2017_2018学年高中化学第四章电化学基础4.4金属的电化学腐蚀与防护导学案新人教版选修4

第四节金属的电化学腐蚀与防护1.认识金属腐蚀的危害，能利用原电池原理解释电化学腐蚀的原因。

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.了解金属腐蚀的防护方法。

金属的腐蚀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：金属跟接触到的干燥气体或非电解质液体(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。

电化学腐蚀又可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。

4．钢铁的电化学腐蚀1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)金属的腐蚀都是金属失去电子被氧化的过程，所以都是化学腐蚀。

( )(2)因为CO2普遍存在，所以钢铁的腐蚀以析氢腐蚀为主。

( )(3)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋。

( )(4)钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀的区别在于前者有H2生成，后者有O2参加。

( )答案：(1)×(2)×(3)×(4)√2．请以吸氧腐蚀为例，用化学方程式解释铁锈(Fe 2O 3·x H 2O)的形成过程。

(1)负极：____________________________________。

(2)正极：____________________________________。

(3)总反应：__________________________________。

(4)__________________________________________。

(5)__________________________________________。

答案：(1)Fe －2e －===Fe 2＋(2)O 2＋4e －＋2H 2O===4OH －(3)2Fe ＋O 2＋2H 2O===2Fe(OH)2 (4)4Fe(OH)2＋O 2＋2H 2O===4Fe(OH)3 (5)2Fe(OH)3===Fe 2O 3·x H 2O ＋(3－x )H 2O化学腐蚀与电化学腐蚀的比较(1)析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况中以吸氧腐蚀为主。

(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Fe 2＋，而非Fe 3＋。

(2015·高考上海卷)研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。

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↑[解析] A．由于活动性：Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化变为Fe2＋进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时铁片的腐蚀速率快，正确。

B.d为石墨，由于电解质溶液为中性环境，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨电极上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，正确。

C.若d为锌块，则由于金属活动性：Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，Fe得到保护，铁片不易被腐蚀，正确。

D.d为锌块，由于电解质溶液为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误。

[答案] D(1)若将上述例题装置中“海水”改为“酸雨”，d为石墨，则腐蚀类型属于哪种？正极反应式如何书写？(2)若将上述例题装置中“海水”改为“浓硝酸”，d为铜，则被腐蚀的金属是哪种？解释原因。

答案：(1)属于析氢腐蚀。

正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。

(2)铜被腐蚀。

铁遇浓硝酸发生钝化被保护，铁作正极，铜作负极，发生氧化反应而被腐蚀。

金属腐蚀类型的判断方法(1)根据是否发生原电池反应来判断。

发生原电池反应引起的金属腐蚀，属于电化学腐蚀，否则属于化学腐蚀。

(2)根据金属的活动性及电解质溶液的酸碱性判断，位于金属活动性顺序表中氢前面的金属，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀，在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀；金属活动性顺序在氢后面的金属只可能发生吸氧腐蚀。

金属腐蚀类型及判断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＋n2H2↑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．在潮湿的环境中，金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀解析：选B。

金属腐蚀的实质是金属失去电子，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀放出H2，而在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀，析氢腐蚀和吸氧腐蚀均属于电化学腐蚀。

2．如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4的雨水和生铁片。

实验时观察到：开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。

下列说法正确的是( )A．生铁片中的碳是原电池的阳极，发生还原反应B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀C．墨水回升时，碳电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．具支试管中溶液pH逐渐减小解析：选C。

生铁片中的碳是原电池的正极，A错误；雨水酸性较强，开始时生铁片发生析氢腐蚀，产生氢气，导管内液面下降，一段时间后生铁片发生吸氧腐蚀，吸收氧气，导管内液面回升，B错误；墨水回升时，生铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；生铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管内溶液pH均增大，D错误。

影响金属腐蚀的因素3．如图所示的各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是( )A．④＞②＞①＞③B．②＞①＞③＞④C．④＞②＞③＞① D．③＞②＞④＞①解析：选A。

铁在海水中的腐蚀属于电化学腐蚀，当铁与比其活泼性差的Sn相连时，Fe被腐蚀的速率增大(比①大)，与活泼性比其强的Zn相连时，Zn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。

4．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和氯化铵溶液，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．红墨水柱两边的液面为左低右高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解析：选B。

a为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b中酸性较强，发生析氢腐蚀，有氢气放出，气体压强增大，所以红墨水柱两边的液面变为左高右低，故B项错。

金属的防护方法1．电化学防护(1)牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理①负极：比被保护金属活泼的金属；②正极：被保护的金属设备。

(2)外加电流的阴极保护法——电解原理①阴极：被保护的金属设备；②阳极：惰性金属。

2．改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。

3．加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用。

( )(2)在入海口的钢铁闸门上装一定数量的铜块可防止闸门被腐蚀。

( )(3)原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，故不能用来减缓金属的腐蚀。

( )答案：(1)×(2)×(3)×2．将下列金属的防护方法连线。

(1)加保护层A．钢闸门与直流电源负极相连(2)牺牲阳极的阴极保护法B．电线外面包塑料法(3)外加电流的阴极保护法C．普通钢制成镍铬钢(4)改变内部结构D．轮船外壳装上锌块答案：(1)－B (2)－D (3)－A (4)－C金属腐蚀快慢的判断及金属的防护方法1．金属腐蚀快慢的判断方法(1)在同一电解质溶液中：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀。

(2)同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液。

(3)无保护措施的金属腐蚀＞有一定保护措施的金属腐蚀＞牺牲阳极的阴极金属的腐蚀＞有外接电源的阴极金属的腐蚀。

(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。

2．金属的防护方法金属防护的基本思路(1)防止金属与氧化性介质直接接触。

(2)防止金属表面形成电解质溶液层。

(3)改善金属的内部结构。

(2017·济南高二检测)利用如图装置探究铁在海水中的电化学腐蚀与防护。

下列说法不正确的是( )A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀，采用了牺牲阳极的阴极保护法B．若X为锌棒，开关K置于N处，X极的反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2OC．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀，采用了外加电流的阴极保护法D．若X为碳棒，开关K置于M处，X极的反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－[解析] 若X为锌棒，开关K置于M处，构成原电池，锌为负极，被腐蚀，保护了铁，A对；若X为锌棒，开关K置于N处，为电解池，锌棒为活性阳极，Zn－2e－===Zn2＋，B错；若X为碳棒，开关K置于N处，为电解池，铁棒作阴极，被保护，C对；若X为碳棒，开关K置于M处，为原电池，X为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，D对。

[答案] B(1)若X为锌棒，开关K分别置于M、N处，则两套装置中铁棒被腐蚀的快慢情况如何？(2)镀锡铁若镀层破损，对铁的保护作用会如何变化？答案：(1)两套装置都能对铁棒起保护作用，当开关K置于N处时属于电解池，置于M 处时属于原电池，电解池比原电池保护效果好，故开关K置于N处时铁棒被腐蚀的较慢。

(2)镀锡铁若镀层破损，会形成原电池，铁比锡活泼而作负极，会失去对铁的保护作用，且加速铁的腐蚀。

金属的防护1．下列有关金属的保护方法的说法中正确的是( )A．常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．铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀C．锅炉的内壁上常装有一些锌块，这是利用了牺牲阴极的阳极保护法D．钢铁制造的暖气管道外常涂有一些沥青，这是钢铁的电化学保护法解析：选B。

A项中涂层破损后，铁直接暴露在空气中，因而搪瓷层不能对破损部分进行保护；B项中锌和铁构成原电池，锌作负极，被腐蚀；C项应是牺牲阳极的阴极保护法；D 项中应是用沥青作涂层的涂层保护法。

2．以下防腐措施中，属于电化学保护法的是( )A．用氧化剂使金属表面生成致密稳定的氧化物保护膜B．在金属中加入一些铬或者镍制成合金C．在轮船的船壳水线以下部分，装上一锌锭D．在金属表面喷漆解析：选C。