第四章电化学基础第四节金属的电化学腐蚀和防护.docx

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第四章电化学基础第四节金属的电化学腐蚀和防护

1．金属的腐蚀

金属的腐蚀

概念

金属腐蚀是指金属与周围的__________物质发生__________反应而引起损耗的现象

特征

金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面会发生变化

本质

金属腐蚀的本质是金属________变成阳离子，发生________反应

类型

化学腐蚀

金属与接触到的________（如O2、Cl2、SO2等）或________液体（如石油）等直接发生化学反应而引起的腐蚀

电化学腐蚀

________的金属与________溶液接触时，会发生________，________的金属______而被氧化的腐蚀。

电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大

2.电化学腐蚀

析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较

类型

吸氧腐蚀

析氢腐蚀

条件

水膜呈_____性或_____性

水膜呈_____性较强

正极反应

________________________

____________

负极反应

（Fe）

________________________

____________

总反应

________________________

____________

吸氧腐蚀中其他反应

________________________________________

________________________失去部分水转化为铁锈

　1．气体或液体　氧化还原　失去电子　氧化　干燥气体　非电解质　不纯　电解质　原电池反应　比较活泼　失去电子

2．弱酸　中　酸　O2＋2H2O＋4e－===4OH－

2H＋＋2e－===H2↑　2Fe－4e－===2Fe2＋

Fe－2e－===Fe2＋　2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2

Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑　Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓

4Fe（OH）2＋2H2O＋O2===4Fe（OH）3　Fe（OH）3

　　　1.结合金属的腐蚀类型分析钢铁以哪种腐蚀为主？

提示：

由于钢铁通常所处的外部环境干燥度较低，氧气的存在又比较广泛，且原电池反应比一般的氧化还原反应速率快，所以钢铁主要是电化学腐蚀，其次为化学腐蚀，又因为钢铁表面一般不会遇到酸性较强的溶液主要发生吸氧腐蚀，其次为析氢腐蚀。

1．牺牲阳极的阴极保护法

应用________原理，让被保护金属作________，另找一种活泼性________的金属作________。

2．外加电流的阴极保护法

利用______原理，把被保护的钢铁设备作为________极，用惰性电极作为辅助________极。

在电解质溶液里，接外加________电源。

1．原电池　正极　较强　负极

2．电解　阴　阳　直流

　　　　2.电化学防护的实质是什么？

提示：

电化学防护的实质是把被保护的金属作原电池的正极或电解池的阴极，不参与电极反应，从而不被氧化。

►基础训练

1．（2015·江苏洋河实验学校高二质检）钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是（　　）

A．2H＋＋2e－===H2↑

B．Fe2＋＋2e－===Fe

C．2H2O＋O2＋4e－===4OH－

D．Fe3＋＋e－===Fe2＋

解析：

钢铁发生吸氧腐蚀时，正极为O2得到电子生成OH－，故发生的电极反应2H2O＋O2＋4e－===4OH－；故答案为C。

答案：

C

2．（2015·北京市魏善庄中学高三上学期期中考）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．生铁比纯铁容易生锈

C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈

D．银质奖牌久置表面变暗

解析：

A项，黄铜（铜锌合金）制作的铜锣中，金属锌为负极，金属铜做正极，Cu被保护，不易腐蚀，和电化学腐蚀有关，故A项不选；B项，生铁中金属铁、碳、潮湿的空气能构成原电池，金属铁为负极，易被腐蚀而生锈，和电化学腐蚀有关，故B项不选；C项，铁质器件附有铜质配件，在接触处形成原电池装置，其中金属铁为负极，易生铁锈，和电化学腐蚀有关，故C项不选；D项，银质奖牌长期放置后在其奖牌的表面变暗是由于金属银和空气中的成分发生反应的结果，属于化学腐蚀，与电化学腐蚀无关，故D项选。

答案：

D

3．电化学在日常生活中有广泛的应用，下列说法或做法正确的是（　　）

A．2013年5～6月，广东多地出现暴雨，铁门因被洪水浸泡而生锈，铁门生锈是因为发生化学腐蚀

B．白铁皮（铁镀锌）表面有划损时，不能阻止铁被腐蚀

C．钢管与电源正极连接，钢管可被保护

D．不能将铁制自来水管与铜制水龙头连接

解析：

洪水浸泡的铁门发生的是电化学腐蚀，A项错；白铁表面有划损时，先腐蚀的是表面的锌，能阻止铁被腐蚀，B项错；钢管与电源正极连接，作电解池的阳极，被氧化而腐蚀，C项错；铁和铜是两种活泼性不同的金属，易形成原电池，会加速铁制自来水管的腐蚀，故D项正确。

答案：

D

4．铁生锈是一种常见的自然现象，其主要的化学反应方程式为4Fe＋3O2＋xH2O===2Fe2O3·xH2O。

右图为一放在水槽中的铁架，水位高度如图。

最容易生锈的铁架横杆是（　　）

A．①　　　　　　　　　B．②

C．③D．④

解析：

此处铁生锈属于吸氧腐蚀。

④处没有和电解质溶液接触，不能构成原电池，腐蚀速率较慢；①②③处已与电解质溶液接触，但①②处含O2较少，所以③处腐蚀最快。

答案：

C

5．（2014·潮南区东山中学高二期末考）下列防止钢铁锈蚀的措施中，不合理的是（　　）

A．在自行车的钢圈表面镀镍

B．在地下钢铁管道上连接铜块

C．改变金属内部结构制成不锈钢

D．健身器材刷油漆或包上一层塑料层

解析：

应该在地下钢铁管道上连接锌块，金属锌比铁活泼，属于牺牲阳极的阴极保护法，显然B不合理，其它选项明显合理，故答案为B。

答案：

B

6．如下图所示，水槽中的试管内有一枚铁钉，放置数天后观察：

（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：

__________________。

解析：

根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。

铁钉实际上含有杂质碳，在这种情况下具备形成原电池的条件，此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。

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，由气体被吸收所致，则铁钉发生了吸氧腐蚀，电解质溶液为弱酸性或中性，电极反应式为2Fe－4e－===2Fe2＋，O2＋4e－＋2H2O===4OH－；试管内液面下降，说明试管内气体压强变大，由试管内产生了新气体所致，即铁钉发生了析氢腐蚀，电解质溶液为较强的酸，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，2H＋＋2e－===H2↑。

答案：

（1）电化学

（2）弱酸性或中　吸氧　2Fe－4e－===2Fe2＋　O2＋4e－＋2H2O===4OH－

（3）酸　析氢　Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑

►能力提升

7．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是（　　）

A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重

B．图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小

C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大

D．图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2被氧化引起的

解析：

插入海水中的铁棒，越靠近底端，氧气溶解的量越少，腐蚀越轻，A错误；开关M闭合，CuZn合金做负极腐蚀严重，若改置于N时，CuZn合金做正极，腐蚀速率减小，B正确；接通开关时Zn腐蚀速率增大，Pt上放出气体的速率增大，C错误；ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由氯化铵水解成酸性，与Zn反应生成H2，D错误；故答案为B。

答案：

B

8．（2015·湛江市调研）下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面图。

下列说法正确的是（　　）

A．该电化腐蚀为析氢腐蚀

B．图中生成铁锈最多的是C区域

C．A区域比B区域更易腐蚀

D．铁闸中的负极的电极反应：

Fe－2e－===Fe2＋

解析：

该电化腐蚀为吸氧腐蚀，A项错误；图中生成铁锈最多的是B区域，因为此地方氧气浓度较大，B项错误；B区域比A区域更易腐蚀，因A处较干燥，不容易腐蚀，C项错误；发生吸氧腐蚀时，铁为负极，发生的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，D项正确；故答案为D项。

答案：

D

9．A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸，如下图所示：

（1）A中反应的离子方程式是

________________________________________________________________________。

（2）B中Sn极的电极反应式为______________________，Sn极附近溶液的pH________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。

（3）C中被腐蚀的金属是________，总反应离子方程式是：

________________________，比较A、B、C中铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是________。

（1）Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

（2）2H＋＋2e－===H2↑　增大

（3）Zn　Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑　B＞A＞C

10．如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。

为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：

序号

内容

实验现象

1

常温下将铁丝放在干燥空气中一个月

干燥的铁丝表面依然光亮

2

常温下将铁丝放在潮湿空气中一小时

铁丝表面依然光亮

3

常温下将铁丝放在潮湿空气中一个月

铁丝表面已变得灰暗

4

将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时

铁丝表面略显灰暗

5

将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时

铁丝表面已变得灰暗

6

将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时

铁丝表面灰暗程度比实验5严重

回答以下问题：

（1）上述实验中发生了电化学腐蚀的是________（填实验序号）；在电化学腐蚀中，负极反应是____________；正极反应是__________________________。

（2）由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素是________________________________________________________________________。

（3）为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________（答两种方法）。

解析：

解答第

（1）题应注意联系金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的区别，不纯的金属与电解质溶液接触，因发生原电池反应，较活泼的金属失电子而被氧化，分析题中实验可知，实验3、4、5、6发生了电化学腐蚀，其中负极反应是：

2Fe－4e－===2Fe2＋，正极反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

解答第

（2）题时，对比实验1和3可得出湿度增大，可使铁锈蚀速率加快；对比实验2、4可知增大O2浓度可加快铁锈蚀的速率；对比实验4、5可知升高温度可加快铁锈蚀的速率；对比5、6可知电解质的存在会使铁锈蚀的速率加快。

第（3）题，为防止铁锈蚀，根据铁锈蚀的类型，可采用牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法，还可把铁制成不锈钢（合金），亦可采用喷油漆、涂油脂、电镀、表面钝化等方法使铁与空气、水等物质隔离，以防止其腐蚀。

答案：

（1）3、4、5、6　Fe－2e－===Fe2＋　2H2O＋O2＋4e－===4OH－

（2）湿度、温度、O2的浓度、电解质存在

（3）电镀、发蓝等表面覆盖保护层；牺牲阳极的阴极保护法等