2020版高中化学第4章电化学基础第4节金属的电化学腐蚀与防护导学案

第四节金属的电化学腐蚀与防护

目标与素养：1.了解金属的腐蚀及危害，理解电化学腐蚀的原理。(宏观辨识与变化观念)2.了解金属防护方法，特别是理解电化学防护的方法。(科学精神与社会责任)

一、金属的腐蚀

1．金属腐蚀

(1)概念：金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。

(2)本质：金属本身失去电子变成阳离子的过程(发生氧化反应)：M－n e－===M n＋。

2．化学腐蚀和电化学腐蚀

二、钢铁的电化学腐蚀

1．析氢腐蚀和吸氧腐蚀

析氢腐蚀吸氧腐蚀图形描述

条件水膜酸性较强水膜酸性较弱或呈中性

电

极

反

应

负极Fe－2e－===Fe2＋

正极2H＋＋2e－===H2↑O2＋4e－＋2H2O===4OH－

总反

应

Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋

2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2

4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3联系通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍

．实质：发生原电池反应，铁作负极，碳作正极。

三、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：利用原电池原理，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)外加电池的阴极保护法：利用电解池原理，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，接外加直接电源。如图所示：

2．金属的其他保护方法

(1)把金属制成防腐的合金，如不锈钢。

(2)加保护层。如喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)铝、锌制品因铝、锌还原性较弱，不能被空气氧化而能稳定存在于空气中。( )

(2)钢铁在潮湿的空气中易发生化学腐蚀。( )

(3)菜刀放于盐水中主要发生吸氧腐蚀。( )

(4)铁锌合金发生吸氧腐蚀时，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋。( )

[答案] (1)×(2)×(3)√(4)×

2．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．船体镶嵌铝条防腐蚀的原理是牺牲阳极的阴极保护法

D．马口铁(镀锡铁)的镀层破损后，铁仍能受到保护

[答案] D

3．将铁钉放入NaCl溶液中发生______________________腐蚀，

负极反应式为__________________________________________，

正极反应式为__________________________________________。

[答案] 吸氧2Fe－4e－===2Fe2＋O2＋4e－＋2H2O===4OH－

金属的腐蚀与防护

化学腐蚀

电化学腐蚀(主要)

吸氧腐蚀(主要) 析氢腐蚀条件金属直接发生化学反应

水膜中溶有O2，呈弱酸性

或中性

水膜酸性较

强本质金属被氧化而腐蚀较活泼金属被氧化而腐蚀

区别无电流产生有微弱电流产生

腐蚀为主。

②钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极均是Fe失电子生成

Fe2＋，而非Fe3＋。

③一般情况下，只有在金属活动性顺序中排在氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀。

2．不同条件下金属腐蚀快慢的判断

(1)各种腐蚀的程度：电解原理引起的腐蚀(即电解池的阳极)>原电池原理引起的腐蚀(即原电池的负极)＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀(即电解池的阴极、原电池的正极及加有镀层的金属等)。

(2)活动性不同的两金属，活动性越强，腐蚀得越快。

(3)对同一种金属来说，腐蚀快慢的规律如下：强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液。

3．金属的防护方法

1．利用下图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是( )

A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀

B．一段时间后，a管液面高于b管液面

C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小

D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋

C [a处发生吸氧腐蚀生成OH－，pH增大，b处发生析氢腐蚀，消耗H＋，pH增大。]

2．下图所示的各容器中均盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是

( )

A．④＞②＞①＞③B．②＞①＞③＞④

C．④＞②＞③＞① D．③＞②＞④＞①

A [铁在海水中的腐蚀属于电化学腐蚀，当铁与比它活泼性差的Sn相连时，Fe被腐蚀的速率增大(比①大)，与活泼性比其强的锌相连时，锌作负极，被腐蚀，铁被保护，其腐蚀的速率要比①小；④为电解装置，Fe为阳极，发生氧化反应，铁腐蚀的速率最快。] 3．相同材质的铁在下图中的各情形下最不易被腐蚀的是( )

A B

C D

C [A中，食醋作电解质溶液，铁勺和铜盆是相互接触的两个金属电极，形成原电池，铁是活泼金属作负极；B中，食盐水作电解质溶液，铁炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成条件，铁是活泼金属作负极，碳作正极；C中，铜镀层将铁球覆盖，使铁被保护，所以铁不易被腐蚀；D中，酸雨作电解质溶液，铁铆钉和铜板分别作负极、正极，形成原电池。]

1．下列关于金属腐蚀的说法正确的是( )

A．金属在潮湿空气中腐蚀的实质是M＋n H2O===M(OH)n＋n

2

H2↑

B．金属化学腐蚀的实质是M－n e－===M n＋，电子直接转移给氧化剂

C．金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行

D．在潮湿的中性环境中，金属的电化学腐蚀主要是析氢腐蚀

B [金属与接触的化学物质直接发生氧化还原反应的过程为化学腐蚀，金属失去的电子直接转移给氧化剂；金属的腐蚀以电化学腐蚀为主，在中性或弱酸性环境中，主要发生吸氧腐蚀，电子由金属转移到不活泼的正极材料上被氧化剂得到。]

2．为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示装置，下列有关说法中错误的是( )

A．正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B．将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成

C．若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈

D．分别向铁、石墨电极附近吹入O2，前者铁锈出现得快

[答案] D

3．为保护地下钢管不受腐蚀，下列属于牺牲阳极的阴极保护法的是( )

A．与石墨棒相连B．与铜板相连

C．埋在潮湿、疏松的土壤中D．与锌板相连

D [A项，石墨棒与铁构成原电池，铁活泼失电子作负极，被腐蚀；B项，铜板与铁构成原电池，铁比铜活泼，失电子作负极，被腐蚀；C项，在潮湿、疏松的土壤中，铁与水、空气构成原电池，氧气得电子，铁失电子，被腐蚀；D项，锌板与铁构成原电池，锌比铁活泼，锌失电子作负极，锌被腐蚀，铁被保护。]

4．结合如图判断，下列叙述正确的是( )

A．Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护