人教版高中化学选修四第四节 金属的电化学腐蚀与防护.doc

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第四节金属的电化学腐蚀与防护
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知识梳理
1.金属的腐蚀
金属的腐蚀是指金属与周围接触到的气体或液体物质发生_________而引起损耗的现象。

金属腐蚀的本质是_________，发生_________反应。

一般可分为_________腐蚀和_________腐蚀。

2.电化学腐蚀
不纯的金属跟_________接触时，会发生_________反应，_________的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做__________________。

(1)钢铁的析氢腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，将发生析氢腐蚀。

_________是负极，_________是正极。

发生的电极反应为：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_________或呈_________并溶有_________时，将会发生吸氧腐蚀。

负极反应为：_________；正极反应为：_________。

总反应的方程式为：__________________。

3.金属的电化学防护
(1)金属防护的基本思路：①防止_________与_________直接接触；②防止金属形成_________。

(2)金属防护的常用方法
①改变金属的内部结构，使金属性质改变，成为耐腐蚀金属，如不锈钢等。

②加保护层，如采用__________________等方法使金属与空气、水等物质隔离，以防金属氧化腐蚀。

③电化学防腐蚀。

a.牺牲阳极的阴极保护法
这种方法通常是在被保护的钢铁设备(如锅炉内壁、船体外壳等)上装上若干_________，作原电池的_________，不断遭受腐蚀，定期拆换，而作为_________的_________被保护了下来。

b.外加电流的阴极保护法
这种方法是将被保护的钢铁设备(如钢闸门)作为_________，用惰性电极_________，两者均存在于_________，接上_________。

通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至_________或接近于_________，从而起到_________。

疑难突破
1.如何判断金属腐蚀的类型？
剖析：金属的腐蚀是指金属或合金跟周围接触到的化学物质发生化学反应而腐蚀损耗的过
程。

金属腐蚀的实质：金属原子失去电子而被氧化的过程。

金属腐蚀的类型：电化学腐蚀和化学腐蚀两种。

电化学腐蚀是指不存的金属（或合金）接触到电解质溶液发生原电池反应，相对较活泼的金属原子失去电子而被氧化所引起的腐蚀。

②化学腐蚀是金属跟接触到的物质直接发生氧化还原反应而引起的一种腐蚀。

2.如何判断金属腐蚀的快慢？
剖析：不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成微电池，发生电化学腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗。

金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关：
(1)与构成微电池的材料有关。

两极材料的活动性差别越大，氧化还原反应的速度越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快。

(2)与金属所接触的电解质强弱有关。

活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。

问题探究
问题：请探究铁在潮湿的空气里生锈，为什么不单纯是水的作用，也不单纯是空气中氧气的作用，而是水和氧气共同作用的结果？
探究：实验探究
①实验过程②实验现象③各步结论
有水无氧气无铁锈没有氧气，不能生锈
有氧气无水无铁锈没有水，不能生锈
有水和氧气有铁锈氧气和水共同作用，才能生锈典题精讲
【例1】如图4-20所示，各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时，由快到慢的顺序是（）
图4-20
A.4>2>1>3
B.2>1>3>4
C.4>2>3>1
D.3>2>4>1 思路解析：金属的腐蚀，从本质上讲也是组成化学电池发生氧化还原反应的结果。

在原电池中，活泼金属为负极，该金属被氧化，不活泼金属便被保护起来，其被腐蚀的速度大大减小，所以装置3中的铁被腐蚀的速度比1中的慢；反之，当铁与比它不活泼的金属，如Sn、Cu 等连接起来，则其被腐蚀的速度增大，所以在容器2中的铁比容器1中的铁腐蚀得快。

容器4是一个电解池，在这里Fe是阳极，不断地以Fe2+的形式进入容器中，从而加速了铁的腐蚀，在上述四种容器中，容器4中的铁的腐蚀过程是最快的。

综上分析，按铁被腐蚀的快慢顺序为：4＞2＞1＞3。

答案：A
【例2】如图4-21所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：
图4-21
(1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于________________腐蚀。

(2)若试管内液面上升，则原溶液是_____________性，发生__________腐蚀，电极反应：负极：___________________________，正极：___________________________。

(3)若试管内液面下降，则原溶液呈_____________性，发生_____________腐蚀，电极反应：负极：___________________________；正极：___________________________。

思路解析：根据原电池的构成条件，两种不同的材料在有电解质溶液时，若形成闭合回路，即可构成原电池。

铁钉实际上是钢制成的，在这种情况下具备形成原电池的条件，此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。

根据金属腐蚀的条件、原理及结果可知：试管内液面上升，说明试管内压强减小，气体被吸收所致，是铁钉吸氧腐蚀的结果，据此写出电极反应；试管内液面下降，说明试管内气体压强变大，试管内产生了新气体所致，是铁钉的析氢腐蚀的结果，据此写出电极反应。

答案：(1)电化学(2)弱酸性或中吸氧2Fe－4e-====2Fe2+O2+4e-+2H2O====4OH-(3)较强的酸析氢Fe－2e-====Fe2+2H++2e-====H2↑
【例3】以下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，在接触处易生铁锈
D.银质奖牌久置后表面变暗
思路解析：A中黄铜(铜锌合金)若发生电化学腐蚀，被腐蚀的金属应是金属性较强的锌而不是铜。

B中生铁中含较多的碳，比软铁芯(几乎是纯铁)在电解质作用下更容易形成原电池，也更容易生锈。

C中铁质器件附有铜质配件时，在接触电解质溶液时，铁作原电池的负极，易被腐蚀生成铁锈。

D中银质奖牌久置后可能被氧化成银的化合物而表面变暗，这是化学腐蚀，与电化学腐蚀无关。

答案：D
知识导学
影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。

就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。

介质对金属的腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。

根据腐蚀的原理，分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
类型化学腐蚀电化学腐蚀
条件金属接触到腐蚀性物质，如氯气等不纯的金属或合金接触到电解质溶
液
有无电流产生无电流产生有微弱电流产生本质金属失去电子被氧化较活泼金属失去电子被氧化联系化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，电化学腐蚀更为普遍
钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较
类型吸氧腐蚀析氢腐蚀
条件水膜呈弱酸性或中性水膜呈酸性
正极反应(O2)O2+2H2O+4e-====4OH-2H++2e-====H2↑
负极反应(Fe)Fe－2e-====Fe2+Fe－2e-====Fe2+
其他反应
Fe2++2OH-====Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2+2H2O+O2====4Fe(OH)3Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈
疑难导析
首先，从电化腐蚀和化学腐蚀的特点来判断。

要清楚前者是否是伴有微弱的电流产生。

后者是否是只有电子得失，但不形成电流。

其次，要清楚电化学腐蚀主要包括哪些，吸氧腐蚀是否是金属腐蚀的主要形式，只有在金属活动顺序中位于氢前面的金属才可能发生什么腐蚀，而位于氢之后的金属发生什么腐蚀。

首先，要判断属于哪类腐蚀，以及各类腐蚀即电解原理引起的腐蚀、原电池原理引起的腐蚀、化学腐蚀、有防腐措施的腐蚀的快慢。

其次，要清楚构成微电池的两极材料的活动性差别与活泼金属被腐蚀速度快慢的关系；与金属所接触的电解质强弱与活泼金属被腐蚀速度快慢的关系；与金属所接触的电解质和非电解质与活泼金属被腐蚀速度快慢的关系。

问题导思
这是一道实验设计题目，在实验设计过程中，如果有多种因素影响实验时，要确定某一条件对实验的影响，我们采用的方法是保持其他条件不变，改变这个条件，看实验结果是否发生变化。

因此要证明铁生锈是两方面共同作用造成的，在设计时要单独考虑每一个条件对实验的影响，因此要设计三种情况：有水无氧气；有氧气无水；既有水又有氧气。

典题导考
绿色通道：在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢由下列原则判断：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀。

【典题变式1】1.铁在下列情况下腐蚀最快的是（）
A.铁放入海水中
B.铁和锌连接放入水中
C.铁和锡连接放入海水中
D.铁和锡连接放入淡水中
答案：C
2.下列几种金属制品的镀层损坏后，金属腐蚀的速率最快的是（）
A.镀铝塑料
B.食品罐头盒(镀锡)
C.白铁水桶(镀锌)
D.镀银铜质奖章
答案：B
3.（1）若要加快铁片和酸的反应速率，可用_________与之接触或加少量_________溶液形成原电池。

（2）在制备氢气的实验中，为加速锌与酸反应制取氢气的速率，也可以在酸中加少量_________溶液，或用_________与酸反应形成原电池加快反应速率。

（3）马口铁（镀锡铁）破损时与电解质溶液接触，_________先被腐蚀。

答案：铜片CuSO4CuSO4粗锌锡
绿色通道：此类题应根据铁钉被腐蚀所处的环境分析被腐蚀的原因和类型，然后确定电极反应。

所考知识点有：原电池构成条件、原电池电极反应、金属的腐蚀及类型。

【典题变式2】1.钢铁制品露置在潮湿的空气中，下列变化不可能发生的是（）
A.Fe－2e-====Fe2+
B.2H++2e-====H2
C.4OH-－4e-====2H2O+O2
D.4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3
答案：C
2.钢铁表面吸附了中性水膜发生电化学腐蚀。

下列说法正确的是（）
①铁作正极被氧化②铁作负极被氧化③水膜中有气体析出④空气中某成分气体被还原
A.①③
B.②④
C.②③
D.①④
答案：B
3.铁钉与碳棒用导线连接后，浸入到0.01 mol ·L-1的食盐溶液中，可能发生的反应是（）
A.碳棒上放出Cl2
B.碳棒附近产生OH-
C.碳棒上放出O2
D.铁钉被氧化
答案：BD
绿色通道：解答此类题应注重形成电化学腐蚀的条件。

抓住不同的电极及电解质溶液，即可选择。

【典题变式3】下列叙述正确的是（）
①锌跟稀硫酸反应制取氢气，加入少量硫酸铜溶液能加快反应速率②镀层破损后，白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易腐蚀③电镀时，应把镀件置于电解槽的阴极④冶炼铝时，把氧化铝加入液态冰晶石中成为熔融体后电解⑤钢铁表面常易锈蚀生成Fe2O3·nH2O
A.①②③④⑤
B.①③④⑤
C.①③⑤
D.②④
答案：B。