高三化学总复习专题攻略之电化学 8 金属的电化学腐蚀与防护
金属材料的电化学腐蚀行为与防护
金属材料的电化学腐蚀行为与防护引言：金属材料是广泛应用于工业和日常生活中的重要材料之一。
然而，金属材料在使用过程中往往会受到电化学腐蚀的影响，而腐蚀会导致金属材料性能下降、损坏甚至失效。
因此，了解金属材料的电化学腐蚀行为及其防护对于延长材料寿命、提高使用性能具有重要意义。
一、电化学腐蚀行为1. 腐蚀机理金属腐蚀主要是通过电化学反应进行的。
在电化学腐蚀中，金属表面发生氧化和还原反应，形成电荷传递过程，导致金属离子溶解和产生腐蚀产物。
2. 影响因素电化学腐蚀行为受多种因素影响，包括金属材料的组成、结构、表面状态、溶液环境等。
其中，溶液环境的酸碱度、温度、溶解氧含量等因素对金属腐蚀具有重要影响。
3. 腐蚀类型金属腐蚀可分为多种类型，包括常见的均匀腐蚀、局部腐蚀和应力腐蚀等。
均匀腐蚀是指金属表面均匀溶解，而局部腐蚀则是指局部区域发生腐蚀。
应力腐蚀是指金属在受到应力作用下发生腐蚀。
二、电化学腐蚀防护方法1. 材料选择选择耐腐蚀性能好的金属材料是防护的首要措施。
不同金属的耐腐蚀性能不同，可以通过选择具有更好耐腐蚀性能的金属或合金来减轻腐蚀问题。
2. 表面处理通过表面处理来改变金属表面的状态，形成保护层来防止腐蚀的产生。
常见的表面处理方法包括电镀、喷涂、阳极氧化等。
3. 缓蚀剂缓蚀剂是一种能够与金属表面形成保护膜的物质，可以减缓金属腐蚀速率的发展。
常见的缓蚀剂包括钝化剂、缓蚀剂添加剂等。
4. 阴极保护阴极保护是通过将金属材料变为阴极，从而减少其腐蚀速度。
常见的阴极保护方法有外加电流阴极保护和阳极保护。
5. 涂层保护将金属表面涂覆一层抗腐蚀的涂层，形成保护层来防止金属腐蚀。
常见的涂层材料包括有机涂层、无机涂层等。
三、电化学腐蚀行为与防护应用举例1. 钢铁的电化学腐蚀行为与防护钢铁作为常见的金属材料，其电化学腐蚀问题尤为突出。
可以通过合金化、阴极保护等方式来减缓钢铁腐蚀速率。
2. 铜及其合金的电化学腐蚀行为与防护铜及其合金在湿润环境中易受电化学腐蚀。
电化学腐蚀与防护
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● 介质成分：介质中的盐分、酸、碱、盐等成分可以影响金属的电化学性质，从而影响腐蚀速率。例如， 酸性介质通常会加速钢铁的腐蚀
7 ● 流速：流速的增加会导致金属表面与周围介质的交换速率增加，从而加速电化学腐蚀的进程
为了防止和减缓电化学腐蚀的发生，可以 采取以下几种常见的防护方法
● 涂层保护：在金属表面涂覆一层耐腐蚀 材料，如油漆、树脂、橡胶等，以隔离金 属表面与周围介质的接触，从而防止腐蚀 的发生 ● 缓蚀剂：向介质中添加能够降低腐蚀速 率的物质，如酸碱中和剂、阻垢剂等。这 些物质可以在金属表面形成保护膜，降低 氧化还原反应的速率 ● 阴极保护：通过向金属表面施加电流或 使其成为原电池的阴极，以减缓或防止金 属表面的腐蚀。这种方法通常用于保护埋 地管道、船舶、建筑物等
● 阳极保护：通过将金属表面处理成阳极 状态，使其表面形成一层保护性的氧化膜， 从而防止进一步的腐蚀。这种方法通常用 于保护铝、镁等较活泼的金属材料
● 选用耐腐蚀材料：根据具体应用场合选 择耐腐蚀性能较好的材料，如不锈钢、钛 合金等，以降低腐蚀速率
● 控制环境因素：对于高温、高湿、恶劣 环境下的设备，应采取相应的措施控制环 境因素对腐蚀的影响，如加装空调、除湿 设备等
汇报结束
不妥之处敬请批评指正
产生电流
随着时间的推移， 金属表面的腐蚀逐 渐扩大，最终导致 金属结构的破坏
电化学腐蚀的发生和进展受到多种因素的影响，包括金属材料的性质、表面状态、温度、湿度、介质成
1 分、流速等。以下是一些主要因素
● 金属材料的性质：不同金属材料对电化学腐蚀的敏感性不同。例如，较活泼的金属如铁、铝、镁等容
2 易发生电化学腐蚀，而较不活泼的金属如金、银、铂等则不易受腐蚀
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金属的电化学腐蚀与防护
一二
思考感悟 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。
一、化学腐蚀与电化学腐蚀的区别和联系
中性或碱性
性较强
现象 无电流产生
有微弱电流产生
化学腐蚀 电化学腐蚀(主要)
反应
负极:Fe-2e- Fe2+
式(以 2Fe+3Cl2 铁腐蚀 2FeCl3
为例)
正极:2H2O+O2+4e4OH-
正极:2H++2eH2↑
联系
两种腐蚀往往同时发生,只是电化学腐蚀比化学腐蚀 更普遍,危害更大
特别提醒只有在金属活动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ顺序中位于氢前面的金属才可能发生 析氢腐蚀,位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀。
知识点1 知识点2 知识点3
点拨主要从以下几个方面来解决此类题目。 ①正确地判断出金属腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀。 ②如果是电化学腐蚀,判断出正、负极,一般活泼的金属为负极
被腐蚀,不活泼的金属为正极被保护。
知识点1 知识点2 知识点3
金属腐蚀快慢的比较 【例题2】 如图,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀由快到慢的 顺序为( )
三、金属的电化学防护 1.金属的防护方法
2.金属的电化学防护 (1)牺牲阳极的阴极保护法。 将还原性较强的金属作为保护极与被保护金属相连构成原电池, 还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而被损耗,被保护金属 作为正极就可以避免被腐蚀。这种保护法牺牲了阳极保护了阴极。 (2)外加电流的阴极保护法。 将被保护金属与外加直流电源的负极相连让其成为阴极,而将外 加直流电源的正极接到惰性电极上,让其成为阳极。
金属的电化学腐蚀与防护
到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥.
[答案] C
金属的腐蚀快慢顺序为：电解池的阳极>原电池的
负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的负极．
2．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是 ①纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗
(
)
②当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起
保护作用 ③在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺 牲阳极的阴极保护法 ④可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保 护它不受腐蚀 A．①② C．③④ B．②③ D．①③
解析：构成的原电池中铁棒作负极：2Fe－4e－ === 2Fe2＋，
石墨棒作正极：O2＋4e－＋2H2O === 4OH－. 答案：B
4．钢铁发生电化学腐蚀时，负极发生的反应 A．2H＋＋2e－ === H2↑ B．2H2O＋O2＋4e－ === 4OH－ C．Fe－2e－ === Fe2＋
(
)
D．4OH－－4e－ === 2H2O＋O2↑
＋O2＋4e－=== ＋2e－ === H2↑
两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐 蚀更普遍、危害更大．
如图所示水槽中试管内有一枚铁钉，放 置数天观察： (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
能很好地考查学生的学科内综合能力和实验探究能力．
高三化学总复习专题攻略之电化学8金属的电化学腐蚀与防护
金属的电化学腐蚀与防护【教学目标】1．（★★）金属腐蚀的危害及金属腐蚀的本质原因；2．（★★）金属腐蚀的种类，发生腐蚀的反应式的书写；3．（★★）金属防护的方法。
1. （2014上海）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，电路中通过个电子时，两极共产生气体【答案】B【解析】A、K1闭合构成原电池，铁是活泼的金属，铁棒是负极，铁失去电子，铁棒上发生的反应为Fe—2e－→Fe2＋，A不正确；B、K1闭合构成原电池，铁棒是负极，铁失去电子，石墨棒是正极，溶液中的氧气得到电子转化为OH－，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O→40H－，石墨棒周围溶液pH逐渐升高，B正确；C、K2闭合构成电解池，铁棒与电源的负极相连，作阴极溶液的氢离子放电产生氢气，铁不会被腐蚀，属于外加电流的阴极保护法，C不正确；D、K2闭合构成电解池，铁棒与电源的负极相连，作阴极溶液中的氢离子放电生成氢气。
石墨棒是阳极，溶液中的氯离子放电生成氯气，电极反应式分别为2H＋＋2e－→H2↑、2Cl－－2e－→Cl2↑，电路中通过个电子时，两极均产生气体，共计是气体，D不正确，答案选B。
一. 金属的腐蚀1．金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属离子，金属发生氧化反应的过程。
2．金属腐蚀的类型(1) 化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与接触到的物质直接反应不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应本质M－n e－===M n＋现象金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀区别无电流产生有电流产生联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍(2) 析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例进行分析)类型析氢腐蚀吸氧腐蚀水膜性质酸性较强弱酸性或中性正极反应2H＋＋2e－===H2↑2H2O＋O2＋4e－===4OH－负极反应Fe－2e－===Fe2＋总反应Fe＋2H＋=== Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2其他反应铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·x H2O(铁锈)＋(3－x)H2O典例1 (2014福建)铁及其化合物与生产、生活关系密切。
电化学金属腐蚀与防护原理及应用
电化学金属腐蚀与防护原理及应用电化学金属腐蚀是指金属在电解质溶液中发生的一种化学反应，会导致金属表面产生氧化、溶解或析出等不可逆过程。
金属腐蚀会导致金属失去原有的性能，降低材料的强度、硬度和可靠性，造成经济损失。
因此，为了保护金属材料免受腐蚀的损害，人们研究了多种防护技术。
电化学金属腐蚀的原理是基于金属表面的电化学反应。
金属在电解质溶液中处于一种平衡状态，既有金属的氧化（腐蚀）反应，也有金属的还原反应。
这个平衡状态被称为电池电位或者腐蚀电位。
当金属表面存在助腐蚀因素（如氧、酸、碱、盐）时，金属表面的氧化反应将被加速，导致金属腐蚀的加剧。
如果能够降低或改变金属表面的电位，就可以减缓金属腐蚀的发生。
为了实现金属腐蚀的防护，我们可以采用以下几种方法：1.阻止金属与电解质接触：通过物理屏障（如油漆、涂层、涂料等）将金属表面与电解质隔开，阻止金属被电解液侵蚀，起到保护金属的作用。
2.加强阳极的保护：在金属表面形成一层更活泼、更易氧化的金属层，作为阳极，吸引电流，减缓金属的腐蚀。
常见的做法是采用镀层、热浸镀、电镀等方法，在金属表面形成一层保护膜。
3.采用阻止电流流动的方法：通过在金属表面施加外加电流或者电磁场，阻止电流在金属间流动，减缓金属的腐蚀。
常见的做法是采用阴极保护或者磁场保护方法。
4.控制电解质环境：通过改变电解质的成分、浓度、温度等参数，使其不利于金属的氧化反应，减缓金属的腐蚀。
例如，对于钢铁材料，可以通过控制水中的溶解氧、酸碱度等因素，来减少金属腐蚀的发生。
电化学金属腐蚀防护的应用非常广泛。
在船舶、桥梁、海洋工程、化工设备等领域，金属材料容易受到海水、氧气、酸碱等环境的腐蚀，因此需要采取有效的防护措施。
例如，对于船舶，在船体表面施加阴极保护，将船体作为阴极，以减缓钢铁的腐蚀。
在化工设备中，常常采用高温涂层、耐酸碱材料等措施，延长设备的使用寿命。
总之，电化学金属腐蚀防护技术的目标是保护金属材料免受腐蚀的侵害，延长材料的使用寿命。
金属的电化学腐蚀和防护
4、2000年5月，保利集团在香港拍卖会上花费3000多万 港币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴 首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成 分是[Cu2(OH)2CO3]这三件1760年铜铸的国宝在240 年后 看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最 可能的是（ ）
A.它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金 B.环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去
4、为了避免青铜器生成铜绿，下列方法中不正 确的是( ) A．将青铜器放在铝质托盘上 B．将青铜器保存在干燥的环境中 C．将青铜器保存在潮湿的空气中 D．在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜 答案 C
2．如图所示，甲、乙两试管中各放一枚铁钉， 甲试管中为NaCl溶液，乙试管为NH4Cl溶液(溶 液呈弱酸性).数天后观察到的现象是 ________________________________________ _， 甲中正极反应为 __________________________. 乙中正极反应为 __________________________. 试管中残留气体平均相对分子质量 的变化为甲____________， 乙 ____________.
C.铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化
D.它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金
；
5、Ag2S而呈黑色，有人设计用原电池原理加以除去。具 体作法是将发黑银器放入一铝制容器中，再加入一定浓 度的食盐水将银器完全淹没，放置一段时间后，银器表 面不仅黑色褪去，而且银不损失；但铝制容器发生损耗。 由以上实验可推知该原电池发生的电极反应式和总反应 式为 -＝2Ag+S2Al -3e-＝Al3+， __________________________________ Ag S+2e 2 3Ag2S+2Al+6H2O＝6Ag+3H2S↑+2Al(OH)3↓ ； 装置中食盐水的作用是 作为电解质溶液 。
高中化学 金属的电化学腐蚀与防护
法可以防止钢铁腐蚀，通常将钢铁与电源的负极相连，另一惰性电 极作为阳极，通电后电子流向被保护的钢铁设备，在钢铁表面积累 大量的负电荷； 从而抑制钢铁失去电子， 故 A 项错误； 铁比锡活泼， 构成原电池时，铁优先失电子被氧化，腐蚀速度加快，B 项错误； 利用原电池原理防止钢铁腐蚀时，通常将铁与更活泼的金属相连， 更活泼的金属作负极，失去电子，而铁作正极，得到保护，此方法 叫牺牲阳极的阴极保护法，故 C 项正确；若钢铁与铜相连，铁比铜 活泼，作负极，失电子被氧化，腐蚀速度加快，D 项错误。
答案：C
5．下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是(
)
A．钢铁与外加直流电源的正极相连可以保护它不受腐蚀 B．镀锡铁表面有划损时，仍然能阻止铁被氧化 C．利用牺牲阳极的阴极保护法防止钢铁腐蚀时，钢铁作正极 D．在海轮外壳连接铜块可以保护钢铁外壳不受腐蚀
[解析]
本题考查金属的腐蚀与防护。用外加电流的阴极保护
[答案] C
6．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，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
－
＋
解析：A 项：钢管与电源负极相连被保护，与电源正极相连被 腐蚀；C 项：因形成原电池，铁(钢)作负极被腐蚀；D 项：负极反 应应为 Fe－2e ===Fe2 。
A．Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ C．Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ
B．Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ D．Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ
答案：B
4．(2012· 安徽江南十校)如图装置中，小试管内为红墨水，带 有支管的 U 形管中盛有 pH＝4 的雨水和生铁片。经观察，装置中 有如下现象：开始时插在小试管中的导管内的液面下降，一段时间 后导管内的液面回升， 略高于 U 形管中的液面。 以下有关解释合理 的是( )
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金属的电化学腐蚀与防护
【教学目标】
1．（★★）金属腐蚀的危害及金属腐蚀的本质原因；
2．（★★）金属腐蚀的种类，发生腐蚀的反应式的书写；
3．（★★）金属防护的方法。
1. （2014上海）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0.002N A个电子时，两极共产生0.001mol气体
【答案】B
【解析】A、K1闭合构成原电池，铁是活泼的金属，铁棒是负极，铁失去电子，铁棒上发生的反应为Fe—2e－→Fe2＋，A不正确；B、K1闭合构成原电池，铁棒是负极，铁失去电子，石墨棒是正极，溶液中的氧气得到电子转化为OH－，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O→40H－，石墨棒周围溶液pH逐渐升高，B正确；C、K2闭合构成电解池，铁棒与电源的负极相连，作阴极溶液的氢离子放电产生氢气，铁不会被腐蚀，属于外加电流的阴极保护法，C不正确；D、K2闭合构成电解池，铁棒与电源的负极相连，作阴极溶液中的氢离子放电生成氢气。
石墨棒是阳极，溶液中的氯离子放电生成氯气，电极反应式分别为2H＋＋2e－→H2↑、
2Cl－－2e－→Cl2↑，电路中通过0.002N A个电子时，两极均产生0.001mol气体，共计是0.002mol 气体，D不正确，答案选B。
一. 金属的腐蚀
1．金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变为金属离子，金属发生氧化反应的过程。
2．金属腐蚀的类型
(1) 化学腐蚀与电化学腐蚀
(2) 析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例进行分析)
典例1 (2014福建)铁及其化合物与生产、生活关系密切。
（1）右图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。
①该电化腐蚀称为。
②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是 (填字母)。
（2）用废铁皮制取铁红(Fe2O3)的部分流程示意图如下：
① 步骤I 若温度过高，将导致硝酸分解。
硝酸分解的化学方程式为 。
② 步骤II 中发生反应：4Fe(NO 3)2＋O 2＋(2n ＋4)H 2O ＝2Fe 2O 3·nH 2O ＋8HNO 3，反应产生的HNO 3又将废铁皮中的铁转化为Fe(NO 3)2，该反应的化学方程式为 。
③ 上述生产流程中，能体现“绿色化学”思想的是 (任写一项)。
（3）已知t ℃时，反应FeO(s)＋CO(g)
Fe(s)＋CO 2(g)的平衡常数K ＝0．25。
① t ℃时，反应达到平衡时n (CO)：n (CO 2)＝ 。
② 若在1 L 密闭容器中加入0．02 mol FeO(s)，并通入xmolCO ，t ℃时反应达到平衡。
此时FeO(s)转化率为50%，则x ＝ 。
【答案】
（1）① 吸氧腐蚀 ②B （2）① 4HNO 3
△
4NO 2↑+O 2↑+2H 2O
② 4Fe ＋10HNO 3＝4 Fe(NO 3)2＋NH 4NO 3＋3H 2O ③ 氮氧化物排放少（或其他合理答案） （3）①4：1 ②0．
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（1）① 钢铁在海水(中性环境)中发生的应该是吸氧腐蚀。
② 在B 点的海水中氧气浓度最大，发生的吸氧腐蚀最快，生成的铁锈最多。
（2）① 硝酸受热分解产生NO 2、O 2、H 2O ，通过氧化还原反应的化合价升降法将其配平。
②通过示意图分析，确定HNO 3与Fe 该反应的生成物除了Fe(NO 3)2还有NH 4NO 3，先根据得失电子守恒有4Fe ＋10HNO 3－－4 Fe(NO 3)2＋ NH 4NO 3，再根据原子守恒得4Fe ＋10HNO 3＝4 Fe(NO 3)2＋ NH 4NO 3＋3H 2O 。
③ 该生产流程中生成了NH 4NO 3，没有产生NO 、NO 2等有毒气体，减少了氮氧化物的排放量，符号“绿色化学”思想。
（3）① 据题意有K ＝V
CO n V
CO n CO c CO c )()
(25.0)
()
(22==，则n (CO)：n (CO 2)＝4： 1。
②据题意有n(CO)：n(CO2)＝(x-0．01)：0．01＝4：1，解得x＝0．05 mol。
【名师点拨】影响金属腐蚀速率的因素
金属腐蚀既受到其组成的影响，又受到外界因素的影响。
通常金属腐蚀遵循以下规律：
(1) 在同一电解质溶液中，金属腐蚀的速率大小是电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。
(2) 在相同浓度的不同溶液中，金属在电解质溶液中的腐蚀>金属在非电解质溶液中的腐蚀；金属在强电解质溶液中的腐蚀>金属在弱电解质溶液中的腐蚀。
(3) 对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
典例2. 下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是
【答案】⑸⑵⑴⑶⑷
二．金属的防护
1．电化学防护
(1) 牺牲阳极的阴极保护法——利用原电池原理
①负极(阳极)是作保护材料的金属；
②正极(阴极)是被保护的金属设备。
(2) 外加电流的阴极保护法——利用电解原理
①阴极是被保护的金属设备；
②阳极是惰性电极。
2．其他方法
(1) 改变金属内部结构，如制成合金；
(2) 使金属与空气、水等物质隔离，如电镀、喷油漆等。
典例3．相同材质的铁在下图中各情形下最不易被腐蚀的是( )
【答案】C。