人教版高中化学选修四 18-19版 4.4 金属的电化学腐蚀与防护 学案

第四节金属的电化学腐蚀与防护
[课标要求]
1．了解金属腐蚀及其危害
2．了解金属电化学腐蚀的原因及反应原理。

3．了解金属防护的方法，特别是电化学防护的方法。

分点突破1 金属的电化学腐蚀
基础
1．金属腐蚀
(1)概念：金属与周围的气体或液体物质发生反应而引起损耗的现象。

(2)本质：金属本身失去电子变成阳离子的过程(发生反应)：。

2．化学腐蚀和电化学腐蚀
化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体（如、、等）或非电解质液体
（如）等直接发生化学反应而引起的腐蚀。

如：钢管被原油中的腐蚀，温度越高，化学腐蚀越。

电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时。

会发生反应，的金属失去电子而被。

如在潮湿的空气中生锈。

两种腐蚀往往发生，但腐蚀更普遍，速度更快，危害更严重。

3．钢铁的电化学腐蚀
(1)实质。

在钢铁表面形成无数微小原电池
(2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀。

[特别提醒]钢铁在自然界中的腐蚀主要发生的是吸氧腐蚀。

探究
[实验1]将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入下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。

[实验2]向100 mL烧杯中加入约50 mL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。

[问题思考]
1．图1实验导管中水柱和铁钉有什么变化？产生这种现象的原因是什么？
2．图2实验碳棒表面有什么现象？产生这种现象的原因是什么？
3．化学腐蚀与电化学腐蚀的相同点和不同点是什么？
归纳
金属化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
[特别提醒]
(1)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。

(2)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极均是Fe失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。

(3)一般情况下，只有在金属活动性顺序中排在氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀。

典例1
1.如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝5的雨水和生铁片。

观察到开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。

以下有关解释合理的是()
A．生铁片中的碳是原电池的阳极，发生还原反应
B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀
C．红墨水回升时，碳极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．具支试管中溶液pH逐渐减小
2.铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法中，不正确的是()
A．正极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B．此过程中还涉及反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
C．此过程中铜不被腐蚀
D．此过程中电子从Fe移向Cu
分点突破2 金属的电化学防护
基础
1．金属的防护
2．金属的电化学防护
(1)牺牲阳极的阴极保护法：利用原理，让被保护金属作极，另找一种活泼性较强的金属作极。

如图所示：
(2)外加电流的阴极保护法：利用原理，把被保护的钢铁设备作为极，用惰性电极作为辅助极，在电解质溶液里，接外加。

如图所示：
3．牺牲阳极的阴极保护法的实验探究
实验步骤：按图所示连接好装置，观察电压表和Fe电极上的现象，向Fe电极区滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察烧杯内溶液颜色有无变化。

1．埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种情况下被腐蚀速率最慢的是()
A．在潮湿疏松的土壤中
B．在含铁元素较多的酸性土壤中
C．在干燥致密不透气的土壤中
D．在含碳较多的潮湿透气的中性土壤中
2．下列有关金属的保护方法的说法中正确的是()
A．常使用的快餐杯表面有一层搪瓷，搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用
B．白铁(镀锌铁)镀层破损后，铁皮的腐蚀速率很慢
C．轮船的船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阴极的阳极保护法
D．钢铁制造的暖气管道外常涂有一些沥青，这是钢铁的电化学保护法
课堂练习
1．下列现象与电化学腐蚀无关的是()
A．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿
B．生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈
C．铁质器件附有铜质配件，接触处容易生铁锈
D．银质奖牌放置久了表面变暗
2．用图示的方法可以保护钢质闸门。

下列说法正确的是()
A．当a、b间用导体连接时，则X应发生氧化反应
B．当a、b间用导体连接时，则X可以是锌或石墨
C．当a、b与外接电源相连时，a应连接电源的正极
D．当a、b与外接电源相连时，阴极的电极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑
3.如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。

下列有关描述错误的是()
A．生铁块中的碳是原电池的正极
B．红墨水柱两边的液面变为左低右高
C．两试管中相同的电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋
D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
4．取6根铁钉，6支干净的试管及其他材料，如图所示。

试管①放入一根铁钉，再注入蒸馏水，使铁钉和空气及水接触；
试管②在试管底部放入硅胶(是一种干燥剂)，再放入铁钉，用棉花团堵住试管口，使铁钉和干燥空气接触；
试管③先放入一根铁钉，趁热倒入煮沸的蒸馏水(已赶出原来溶解在蒸馏水中的空气)浸没铁钉，再加上一层植物油，使铁钉不能跟空气接触；
试管④中放入铁钉注入食盐水，使铁钉和空气及食盐水接触；
试管⑤放入相连的铁钉和锌片，注入自来水，浸没铁钉和锌片；
试管⑥放入相连的铁钉和铜丝，注入自来水，浸没铁钉和铜丝。

把6支试管放在试管架上，几天后观察铁钉被腐蚀的情况。

(1)上述实验中铁钉发生了电化学腐蚀的是________(填试管序号)；在电化学腐蚀中，负极反应是__________，正极反应是___________________________________________。

(2)从铁钉被腐蚀的情况可知引起和促进铁钉被腐蚀的条件是_____________________。

(3)为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是________________________________(答两种方法)。

【参考答案】
分点突破1 金属的电化学腐蚀
基础
1．(1)氧化还原(2)氧化M－n e－===M n＋
2．O2、Cl2、SO2；石油；含硫化合物；越快；原电池反应；比较活泼；氧化；钢铁；同时；电化学；
3．(1)负正
(2) 2H＋＋2e－===H2↑Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2H2O＋O2＋4e－===4OH－2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2
探究
1．提示：导管中的水面上升，铁钉表面生锈；产生这种现象的原因是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，从而引起水的倒吸。

2．提示：碳棒表面有气泡产生；原因是发生了析氢腐蚀，电极反应，负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：2H＋＋2e－===H
↑。

2
3．提示：相同点都是造成金属被氧化腐蚀。

不同点是化学腐蚀是金属和氧化剂直接发生氧化还原反应，无电流产生；电化学腐蚀是发生原电池反应，有电流产生。

典例1
1.C
解析：生铁中的铁、碳及电解质溶液构成原电池，铁是负极，铁失去电子发生氧化反应，碳是正极，正极上发生还原反应。

开始时，因酸性较强发生析氢腐蚀，一段时间后导管内液面回升且略高于小试管液面，说明具支试管中气体压强减小，即此时发生吸氧腐蚀，反应式是2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故溶液的pH增大，A、B、D错误；C正确。

2.A
解析：图中所示吸氧腐蚀中，铁作负极，铜作正极，溶解了O2的水膜作电解质溶液，正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A错误；负极电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋和正极产生的OH－结合生成Fe(OH)
，Fe(OH)2不稳定，容易被空气中的O2氧化生成
2
Fe(OH)3，化学方程式为4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3，B正确；形成的原电池中铜作正极，负极失电子容易被腐蚀，正极不发生反应，所以铜不被腐蚀，C正确；腐蚀过程中，外电路上电子从负极铁流向正极铜，D正确。

分点突破2 金属的电化学防护
基础
1．正极阴极
2．(1)原电池正负
(2)电解池阴阳直流电源
3．气泡无Zn－2e－===Zn2＋2H＋＋2e－===H2↑腐蚀
典例2
1．C
解析：在潮湿疏松的土壤中、在含铁元素较多的酸性土壤中、在含碳较多的潮湿透气的中性土壤中均易发生电化学腐蚀，在干燥致密不透气的土壤中不易发生电化学腐蚀，腐蚀速率最慢。

2．B
解析：搪瓷层破损后，铁与潮湿空气接触而易发生腐蚀，A错误；白铁(镀锌铁)的镀层破损后，Zn作原电池负极，而Fe作正极被保护，B正确；轮船的船壳水线以下装有锌块是利用了牺牲阳极的阴极保护法，C错误；在钢铁制造的管道外涂有一些沥青，属于在金属表面覆盖防护层的方法，而不属于电化学保护法，D错误。

课堂练习
1．D
解析：A项，锌比铜活泼，形成原电池，锌作负极，铜作正极，属于牺牲阳极的阴极保护法，不符合题意；B项，生铁是合金，能形成原电池，易发生电化学腐蚀，而软铁芯是纯铁，不易形成原电池，一般原电池的反应速率快，不符合题意；C项，铁比铜活泼，形成原电池，铁作负极，易被腐蚀，不符合题意；D项，银与空气中的氧气反应，是化学腐蚀，不是电化学腐蚀，符合题意。

2．A
解析：A项，当a、b间用导体连接时构成原电池，根据题意，X应为负极，发生氧化反应，正确；B项，当a、b间用导体连接时，则X可以是锌，不能选用石墨，错误；C项，当a、b与外接电源相连时，a应连接电源的负极，错误；D项，当a、b与外接电源相连时，阴极发生还原反应，错误。

3.B
解析：a为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b中酸性较强，发生析氢腐蚀，有氢气放出，气体压强增大，所以红墨水柱两边的液面变为左高右低，故B项错误。

4．解析：(1)①铁钉与水、空气接触，形成了原电池，发生电化学腐蚀，正确；试管②加入了干燥剂，不含水，不能形成原电池，不能发生电化学腐蚀，错误；试管③不含氧气，不能形成原电池，不能发生电化学腐蚀，错误；试管④中放入铁钉注入食盐水，使铁钉和空气及食盐水接触，形成了原电池，发生电化学腐蚀，正确；⑤因为锌的活泼性强于铁，形成的原电池中锌为负极，铁为正极不被腐蚀，错误；⑥铁的活泼性强于铜，铁为原电池的负极，铁发生电化学腐蚀，正确；发生电化学腐蚀时，铁作负极失去电子被氧化，电极反应式为Fe －2e－===Fe2＋；正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

(2)铁钉发生电化学腐蚀，能形成原电池，而且原电池的负极为铁，所以引起和促进铁钉被腐蚀的条件是水、空气、电解质溶液和不活泼金属的存在。

(3)加保护层，利用原电池原理或电解池原理使被保护的铁制品与比其活泼的金属相连，所以为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是在表面涂上油漆、搪瓷、沥青等或镀上不易生锈的合金或牺牲阳极保护法。

答案：(1)①④⑥Fe－2e－===Fe2＋O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)水、空气、电解质溶液和不活泼金属的存在
(3)在表面涂上油漆、搪瓷、沥青等或镀上不易生锈的合金或牺牲阳极保护法(答出其中两种即可)。