0第九章 第三节 金属的电化学腐蚀与防护

【考纲下载】认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原因，能运用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀．☆理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施．★【考情上线】结合实际生产、生活考查金属的电化学腐蚀及其危害与防护．一、金属的电化学腐蚀金属与周围的气体或液体物质发生反应而引起损耗的现象称为金属腐蚀．1．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．氧化还原化学反应2．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．原电池(2)分类以铁的腐蚀为例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－2H＋＋2e－===H2↑Fe－2e－===Fe2＋2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑弱酸性中性酸性【注意】把纯铁丝放入稀H2SO4中发生的不是析氢腐蚀而是化学腐蚀．二、金属的电化学防护1．牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼金属如等，让被保护的金属作原电池的．2．外加电源的阴极保护法——电解池原理用被保护的钢铁设备作，惰性电极作，外接直流电源．3．其他方法改变金属内部结构，如；加涂防护层如、、等方法．锌块阴极阳极不锈钢喷油漆涂油脂电镀负极判断下列说法是否正确1．(2009·广东理基T25－D)钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀．()2．(2009·北京高考T6－B)船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀．()3．(2009·北京高考T6－C)钢铁吸氧腐蚀的正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－.()提示：1.×2.√3.√4.√5.×4．(2009·广东高考T10－C)锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快．()5．(2008·天津高考T12－D)镀层破损后，镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀．()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)析氢腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀(主要)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反应式2Fe＋3Cl22FeCl3负极：Fe－2e－===Fe2＋正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－正极：2H＋＋2e－===H2↑两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍、危害更大．如图所示水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：(1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于_______腐蚀．(2)若试管内液面上升，则原溶液呈______性，发生________腐蚀，电极反应，负极：___________________，正极：______________________________________________.(3)若试管内液面下降，则原溶液呈________性，发生________腐蚀，电极反应，负极：_______________________，正极：______________________________________________.(1)析氢腐蚀在酸性条件下生成H2.(2)吸氧腐蚀在弱酸或中性条件下消耗O2.[听课记录]据原电池的构成条件，两种不同的材料在有电解质溶液时，若形成闭合回路，即可构成原电池．根据金属腐蚀的条件、原理及实验结果可知：试管内液面上升，说明试管内压强减小，气体被吸收所致，则铁钉发生了吸氧腐蚀，据此写出电极反应式；试管内液面下降，说明试管内气体压强变大，试管内产生了新气体所致，即铁钉发生了析氢腐蚀，据此写出电极反应．[答案](1)电化学(2)弱酸性或中吸氧2Fe－4e－===2Fe2＋O2＋4e－＋2H2O===4OH－(3)较强的酸析氢Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑1．下列叙述不正确的是()A．锌跟稀硫酸反应制取氢气，加入少量的硫酸铜能加快反应速率B．镀层破损后，白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易被腐蚀C．钢铁表面常易被锈蚀生成Fe2O3·nH2OD．钢铁在发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀时，电极反应相同的是负极反应.解析：A项中Zn置换出Cu一起构成原电池，加快反应速率；B项中白铁镀层破损后Zn先被腐蚀，而马口铁镀层破损后Fe先被腐蚀，故B错；C、D正确．答案：B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．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为()A．②①③④⑤⑥B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥D．⑤③②④①⑥[解析]①是Fe为负极，杂质为正极的原电池腐蚀，是钢铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢．其电极反应式为：负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－.②、③、④实质均为原电池装置．③中Fe为正极，被保护；②、④中Fe为负极，均被腐蚀，但Fe和Cu的金属活泼性差别比Fe和Sn的大，故Fe－Cu原电池中Fe被腐蚀较快；⑤是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀；⑥是Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀，防止了Fe的腐蚀．根据以上分析可知：铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤④②①③⑥.[答案]C金属的腐蚀快慢顺序为：电解池的阳极原电池的负极化学腐蚀原电池的正极电解池的负极．2．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是()①纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗②当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用③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④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A．①②B．②③C．③④D．①③解析：①中纯银器表面被氧气氧化而变暗是发生化学腐蚀，①正确；②当镀层破损时，Sn－Fe可构成原电池，Fe作负极，不再起到保护作用，②错误；与Zn块构成原电池，Zn作负极(阳极)，从而保护正极(阴极)，③正确；外加电流保护法应该与直流电源的负极连接，④错误．答案：D金属生锈的实验探究钢铁的腐蚀与防护和工业生产联系密切，电化学原理应用于生产是近几年高考的趋势，如08年海南高考．本部分内容与实验、计算结合起来，综合性较强，能很好地考查学生的学科内综合能力和实验探究能力．某研究性学习小组对铁生锈进行研究．(1)甲同学设计了A、B、C一组实验(如图)，探究铁生锈的条件．经过较长时间后，甲同学观察到的现象是：A中铁钉生锈；B中铁钉不生锈；C中铁钉不生锈．①通过上述实验现象分析，可得出铁生锈的外部条件是______________________________；②铁钉发生电化学腐蚀的正极电极反应式为______________________________________；③实验B所用的水要经过__________________处理；植物油的作用是__________________；④实验C中碱石灰的作用是________________．(2)乙同学为了达到同样目的，设计了实验D(如图)，发现一段时间后，试管中的液面升高，其原因是__________________，该实验________(填“能”或“不能”)说明水对铁钉生锈产生影响．(3)丙同学为了探究铁锈(Fe2O3·nH2O)的组成，将甲同学实验产生的铁锈刮下来，称取1.96g这种铁锈，按如图所示装置进行实验．充分反应后，称得B装置的质量增加0.36g，C装置的质量增加1.32g，则根据实验数据，推断铁锈的化学式中n值为______．(4)为了保证实验安全，实验开始时应先点燃________(填A或E)处的酒精灯．【解析】(1)①对A、B、C三个装置比较可知铁生锈的条件为有水和空气．②铁钉发生电化学腐蚀时正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－.③因为植物油的作用是隔绝空气，因此所用水应加热煮沸以赶尽其中溶解的O2，④碱石灰的作用应是干燥．(2)根据现象知，铁发生了吸氧腐蚀．(3)B装置中0.36g水即n(H2O)＝0.02mol，C装置中1.32gCO2即n(CO2)＝0.03mol，可推知Fe2O3中含n(O)＝0.03mol，n(Fe2O3)＝0.01mol.所以n(Fe2O3)∶n(H2O)＝0.01∶0.02＝1∶2，故答案可知．【答案】(1)①有水(或电解质溶液)和氧气(或空气)②O2＋4e－＋2H2O===4OH－③煮沸(或除去氧气)隔绝空气(或防止氧气与铁接触)④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，使气体体积减少不能(3)2(4)E[随堂巩固]1．按如图所示进行实验，经数天后可推知()A．溶液的pH会下降B．在试管中会收集到氢气C．在试管中会收集到氧气D．最后试管中的溶液呈酸性解析：自来水略显酸性，铁屑在其中会发生析氢腐蚀，所以溶液的pH要升高，试管中会有少量氢气生成，故B正确．答案：B2．将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入稀NaOH溶液中，分别形成原电池，则在这两个原电池中，负极分别为()A．AlCuB．CuAlC．AlAlD．CuCu解析：铝在浓硝酸中钝化作正极，铜与浓硝酸反应作负极．铝与稀NaOH溶液反应作负极，铜与之不反应作正极．答案：B3．将铁棒与石墨棒用导线相连后浸入0.1mol·L－1食盐溶液中，可能会出现的现象是()A．铁棒附近产生OH－B．铁棒被腐蚀C．石墨棒上有Cl2放出D．石墨棒上有O2放出解析：构成的原电池中铁棒作负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，石墨棒作正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－.答案：B4．钢铁发生电化学腐蚀时，负极发生的反应()A．2H＋＋2e－===H2↑B．2H2O＋O2＋4e－===4OH－C．Fe－2e－===Fe2＋D．4OH－－4e－===2H2O＋O2↑解析：钢铁在潮湿的空气中发生电化学腐蚀时，负极为铁，正极为碳，电解质溶液为溶有O2或CO2等气体的水膜．当水膜呈弱酸性或中性时发生吸氧腐蚀，负极反应为：Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为：2H2O＋O2＋4e－===4OH－；当水膜呈酸性时发生析氢腐蚀，负极反应为：Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为：2H＋＋2e－===H2↑.钢铁的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主．答案：C5．用铝饭盒盛放醋酸，一段时间后饭盒被腐蚀，这种腐蚀属于________，反应方程式为____________________；若用铝饭盒盛放食盐(含水)，一段时间后，饭盒被腐蚀，这种腐蚀属于______________，反应原理(用电极反应式表示)：__________________________.答案：化学腐蚀2Al＋6CH3COOH===2(CH3COO)3Al＋3H2↑电化学腐蚀负极：4Al－12e－===4Al3＋，正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－6．如图所示，在大试管里放一段光亮无锈的弯成螺旋状的铁丝，把试管倒插入水中，将这个装置这样放置约一周后，观察到铁丝发生的变化是________，原因是__________________________．试管内水面会上升，最终上升高度大约为________，原因是____________________________．解析：主要从铁丝发生吸氧腐蚀分析．答案