2021-2022年高中化学专题1化学反应与能量变化第三单元金属的腐蚀与防护教学案苏教版

2021-2022年高中化学专题1化学反应与能量变化第三单元金属的腐蚀与

防护教学案苏教版

—————————————————————————————————————— [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。

1．金属腐蚀的本质是金属被氧化为金属阳离子，分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

2．钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，在中性或弱酸性环境中主要发生吸氧腐蚀，在酸性较强环境中主要发生析氢腐蚀。

3．钢铁发生电化学腐蚀的负极反应都是：Fe－2e－===Fe2＋，吸氧腐蚀正

极反应为O

2＋4e－＋2H

2

O===4OH－，析氢腐蚀正极反应为2H＋＋2e－

===H

2

↑。

4．金属腐蚀由快到慢的顺序：电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀> 原电池的正极>电解池的阴极被保护

5．金属电化学保护法分为牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。

金属的电化学腐蚀

1．金属的腐蚀及分类

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本质金属原子失去电子而被氧化的过程

类型

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

电化学

腐蚀

不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失电子被氧化而引起的

腐蚀

2.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀

析氢腐蚀吸氧腐蚀

不同点

条件水膜酸性较强水膜呈弱酸性或中性正极反应2H＋＋2e－===H2↑O2＋4e－＋2H2O===4OH－电池反应Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2普遍性吸氧腐蚀更普遍

相同点负极反应Fe－2e－===Fe2＋

正极材料碳

最终产物铁锈主要成分为Fe2O3·n H2O

钢铁腐蚀中发生的反应还有：

4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，

2Fe(OH)3===Fe2O3·n H2O＋(3－n)·H2O [特别提醒]

(1)电化学腐蚀现象比化学腐蚀现象严重得多。

(2)钢铁在自然界中的腐蚀主要发生的是吸氧腐蚀。

[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？

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．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？

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．化学腐蚀与电化学腐蚀的相同点和不同点是什么？

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。

金属化学腐蚀与电化学腐蚀的比较

化学腐蚀

电化学腐蚀(主要)

吸氧腐蚀(主要) 析氢腐蚀条件金属直接发生化学反应

水膜中溶有O2，呈弱酸

性或中性

水膜酸性较强本质金属被氧化而腐蚀较活泼金属被氧化而腐蚀

区别无电流产生有微弱电流产生

反应式2Fe＋3Cl2===2FeCl3Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

2Fe＋O2＋

2H2O===2Fe(OH)

2

最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·x H2O)，反应为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·x H2O ＋(3－x)H2O

联系两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍、危害更大

[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。

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

解析：选C 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.如图所示，烧杯中试管内有一段铁丝，放置数天后观察：

(1)铁丝在逐渐生锈，则铁丝的腐蚀属于________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：负极：__________________________，正极：

________________________________________________________________________。

(3)若试管内液面下降，则原溶液呈____性，发生______腐蚀，电极反应式：负极：________________________________________________________________________；

正极：________________________。

解析：(1)由于铁丝不纯含有碳，则铁为负极，碳为正极，又存在电解质溶液，所以可