第四节金属的电化学腐蚀与防护(知识点总结及典例解析)

第四节金属的电化学腐蚀与防护

1．钢铁在酸性环境中主要发生析氢腐蚀，放出氢气。

2．钢铁在中性或弱酸性环境中主要发生吸氧腐蚀，最终生成铁锈的主要成分是Fe2O3·n H2O。

3．钢铁吸氧腐蚀的正极发生的电极反应是：

2H2O＋O2＋4e－===4OH－。

4．金属电化学防护的方法有牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。

1．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进行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：

金属跟接触到的物质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。

2．钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀

(1)化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大。

(2)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。

(3)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＋

。

(4)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。 1．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

[自学教材·填要点]

1．金属的防护

2．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。

(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。

3．牺牲阳极的阴极保护法的实验探究

(1)实验步骤：按右图所示连接好装置；往Fe电极区滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察实验现象。

已知Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀：

3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓。

(2)实验现象：可以看到电压表指针发生偏转，Fe电极上有气泡产生，往Fe电极附近滴入K3[Fe(CN)6]溶液，没有蓝色沉淀生成。

(3)实验结论：

实质上是Zn、Fe、NaCl溶液(酸化)构成原电池，发生下列电极反应：

负极：Zn－2e－===Zn2＋，

正极：2H＋＋2e－===H2↑。

往Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液不变蓝色，说明溶液中不含Fe2＋，证明Fe未被腐蚀(即牺牲阳极金属保护阴极金属)。

[师生互动·解疑难]

(1)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。

(2)金属防护的其他方法：

①改变金属的内部组织结构，使金属的性质发生改变，成为耐腐蚀金属，如把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢。

②在金属表面覆盖保护层，使金属制品与周围物质隔离开来，这是一种普遍采用的防护方法。

2．用“短线”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

主题1：钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀的不同点有哪些？

A．Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护

B．Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋

C．Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－

D．Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3[Fe(CN)6]溶液，均有蓝色沉淀

[解析]两个装置均为原电池，负极都是活泼金属，根据原电池原理可知：原电池的正极金属受到保护，A项正确；Ⅰ：负极为活泼金属Zn，B错误；Ⅱ中是酸性溶液，电极反应中不能有OH－生成，C错误；Ⅰ中无Fe2＋生成；不能生成铁氰化亚铁沉淀，D错误。

[答案] A

解答此类题目主要从以下三个方面分析：

(1)正确判断金属的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，较活泼的金属为负极被腐蚀，较不活泼的金属为正极被保护。

(3)电化学腐蚀中根据电解质溶液的酸碱性确定腐蚀的类型，若是酸性溶液则发生析氢腐蚀，若是中性或弱酸性溶液则发生吸氧腐蚀。

1．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时，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：钢管与电源正极相连，则钢管作阳极，发生氧化反应而被腐蚀，A项错误；铁遇冷浓硝酸表面钝化，在表面生成一层致密的氧化膜保护内部不被腐蚀，B项正确；钢管与铜管露天堆放在一起，形成原电池时钢管作负极，发生氧化反应而被腐蚀，C项错误；钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应为：Fe－2e－===Fe2＋，D项错误。

答案：B

[例2]()

A．④＞②＞①＞③B．②＞①＞③＞④

C．④＞②＞③＞①D．③＞②＞④＞①

[解析]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。

[答案] A

同一电解质溶液中金属腐蚀快慢的规律

电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有保护措施的腐蚀；即电解池的阳极>原电池的负极>一般化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。

若将装置②中的Sn换为Cu，

与②比较哪一种装置中铁的腐蚀速率快？

提示：换为Cu后、Fe的腐蚀速率

快；原因是活泼性不同的两种金属形成原电池而造成

的腐蚀：两金属的活泼性差异越大，金属腐蚀得越快。

[例3]

剂有：材质相同无锈的铁钉数个，一定量的食盐水、碳酸水、植物油，实验温度为298 K或308 K，每次实验取用铁钉的数量相同，液体体积相同且足量，用大小相同的试管实验。

(1)请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号：

A．在铁门、铁窗表面涂上油漆

B．自行车各部件因有防护涂层或电镀等防腐措施，所以不需要停放在能遮雨的地方

C．家用铁制厨具每次用完后应擦干放置在干燥处

D．把挡水铁闸门与直流电源的正极连接且构成回路，可减少铁闸门的腐蚀速率

[解析](1)实验Ⅰ探究不同电解质对铁钉腐蚀快慢的影响，因此保证温度不变(仍为298 K)，改变电解质(选用碳酸水)。

实验Ⅱ探究温度对铁钉腐蚀快慢的影响，因此保证电解质不变(仍为食盐水)，改变温度(选308 K)。

实验Ⅲ探究铁钉是否接触电解质溶液对铁钉腐蚀快慢的影响。因此保证温度不变(仍为298 K)，改变试管内液体(选植物油)。

(2)A项涂油漆保护钢窗，使铁窗与周围物质隔开，正确；自行车放在干燥处，不易形成原电池，能降低腐蚀速率，B错误；C正确；D项挡水铁闸门应与直流电源的负极相连，使之作电解池的阴极，才能起到保护作用，D错误。

[答案](1)

影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面，就金属的本性而言，金属越活泼，就越易失去电子被腐蚀，介质对金属腐蚀的影响很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。

2．为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩里保存一星期，下列对实验结束时现象描述不．正确的是()

A．装置Ⅰ左侧的液面一定会上升

B．左测液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低

C．装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重

D．装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀

解析：装置Ⅰ中潮湿的水蒸气为中性，铁丝发生吸氧腐蚀，左侧的液面一定会上升；装置Ⅱ中潮湿的水蒸气为酸性，铁丝发生析氢腐蚀，左侧的液面下降，故左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的高；装置Ⅱ中铜与铁构成原电池，腐蚀最为严重；装置Ⅲ中铁钉处于干燥环境，几乎没被腐蚀。

答案：B