1、第四节 金属的电化学腐蚀与防护,知识铺垫,新知预习,自主预测,1.原电池中,较活泼的金属失去电子,发生氧化反应,而使金属被氧化。如Zn、Cu和稀硫酸构成的原电池中,被氧化的金属为Zn,被保护的金属为Cu。 2.电解池中,若阳极不是惰性电极,则阳极金属失去电子,发生氧化反应,引起阳极金属不断损耗,而阴极金属受到保护。如图所示:被氧化的金属为Cu,被保护的金属为Fe。,知识铺垫,新知预习,自主预测,一、金属的腐蚀 1.定义 金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。 2.本质 金属原子失去电子变为阳离子,金属发生氧化反应。 3.分类 (1)化学腐蚀:金属跟接触到的物质直接发生
2、化学反应而引起的腐蚀。 (2)电化学腐蚀:不纯的金属跟电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失电子而被氧化。,知识铺垫,新知预习,自主预测,4.钢铁的电化学腐蚀 (1)钢铁的电化学腐蚀的分类:,知识铺垫,新知预习,自主预测,(2)钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较:,知识铺垫,新知预习,自主预测,二、金属的防护 1.金属的电化学防护 (1)牺牲阳极的阴极保护法: 应用原电池原理,让被保护金属作正极,另找一种活泼性较强的金属作负极。 如图所示:,知识铺垫,新知预习,自主预测,(2)外加电流的阴极保护法: 利用电解原理,把被保护的钢铁设备作为阴极,用惰性电极作为辅助阳极,在电解质溶液里,接外
3、加直流电源。 如图所示:,知识铺垫,新知预习,自主预测,2.改变金属的内部结构 制成防腐合金,如不锈钢。 3.加保护层 如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或使表面钝化等。,知识铺垫,新知预习,自主预测,1.用“短线”将下列金属的防护方法与对应的实际操作连线。 (1)加保护层 A.钢闸门与直流电源负极相连 (2)牺牲阳极阴极保护法 B.电线外面包塑料法 (3)外加电流的阴极保护法 C.普通钢制镍铬钢 (4)改变金属内部结构 D.轮船外壳装上锌块 答案 (1)B (2)D (3)A (4)C 2.下列关于金属腐蚀的说法中正确的是( ) A.金属在潮湿空气中被腐蚀的实质是M+nH2O=M(OH)
4、n+ H2 B.金属化学腐蚀的实质是M-ne-=Mn+,电子直接转移给氧化剂 C.金属的电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,探究一,探究二,化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 问题探究 1.与铜质水龙头连接处的钢质水管易生锈,为什么? 答案 铁与铜及空气中的水蒸气构成原电池,造成电化学腐蚀,腐蚀速率加快,铁作负极,易失电子,所以易生锈。 2.你认为在硫酸厂附近的金属发生的主要是哪一类腐蚀? 答案 析氢腐蚀;硫酸厂附近空气中的二氧化硫的含量较高,导致金属接触到的溶液酸性较强,所以易发生析氢腐蚀。,探究一,探究二,知识归纳 化学腐蚀与电化学腐蚀的区
5、别与联系,探究一,探究二,探究一,探究二,典例剖析 【典例1】 下列有关金属腐蚀的说法中正确的是 ( ) A.金属腐蚀只有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,探究一,探究二,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发生原电池反
6、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,所以C错误;只有选项D正确。 答案 D,探究一,探究二,金属腐蚀类型的判断方法 (1)根据是否发生原电池反应来判断。 发生原电池反应引起的金属腐蚀,属于电化学腐蚀,否则属于化学腐蚀。 (2)根据金属的活动性及电解质溶液的酸性强弱判断,位于金属活动性顺序中氢前面的金属,在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀,在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀;位于金属活动性顺序氢后面的金属只可能发生吸氧腐蚀。,探究一,探究二,变式训练1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
7、置一段时间。下列有关叙述错误的是( )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 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,选项B不正确。 答案 B,探究一,探究二,金属腐蚀快慢的判断及金属的防护 问题探究 1.镀锌铁和镀锡铁均是在铁片表面覆盖了保护层,当保护层损坏时,哪类铁腐蚀速率较快? 答案 镀锡铁。 2.在同一电解质溶液中,对于电解原理引起的腐蚀(金属作
8、电解池的阳极)、原电池原理引起的腐蚀(金属作原电池的负极)、化学腐蚀、有防护措施的腐蚀,这些腐蚀由快到慢的顺序是怎样的? 答案 在同一电解质溶液中:电解原理引起的腐蚀(金属作电解池的阳极)原电池原理引起的腐蚀(金属作原电池的负极)化学腐蚀有防护措施的腐蚀。,探究一,探究二,知识归纳 1.金属腐蚀快慢的判断方法 (1)在同一电解质溶液中: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护措施的腐蚀。 (2)同一种金属在不同电解质溶液中腐蚀由快到慢的顺序为(其他条件相同):强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。 (3)无保护措施的金属腐蚀有一定保护措施的金属腐蚀原电池正极金属的腐蚀电解池阴极金属
9、腐蚀。 (4)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。,探究一,探究二,2.金属的防护措施,探究一,探究二,3.牺牲阳极的阴极保护法与外加电流的阴极保护法的比较,探究一,探究二,典例剖析 【典例2】 如图,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为( )A. B. C. D. 解析 实质均为原电池装置。中Fe为正极被保护;中Fe为负极,均被腐蚀,但相对来说,Fe和Cu的金属活动性的差别比Fe和Sn的大,故Fe-Cu原电池中Fe被腐蚀得快;中发生化学腐蚀。 答案 C,探究一,探究二,不同条件下金属腐蚀快慢的判断 (1)各种腐蚀的程度由大到小依次排列为:电解原理引起的腐蚀(即电
10、解池的阳极)、原电池原理引起的腐蚀(即原电池的负极)、化学腐蚀、有防护措施的腐蚀(即电解池的阴极、原电池的正极及加有镀层的金属等)。 (2)活动性不同的两金属,其活动性越强,腐蚀得越快。 (3)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。 (4)对同一种金属来说,腐蚀快慢的规律如下:强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。,探究一,探究二,【典例3】 钢铁很容易生锈而被腐蚀,每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。 (1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀,该腐蚀过程中的电极反应式为 。 (2)为了降低某水库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
11、用 (填写字母序号)。该防护方法属于 法。 A.铜 B.钠 C.锌 D.石墨 (3)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率,其中铁闸门应该连接在直流电源的 极。该防护方法称为 。,探究一,探究二,解析 (1)发生吸氧腐蚀时,负极上Fe失电子,正极上O2得到电子。(2)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌,则锌会失去电子而溶解,Fe被保护,属于牺牲阳极的阴极保护法,Na会与水反应生成NaOH,达不到保护铁闸门的目的。(3)属于外加电流的阴极保护法,需把被保护的铁闸门连接在电源的负极。 答案 (1)负极:2Fe-4e-=2Fe2+,正极:O2+2H2O+4e-=4OH- (2)C 牺牲阳极的阴极保
12、护 (3)负 外加电流的阴极保护法,探究一,探究二,(1)判断电化学保护法的类型,应分清其基本原理,看是利用电解原理的外加电流的阴极保护法还是应用原电池原理的牺牲阳极的阴极保护法,两者不能混淆。 (2)无论是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀,作为负极的铁都不断地被氧化。金属腐蚀主要是电化学腐蚀。 (3)由于通常情况下,金属表面不会遇到酸性较强的溶液,所以金属腐蚀的主要形式是电化学腐蚀中的吸氧腐蚀,而且析氢腐蚀最终也会被吸氧腐蚀代替。金属活动性顺序中位于氢前和氢后的金属都能发生吸氧腐蚀,但只有在氢前的金属才会发生析氢腐蚀。,探究一,探究二,变式训练2下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是( ) A.纯银器的
13、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时,镀层不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正极相连以保护它不受腐蚀 解析 纯银器的表面在空气中易生成硫化物失去光泽,属于化学腐蚀,A项正确;当镀锡铁制品镀层破损后,由于铁比锡活泼,形成原电池时,铁作原电池的负极,加快铁的腐蚀,B项正确;锌比铁活泼,当在海轮外壳上连接锌块后,锌失电子而海轮外壳被保护,此法为牺牲阳极的阴极保护法,C项正确;要采用电解原理保护金属,应将金属与直流电源的负极相连,即作电解池的阴极,D项错误。 答案 D,1,2,3,4,
14、5,6,1.下列关于电化学腐蚀和化学腐蚀的说法正确的是( ) A.电化学腐蚀没有发生氧化还原反应 B.化学腐蚀发生氧化还原反应 C.电化学腐蚀没有发生化学反应,化学腐蚀发生化学反应 D.电化学腐蚀有电子转移,化学腐蚀没有电子转移 解析 电化学腐蚀和化学腐蚀实质一样,两者都发生氧化还原反应,都是金属失电子,被氧化,但电化学腐蚀构成闭合回路,有电流产生,而化学腐蚀没有产生电流。 答案 B,1,2,3,4,5,6,2.钢铁在潮湿的空气中往往发生电化学反应而被腐蚀,下列方程式在钢铁的电化学腐蚀过程中不存在的是( ) A.Fe-2e-=Fe2+ B.2H2O+O2+4e-=4OH- C.2Fe+2H2O
15、+O2=2Fe(OH)2 D.Fe-3e-=Fe3+ 解析 钢铁在潮湿的空气中可发生吸氧腐蚀,其电极反应式分别为负极:2Fe-4e-=2Fe2+,正极:O2+4e-+2H2O=4OH-,总反应: 2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2。 答案 D,1,2,3,4,5,6,3.铁生锈是一种常见的自然现象,其主要反应的化学方程式为4Fe+3O2+xH2O=2Fe2O3xH2O。如图为一放在水槽中的铁架,水位高度如图。最容易生锈的铁架横杆是( )A. B. C. D. 解析 处没有和电解质溶液接触,不能构成原电池,锈蚀较慢;处已与电解质溶液接触,但处含O2较少,所以处腐蚀最快。 答案 C,1,2,
16、3,4,5,6,4.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,铁皮的腐蚀仍很慢 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层沥青,这是钢铁的电化学保护法 解析 A项中涂层破损后,铁直接暴露在空气中,因而搪瓷层不能对破损部分进行保护;B项中镀层破损后由于锌的金属性比铁强,与铁构成原电池,锌作负极,保护铁不被腐蚀;C选项应是牺牲阳极的阴极保护法;D项中应是用沥青作涂层的涂层保护法。 答案 B,1,2,3,4,5,6,5.用铝制饭盒盛放
17、醋酸,一段时间后,饭盒被腐蚀,该种腐蚀属于 ,反应的化学方程式为 ;若用铝饭盒盛放食盐(含水时),一段时间后,饭盒被腐蚀,这种腐蚀叫做 ,反应原理是(写电极反应式) 。 解析 铝制饭盒盛放醋酸,金属铝直接接触腐蚀性化学物质,发生的腐蚀是化学腐蚀;而用铝饭盒盛放食盐(含水时),铝食盐水C形成原电池,发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀。 答案 化学腐蚀 2Al+6CH3COOH=2(CH3COO)3Al+3H2 电化学腐蚀 负极:Al-3e-=Al3+,正极:O2+2H2O+4e-=4OH-,1,2,3,4,5,6,6.潜艇的金属外壳浸在海水中,在海水和空气的作用下会被腐蚀。 (1)若海水呈中性,一艘钢制
18、外壳的潜艇在海水中发生腐蚀的电极反应式为: 正极: , 负极: 。 (2)为有效地保护潜艇,下列措施中最好的是 。 A.采用纯铁制造潜艇外壳 B.采用耐腐蚀的合金制造潜艇外壳 C.在潜艇外壳上涂一层油 D.在潜艇外壳上装一定数量的锌块,1,2,3,4,5,6,解析 金属防护的方法很多,可以采取以下措施进行。 (1)改变金属的内部组织结构。合金钢中含有合金元素,使组织结构发生变化,耐腐蚀,如不锈钢。 (2)在金属表面覆盖保护层。常见方式有:涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等;使表面生成致密氧化膜;在表面镀一层有自我保护作用的另一种金属。 (3)电化学保护法:外加电流的阴极保护法:接上外加直流电源构成电解池,被保护的金属作阴极。牺牲阳极的阴极保护法:外加负极材料,构成原电池,被保护的金属作正极。 答案 (1)O2+2H2O+4e-=4OH- 2Fe-4e-=2Fe2+ (2)B,
