电化学腐蚀

一、金属的电化学腐蚀1．金属的腐蚀(1)概念金属或合金与周围的物质发生反应而引起损耗的现象．气体或液体氧化还原考纲导学(2)实质金属原子电子变成阳离子的过程．即金属发生了反应．(3)类型根据与金属不同，可分为腐蚀和腐蚀．失去氧化接触的介质化学电化学2．化学腐蚀金属跟接触到的干燥气体如(O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生而引起的腐蚀．3．电化学腐蚀(1)概念不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化．化学反应原电池类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜呈或水膜呈正极反应负极反应总反应2H2O＋O2＋4e－===4OH－弱酸性中性酸性2H＋＋2e－===H2↑Fe－2e－===Fe2＋2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑（2）分类以钢铁的腐蚀为例将纯铁放入稀H2SO4中，发生的是析氢腐蚀吗？提示：不是．析氢腐蚀是指不纯的金属(或合金)接触到酸性较强的电解质溶液所发生的原电池反应而引起的腐蚀，纯铁与稀H2SO4发生的是化学腐蚀．二、金属的防护1．改变金属内部组织结构如制成等．2．金属表面加保护层如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化等方法．合金3．电化学保护(1)牺牲阳极的阴极保护法——原理被保护的金属上连接一种更的金属，被保护的金属作原电池的极．(2)外加电流的阴极保护法——原理被保护的金属与电源的极相连，作电解池的极．原电池正活泼电解池负阴考点一：金属的腐蚀1．化学腐蚀与电化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀(主要)定义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引起的腐蚀不纯金属(或合金)接触到电解质溶液所发生的原电池反应，较活泼金属失去电子被氧化而引起的腐蚀吸氧腐蚀(主要)析氢腐蚀条件金属与物质直接接触水膜中溶有O2，显弱酸性或中性水膜酸性较强化学腐蚀电化学腐蚀(主要)本质金属被氧化而腐蚀较活泼金属被氧化而腐蚀现象无电流产生有微弱电流产生负极：Fe－2e－===Fe2＋反应式2Fe＋3Cl2=====点燃2FeCl3正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－正极：2H＋＋2e－===H2↑2．金属腐蚀快慢的影响因素不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗．金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关：(1)与构成原电池的材料有关，两极材料的活泼性相差越大，氧化还原反应的速率越快，金属被腐蚀的速率就越快．(2)与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀．一般说来可用下列原则判断：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腐蚀措施的腐蚀．1．改变金属的内部组织结构例如：把铬、镍等加入普通钢里制成的不锈钢，就大大地增加了钢铁的抗腐蚀力．考点二：金属的防护方法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，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：(1)在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质．例如，船身、车厢、水桶等常涂油漆；汽车外壳常喷漆；枪炮、机器常涂矿物性油脂等．(2)用电镀、热镀、喷镀的方法，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氧化物薄膜，从而阻止水和空气等对钢铁的腐蚀．例如，常用的白铁就是在薄钢板上热镀上一层锌；做罐头用的马口铁皮就是在薄钢板上热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．(3)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，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．3．电化学保护法(1)牺牲阳极的阴极保护法．常用于保护海轮外壳及石油管道等．(2)外加电流的阴极保护法．主要用于防止土壤、海水及河水中的金属设备的腐蚀．1．(2011·福建高三质检)打开右图所示装置中的止水夹，一段时间后，可能观察到的现象是()A．烧杯中有气泡产生B．试管内有黄绿色气体产生C．铁丝网的表面产生锈迹D．烧杯内溶液变红色随堂演练解析：用食盐水浸润的铁丝网发生吸氧腐蚀，NaCl溶液不参与反应，仅仅充当电解质溶液，铁丝网的表面产生锈迹，C对、B错；吸氧腐蚀过程中消耗氧气，因此试管中压强减小，烧杯内液体进入试管中，A错；由于吸氧腐蚀中正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，因此进入试管内的液体变红而烧杯中溶液不变色，D错．答案：C2．下列关于金属腐蚀的叙述中，正确的是()A．金属被腐蚀的本质是M＋nH2O===M(OH)n＋n/2H2↑B．马口铁(镀锡铁)镀层破损后，首先是镀层被氧化C．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀解析：金属腐蚀的本质为M－ne－===Mn＋，A错误；选项B中Sn、Fe构成原电池，Fe作负极，发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，铁先被腐蚀，B错误；常温下，金属发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀，难以和氧化剂(O2、Cl2等)直接发生化学反应，D错误．答案：C•3.出土的锡青铜(铜锡合金)文物常有Cu2(OH)3Cl覆盖在其表面。下列说法正确的是()•A．锡青铜的熔点比纯铜高•B．在自然环境中，锡青铜中的锡对铜起保护作用•C．锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快•D．生成Cu2(OH)3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程BC•解析：考查合金的性质及影响金属的腐蚀速率的因素。锡青铜属于合金，根据合金的特性，熔点比任何一种组分纯金属的低判断A错；由于锡比铜活泼，故在发生电化学腐蚀时，锡失电子保护铜，B正确；潮湿的环境将会加快金属的腐蚀速率，C正确；电化学腐蚀过程实质是有电子的转移，属于化学反应过程，D错。4．(2011·杭州质量检测)将碳粉和铁粉均匀混合，撒入内壁分别用氯化钠溶液和稀醋酸溶液润湿过的几支试管中，并按下图连接仪器，观察下图，示意正确的是()解析：A中发生析氢腐蚀，导管中有气泡冒出；B、C中发生吸氧腐蚀、导管中水面上升，故B项正确，C项错误；D中试管缺少塞子，故不正确．答案：B5．下列事实与电化学腐蚀无关的是()A．光亮的自行车钢圈不易生锈B．黄铜(Cu、Zn合金)制品不易生成铜锈C．电工操作中规定：铜、铝导线不能连在一起D．生铁比熟铁(几乎是纯铁)容易生锈解析：光亮的自行车钢圈不易生锈，是因为钢圈表面镀上了一层抗腐蚀的材料，不能构成原电池，也就不会发生电化学腐蚀；黄铜(Cu、Zn合金)在空气中构成原电池时，Zn作负极，Cu作正极，所以不易生成铜锈；铜铝导线连在一起时，在潮湿的环境中可以构成原电池，Al发生氧化反应而被腐蚀，易造成断路引起事故；生铁中含杂质碳，构成原电池时，铁作负极而被腐蚀，因此生铁比熟铁(几乎是纯铁)容易生锈．答案：A•6.为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外兴趣活动小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在如下图所示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩里保存相同的一段时间，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Ⅰ左侧的液面一定会下降•B．实验结束时，左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低•C．实验结束时，装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重•D．实验结束时，装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀B•解析：装置Ⅰ中的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Ⅱ中的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侵蚀而放出更多的H2，使左侧液面下降更多，右侧液面上升更多；装置Ⅲ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。7．(2011·启东模拟)镁、铝、铁是重要的金属，在工业生产中用途广泛．(1)镁与稀硫酸反应的离子方程式是____________________________，这种腐蚀属于________________(填“电化学腐蚀”或“化学腐蚀”)．(2)火车铁轨修补、焊接可以用“铝热反应”，即铝与铁的氧化物(用通式FexOy表示)在高温下反应生成熔融的铁焊接钢轨．请写出该反应的化学方程式：______________________________________________.(3)在潮湿的空气中，帆船的钢铁表面有一层水膜，很容易发生腐蚀，其负极反应式为______________________；正极反应式为________________________________．(4)青岛奥林匹克帆船中心通常用铝合金(AlZnCd)来保护海底钢铁设施，其原理如图所示，其中负极的电极反应为__________________；在实际应用中，用铝合金而不选用纯铝，纯铝不能很好地起到保护作用的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________.(5)如果船体钢铁保护层受损，选用铜、锌、锡中哪种金属修补？________，理由是__________________________________________________________________________.解析：(1)镁与稀硫酸反应的化学方程式为Mg＋H2SO4===MgSO4＋H2↑，这种腐蚀属于化学腐蚀．(2)铝与铁的氧化物在高温下发生置换反应生成铁和氧化铝．(3)在中性或弱酸性环境下，钢铁发生吸氧腐蚀，即铁为负极，发生氧化反应生成Fe2＋，氧气得到电子在水中生成OH－.(4)在海水中的钢铁设施与铝合金构成原电池，铝比铁活泼，铝为负极，铁为正极，损失铝而铁得到保护．纯铝表面易形成致密氧化物薄膜，阻止铝继续失去电子，使铝具有抗腐蚀性能，而铝合金破坏铝的结构，不易形成保护膜．(5)根据原电池原理，应选择比钢铁活泼的金属修补，以保护船体中的钢铁，否则会加快钢铁腐蚀．答案：(1)Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑化学腐蚀(2)2yAl＋3FexOy=====高温3xFe＋yAl2O3(3)Fe－2e－===Fe2＋2H2O＋O2＋4e－===4OH－(4)Al－3e－===Al3＋纯铝被空气中的氧气氧化生成致密氧化物保护膜，保护了铝，使铝不能继续失去电子，从而具有抗腐蚀性能，这样就不能起到保护钢铁的作用，会使钢铁在海水中自身构成原电池，加速铁的腐蚀(5)锌锌比铁活泼，在海水中构成原电池，锌失去电子被腐蚀，保护了钢铁•8.Zn—MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2—NH4Cl混合溶液。•(1)该电池的负极材料是_______。电池工作时，电子流向______(填“正极”或“负极”)。Zn(或锌)正极•(2)若ZnCl2－NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是________________________________。欲除去Cu2＋，最好选用下列试剂中的____(填代号)。•a．NaOHb．Zn•c．Fed．NH3•H2O锌与还原出的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀b•(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液。阴极的电极反应式是_____________________。若电解电路中通过2mol电子，MnO2的理论产量为____g。2H＋＋2e－H2↑87•解析：(1)负极是失电子的一极，Zn失电子由负极经外电路流向正极。•(2)锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。除杂的基本要求是不能引入新杂质，所以应选Zn将Cu2＋置换为单质而除去。•(3)阴极上得电子，发生还原反应，H＋得电