高中化学选修四 金属的腐蚀与防护

第三单元金属的腐蚀与防护[学习目标定位] 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，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。

2.熟知金属腐蚀的防护方法。

一金属的电化学腐蚀1．金属腐蚀(1)概念：金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象。

(2)根据与金属接触的气体或液体物质不同，金属腐蚀可分为两类：①化学腐蚀：金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀。

腐蚀的速率随温度升高而加快。

②电化学腐蚀：不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。

(3)用铝制饭盒盛放醋酸，一段时间后，饭盒被腐蚀，该种腐蚀属于化学腐蚀，反应的化学方程式为2Al＋6CH3COOH===2(CH3COO)3Al＋3H2↑；若用铝饭盒盛放食盐(含水时)，一段时间后，饭盒被腐蚀，这种腐蚀属于电化学腐蚀，反应原理是(写电极反应式和总反应式)负极：Al－3e－===Al3＋，正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，总反应：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3。

2．钢铁的电化学腐蚀根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，如图所示：(1)钢铁的析氢腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，腐蚀过程中有H2放出。

Fe是负极，C是正极。

发生的电极反应式及总反应式为负极：Fe－2e－===Fe2＋；正极：2H＋＋2e－===H2↑；总反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。

(2)钢铁的吸氧腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液呈中性或呈弱酸性并溶有O2时，将会发生吸氧腐蚀。

电极反应式及总反应式为负极：2Fe－4e－===2Fe2＋；正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－；总反应：2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2。

最终生成Fe2O3·n H2O，是铁锈的主要成分。

3．金属腐蚀快慢的比较(1)电解池阳极>原电池负极>化学腐蚀>原电池正极>电解池阴极。

(2)原电池的腐蚀：两极材料活动性差别越大，腐蚀速率越快。

归纳总结1．金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。

2．金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀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答案 D解析金属腐蚀的本质，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；只有选项D正确。

2．如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4的雨水和生铁片。

观察到：开始导管内液面下降，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负极，发生还原反应B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀C．墨水回升时，碳极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．具支试管中溶液pH逐渐减小答案 C解析生铁片中的碳是原电池的正极，A错误；雨水酸性较强，开始时铁片发生析氢腐蚀，产生氢气，导管内液面下降，一段时间后铁片发生吸氧腐蚀，吸收氧气，导管内液面回升，B错误；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH －，C正确；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管内溶液pH均增大，D错误。

二金属的防护方法1．金属的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。

从金属腐蚀的反应实质、影响因素等方面分析，确定金属防护的方法：(1)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。

(2)使金属与化学物质相互隔离，在金属表面覆盖油漆、镀层金属、氧化膜等保护层。

2．(1)物理保护法①在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。

②用电镀的方法，在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。

③工业上常利用一些溶液的氧化作用，在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜。

④把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢，就大大地增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。

(2)化学保护法①为了减小某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用C(填字母)。

A．铜B．钠C．锌D．石墨②图乙所示的方案也可以减慢铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的负极。

归纳总结金属的电化学防护方法3．下列关于金属的防护方法的说法不正确的是()A．我们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．给铁件通入直流电，把铁件与电池负极相连接C．轮船在船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阳极的阴极保护法D．钢铁制造的暖气管管道外常涂有一层较厚的沥青答案 A解析 A 项中搪瓷层破损后金属铁直接暴露在空气中，搪瓷层已不能再对破损部位形成有效的保护；B 项中利用的是外加电流的阴极保护法，从而保护铁不被腐蚀；C 项是牺牲阳极的阴极保护法；D 项是用沥青作涂层的涂层保护法。

4．下列对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 －===H 2↑ 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 －2e －===Fe 2＋，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。

1．下列关于金属腐蚀的说法正确的是( )A ．金属在潮湿空气中腐蚀的实质是M ＋n H 2O===M(OH)n ＋n2H 2↑B．金属化学腐蚀的实质是M－n e－===M n＋，电子直接转移给氧化剂C．金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行D．钢铁在自然环境中主要发生化学腐蚀答案 B解析金属在潮湿的环境中易发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种电化学腐蚀，主要发生吸氧腐蚀，其腐蚀的本质都是金属失电子，即M－n e－===M n＋，所以A项不正确，B正确；金属的化学腐蚀是金属直接接触到化学物质如酸、Cl2等发生腐蚀，所以C项不正确；钢铁在自然环境中主要发生电化学腐蚀，所以D项不正确。

2．为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是()A．正极的电极反应方程式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成C．若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈D．分别向铁、石墨电极附近吹入O2，前者铁锈出现得快答案 D解析铁是负极，失电子被氧化成Fe2＋，在正极氧气得电子发生还原反应生成OH－，反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A项正确；将氧气吹向石墨电极的腐蚀速率比吹向铁电极快，D项错误；向自来水中加入NaCl(s)，可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率，C项正确；但若将石墨电极换成Mg电极，则负极为Mg，Fe被保护，难以看到铁生锈，B 项正确。

3．下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是()A．纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗B．当镀锡铁制品的镀层破损后，镀层仍能对铁制品起保护作用C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法D．可将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀答案 B解析纯银器表面在空气中易形成银的化合物而使银器表面变黑，是化学腐蚀，A项正确；铁与锡构成原电池，铁作负极，加快了铁的腐蚀，B项错误；海轮外壳中的金属与连接的锌块构成原电池，锌作负极，可以保护海轮，C项正确；外加直流电源保护器件时，必须连接电源负极，D项正确。

4．回答下列问题：(1)如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__________________。

②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是________(填字母)。

③以锌为负极，采用牺牲阳极的阴极保护法防止铁闸的腐蚀，图中锌块的固定位置最好应在________(填字母)处。

(2)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成如图防腐示意图，并作相应标注：(3)如图所示的各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是________________________________________________。

(4)如图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中，下列分析正确的是________。

A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法D．K2闭合，电路中通过0.002N A个电子时，两极共产生0.001 mol气体答案(1)①吸氧腐蚀②B③C(2)(3)④>②>①>③(4)B解析(1)①金属在中性或较弱的酸性条件下发生的是吸氧腐蚀。

②发生吸氧腐蚀，越靠近液面接触到的O2越多，腐蚀得越严重。

③锌块应固定在腐蚀最严重的C处形成原电池，锌作负极，铁闸作正极，得到保护。

(2)要用石墨通过电化学腐蚀保护铜，只能用电解池原理，碳接电源正极，铜接电源负极。

(3)当电解质溶液相同时，同一金属腐蚀的快慢是电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。

故本小题中，铁腐蚀由快到慢的顺序为④>②>①>③。

(4)A项，K1闭合时，该装置构成了Fe－C－NaCl溶液原电池，铁作负极，发生氧化反应，电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋；B项，石墨棒作正极，发生的电极反应式是2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故石墨棒周围溶液pH逐渐升高；C项，K2闭合时，该装置构成了Fe－C－外加电源的电解池，C作阳极，Fe作阴极而不被腐蚀，该方法称为外加电流的阴极保护法；D项，K2闭合时，阳极的电极反应式是2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极的电极反应式是2H＋＋2e－===H2↑，所以当电路中通过0.002N A个即0.002 mol电子时，生成H2和Cl2的物质的量均为0.001 mol，则两极共产生0.002 mol气体。