人教版高中化学选修4第15讲金属的电化学腐蚀与防护.docx
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人教版高中化学选修4第15讲金属的电化学腐蚀与防护
金属的电化学腐蚀与防护
v教学目标
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。
v知识梳理
一、金属的腐蚀
1．概念
金属或合金与周围接触到的气体或液体物质发生氧化还原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：
金属与接触到的干燥气体（如O2、Cl2、SO2等）或非电解质溶液（如石油）等直接发生化学反应而引起的腐蚀。
（2）电化学腐蚀：
不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化。
4．钢铁的电化学腐蚀
（1）钢铁的电化学腐蚀的分类
（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
2Fe＋2H2O＋O2===2Fe（OH）2
5.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。
6.化学腐蚀与电化学腐蚀的相同点和不同点
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。
7.从字面上区别析氢腐蚀和吸氧腐蚀
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。
8．铁在自然界中发生的腐蚀主要：
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。
注意：
方法归纳
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。
v特色讲解
知识点一：
1．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
知识点二：
金属制品防腐处理探究
例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：
_____________________________
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－3e－＋3OH－===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－2e－===Zn2＋
答案
（1）阳
（2）Al－3e－＋3OH－===Al（OH）3、
2Al（OH）3===Al2O3＋3H2O
（3）Al－3e－===Al3＋、Zn－2e－===Zn2＋
v课堂练习
【基础演练】
1．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
答案 A
2．如图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶（离子在琼胶内可以移动），下列叙述正确的是（ ）
A．a中铁钉附近呈现红色
B．b中铁钉上发生还原反应
C．a中铜丝上发生氧化反应
D．b中铝条附近有气泡产生
答案 B
3．（江西省吉安市白鹭洲中学2019届高三上学期期中考试）下面有关电化学的图示，完全正确的是（）
答案 D
4．关于下列各装置图的叙述中，不正确的是（ ）
A．用装置①精炼铜，则a极为粗铜，电解质溶液为CuSO4溶液
B．装置②的总反应是：
Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋
C．装置③中钢闸门应与外接电源的负极相连
D．装置④中的铁钉几乎没被腐蚀
答案 B
5．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。
（）
（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。
（）
（5）给铁件通入直流电，把铁件与电池负极相连接以防止铁腐蚀。
（）
（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。
（）
答案：
√、√、√、√、√、×、×
【巩固提高】
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（）
（2）浸泡食盐水的铁钉被腐蚀（）
（3）用铝制饭盒盛放醋酸，一段时间后，饭盒被腐蚀（）
（4）将铁钉放在NH4Cl溶液中，铁被腐蚀（）
答案：
化学腐蚀、吸氧腐蚀、化学腐蚀、析氢腐蚀
7.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”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===2AlO2－＋3H2↑ b
②2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋ HCO3－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
v课堂检测
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．②①③④
C．④②③①D．③②④①
答案 A
2．（浙江省建人高复2019届高三上学期第三次月考）下列有关电化学的内容正确的是（）A．马口铁和白铁皮破损后，白铁皮比马口铁腐蚀快，所以使用白铁皮时要注意防止铁皮出现刮痕
B．原电池中电子从负极流出流入正极，电解池中电子从阴极流出流入电源负极
C．已知磷酸亚铁锂电池总反应为FePO4+Li
LiFePO4，电池中的固体电解质可传导Li+，则该电池充电时阳极电极反应式为：
LiFePO4+e-=FePO4+Li+
D．常温下以C选项中电池为电源以石墨为电极电解200mL饱和食盐水，当消耗1．4gLi时，溶液的pH为14（忽略溶液的体积变化）
答案 D
3．下列说法中，正确的是（ ）
①镀层破损后，白铁（镀锌的铁）比马口铁（镀锡的铁）更易被腐蚀 ②钢铁表面常易锈蚀生成Fe2O3·nH2O③锌和铁构成原电池时，铁作负极 ④铅蓄电池中铅作负极，PbO2作正极，两极浸到稀H2SO4中
A．只有②④B．只有①③
C．①②③D．①②③④
答案 A
4．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，Cu－Zn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，Zn－MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
答案 B
5.（2019北京卷）下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是（）
A．水中的钢闸门连接电源的负极B．金属护拦表面涂漆
C．汽车底盘喷涂高分子膜D．地下钢管连接镁块
答案 A
6．铁生锈是比较常见的现象，某实验小组为研究铁生锈的条件，设计了如下图所示的快速、易行的方法：
首先检查制取氧气的装置的气密性，然后按上图连接好装置，点燃酒精灯给药品加热，持续3min左右后，观察到的实验现象为：
①直形管中干燥的铁丝表面依然光亮，没有发生锈蚀；②直形管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗，发生锈蚀；③烧杯中潮湿的铁丝表面依然光亮。
试回答下列问题。
（1）由于与金属接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于________。
能表示其原理的电极反应方程式为___________________________________
（2）仪器A的名称为________，其中装的药品可以是________，其作用是_________________________________________________________________。
（3）由实验可知，铁生锈的条件为________。
决定铁生锈快慢的一个重要因素是_______________________________________________________________。
答案
（1）电化学腐蚀 负极：
2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
（2）球形干燥管 碱石灰（或无水CaCl2） 干燥O2（3）与O2和水接触 氧气浓度
v家庭作业
1．镀锌铁在发生析氢腐蚀时，若有0.2mol电子发生转移，下列说法正确的是（ ）
①有5.6g金属被腐蚀 ②有6.5g金属被腐蚀 ③在标准状况下有2.24L气体放出 ④在标准状况下有1.12L气体放出
A．①②B．②③C．①④D．③④
答案 B
2．如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。
下列有关描述错误的是（ ）
A．生铁块中的碳是原电池的正极
B．红墨水水柱两边的液面变为左低右高
C．两试管中相同的电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋
D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
答案 B
3．（2019上海化学）研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示。
下列有关说法错误的是（）
A．d为石墨，铁片腐蚀加快
B．d为石墨，石墨上电极反应为：
O2+2H2O+4e→4OH–
C．d为锌块，铁片不易被腐蚀
D．d为锌块，铁片上电极反应为：
2H++2e→H2↑
答案 D
4．银器的保护主要是维持它的原貌。
对于轻微腐蚀蒙有硫化银的银器，可将其和铝片一起接触浸在稀NaOH溶液中，经一定时间后污迹消失，取出后用水洗干净，再用软布或棉团擦光。
下列有关叙述中，不正确的是（ ）
A．溶液中的OH－向负极移动
B．在银表面上的反应为：
Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－
C．在铝表面上的反应为：
Al－3e－===Al3＋
D．在铝表面的反应为：
Al＋4OH－－3e－===AlO2－＋2H2O
答案 C
5.（2019年高考上海卷第12题）如右图所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U型管中下列[分析正确的是（）
A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H＋＋2e－→H2↑
B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高
C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法
D．K2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001mol气体
答案 B
6.（2019年高考江苏卷
第11题）下列有关说法正确的是（）
A．若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀
B．2NO（g）＋2CO（g）=N2（g）＋2CO2（g）在常温下能自发进行，则该反应的△H＞0
C．加热0.1mol/LNa2CO3溶液，CO32－的水解程度和溶液的pH均增大
D．对于乙酸与乙醇的酯化反应（△H＜0），加入少量浓硫酸并加热，该反应的反应速率和平衡常数均增大
答案 C
7.（2019上海化学）氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的
含氧酸盐等系列化工产品。
下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许离子通过。
完成下列填空：
（1）写出电解饱和食盐水的离子方程式。
（2）离子交换膜的作用为：
、。
（3）精制饱和食盐水从图中位置补充，氢氧化钠溶液从图中位置流出。
（选填“a”、“b”、“c”或“d”）
（4）KClO3可以和草酸（H2C2O4）、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂ClO2，还生成CO2和KHSO4等物质。
写出该反应的化学方程式。
（5）室温下，0.1mol/LNaClO溶液的pH0.1mol/LNa2SO3溶液的pH。
（选填“大于”、“小于”或“等于”）。
浓度均为0.1mol/L的Na2SO3和Na2CO3的混合溶液中，SO32–、CO32–、HS
O3–、HCO3–浓度从大到小的顺序为。
已知：
H2SO3Ki1=1.54×10-2Ki2=1.02×10-7
HClOKi1=2.95×10-8
H2CO3Ki1=4.3×10-7Ki2=5.6×10-11
答案:
（1）2Cl－＋2H2O
Cl2↑＋H2↑＋2OH－。
（2）阻止OH-进入阳极室，与Cl2发生副反应：
2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O；阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
（3）a；d；
（4）2KClO3+H2C2O4+2H2SO4=2ClO2+2CO2+2KHSO4+2H2O.
（5）大于；SO32–>CO32–>HCO3–>HSO3–。
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