江苏省大丰市新丰中学高二化学苏教版选修4导学案专题1第3单元《金属的腐蚀与防护》Word格式文档下载.docx

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2.钢铁的电化学腐蚀

根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，如下图所示：

（1）钢铁的析氢腐蚀：

当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，腐蚀过程中有H2放出。

Fe是负极，C是正极。

发生的电极反应式及总反应式为

Fe－2e－===Fe2＋；

正极：

2H＋＋2e－===H2↑；

总反应：

Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。

（2）钢铁的吸氧腐蚀：

当钢铁表面的电解质溶液呈中性或呈弱酸性并溶有O2时，将会发生吸氧腐蚀。

电极反应式及总反应式为

2Fe－4e－===2Fe2＋；

2H2O＋O2＋4e－===4OH－；

2Fe＋2H2O＋O2===2Fe（OH）2。

最终生成Fe2O3·

nH2O，是铁锈的主要成分。

3.金属腐蚀快慢的比较

（1）电解池阳极>

原电池负极>

化学腐蚀>

原电池正极>

电解池阴极。

（2）原电池的腐蚀：

两极材料活动性差别越大，腐蚀速率越快。

[归纳总结]

（1）影响金属腐蚀的因素

影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。

就金属本性来说，金属越活泼，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，都容易被腐蚀。

（2）钢铁析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较

因钢铁表面水膜酸碱性不同，钢铁发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀，二者正极反应式不同，但负极反应式相同，都是铁失电子被氧化。

[活学活用]

1.下列有关金属腐蚀的说法中正确的是（　　）

A.金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程

B.电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程

C.钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈

D.金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化学腐蚀伴有电流产生

答案　D

解析　金属腐蚀的本质，主要是金属原子失电子被氧化，腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，外因是金属与空气、水和其他腐蚀性的物质接触，腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀，所以A错误；

电化学腐蚀指不纯金属或合金发生原电池反应而损耗的过程，不需要外加电流，所以B错误；

钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，正极吸收氧气，而不是负极吸收氧气，所以C错误；

只有选项D正确。

2.如图所示，

试管中放一铁钉，溶液为氯化钠溶液，数天后观察到的现象有_________________________________________________________________。

说明铁钉发生了____________腐蚀，其中正极的电极反应式为_______________________________________________________________________________，

溶液中发生反应的化学方程式为___________________________________________________。

答案　U形管的a端比b端液面高，试管内有红褐色物质生成吸氧　2H2O＋O2＋4e－===

4OH－

4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3

解析　此题考查了铁的吸氧腐蚀，铁钉腐蚀时吸收试管中的O2，使压强减小，左边液面上升，腐蚀时负极：

2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：

O2＋4e－＋2H2O===4OH－。

二　金属的防护方法

1.金属的防护就是防止金属的腐蚀，要解决的主要问题是使金属不被氧化。

从金属腐蚀的反应实质、影响因素等方面分析，确定金属防护的方法：

（1）改变金属的内部结构，使金属性质改变，增强其本身的抗腐蚀能力，成为耐腐蚀金属；

（2）使金属与化学物质相互隔离，在金属表面覆盖油漆、镀层金属、氧化膜等保护层。

2.

（1）物理保护法

①在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。

②用电镀的方法，在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。

③工业上常利用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。

④把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢，就大大地增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。

（2）化学保护法

①为了减小某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用C（填字母序号）。

A.铜B.钠

C.锌D.石墨

②图乙所示的方案也可以减慢铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的负极。

金属的电化学防护方法

类型

方法

原理

实例

牺牲阳极的阴极保护法

在被保护的设备上装上比它更活泼的金属

被保护的金属作原电池的正极

船舶的外壳上装锌块

外加电流的阴极保护法

将被保护的设备与惰性电极置于电解质溶液中，接上外加直流电源

被保护的金属作电解池的阴极

保护海水中的钢闸门

3.下列关于金属的防护方法的说法不正确的是（　　）

A.我们使用的快餐杯表面有一层搪瓷，搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用

B.给铁件通入直流电，把铁件与电池负极相连接

C.轮船在船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阳极的阴极保护法

D.钢铁制造的暖气管管道外常涂有一层较厚的沥青

答案　A

解析　A项中搪瓷层破损后金属铁直接暴露在空气中，搪瓷层已不能再对破损部位形成有效的保护；

B项中利用的是外加电流的阴极保护法，从而保护铁不被腐蚀；

C项是牺牲阳极的阴极保护法；

D项是用沥青作涂层的涂层保护法。

当堂检测

1.下列叙述错误的是（　　）

A.生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱

B.用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈

C.在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液

D.铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀

答案　C

解析　生铁中能形成微电池，铁是负极易被腐蚀，抗腐蚀能力差，A项正确；

铁比锡活泼，所以铁更易被腐蚀，B项正确；

电镀时，镀件作阴极，C项错误；

由于锌比铁活泼，形成原电池时锌被腐蚀，铁受到保护，D项正确。

2.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时，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　钢管连电源正极，作阳极，易腐蚀；

铜管与钢管堆放在一起，钢管作负极，易腐蚀。

3.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的氧化作用引起的

解析　A项，插入海水中的铁棒靠近液面的位置与氧气接触，易发生吸氧腐蚀；

B项，开关由M改置于N时，Zn作负极，CuZn合金作正极，合金受到保护；

C项，接通开关形成原电池，Zn作负极，Zn的腐蚀速率增大，但气体是在Pt电极上生成的；

D项，ZnMnO2中自放电腐蚀主要是Zn发生氧化反应而自放电。

4.铜制品在经常下酸雨的地区电化学腐蚀严重。

写出此电化学腐蚀的电极反应式：

________________________________________________________________________；

________________________________________________________________________。

答案　O2＋2H2O＋4e－===4OH－

2Cu－4e－===2Cu2＋

解析　要注意铜的电化学腐蚀与铁的区别，铜不能还原H＋，故不可能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀；

酸雨是一个干扰因素，只是使电解质溶液中的H＋浓度增大，反应加快。

40分钟课时作业

[基础过关]

一、金属的腐蚀

1.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＋

H2↑

B.马口铁（镀锡铁）镀层破损后被腐蚀时，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　A中金属腐蚀的本质应包括化学腐蚀和电化学腐蚀，为M－ne－===Mn＋；

B选项中Sn、Fe构成电化学腐蚀，主要是Fe－2e－===Fe2＋，铁先被腐蚀；

常温下，空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，难以和非金属氧化剂（Cl2、S）等反应发生化学腐蚀。

2.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）制的铜锣不易生锈

C.铜、铝电线一般不连接起来作导线

D.生铁比熟铁（几乎是纯铁）容易生锈

解析　B、C、D项均与原电池有关，能用电化学知识来解释，故选A。

3.某课外活动小组，为研究金属的腐蚀原理，做了如下实验：

将剪下的一块镀锌铁片，放入锥形瓶中，并滴入少量食盐水将其浸湿，再加数滴酚酞试液，按下图的装置进行实验，过一段时间后观察。

下列现象不可能出现的是（　　）

A.B中导气管中产生气泡

B.B中导气管里形成一段水柱

C.金属片剪口处溶液变红

D.锌被腐蚀

解析　由题意知，锌铁合金放入NaCl溶液中，形成了原电池，由于金属活动性：

Zn>

Fe，且电解质溶液为NaCl溶液，呈中性，故发生了Zn的吸氧腐蚀，导致A中压强减小，B中导管形成一段水柱，由于O2得电子后结合H2O生成OH－，显碱性，使酚酞溶液变红，故A错误，B、C、D正确。

二、铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀

4.下列关于钢铁的析氢腐蚀的说法中正确的是（　　）

A.铁为正极

B.碳为正极

C.溶液中氢离子浓度不变

D.析氢腐蚀在任何溶液中都会发生

5.在铁的吸氧腐蚀过程中，下列5种变化可能发生的是（　　）

①Fe由＋2价转化成＋3价　②O2被还原　③产生H2

④Fe（OH）3失水形成Fe2O3·

nH2O　⑤杂质C被氧化除去

A.①②④B.③④

C.①②③④D.①②③④⑤

解析　本题考查的是金属吸氧腐蚀的原理。

铁能发生吸氧腐蚀，是由于铁所吸附的水膜中溶解了O2，不纯的Fe与之构成原电池，其中Fe为负极：

2Fe－4e－===2Fe2＋，碳为正极：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－，但铁中的杂质碳因性质稳