化学反应原理专题1第三单元.docx

化学反应原理专题1第三单元.docx

《化学反应原理专题1第三单元.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学反应原理专题1第三单元.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

化学反应原理专题1第三单元

[目标导航]　1.认识金属腐蚀的危害，能解释金属发生电化学腐蚀的原因。

2.能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。

3.掌握金属腐蚀的防护方法。

一、金属的腐蚀

1．概念

金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的过程。

2．本质

金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。

3．分类

（1）化学腐蚀：

金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀。

（2）电化学腐蚀：

不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。

4．钢铁的电化学腐蚀

（1）钢铁的电化学腐蚀的分类：

电化学腐蚀

（2）钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较：

析氢腐蚀

吸氧腐蚀

图形描述

钢铁的析氢

腐蚀示意图

钢铁的吸氧

腐蚀示意图

条件

水膜酸性较强

水膜呈中性或酸性很弱

电极

反应

负极

Fe－2e－===Fe2＋

2Fe－4e－===2Fe2＋

正极C

2H＋＋2e－===H2↑

O2＋4e－＋2H2O===4OH－

总反应

Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

2Fe＋2H2O＋O2===2Fe（OH）2

议一议

1．金在自然界中为什么以游离态存在，而金属钠在自然界中只能以化合态存在？

答案　金的结构非常稳定，在自然界中没有其他物质能把它氧化。

而钠最外层只有一个电子，很容易失去，易被空气氧化，所以只能以化合态存在。

2．铁制品在潮湿的环境中比在干燥的环境中容易生锈，为什么？

答案　铁制品中含有杂质碳，在潮湿的环境下的电解质溶液中构成原电池，加快了铁被氧化的反应速率。

3．试根据上述两个问题归纳影响金属腐蚀的因素。

答案　影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面，就金属本性而言，金属越活泼，越容易被腐蚀。

介质对金属的腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，就容易被腐蚀。

4．化学腐蚀与电化学腐蚀的相同点和不同点是什么？

答案　相同点都是造成金属被氧化腐蚀。

不同点是化学腐蚀是金属和氧化剂直接发生氧化还原反应，无电流产生；电化学腐蚀是发生原电池反应，有电流产生。

5．如何从字面上区别析氢腐蚀和吸氧腐蚀？

答案　析氢腐蚀中的“析”是“析出”的意思，即发生该腐蚀时，有H2析出；吸氧腐蚀中的“吸”是“吸进”的意思，即发生该腐蚀时，空气中的氧气参加反应而被消耗。

6．判断下列腐蚀的类型（填“化学腐蚀”、“吸氧腐蚀”或“析氢腐蚀”）。

（1）通Cl2的铁制管道被腐蚀（化学腐蚀）

（2）浸泡食盐水的铁钉被腐蚀（吸氧腐蚀）

（3）用铝制饭盒盛放醋酸，一段时间后，饭盒被腐蚀（化学腐蚀）

（4）将铁钉放在NH4Cl溶液中，铁被腐蚀（析氢腐蚀）

7．铁在自然界中发生的腐蚀主要是哪类腐蚀？

答案　主要是电化学腐蚀中的吸氧腐蚀。

电化学腐蚀中吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍，吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，在金属活动性顺序中位于氢前面和氢之后的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动性顺序表中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。

二、金属的防护

1．金属的电化学防护

（1）牺牲阳极的阴极保护法：

应用原电池原理，让被保护金属作正极，另找一种活泼性较强的金属作负极。

如图所示：

（2）外加电流的阴极保护法：

利用电解原理，把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，在电解质溶液里，接外加直流电源。

如图所示：

2．改变金属的内部组织结构

制成防腐合金。

如不锈钢。

3．加保护层

如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或使其钝化等。

议一议

1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质，能减缓钢铁腐蚀（√）

（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，能减缓钢铁腐蚀（√）

（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（√）

（5）给铁件通入直流电，把铁件与电池负极相连接以防止铁被腐蚀（√）

（6）制成合金后均比纯金属耐腐蚀（×）

（7）将金属与外加直流电源的负极相连接，而将正极接到废铁上，可以防止金属被腐蚀（√）

2．在铁的表面镀上一层其他金属是常见的防止铁生锈的方法，常见的有镀锡（马口铁）和镀锌（白铁皮），为什么镀层破损后，镀锌钢板（白铁皮）比镀锡钢板（马口铁）耐腐蚀？

答案　镀层破损后，白铁皮形成原电池，因为锌比铁活泼，易失去电子，从而保护了铁；而马口铁破损后形成原电池时，铁比锡活泼，铁被腐蚀。

所以在镀层破损后，马口铁比白铁皮更易被腐蚀。

一、金属腐蚀快慢的判断方法

例1　一根铁丝插入煮沸过的蒸馏水中，铁丝上有三点：

A（水面以下）、B（水面）、C（水面以上）。

问：

（1）A、B、C三点哪点腐蚀最快？

（2）若向蒸馏水中加入少量食盐，B处的腐蚀速率将如何变化？

（3）若将蒸馏水换成：

①0.1mol·L－1H2SO4溶液；②1mol·L－1H2SO4溶液；③18.4mol·L－1H2SO4溶液。

则A处腐蚀由快到慢的顺序是_____________________________。

解析　

（1）根据题意可知：

A在煮沸的蒸馏水内部，因缺少O2，很难形成电解质溶液，几乎不腐蚀。

B在水面处，发生了电化学腐蚀。

C在水面以上，与O2接触，发生化学腐蚀，根据同一种物质，发生电化学腐蚀与化学腐蚀的对比可知B处铁丝的腐蚀比C处的快。

（2）蒸馏水中加入少量食盐（强电解质），构成了原电池，B点腐蚀速率远大于以前。

（3）①②硫酸为稀硫酸，但是①中硫酸的浓度小于②中硫酸的浓度，铁丝在②中的腐蚀速率比①中的快，③中18.4mol·L－1的硫酸（98%）是浓硫酸，铁很快发生了钝化几乎不腐蚀。

答案　

（1）B点腐蚀最快　

（2）B处腐蚀的速率将加快

（3）②＞①＞③

方法归纳　判断金属腐蚀速率的方法

（1）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。

（2）金属的腐蚀与所接触到的电解质强弱有关。

活泼金属在电解质溶液中的腐蚀比在非电解质溶液中的腐蚀速率快，在强电解质溶液中的腐蚀比在弱电解质溶液中的腐蚀速率快。

（3）一般规律

①电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有原电池防护措施的腐蚀＞有电解池防护措施的腐蚀。

②对同一种金属来说，腐蚀的快慢顺序：

强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液。

③活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快。

④一般对同一种电解质溶液来说，在一定浓度范围内，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。

提醒：

原电池的负极被腐蚀，正极被保护；电解池的阳极被腐蚀，阴极被保护。

变式训练1　如图所示，各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时，由快到慢的顺序是（　　）

A．④②①③B．②①③④C．④②③①D．③②④①

答案　A

解析　④中Fe作阳极，腐蚀最快。

③中Fe作正极，被保护，腐蚀慢。

②中Fe作负极，被腐蚀。

二、金属制品防腐处理探究

例2　对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。

（1）以下为铝材表面处理的一种方法：

①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是________________________________________________________________________

（用离子方程式表示）。

为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的________。

a．NH3b．CO2c．NaOHd．HNO3

②以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为________________________________________________________________________。

取少量废电解液，加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是________________________________________________________________________。

（2）镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是________________________________________________________________________。

（3）利用右图装置，可以模拟铁的电化学防护。

若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________处。

若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为______________。

答案　

（1）①2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑　b　②2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋　HCO与H＋反应使H＋浓度减小，使Al3＋的水解平衡向右移动，产生Al（OH）3沉淀

（2）补充溶液中的Cu2＋，保持溶液中Cu2＋的浓度恒定

（3）N　牺牲阳极的阴极保护法

题后感悟　电化学保护法的类型

判断电化学保护法的类型，应分清其基本原理，看是利用电解原理的外加电流的阴极保护法还是应用原电池原理的牺牲阳极的阴极保护法，两者不能混淆。

变式训练2　金属铝易与空气中的氧气发生反应生成一层氧化膜，使铝件有耐腐蚀性，但氧化膜很薄，易被擦破损坏。

为了增厚氧化膜，人们常将铝和铝的合金做进一步的氧化处理。

电化学氧化法是将铝件和另一种材料作电极，在特定的电解质溶液中通电电解。

在铝与电解质溶液的接触面上形成一层Al（OH）3薄膜，薄膜的某些部位存在着小孔，电流从小孔通过并产生热量，从而生成一层较厚的氧化膜。

请回答下列问题：

（1）铝件在电解的过程中作________极（填“阴”或“阳”）。

（2）简述氧化膜的形成过程，写出铝件所发生的电极反应式以及形成氧化膜的化学方程式________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）在海洋工程上，通常用铝合金（Al－Zn－Cd）保护海底钢铁设施，其原理如下图所示，其中负极发生的电极反应为________________________________________________；

在实际应用中，用铝合金而不选用纯铝。

纯铝不能很好地起到保护作用，其原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）阳　

（2）Al－3e－＋3OH－===Al（OH）3、

2Al（OH）3===Al2O3＋3H2O

（3）Al－3e－===Al3＋、Zn－2e－===Zn2＋　铝表面易被氧化，生成一层致密而坚固的氧化物薄膜，使金属铝呈现“惰性”

解析　

（1）Al2O3是由单质铝失去电子后生成的，所以铝件应作阳极。

（2）发生的电极反应为Al＋3OH－－3e－===Al（OH）3，生成的Al（OH）3疏松地覆盖在铝件的表面，使电阻增大，温度升高。

Al（OH）3分解生成Al2O3，反应方程式为2Al（OH）3===Al2O3＋3H2O，生成的Al2O3沉积在铝件表面，逐渐增厚。

（3）铝合金作负极，电极反应为Al－3e－===Al3＋、Zn