4.3 金属的腐蚀与防护 学案 高中化学人教版（2019）选择性必修1

第三节金属的腐蚀与防护一．金属的腐蚀1.金属腐蚀（1）定义：指金属或合金与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。（2）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。（3）本质：金属原子失去电子而被氧化：M－ne－=Mn＋。（4）分类：根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类：化学腐蚀和电化学腐蚀。2.化学腐蚀与电化学腐蚀的比较类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)包括非电解质液体(如石油)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区别有无电流无电流产生有微弱电流产生腐蚀物质金属直接被腐蚀较活泼金属被腐蚀共同点都是金属原子失去电子而被氧化：M－ne－=Mn＋3.钢铁的电化学腐蚀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。 析氢腐蚀吸氧腐蚀示意图钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的吸氧腐蚀示意图水膜环境在酸性环境中水膜酸性很弱或呈中性负极反应Fe－2e－=Fe2＋2Fe－4e－=2Fe2＋正极反应2H＋＋2e－=H2↑O2＋4e－＋2H2O=4OH－总反应Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3联系吸氧腐蚀更普遍铁锈的形成：Fe(OH)2最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，完成下列反应：Fe(OH)2→Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3；Fe(OH)3→Fe2O3·xH2O：2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O。【注】①化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，速率也大得多危害更大。②析氢腐蚀和吸氧腐蚀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。③钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极都是铁，失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。【实验】实验4—3（1）铁钉的吸氧腐蚀实验：将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入如图具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化，解释引起这种变化的原因。实验操作实验现象实验结论导管中液面上升，铁钉表面有铁锈生成装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀（2）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滴硫酸铜落液，再观察现象。解释产生不同现象的原因。实验操作实验现象实验解释①试管中产生气泡的速率快Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，形成电化学腐蚀，速率更快二、金属的防护1.金属的防护原理金属防护就是防止金属的腐蚀，要解决的主要问题是使金属不被氧化，应从金属、与金属接触的物质及两者反应条件等方面来确定金属的防护具体方法。2.金属防护的方法（1）改变金属材料的组成在金属中添加其他（非）金属制成合金。如不锈钢、钛合金等。（2）在金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质（外界空气、水、电解质溶液等）隔开是一种普遍采用的防护方法。eq\a\vs0\al(（1）非金属保护层：油漆、矿物性油脂或搪瓷、塑料等。,（2）金属保护层：用电镀等方法在钢铁表面镀上一层金属。,（3）发蓝处理：通过化学方法使钢铁部件表面生成一层致密的Fe3O4薄膜。,（4）钝化处理：利用阳极氧化处理铝制品的表面，使之形成致密的氧化膜而钝化。,（5）其它方法：离子注入、表面渗镀等方式在金属表面也可以形成稳定的钝化膜等。)3．电化学保护法两种阴极保护法的比较牺牲阳极法外加电流法示意图工作原理原电池原理电解池原理电极负极：活泼性更强的金属正极：被保护的金属阳极：惰性金属或石墨阴极：被保护的金属优缺点无需外加电源，但需要定期检查、更换呗腐蚀的金属无需更换电池，但消耗电能【实验4－4】实验验证实验1已知Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的沉淀：Fe2＋＋K++[Fe(CN)6]3－=KFe[Fe(CN)6]2↓。实验装置实验操作按如图所示连接好装置；往Fe电极区滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液实验现象电流表指针发生偏转，Fe电极上有气泡产生，但往Fe电极附近滴入K3[Fe(CN)6]溶液不显特征蓝色有关反应Zn电极：Zn－2e－=Zn2＋Fe电极：2H＋＋2e－=H2↑实验结论Zn、Fe和经过酸化的NaCl溶液构成原电池，铁被保护未被腐蚀实验2将1g琼脂加入250mL烧杯中，再加入50mL饱和食盐水和150mL水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。稍冷后，趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中，各滴入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀。取两个2～3cm的铁钉，用砂纸擦光。如图(a)所示，将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养皿中；如图(b)所示，将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中。观察并解释实验现象。(a)(b)牺牲阳极法实验实验现象：a中溶液变红色，b中铁钉附近出现蓝色沉淀，铜丝附近溶液变红色。【拓展】金属腐蚀快慢比较(1)在同一电解质溶液中：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)同一种金属在相同浓度不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。(3)有无保护措施的腐蚀快慢顺序：无保护措施的金属腐蚀>有一定保护措施的金属腐蚀>牺牲阳极的阴极保护法引起的金属腐蚀>有外加电流的阴极保护法引起的金属腐蚀。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快。例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【答案】D例2.炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中含NaCl)，不久便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑。腐蚀原理如图所示，下列说法正确的是()A．腐蚀过程中，负极是CB．Fe失去电子经电解质溶液转移给CC．正极的电极反应式为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑D．C是正极，O2在C表面上发生还原反应【答案】D例3.我国有多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是()A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－=ZnD．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀【答案】C例4.如图所示，各烧杯中均盛的是海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为()A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥【答案】C例5.研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是()A．d为石墨，铁片腐蚀加快B．d为石墨，石墨上电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．d为锌块，铁片不易被腐蚀D．d为锌块，铁片上电极反应为2H＋＋2e－=H2↑【答案】D例6.如图为模拟铁生锈的实验。铁粉中均匀混有少量炭粉，撒入内壁已分别用氯化钠溶液和稀醋酸润湿过的甲、乙两个具支试管中，打开止水夹片刻后，下列有关该实验的说法合理的是()甲乙A．甲装置导管口有气泡，乙装置导管内出现一段液柱B．甲装置中发生的电化学腐蚀主要是析氢腐蚀C．乙装置中发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀D．乙装置导管口有气泡冒出【答案】D例7.如图所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天后观察：(1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于________腐蚀(填“化学”或“电化学”)。(2)若试管内液面上升，则原溶液呈__________性，发生________腐蚀，电极反应式分别为负极：______________；正极：______________