高中化学 第四章 第四节 金属的电化学腐蚀与保护学案 新人教版选修41

金属的电化学腐蚀与保护【学习目标】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。【学习过程】1金属腐蚀(1)定义：金属与周围接触到的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。(2)分类：化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而加快。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，比较活泼的金属失去电子而被氧化。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，如下图所示：(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：Fe2e=Fe2；正极：2H2e=H2；总反应：Fe2H=Fe2H2。(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：2Fe4e=2Fe2；正极：2H2OO24e=4OH；总反应：2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2。最终生成Fe2O3xH2O，是铁锈的主要成分。3.影响金属腐蚀的因素：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，越容易失去电子而被腐蚀。介质对金属腐蚀的影响也很大，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。4.钢铁析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较：因钢铁表面水膜酸碱性不同，钢铁发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀，二者正极反应式不同，但负极反应式相同，都是铁失电子被氧化。5判断金属腐蚀快慢的规律(1)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)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。(3)活泼性不同的两种金属，构成原电池活动性差别越大，腐蚀越快。(4)对同一种电解质溶液来说，一般是电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。2金属的防护金属防护改变金属内部结构而增强抗腐蚀能力不锈钢金属表面覆盖保护层涂矿物油、油漆或覆盖搪瓷、塑料镀抗蚀金属电镀、热镀、喷镀法用化学方法使其表面形成一层致密的氧化膜，金属的钝化电化学保护法外加电流的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法【当堂检测】1.下列关于钢铁锈蚀的叙述中，不正确的是 ()A钢铁锈蚀时，铁原子失去电子成为Fe3，而后生成Fe(OH)3，再部分脱水成为氧化铁的水合物B镀银的铁制品，镀层部分受损后，露出的铁表面易被腐蚀C铁锈的主要成分是Fe2O3nH2O，为保护海轮的船壳，常在船壳上镶入锌块D酸雨能使钢铁更容易发生析氢腐蚀2. 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3. 下列与金属腐蚀有关的说法正确的是()A图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重B图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小C图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大D图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的4. A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸，如图所示：(1)A中反应的离子方程式是_。(2)B中Sn极的电极反应式为_，Sn极附近溶液的pH_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)C中被腐蚀的金属是_，总反应离子方程式是_，比较A、B、C中铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是_。5.钢铁是目前应用最广泛的金属材料，了解钢铁腐蚀的原因与防护方法具有重要意义，对钢铁制品进行抗腐蚀处理，可适当延长其使用寿命。(1)抗腐蚀处理前，生产中常用盐酸来除铁锈。现将一表面生锈的铁件放入盐酸中，当铁锈除尽后，可能发生的化合反应的化学方程式为_。(2)利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。若X为碳棒，为减缓铁件的腐蚀，开关K应置于_处。若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为_。(3)上图中若X为粗铜，容器中海水替换为硫酸铜溶液，开关K置于N处，一段时间后，当铁件质量增加3.2 g时，X电极溶解的铜的质量_3.2 g(填“”或“”)。铁件表面镀铜可有效防止铁被腐蚀，如果铁件部分未镀上铜，或镀层破损，镀铜铁比镀锌铁反而更易被腐蚀，请简要说明原因：_。答案与解析题号答案解析1A钢铁锈蚀时铁作负极，失电子生成Fe2，Fe2与OH结合生成Fe(OH)2，而后Fe(OH)2被氧化为Fe(OH)3，Fe(OH)3部分脱水成为氧化铁的水合物，A项错误；铁比银活泼，镀银铁制品破损后形成的原电池中铁为负极，腐蚀加快，B项正确；锌比铁活泼，形成原电池时锌为负极被腐蚀，保护铁，C项正确；酸性条件下钢铁易于发生析氢腐蚀，D项正确2A3BA项，插入海水中的铁棒靠近液面的位置与氧气接触，易发生吸氧腐蚀；B项，开关由M改置于N时，Zn作负极，CuZn合金作正极，合金受到保护；C项，接通开关形成原电池，Zn作负极，Zn的腐蚀速率增大，但气体是在Pt电极上生成；D项，ZnMnO2中自放电腐蚀主要是Zn发生氧化反应而自放电4(1)Fe2H=Fe2H2(2)2H2e=H2增大(3)ZnZn2H=Zn2H2BAC(1)A中发生Fe与稀硫酸间的置换反应。(2)B中Sn为正极，H放电生成H2：2H2e=H2，导致Sn附近溶液中c(H)减小，pH增大。(3)C中Zn为负极被腐蚀5(1)有水(或电解质溶液)和氧气(或空气)O24e2H2O=4OH煮沸(或“除去氧气”)隔绝空气(或“防止氧气与铁接触”)吸收水蒸气(或“干燥”、“保持试管内干燥环境”)(2)铁的腐蚀要吸收氧气(或“氧气参与反应”、“消耗了氧气”)使气体体积减小不能(1)铁锈的主要成分是Fe2O3xH2O，与盐酸反应生成Fe3，Fe3会与Fe反应生成Fe2。(2)若X为碳棒，则需将铁件接电源的负极，即开关K置于N处。若X为Zn，则ZnFe海水构成原电池，其中Zn作负极，Fe作正极。此方法称为牺牲阳极的阴极保护法。(3)粗铜中含有杂质，转移电子共20.1 mol。故X电极溶解Cu的质量小于3.2 g。若镀层破损，Cu和Fe在电解质溶液中构成原电池，其中Fe作负极，会加快Fe的腐蚀