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第四節(jié) 金屬的電化學腐蝕與防護,目標導航,預習導引,目標導航,預習導引,1.金屬的腐蝕 (1)概念:金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進行化學反應而腐蝕損耗的過程。 (2)本質:金屬原子失去電子變?yōu)殛栯x子,金屬發(fā)生氧化反應。 (3)分類: ①化學腐蝕:金屬跟接觸到的物質直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。 ②電化學腐蝕:不純的金屬跟電解質溶液接觸時,會發(fā)生原電池反應,比較活潑的金屬失電子而被氧化。,,,,,目標導航,預習導引,2.鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕,3.金屬的防護,,,,,,目標導航,預習導引,4.金屬的電化學防護 (1)犧牲陽極的陰極保護法: 應用原電池原理,讓被保護金屬作正極,另找一種活潑性較強的金屬作負極。 (2)外加電流的陰極保護法: 利用電解原理,把被保護的鋼鐵設備作為陰極,用惰性電極作為輔助陽極,在電解質溶液里,接外加直流電源。,,,,,,,,目標導航,預習導引,5.犧牲陽極的陰極保護法的實驗探究 (1)實驗步驟:按右圖所示連接好裝置;往Fe電極區(qū)滴入2滴黃色K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液,觀察實驗現(xiàn)象。 已知Fe2+與[Fe(CN)6]3-反應生成帶有特征藍色的鐵氰化亞鐵沉淀: 3Fe2++2[Fe(CN)6]3-==Fe3[Fe(CN)6]2↓。,目標導航,預習導引,(2)實驗現(xiàn)象:可以看到電壓表指針發(fā)生偏轉,Fe電極上有氣泡產(chǎn)生,往Fe電極附近滴入K3[Fe(CN)6]溶液,沒有藍色沉淀生成。 (3)實驗結論: 實質上是Zn、Fe、NaCl溶液(酸化)構成原電池,發(fā)生下列電極反應: 負極Zn-2e-==Zn2+, 正極2H++2e-==H2↑。 往Fe電極附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液,未出現(xiàn)藍 色沉淀,說明溶液中不含F(xiàn)e2+,證明Fe未被腐蝕(即犧牲陽極金屬保護陰極金屬)。,,,,,,,目標導航,預習導引,深度思考 判斷下列描述的正誤(正確的畫“√”,錯誤的畫“”)。 (1)金屬的腐蝕都是金屬失去電子被氧化的過程,所以都是化學腐蝕。 ( ) (2)鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕的區(qū)別在于前者有H2生成,后者有O2參加。 ( ) (3)在入?？诘匿撹F閘門上裝一定數(shù)量的銅塊可防止閘門被腐蝕。 ( ) (4)鋼鐵發(fā)生電化學腐蝕的負極反應式為Fe-3e-==Fe3+。 ( ) (5)白鐵(鍍鋅鐵)鍍層破損后鐵皮的腐蝕速率加快。 ( ) (6)原電池反應是導致金屬腐蝕的主要原因,故不能用來減緩金屬的腐蝕。 ( ) 答案:(1) (2)√ (3) (4) (5) (6),遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,一、金屬的腐蝕 (1)化學腐蝕和電化學腐蝕的聯(lián)系和區(qū)別。,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,(2)鋼鐵生銹的過程和特點。 鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕都是鐵原子失去電子生成Fe2+。,Fe(OH)3失去部分水轉化為鐵銹(Fe2O3xH2O),鐵銹的形成并不能阻止鋼鐵繼續(xù)腐蝕。因為鐵銹結構疏松,更容易吸附空氣中的水分使鋼鐵表面潮濕,鋼鐵反而更容易生銹。,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,鐵生銹除了必須有空氣及水的參與外,還受其他一些因素的影響。請解釋下列有關鐵生銹現(xiàn)象的原因。 (1)相對于在內河行駛的輪船來說,海輪更容易被腐蝕。 答案:海輪更容易被腐蝕,是因為海水中含有較多的氯化鈉等鹽類,導電能力比內河的水更強,而在電解質溶液中,電化學腐蝕更易進行。 (2)1910年遺留在南極的食品罐頭盒,其表面至今很少有鐵銹出現(xiàn)。 答案:由于南極的溫度常年在0 ℃以下,說明在較高溫度下,腐蝕更易進行。 (3)用于連接銅板的鐵螺絲容易生銹。 答案:由于鐵與銅及空氣中的水蒸氣構成了原電池,鐵作電池的負極,因此更容易腐蝕而生銹。,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,(4)當化工廠排出的廢氣為酸性氣體時,工廠附近的鐵制品容易生銹。 答案:因為鐵制品在酸性條件下比在中性條件下更易被腐蝕。,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,【例1】 右圖所示裝置中,U形管內為紅墨水,a、b試管內分別盛有食鹽水和氯化銨溶液,各加入生鐵塊,放置一段時間。下列有關描述錯誤的是( ) A.生鐵塊中的碳是原電池的正極 B.紅墨水柱兩邊的液面變?yōu)樽蟮陀腋?C.兩試管中相同的電極反應式是Fe-2e-==Fe2+ D.a試管中發(fā)生了吸氧腐蝕,b試管中發(fā)生了析氫腐蝕 解析:a、b試管中均發(fā)生鐵的電化學腐蝕。在a管食鹽水中的Fe發(fā)生吸氧腐蝕,正極為碳:2H2O+O2+4e-==4OH-,負極為鐵:2Fe-4e-==2Fe2+,由于吸收O2,a管中氣壓降低;b管中的電解質溶液是酸性較強的NH4Cl溶液,故發(fā)生析氫腐蝕,正極:2H++2e-==H2↑,負極:Fe-2e-==Fe2+,由于放出氫氣,b管中氣壓增大,故U形管中的紅墨水應是左高右低,B選項錯誤。 答案:B,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,1.糕點包裝中常用的脫氧劑組成為還原性鐵粉、氯化鈉、炭粉等,其脫氧原理與鋼鐵的吸氧腐蝕相同。下列分析正確的是( ) A.脫氧過程是吸熱反應,可降低溫度,延長糕點保質期 B.脫氧過程中鐵作原電池正極,電極反應為Fe-3e-==Fe3+ C.脫氧過程中C作原電池負極,電極反應為2H2O+O2+4e-==4OH- D.含有1.12 g鐵粉的脫氧劑,理論上最多能吸收氧氣336 mL(標準狀況) 解析:鋼鐵的吸氧腐蝕為放熱反應,A錯誤。脫氧過程,鐵為負極,電極反應為Fe-2e-==Fe2+;碳作正極,電極反應為2H2O+O2+4e-==4OH-,B、C均錯誤。根據(jù)電極反應可得電池反應為2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2,Fe(OH)2可繼續(xù)被氧化:4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3,因此可得關系式:4Fe→3O2,1.12 g Fe完全反應最多可吸收O2 336 mL(標準狀況),D正確。 答案:D,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,2.鋼鐵生銹過程發(fā)生如下反應:①2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2;②4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3;③2Fe(OH)3==Fe2O3+3H2O。下列說法正確的是( ) A.反應①②中電子轉移數(shù)目相等 B.反應①中氧化劑是氧氣和水 C.與銅質水龍頭連接處的鐵質水管不易發(fā)生腐蝕 D.鋼鐵在潮濕的空氣中不能發(fā)生電化學腐蝕 解析:反應①中水既不是氧化劑,也不是還原劑,B項錯。選項C中鋼質(主要成分是Fe)水管與銅質(主要成分是Cu)水龍頭構成原電池,較活潑的鋼質水管腐蝕速率加快,C項錯。鋼鐵可認為是鐵碳合金,在潮濕的空氣中構成了原電池,易發(fā)生電化學腐蝕而使鐵生銹。 答案:A,遷移應用,典題例解,思考探究,一,二,知識精要,二、金屬的防護方法 (1)改變金屬的內部結構。 例如:把鉻、鎳等加入普通鋼里制成不銹鋼,就大大地增加了鋼鐵對各種腐蝕的抵抗力。 (2)在金屬表面覆蓋保護層。 在金屬表面覆蓋致密的保護層,從而使金屬制品跟周圍物質隔離開來,覆蓋保護層的方法有以下幾種: ①在表面涂抹油脂、油漆等。 ②用電鍍、熱鍍、噴鍍的方法,在金屬表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬,如在鋼鐵表面鍍鋅、錫、鉻、鎳等。 ③用化學方法使金屬表面生成一層致密而穩(wěn)定的氧化膜。例如,工業(yè)上常借一些溶液的氧化作用,在機器零件、精密儀器、槍炮等鋼鐵制件的表面上形成一層致密的黑色的四氧化三鐵薄膜。,遷移應用,典題例解,思考探究,一,二,知識精要,(3)電化學保護法。 ①犧牲陽極的陰極保護法。 將還原性較強的金屬作為保護極與被保護金屬相連構成原電池,還原性較強的金屬將作為負極發(fā)生氧化反應而被損耗,被保護金屬作為正極就可以避免被腐蝕。這種保護法犧牲了陽極保護了陰極。 ②外加電流的陰極保護法。 將被保護金屬與外加直流電源的負極相連讓其成為陰極,而將外加直流電源的正極接到惰性電極上,讓其成為陽極。,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,(1)把鐵制成不銹鋼,增強了鐵的耐腐蝕性,原理和電鍍一樣嗎? 答案:不一樣。前者是改變了金屬的內部結構,后者是在金屬表面覆蓋防護層。 (2)給鐵件通入直流電,把鐵件與電池正極相連接屬于外加電流的陰極保護法,對嗎? 答案:不對,外加電流的陰極保護法是把被保護金屬與電源的負極相連,若與電源的正極相連,則會加快金屬的腐蝕。,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,【例2】 鋼鐵很容易生銹而被腐蝕,每年因腐蝕而損失的鋼材占世界鋼鐵年產(chǎn)量的四分之一。 (1)鋼鐵腐蝕主要是吸氧腐蝕,該腐蝕過程中的電極反應式為 、 。 (2)為了降低某水庫的鐵閘門被腐蝕的速率,可以采用下圖甲所示的方案,其中焊接在鐵閘門上的固體材料R可以采用 。 A.銅 B.鈉 C.鋅 D.石墨 (3)下圖乙所示的方案也可以降低鐵閘門的腐蝕速率,其中鐵閘門應該連接在直流電源的 極。,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,解析:(1)發(fā)生吸氧腐蝕時,負極上Fe失去電子,正極上O2得到電子。 (2)鐵閘門上連接一塊比鐵活潑的金屬如鋅,就可由鋅失去電子,鋅被溶解,而鐵被保護,屬于犧牲陽極的陰極保護法。 (3)屬于外加電流的保護法,需把被保護的鐵閘門連接在電源的負極。 答案:(1)負極:2Fe-4e-==2Fe2+ 正極:O2+2H2O+4e-==4OH- (2)C (3)負,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,1.結合下圖判斷,下列敘述正確的是( ) A.Ⅰ和Ⅱ中正極均被保護 B.Ⅰ和Ⅱ中負極反應均是Fe-2e-==Fe2+ C.Ⅰ和Ⅱ中正極反應均是O2+2H2O+4e-==4OH- D.Ⅰ和Ⅱ中分別均有氣泡產(chǎn)生 解析:原電池正極一般被保護,A正確;Ⅰ中鐵作正極,B錯誤;Ⅱ中溶液顯酸性,所以電極反應為2H++2e-==H2↑,C錯誤;Ⅰ中發(fā)生吸氧腐蝕,一定無氣泡產(chǎn)生,D錯誤。 答案:A,遷移應用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,2.為了防止鋼鐵銹蝕,下列防護方法中正確的是 ( ) A.在精密機床的鐵床上安裝銅螺釘 B.在排放海水的鋼鐵閥門上用導線連接一鉛塊,一同浸入海水中 C.在海輪船殼上鑲嵌鋅塊 D.在電動輸油管的鑄鐵管上接直流電源的正極 解析:A、B中形成的原電池都是鐵作負極,加速鋼鐵腐蝕;D中鑄鐵管作陽極,加速腐蝕;C中鋅比鐵活潑,鐵作正極,故選C。 答案:C,思悟升華,方法歸納,案例探究,金屬腐蝕快慢的比較 下圖所示的各容器中盛有海水,鐵在其中被腐蝕時由快到慢的順序是( ) A.④②①③ B.②①③④ C.④②③① D.③②④① 解析:鐵在海水中的腐蝕屬于電化學腐蝕,當鐵與比它活潑性差的Sn相連時,Fe被腐蝕的速率增大[比①大],與活潑性比其強的鋅相連時,鋅作負極,被腐蝕,鐵被保護,其腐蝕的速率要比①小;④為電解裝置,Fe為陽極,發(fā)生氧化反應,鐵腐蝕的速率最快。 答案:A,思悟升華,方法歸納,案例探究,同一電解質溶液中金屬腐蝕快慢的規(guī)律: 電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學腐蝕有保護措施的腐蝕;即電解池的陽極原電池的負極一般化學腐蝕原電池的正極電解池的陰極。,思悟升華,方法歸納,案例探究,影響金屬腐蝕的因素包括金屬的本性和介質兩個方面 ,就金屬的本性而言,金屬越活潑,就越易失去電子被腐蝕。介質對金屬腐蝕的影響很大,如果金屬在潮濕的空氣中,接觸腐蝕性氣體或電解質溶液,都容易被腐蝕。,