2019-2020学年高中化学 第四章 电化学基础 第4节 金属的电化学腐蚀与防护课件 新人教版选修

第四节金属的电化学腐蚀与防护学习目标重点难点1.了解金属腐蚀的原因及危害。2.了解防止金属腐蚀的方法。【重点】金属电化学防护的方法。【难点】金属电化学腐蚀的原因及反应原理。1．金属腐蚀(1)概念金属或合金与周围接触到的__________________发生__________反应而引起损耗的现象。金属的电化学腐蚀气体或液体物质氧化还原(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。2．化学腐蚀金属跟接触到的_______气体(如O2、Cl2、SO2等)或__________液体(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______。失去氧化接触的气体或液体物质化学电化学干燥非电解质加快3．电化学腐蚀(1)概念：________的金属跟________溶液接触时，会发生________反应，比较______的金属______电子而被氧化。(2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀①析氢腐蚀：金属表面的电解质溶液______较强，腐蚀过程中有H2放出，如下图所示。不纯电解质原电池活泼失去酸性负极反应：_________________；正极反应：_________________；总反应：______________________________。②吸氧腐蚀：钢铁表面吸附的水膜__________或呈______时，氧气参加电极反应，发生吸氧腐蚀，如下图所示。Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑酸性很弱中性负极反应：____________________。正极反应：_______________________。总反应：___________________________。最终生成Fe2O3·xH2O，过程如下：_______________________________________________________________________。2Fe－4e－===2Fe2＋O2＋4e－＋2H2O===4OH－2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水就生成Fe2O3·xH2O1．钢铁发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的阳极反应一样吗？写出两种腐蚀的负极反应。【答案】一样。两种腐蚀的阳极反应都为Fe－2e－===Fe2＋。2．钢铁发生吸氧腐蚀生成Fe(OH)2，最终生成铁锈的原因是什么？(用化学方程式表示)【答案】4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；2Fe(OH)3===Fe2O3＋3H2O。金属的防护一般有三条途径：(1)改变金属内部结构，如制成_____________________；(2)涂保护层，如________________________等；(3)电化学保护法。电化学保护法包括牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。金属的防护抗腐蚀的合金——不锈钢喷油漆、涂油脂、烧搪瓷电化学防护的实质是什么？【答案】把被保护的金属作原电池正极或电解池阴极，不参与电极反应，从而不被氧化。1．化学腐蚀、电化学腐蚀的比较金属的腐蚀比较项化学腐蚀电化学腐蚀吸氧腐蚀析氢腐蚀条件金属跟氧化性物质直接接触不纯金属或合金跟极弱酸性(或中性)电解质溶液接触不纯金属或合金跟较强酸性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的过程较活泼金属被氧化的过程相互联系化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生2．钢铁吸氧腐蚀、析氢腐蚀的比较腐蚀类型析氢腐蚀吸氧腐蚀相同点腐蚀的本质被腐蚀金属为原电池的负极，其原子失去电子变成金属阳离子，发生氧化反应负极反应式Fe－2e－===Fe2＋腐蚀类型析氢腐蚀吸氧腐蚀不同点条件水膜酸性较强水膜呈很弱的酸性、中性或碱性电解质溶液溶有CO2、SO2等的水溶液溶有O2的水溶液氧化剂H＋O2正极反应式2H＋＋2e－===H2↑O2＋2H2O＋4e－===4OH－产物H2Fe(OH)2总反应式2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)21．无论哪种类型的金属腐蚀，其本质都是金属被氧化的过程。由于钢铁制品通常所处的外部环境干燥程度较低，氧气的存在又非常广泛，在相同条件下，原电池反应比一般的氧化还原反应速率快，因此在钢铁的腐蚀类型中主要是电化学腐蚀，其次是化学腐蚀。但是钢铁的腐蚀类型并不单一，一般是电化学腐蚀和化学腐蚀并存，只是有主次之分罢了。2．电化学腐蚀过程中发生的化学反应是原电池反应，有电流产生。3．影响金属腐蚀的因素包括金属的本身的性质和介质两个方面。就金属本性来说，金属越活泼，就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，较容易被腐蚀。4．判断金属腐蚀快慢的规律不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成小原微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与构成微小原电池的材料有关。两极材料的活动性差别越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属被腐蚀的速率就越快。②与金属所接触的电解质的强弱有关。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。一般来说，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措施的腐蚀。如下图所示，下列各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序是()A．(4)(2)(1)(3)B．(2)(1)(3)(4)C．(4)(2)(3)(1)D．(3)(2)(3)(1)【答案】A【解析】先判断装置是原电池还是电解池，再分析金属活动性的差别。金属反应速率的快慢，决定着金属腐蚀的快慢，通常金属与外加电源正极相连时，反应最快；当金属与其他材料构成原电池作负极时，反应相对较快。两种活动性不同的金属用导线相连，置于电解质溶液中，构成原电池，活泼金属作负极，失电子被氧化而被腐蚀。金属的活动性：ZnFeSnCu，(2)中由于构成原电池Fe作负极比(1)中的腐蚀速率快。(4)中Fe作为电解池的阳极，比(2)腐蚀更快。(3)中的Fe因作原电池的正极而被保护不易被腐蚀。解题指引：根据装置特点判断引起铁的腐蚀类型分析，确定腐蚀快慢顺序。下列叙述不正确的是()A．金属的电化学腐蚀比化学腐蚀普遍B．钢铁在干燥的空气里不易被腐蚀C．用铝质铆钉铆接铁板，铁板易被腐蚀D．原电池外电路电子由负极流入正极【答案】C【解析】不纯的金属在潮湿的空气中容易形成电化学腐蚀，所以电化学腐蚀比化学腐蚀普遍，A正确；干燥的空气中，不易发生原电池反应，B正确；铝和铁形成原电池，铝作负极易被腐蚀，C错误；原电池负极发生氧化反应失去电子，电子通过导线流向正极，D正确。1．金属防护的基本方法(1)电化学保护法①牺牲阳极的阴极保护法这种方法通常是在被保护的钢铁设备上(如锅炉内壁、船体的外壳等)装上若干镁合金或锌块。镁、锌比较活泼作原电池的负极(阳极)，不断遭受腐蚀，定期予以更换，而作为正极(阴极)的钢铁设备被保护了下来。金属防护的基本方法②外加电流的阴极保护法这种方法是把被保护的钢铁设备(如钢闸门)作为阴极，用惰性电极作辅助阳极，两者均存在于电解质溶液中，接外加直流电源。通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面积累负电荷，这样就抑制了钢铁失去电子的作用，从而防止了钢铁的腐蚀。(2)改变金属的内部结构改变金属内部结构，使金属性质改变，成为耐腐蚀金属，如不锈钢等。(3)加保护层如采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等其他方法使金属与空气、水等物质隔离，以防止金属腐蚀。(4)防止金属与氧化性介质直接接触2．金属的腐蚀快慢和金属的防护方法的优劣(1)各种腐蚀的程度由大到小的顺序(相同条件下)下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是()A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀C．钢管与铜管露天堆放在一起，钢管不易被腐蚀D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋【答案】B【解析】A项，钢管与电源负极相连被保护，与电源正极相连被腐蚀；C项，因形成原电池，铁(钢)作负极被腐蚀；D项，负极反应应为Fe－2e－===Fe2＋。解题指引：本题以金属的腐蚀与防护为载体考查了电池和电解池的原理，注意铁和铝的钝化现象不是没反应而是反应生成一层致密的氧化膜而阻止了进一步反应。(2016年天津红桥高二期末)下列说法不利于金属腐蚀防护的是()A．在铁塔的表面喷油漆B．将钢铁制成不锈钢C．菜刀切菜后不洗净就放回刀架D．埋在地下的钢管与锌块连接【答案】C【解析】在铁塔的表面喷油漆，可以使Fe与空气、水隔绝，有利于金属腐蚀防护，故A项不合题意；将钢铁制成不锈钢，可以防止钢铁被腐蚀，有利于金属腐蚀防护，故B项不合题意；菜刀切菜后不洗净就放回刀架，Fe的表面有电解质溶液，Fe容易被腐蚀，故C项合题意；埋在地下的钢管与锌块连接，Zn、Fe形成原电池时，Zn被腐蚀，Fe被保护，有利于金属腐蚀防护，故D项不合题意。