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第四节 金属的电化学腐蚀与防护,目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,1.金属的腐蚀 (1)概念: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: 化学腐蚀:金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。 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。,目标导航,预习导引,2.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀,3.金属的防护,目标导航,预习导引,4.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。 (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,接外加直流电源。,目标导航,预习导引,5.牺牲阳极的阴极保护法的实验探究 (1)实验步骤:按右图所示连接好装置;往Fe电极区滴入2滴黄色K3Fe(CN)6(铁氰化钾)溶液,观察实验现象。 已知Fe2+与Fe(CN)63-反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀: 3Fe2+2Fe(CN)63-=Fe3Fe(CN)62。,目标导航,预习导引,(2)实验现象:可以看到电压表指针发生偏转,Fe电极上有气泡产生,往Fe电极附近滴入K3Fe(CN)6溶液,没有蓝色沉淀生成。 (3)实验结论: 实质上是Zn、Fe、NaCl溶液(酸化)构成原电池,发生下列电极反应: 负极Zn-2e-=Zn2+, 正极2H+2e-=H2。 往Fe电极附近滴加K3Fe(CN)6溶液,未出现蓝 色沉淀,说明溶液中不含Fe2+,证明Fe未被腐蚀(即牺牲阳极金属保护阴极金属)。,目标导航,预习导引,深度思考 判断下列描述的正误(正确的画“”,错误的画“”)。 (1)金属的腐蚀都是金属失去电子被氧化的过程,所以都是化学腐蚀。 ( ) (2)钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀的区别在于前者有H2生成,后者有O2参加。 ( ) (3)在入海口的钢铁闸门上装一定数量的铜块可防止闸门被腐蚀。 ( ) (4)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe-3e-=Fe3+。 ( ) (5)白铁(镀锌铁)镀层破损后铁皮的腐蚀速率加快。 ( ) (6)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。 ( ) 答案:(1) (2) (3) (4) (5) (6),迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,一、金属的腐蚀 (1)化学腐蚀和电化学腐蚀的联系和区别。,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,(2)钢铁生锈的过程和特点。 钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀都是铁原子失去电子生成Fe2+。,Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈(Fe2O3xH2O),铁锈的形成并不能阻止钢铁继续腐蚀。因为铁锈结构疏松,更容易吸附空气中的水分使钢铁表面潮湿,钢铁反而更容易生锈。,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,铁生锈除了必须有空气及水的参与外,还受其他一些因素的影响。请解释下列有关铁生锈现象的原因。 (1)相对于在内河行驶的轮船来说,海轮更容易被腐蚀。 答案:海轮更容易被腐蚀,是因为海水中含有较多的氯化钠等盐类,导电能力比内河的水更强,而在电解质溶液中,电化学腐蚀更易进行。 (2)1910年遗留在南极的食品罐头盒,其表面至今很少有铁锈出现。 答案:由于南极的温度常年在0 以下,说明在较高温度下,腐蚀更易进行。 (3)用于连接铜板的铁螺丝容易生锈。 答案:由于铁与铜及空气中的水蒸气构成了原电池,铁作电池的负极,因此更容易腐蚀而生锈。,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,(4)当化工厂排出的废气为酸性气体时,工厂附近的铁制品容易生锈。 答案:因为铁制品在酸性条件下比在中性条件下更易被腐蚀。,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,【例1】 右图所示装置中,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,放置一段时间。下列有关描述错误的是( ) 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、b试管中均发生铁的电化学腐蚀。在a管食盐水中的Fe发生吸氧腐蚀,正极为碳:2H2O+O2+4e-=4OH-,负极为铁:2Fe-4e-=2Fe2+,由于吸收O2,a管中气压降低;b管中的电解质溶液是酸性较强的NH4Cl溶液,故发生析氢腐蚀,正极:2H+2e-=H2,负极:Fe-2e-=Fe2+,由于放出氢气,b管中气压增大,故U形管中的红墨水应是左高右低,B选项错误。 答案:B,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,1.糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等,其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是( ) A.脱氧过程是吸热反应,可降低温度,延长糕点保质期 B.脱氧过程中铁作原电池正极,电极反应为Fe-3e-=Fe3+ C.脱氧过程中C作原电池负极,电极反应为2H2O+O2+4e-=4OH- D.含有1.12 g铁粉的脱氧剂,理论上最多能吸收氧气336 mL(标准状况) 解析:钢铁的吸氧腐蚀为放热反应,A错误。脱氧过程,铁为负极,电极反应为Fe-2e-=Fe2+;碳作正极,电极反应为2H2O+O2+4e-=4OH-,B、C均错误。根据电极反应可得电池反应为2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2,Fe(OH)2可继续被氧化:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,因此可得关系式:4Fe3O2,1.12 g Fe完全反应最多可吸收O2 336 mL(标准状况),D正确。 答案:D,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,2.钢铁生锈过程发生如下反应:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2;4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3;2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O。下列说法正确的是( ) A.反应中电子转移数目相等 B.反应中氧化剂是氧气和水 C.与铜质水龙头连接处的铁质水管不易发生腐蚀 D.钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀 解析:反应中水既不是氧化剂,也不是还原剂,B项错。选项C中钢质(主要成分是Fe)水管与铜质(主要成分是Cu)水龙头构成原电池,较活泼的钢质水管腐蚀速率加快,C项错。钢铁可认为是铁碳合金,在潮湿的空气中构成了原电池,易发生电化学腐蚀而使铁生锈。 答案:A,迁移应用,典题例解,思考探究,一,二,知识精要,二、金属的防护方法 (1)改变金属的内部结构。 例如: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腐蚀的抵抗力。 (2)在金属表面覆盖保护层。 在金属表面覆盖致密的保护层,从而使金属制品跟周围物质隔离开来,覆盖保护层的方法有以下几种: 在表面涂抹油脂、油漆等。 用电镀、热镀、喷镀的方法,在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属,如在钢铁表面镀锌、锡、铬、镍等。 用化学方法使金属表面生成一层致密而稳定的氧化膜。例如,工业上常借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。,迁移应用,典题例解,思考探究,一,二,知识精要,(3)电化学保护法。 牺牲阳极的阴极保护法。 将还原性较强的金属作为保护极与被保护金属相连构成原电池,还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而被损耗,被保护金属作为正极就可以避免被腐蚀。这种保护法牺牲了阳极保护了阴极。 外加电流的阴极保护法。 将被保护金属与外加直流电源的负极相连让其成为阴极,而将外加直流电源的正极接到惰性电极上,让其成为阳极。,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,(1)把铁制成不锈钢,增强了铁的耐腐蚀性,原理和电镀一样吗? 答案:不一样。前者是改变了金属的内部结构,后者是在金属表面覆盖防护层。 (2)给铁件通入直流电,把铁件与电池正极相连接属于外加电流的阴极保护法,对吗? 答案:不对,外加电流的阴极保护法是把被保护金属与电源的负极相连,若与电源的正极相连,则会加快金属的腐蚀。,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,【例2】 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)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率,可以采用下图甲所示的方案,其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用 。 A.铜 B.钠 C.锌 D.石墨 (3)下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。,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,解析:(1)发生吸氧腐蚀时,负极上Fe失去电子,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,就可由锌失去电子,锌被溶解,而铁被保护,属于牺牲阳极的阴极保护法。 (3)属于外加电流的保护法,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 (3)负,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,1.结合下图判断,下列叙述正确的是( ) A.和中正极均被保护 B.和中负极反应均是Fe-2e-=Fe2+ C.和中正极反应均是O2+2H2O+4e-=4OH- D.和中分别均有气泡产生 解析:原电池正极一般被保护,A正确;中铁作正极,B错误;中溶液显酸性,所以电极反应为2H+2e-=H2,C错误;中发生吸氧腐蚀,一定无气泡产生,D错误。 答案:A,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,2.为了防止钢铁锈蚀,下列防护方法中正确的是 ( ) A.在精密机床的铁床上安装铜螺钉 B.在排放海水的钢铁阀门上用导线连接一铅块,一同浸入海水中 C.在海轮船壳上镶嵌锌块 D.在电动输油管的铸铁管上接直流电源的正极 解析:A、B中形成的原电池都是铁作负极,加速钢铁腐蚀;D中铸铁管作阳极,加速腐蚀;C中锌比铁活泼,铁作正极,故选C。 答案:C,思悟升华,方法归纳,案例探究,金属腐蚀快慢的比较 下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( ) A. B. C. D. 解析:铁在海水中的腐蚀属于电化学腐蚀,当铁与比它活泼性差的Sn相连时,Fe被腐蚀的速率增大比大,与活泼性比其强的锌相连时,锌作负极,被腐蚀,铁被保护,其腐蚀的速率要比小;为电解装置,Fe为阳极,发生氧化反应,铁腐蚀的速率最快。 答案:A,思悟升华,方法归纳,案例探究,同一电解质溶液中金属腐蚀快慢的规律: 电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有保护措施的腐蚀;即电解池的阳极原电池的负极一般化学腐蚀原电池的正极电解池的阴极。,思悟升华,方法归纳,案例探究,影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面 ,就金属的本性而言,金属越活泼,就越易失去电子被腐蚀。介质对金属腐蚀的影响很大,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。,
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