源负极，作阴极，被保护，B正确；

C.“牺牲阳极法”利用了原电池原理，C错误；

D.钢铁在潮湿空气中会形成原电池，故生锈发生了电化学腐蚀，D正确;

故选Co

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（）

A.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

C。【解析】：依题意，钢管桩为阴极，电子流向阴极，阴极被保护，铁不容易失去电子，故钢管

桩表面腐蚀电流（指铁失去电子形成的电流），接近于0,A项正确；阳极上发生氧化反应，失去

电子，电子经外电路流向阴极，B项正确；高硅铸铁作阳极，阳极上发生氧化反应，阳极上主

要是海水中的水被氧化生成氧气，惰性辅助阳极不被损耗，C项错误；根据海水对钢管桩的腐

蚀情况，增大或减小电流强度，D项正确。

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。

⑴如图是一种甲烷燃料电池的装置。

修”・0粗K化B充液

①粕电极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。

12）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，铁电极上发生反应的电极反应式

是。金属铁被保护而不易腐蚀，这种防腐的方法叫（填名称）。

【答案】（1）正极还原bCH