化学 人教版选择性必修1第四章 第三节 金属的腐蚀与防护

第三节金属的腐蚀与防护

[核心素养发展目标] 1.科学探究与创新意识：通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因，认识金属腐蚀的主要类型，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式。2.科学态度与社会责任：认识金属腐蚀产生的危害和影响，树立防止金属腐蚀的意识，熟知金属腐蚀常用的防护方法。

一、金属的腐蚀

1．金属的腐蚀

(1)概念：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。其实质是金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。

(2)根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类：

①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而加快。

②电化学腐蚀：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。

特别提醒金属腐蚀过程中，电化学腐蚀和化学腐蚀同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀，且比化学腐蚀的速率大得多。

2．钢铁的电化学腐蚀

类别

项目

析氢腐蚀吸氧腐蚀图形描述

条件水膜酸性较强水膜酸性很弱或呈中性

负极Fe－2e－===Fe2＋

正极2H＋＋2e－===H2↑O2＋4e－＋2H2O===4OH－

总反应Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2

后续反应最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·x H2O)，反应如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·x H2O＋(3－x)H2O

联系通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍

3.实验探究：电化学腐蚀

(1)

(2)

(1)无论化学腐蚀还是电化学腐蚀，金属的腐蚀都是金属失电子被氧化的过程(√)

(2)因为CO2普遍存在，所以钢铁腐蚀以析氢腐蚀为主(×)

(3)铜在酸性条件也可以发生析氢腐蚀(×)

(4)纯铁不易腐蚀，生铁易腐蚀，是因为生铁中含碳能形成原电池发生电化学腐蚀(√) (5)铁的电化学腐蚀负极反应为Fe －3e －

===Fe 3＋

(×)

易错提醒 Fe 在电化学反应中，Fe ――→－2e －

Fe 2＋

，而不直接生成Fe

3＋

；Fe 3＋――→＋e －

Fe 2＋，而不能

直接生成Fe 。

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 ＋n

2

H 2↑

B ．金属的化学腐蚀的实质是：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 ．在潮湿的环境中，金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀 答案 B

解析 金属腐蚀的实质是金属失去电子，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀放出H 2，而在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀，析氢腐蚀和吸氧腐蚀均属于电化学腐蚀。 2．下图所示的各容器中均盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是__________。

答案④>②>①>③

解析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。本题中，铁腐蚀由快到慢的顺序为④>②>①>③。

金属腐蚀快慢的判断方法

(1)在同一电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序为：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。

(2)同一种金属在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)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。

(4)金属活泼性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快。

二、金属的防护

金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。

1．改变金属材料的组成

在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金。如普通钢加入镍、铬制成不锈钢，钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性能且具有良好的生物相容性。

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隔开是一种普遍采用的防护方法。如，在钢铁制品表面喷油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷等；电镀锌、锡、铬、镍等，利用化学方法、离子注入法、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。

3．电化学保护法

金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极(阳极)的金属被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为阴极，就不易被腐蚀。

(1)牺牲阳极法

原理：原电池原理

要求：被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极。

应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块

实验探究一

如图装置反应一段时间后，往Fe电极区滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察实验现象。

已知Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的KFe[Fe(CN)6]沉淀。

实验探究二：

培养皿中放入含有NaCl的琼脂，并注入5～6滴酚酞和K3[Fe(CN)6]溶液，取两个2～3 cm的铁钉，用砂纸擦光，将裹有锌皮的铁钉放入a，缠有铜丝的铁钉放入b。

(2)外加电流法

原理：电解池原理

要求：被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连

应用：钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极。

(1)牺牲阳极法利用的是电解池原理(×)

(2)在铁制品表面镀锌，是为了防止铁制品的腐蚀，而且镀层有损坏，仍可对铁制品起到保护作用(√)

(3)铁制品涂油脂、喷油漆是为了隔绝铁与氧气的接触，起到保护铁制品的作用(√)

(4)铁闸门可与外加电源的正极相连，起到保护作用(×)

(5)原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，故不能用来减缓金属的腐蚀(×)

1．下列有关金属铁的腐蚀与防护，说法正确的是()

A．在钢铁表面进行发蓝处理，生成四氧化三铁薄膜保护金属

B．当镀锡铁和镀锌铁镀层破损时，后者更易被腐蚀

C．铁与电源正极连接可实现电化学保护