2019-2020年高二化学 第三单元 金属的电化学腐蚀.doc

2019-2020年高二化学 第三单元 金属的电化学腐蚀 【基础知识导学】 一、金属的腐蚀 金属的腐蚀是指金属或合金跟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。金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。金属物质（一般是非电解质）接触氧化剂直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。例如铁制容器中盛放稀酸，这时铁制容器就会产生化学腐蚀。电化学腐蚀是指不纯的金属接触到电解质溶液所引起的原电池反应而发生的腐蚀。在电化学腐蚀中，比较活泼的金属被氧化，并伴有电流产生。钢铁在潮湿的空气里所发生的腐蚀就是电化学腐蚀的最普遍的例子。在一般情况下，金属腐蚀大多是电化学腐蚀。原电池反应是使金属发生电化学腐蚀的主要原因。 1化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 化学腐蚀电化学腐蚀条件 金属跟非金属单质直接接触 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化 联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 2电化学腐蚀 例如，钢铁的腐蚀： 负极：Fe-2e-Fe2+正极：2H+2e-H2+ 若腐蚀是在酸性溶液里进行的，在腐蚀过程里有氢气放出，这种腐蚀通常叫做析氢腐蚀。 若钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或者呈中性，负极上也是铁失去电子而被氧化成Fe2+。 负极：Fe-2e-Fe2+ 而在正极上主要是溶解于水膜里的氧气得到电子而被还原。 正极：2H2O+O2+4e-4OH- 这种腐蚀通常叫做吸氧腐蚀。实际上，钢铁等金属的腐蚀主要是这种吸氧腐蚀。 3两种电化学腐蚀的比较 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 电极反应 正极（碳） 2H+2e-H2 O2+2H2O+4e-4OH- 负极（铁） Fe-2e-Fe2+溶液反应 Fe2+2OH-Fe（OH）24Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3Fe（OH）3失去部分水转化为铁锈（Fe2O3nH2O） 发生情况 相对较少 非常普遍 二、金属的防护 常用的方法有： （1） 改变金属内部结构。例如，把铬、镍等加入普通钢里制成的不锈钢，就大大增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。 （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，这是一种普遍采用的防护方法。以钢铁的防护为例，根据保护层成分的不同，可分为如下几种： a.在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等。 b.用电镀等方法，在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。这些金属都能被氧化而形成一层致密的薄膜，从而阻止水和空气等对钢铁的腐蚀。例如，常用的白铁皮就是在薄钢板的表面镀上一层锌；做罐头用的马口铁就是在薄钢板上镀上一层无毒而又耐腐蚀的锡；自行车钢圈就是用电镀的方法镀上一层既耐腐蚀又耐磨的铬或镍。 c.用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜。例如，在铁制品表面形成一层致密的四氧化三铁薄膜等。 （3） 电化学保护法。人们还可以利用原电池的化学原理来进行金属的防护，只要能够把引起金属发生电化学腐蚀的原电池反应消除，金属的腐蚀自然就可以防止了。常用的电化学保护法是牺牲阳极保护法。 a.牺牲阳极保护法，是在保护的钢铁设备上连接一种更易失去电子的金属或合金。例如，钢闸门的保护，在钢闸门上连接一定数量的锌块，这样，当发生电化学腐蚀时，被腐蚀的是比较活泼的锌，而铁则被保护了。此外，我们还经常在轮船的尾部和船壳的水线以下部分，装上一定数量的锌块，来防止船壳的腐蚀，也是利用的这种方法。 b.外加电流的阴极保护法。 【知识迷航指南】 一、金属的腐蚀 1概念 金属或合金跟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 本质是金属原子失去电子被氧化的过程。 3分类 金属的腐蚀可分为化学腐蚀与电化学腐蚀。 铁的电化学腐蚀：析氢腐蚀与吸氧腐蚀。 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强（pH） 水膜酸性很弱或中性 电极反应 负极 Fe-2e-Fe2+ 正极 2H+2e-H2 O2+2H2O+4e-4OH-总反应式 Fe+2H+Fe2+H2 2Fe+O2+2H2O2Fe（OH）2 二、金属防护的几种重要方法 （1）改变金属内部的组成结构，将金属制成合金，增强抗腐蚀能力。 （2）在金属表面覆盖保护层，使金属和周围物质隔离开来。 （3）电化学保护法：利用电化学反应使金属钝化而受到保护，或者利用原电池反应将需要保护的金属作为电池的正极而受到保护。 三、金属腐蚀速率大小 一般：电解池阳极原电池负极化学腐蚀原电池正极电解池阴极 【典型例题解析】 例1下列有关金属腐蚀的说法中正确的是 金属的腐蚀全部是氧化还原反应；金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀，只有电化学腐蚀才是氧化还原反应；因为二氧化碳普遍存在，所以钢铁的电化学腐蚀以析氢腐蚀为主；无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，总是金属被氧化。 A.B. C.D. 解析金属腐蚀的实质是：M-ne- = Mnn+，总是被氧化，均是氧化还原反应；钢铁在潮湿的空气中发生的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主。C正确。 答案C 例2为了探究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用不同金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图7-9的三个装置内，并将这些装置在相同的环境中放置相同的一段时间，下列对实验结束时现象的描述不正确的是 A.实验结束时，装置左侧的液面一定会下降 B.实验结束时，装置一定比装置左侧液面低 C.实验结束时，装置中的铁钉腐蚀最严重 D.实验结束时，装置中的铁钉几乎没被腐蚀 图7-9 解析这是一道原电池原理应用于金属腐蚀的选择题，主要考查的是如何分析铁钉所处的环境，对铁钉的腐蚀起到促进还是保护作用，同时考查了盐酸具有挥发性，浓硫酸具有吸水性等知识点。装置中铁钉处于盐酸的蒸气中，被侵蚀而释放出H2，使左侧液面下降右侧液面上升；装置中铁钉同样处于盐酸的蒸气中，所不同的是悬挂铁钉的金属丝由铁丝换成了铜丝，由于Fe比Cu活泼，在这种氛围中构成的原电池会加速铁钉的被侵蚀而放出更多的H2，使左侧液面下降更多，右侧液面上升得更多；装置中虽然悬挂铁钉的还是铜丝，但由于浓硫酸有吸水性而无挥发性，使铁钉处于一种较为干燥的空气中，因而在短时间内几乎没有被侵蚀。 答案B 【单元同步训练】 一、选择题 1下列试管中的铁钉腐蚀最快的是 2铁钉和炭棒用导线连接后，浸入到001molL-1NaCl溶液中，可能发生的是 A.炭棒上有H2析出B.炭棒附近产生OH- C.炭棒上有O2析出D.铁钉被氧化 3以下现象与电化学腐蚀无关的是 A.黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿 B.生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈 C.铁质器件附有铜质配件，在接触处易生锈 D.银质奖牌久置后表面变暗 4把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞试液混合溶液的玻璃皿中（如图7-10平面图所示），经过一段时间后，首先观察到溶液变红的区域是 图7-10 A.和附近B.和附近 C.和附近D.和附近 5钢铁发生电化学腐蚀时，负极发生的反应是 A.2H+2e- H2B.2H2O+O2+4e- 4OH- C.Fe-2e- Fe2+D.4OH-4e- 2H2O+O2 6向某电解液中插入M、N电极，并连接直流电源进行电解，可以看到两极上有气泡产生。电解后测定电解液，其中的H+浓度无变化。符合这些条件的是 A.两个电极均为铁片，M是阴极，电解液是04%的NaOH溶液 B.两个电极均为石墨，M是阳极，电解液是04%的H2SO4溶液 C.两个电极均为石墨，M是阳极，电解液是04%的NaOH溶液 D.M是铁片，N为石墨，M是阴极，电解液是04%的KNO3溶液 7有a,b,c,d四种金属，将a,b用导线连接起来，浸入电解质溶液中，b不易腐蚀；将a,d分别投入等浓度的盐酸中，d比a反应剧烈；将铜浸入b的盐溶液中，无明显变化；将铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出。据此推知它们的活泼性由强到弱的顺序为 A.d、c、a、bB.d、a、b、c C.d、b、a、cD.b、a、d、c 8在铁的吸氧腐蚀中,发生还原反应的那个电极上进行的电极反应是 A.2H2O+O2+4e-4OH- B.2H+2e-H2 C.4OH-4e-2H2O+O2 D.Fe-2e-Fe2+ 9化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是 A.电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为：2Cl- -2e-Cl2 B.氢氧燃料电池的负极反应式：O2+2H2O+4e-4OH- C.粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应式为：Cu -2e- Cu2+ D.钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式：Fe -2e-Fe2+ 二、综合题 10铁生锈是比较常见的现象，某实验小组，为研究铁生锈的条件，设计了以下快速、易行的方法（图7-11）： 图7-11 首先检查制氧气装置的气密性，然后按图连接好装置，点燃酒精灯给药品加热，持续3分钟左右，观察到的实验现象为：直形管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗，发生锈蚀；直形管中干燥的铁丝表面依然光亮，没有发生锈蚀；烧杯中潮湿的铁丝依然光亮。 试回答以下问题： （1）由于与接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于。能表示其原理的反应方程式为 。 （2）仪器A的名称为，其中装的药品可以是，其作用是 。 （3）由实验可知，该类铁生锈的条件为 ；决定铁生锈快慢的一个重要因素是