選4 第4章 第4節(jié) 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護 課件

1、電化學(xué)基礎(chǔ)電化學(xué)基礎(chǔ) 第四章第四章第四節(jié)第四節(jié)金屬的電化學(xué)腐蝕與防護金屬的電化學(xué)腐蝕與防護第四章第四章新情境新情境激趣入題激趣入題 聳立于美國紐約港外一個海島上15層樓高的自由女神銅像，歷來被認為是美利堅合眾國的象征。然而，經(jīng)過近百年的風風雨雨，它和人一樣，已經(jīng)生“病”了。 自由女神銅像近百年來一直受著一種“疾病”的折磨，那就是電化學(xué)腐蝕。“自由女神”的外殼材料是銅，而支撐整個雕像的內(nèi)支架卻是鐵的，在它們之間僅用一層浸透油的毛氈隔開。隨著時光的流逝，那一層毛氈失去了隔離作用，而大西洋夾帶著鹽分的潮濕空氣不斷地向自由女神進行攻擊，無數(shù)的原電池便在“自由女神”的身上形成了。這種原電池以鐵為負極，銅

2、為正極，夾帶鹽分的濕空氣正好在兩極之間起著電解質(zhì)溶液的作用，結(jié)果加速了鐵的腐蝕。面對自由女神雕像的腐蝕問題，應(yīng)采取什么措施和方法？ 秦始皇兵馬俑一號坑在沉寂了24年后，考古學(xué)者對它進行了第三次大規(guī)模發(fā)掘，同前兩次一樣，這一次也出土了大量的青銅器，其中有的青銅兵器在地下埋藏兩千多年，但出土后依然光亮如新，鋒利無比。這些兵器為什么會保存的完整無損呢？在生產(chǎn)生活中如何保護金屬制品不受腐蝕呢？新知識新知識導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究 新知導(dǎo)學(xué) 1金屬的電化學(xué)腐蝕 (1)金屬腐蝕。 概念：金屬或合金與周圍的_物質(zhì)發(fā)生_反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。 實質(zhì)：金屬原子_電子變成陽離子的過程。即金屬發(fā)生了_反應(yīng)。 類型：根據(jù)與金

3、屬_不同，可分為_腐蝕和_腐蝕。氣體或液體氣體或液體氧化還原氧化還原失去失去氧化氧化接觸的介質(zhì)接觸的介質(zhì)化學(xué)化學(xué)電化學(xué)電化學(xué) (2)化學(xué)腐蝕。 金屬與接觸到的_氣體(如O2、Cl2、SO2等)或_液體(石油)等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。腐蝕的速率隨溫度升高而_。 (3)電化學(xué)腐蝕。 概念：_的金屬與_溶液接觸時，會發(fā)生_ _反應(yīng)，比較_的金屬_電子而被氧化。 實例：在潮濕的空氣里，鋼鐵的表面形成了一層_的薄膜，它跟鋼鐵里的鐵和少量的碳恰好構(gòu)成了_。其中，_是負極，_是正極。 析氫腐蝕和吸氧腐蝕。干燥干燥非電解質(zhì)非電解質(zhì)加快加快不純不純電解質(zhì)電解質(zhì)原電原電池池活潑活潑失去失去電解質(zhì)溶液電解質(zhì)

4、溶液原電池原電池鐵鐵碳碳 A析氫腐蝕：金屬表面的電解質(zhì)溶液_較強，腐蝕過程中有_放出。 負極反應(yīng)：_； 正極反應(yīng)：_； 總反應(yīng)：_。酸性酸性 H2Fe2e=Fe22H2e=H2Fe2H=Fe2H2 B吸氧腐蝕：鋼鐵表面吸附的水膜_或呈_ _時，氧氣參加電極反應(yīng)，發(fā)生吸氧腐蝕。電極反應(yīng)如下： 負極：_； 正極：_； 總反應(yīng)：_。 最終生成鐵銹(主要成分為Fe2O3xH2O)，反應(yīng)如下： _。 2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(3x)H2O。酸性很弱酸性很弱中性、中性、堿性堿性2Fe4e=2Fe22H2OO24e=4OH2FeO22H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2O22H2O=4Fe(

5、OH)3 2金屬的電化學(xué)防護 金屬的防護一般有三條途徑： (1)改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如制成_； (2)涂保護層，如_等； (3)電化學(xué)保護法： 犧牲陽極的陰極保護法。 應(yīng)用_原理，讓被保護金屬作_，另找一種活潑性較強的金屬作_。 外加電流的陰極保護法。 利用_原理，把被保護的鋼鐵設(shè)備作為_極，用惰性電極作為輔助_極。在電解質(zhì)溶液里，接外加_電源?？垢g的合金抗腐蝕的合金不銹鋼不銹鋼 噴油漆、涂油脂、搪瓷噴油漆、涂油脂、搪瓷 原電池原電池 正極正極 負極負極 電解池電解池 陰陰 陽陽 直流直流 自主探究 1純鐵片放入稀硫酸中發(fā)生的是什么腐蝕？ 提示：化學(xué)腐蝕。 2鐵在自然界中發(fā)生的腐蝕主要是哪類腐

6、蝕？ 提示：主要是電化學(xué)腐蝕，其中以吸氧腐蝕為主。 3(1)自行車淋雨后為什么更容易生銹？ (2)為了防銹，淋雨后的自行車應(yīng)怎樣處理？ 提示：(1)雨水中溶解了大量的硫和氮的氧化物，其酸性較強，金屬器件淋雨后更容易形成原電池而發(fā)生電化學(xué)腐蝕。 (2)先用自來水沖洗，再用干抹布擦干。最好的在磨損的地方涂少量潤滑油。 4電化學(xué)防護的實質(zhì)是什么？ 提示：電化學(xué)防護的實質(zhì)是把被保護的金屬作原電池的正極或電解池的陰極，不參與電極反應(yīng)，從而不被氧化。新思維新思維名師講堂名師講堂 金屬的化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕 教材點撥化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕(主要)定義金屬跟接觸到的物質(zhì)(一般是非電解質(zhì))直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐

7、蝕不純金屬(或合金)跟接觸到的電解質(zhì)溶液所發(fā)生的原電池反應(yīng)，較活潑金屬原子失去電子而被氧化引起的腐蝕吸氧腐蝕(主要)析氫腐蝕化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕(主要)條件金屬與非電解質(zhì)直接接觸水膜中溶有O2，呈極弱酸性或中性水膜酸性較強現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生反應(yīng)式(以鐵腐蝕為例)2Fe3Cl2 =2FeCl3負極：Fe2e=Fe2正極：2H2OO24e=4OH正極：2H2e= H2 提示：只有在金屬活動性順序中位于氫前面的金屬才可能發(fā)生析氫腐蝕，位于氫之后的金屬只能發(fā)生吸氧腐蝕。 2鋼鐵生銹的過程和特點 鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕都是鐵原子失電子生成Fe2。 提示：析氫腐蝕和吸氧腐蝕通常同時存在，但因為酸

8、性較強的環(huán)境不多，所以吸氧腐蝕較為普遍。 典例透析 A生鐵片中的碳是原電池的陽極，發(fā)生還原反應(yīng) B雨水酸性較強，生鐵片僅發(fā)生析氫腐蝕 C紅墨水回升時，碳極反應(yīng)式：O22H2O4e= 4OH D具支試管中溶液pH逐漸減小 【解析】生鐵與其中的碳及電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池，負極是鐵，鐵失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，碳是正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)：開始時，因酸性較強發(fā)生析氫腐蝕，一段時間后導(dǎo)管內(nèi)液面回升且略高于小試管液面，說明具支試管中氣體壓強減小，即此時發(fā)生吸氧腐蝕，反應(yīng)式是2H2OO24e= 4OH，故溶液的pH增大，A、B、D錯誤；C正確。 【答案】C 1銅制品上的鋁質(zhì)鉚釘，在潮濕的空氣中易腐蝕的主要原因可描

9、述為() A形成原電池，鋁作負極 B形成原電池，銅作負極 C形成原電池時，電流由鋁流向銅 D鋁質(zhì)鉚釘發(fā)生了化學(xué)腐蝕 變式訓(xùn)練 解析：電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕的本質(zhì)區(qū)別在于是否發(fā)生原電池反應(yīng)，金屬鋁發(fā)生的是電化學(xué)腐蝕，鋁比銅活潑，故金屬鋁是負極；電流的流動方向與電子的流動方向恰好相反，應(yīng)是由銅流向鋁。 答案：A 金屬腐蝕快慢的判斷以及金屬的防護 教材點撥 (3)有無保護措施的：無保護措施的金屬腐蝕有一定保護措施的金屬腐蝕犧牲陽極的陰極金屬的腐蝕有外接電源的陰極金屬腐蝕。 (4)對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕越快。 提示：對于活動性不同的兩金屬，活動性差別越大，氧化還原反應(yīng)的速率越快

10、，活潑金屬腐蝕越快；純度越高的金屬，腐蝕速率越慢。 2金屬腐蝕的防護方法 (1)改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。 例如：把鉻、鎳等加入普通鋼里制成的不銹鋼，就大大地增加了鋼鐵對各種侵蝕的抵抗力。 (2)在金屬表面覆蓋保護層。 在金屬表面覆蓋致密的保護層，從而使金屬制品跟周圍物質(zhì)隔離開來，這是一種普遍采用的防護方法。 以鋼鐵的防護為例，根據(jù)保護層成分的不同，可分為如下幾種： 在鋼鐵表面涂礦物性油脂、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等物質(zhì)。例如，船身、車廂、水桶等常涂油漆；汽車外殼常噴漆；槍炮、機器常涂礦物性油脂等。 用電鍍、熱鍍、噴鍍的方法，在鋼鐵表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬，如鋅、錫、鉻、鎳等。例如，常用的白鐵皮

11、就是在薄鋼板的表面熱鍍上一層鋅；自行車鋼圈就是用電鍍的方法鍍上一層既耐腐蝕又耐磨的鉻或鎳。 用化學(xué)方法使鋼鐵表面生成一層致密而穩(wěn)定的氧化膜。例如，工業(yè)上常借一些溶液的氧化作用，在機器零件、精密儀器、槍炮等鋼鐵制件的表面上形成一層致密的黑色的四氧化三鐵薄膜。 (3)電化學(xué)保護法。 犧牲陽極的陰極保護法。 將還原性較強的金屬作為保護極與被保護金屬相連構(gòu)成原電池，還原性較強的金屬將作為負極發(fā)生氧化反應(yīng)而被損耗，被保護金屬作為正極就可以避免被腐蝕。這種保護法犧牲了陽極保護了陰極。 外加電流的陰極保護法。 將被保護金屬與外加直流電源的負極相連讓其成為陰極，而將外加直流電源的正極接到惰性電極上，讓其成為陽

12、極。 典例透析 A是驗證犧牲陽極的陰極保護法的實驗裝置 B和中負極反應(yīng)式均是Fe2e=Fe2 C和中正極反應(yīng)式均是O22H2O4e=4OH D和中分別加入少量K3Fe(CN)6溶液，均有藍色沉淀 【解析】金屬的活潑性：ZnFeCu，故中鋅作負極，鐵作正極，電解質(zhì)溶液呈中性，鋅發(fā)生吸氧腐蝕，鐵被保護，負極反應(yīng)式是Zn2e=Zn2，屬于犧牲陽極的陰極保護法，A正確；中鐵作負極，電解質(zhì)溶液呈酸性，鐵發(fā)生析氫腐蝕，負極反應(yīng)式為Fe2e=Fe2，正極反應(yīng)式為2H2e=H2，因為中鐵被保護，溶液中無Fe2，故加入少量K3Fe(CN)6溶液，無藍色沉淀產(chǎn)生，B、C、D錯誤。 【答案】A 【點評】判斷電化學(xué)保

13、護法的類型，應(yīng)分清其基本原理，看是利用電解原理的外加電流的陰極保護法還是應(yīng)用原電池原理的犧牲陽極的陰極保護法，兩者不能混淆。 2如圖，各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序為() AB CD 變式訓(xùn)練 解析：實質(zhì)均為原電池裝置。中Fe為正極被保護；中Fe為負極，均被腐蝕，但相對來說，F(xiàn)e和Cu的金屬活動性的差別比Fe和Sn的大，故FeCu原電池中Fe被腐蝕得快；中因鐵不純而發(fā)生微電池反應(yīng)。 答案：C新考題新考題隨堂自測隨堂自測 1(2014河北邯鄲一模)以下現(xiàn)象與電化學(xué)腐蝕無關(guān)的是() A鍍錫鐵器比鍍鋅鐵器表面破損時更易被腐蝕 B純鐵不容易生銹 C鑲有相鄰的銀牙和金牙容易引起頭痛 D輸

14、送氯氣的鋼管易被氯氣腐蝕 解析：A項中鍍錫鐵器表面破損時形成原電池，F(xiàn)e作負極，易被腐蝕；而鍍鋅鐵器表面破損時形成原電池，F(xiàn)e作正極，被保護。B項中純鐵不能形成原電池，所以不容易被腐蝕。C項中相鄰的銀牙和金牙容易形成原電池產(chǎn)生電流，使人頭痛惡心。D項中是鐵和Cl2直接發(fā)生反應(yīng)，為化學(xué)腐蝕，與電化學(xué)腐蝕無關(guān)。 答案：D 2(2014湖北荊門檢測)下列表面上鍍有金屬保護層的鐵板，當鍍層損壞使鐵板裸露后，在相同條件下最耐腐蝕的是() A鍍鋅鐵板(白鐵B鍍錫鐵板(馬口鐵) C鍍銀鐵板D鍍銅鐵板 答案：A 3(2014濟寧高二檢測)鋼鐵在潮濕的空氣中往往因電化學(xué)過程而被腐蝕。下列反應(yīng)式在鋼鐵的吸氧腐蝕過

15、程中不存在的是() AFe2e=Fe2 B2H2OO24e=4OH C2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2 DFe3e=Fe3 解析：鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時，負極反應(yīng)式為Fe2e=Fe2，不會生成Fe3，正極反應(yīng)式為2H2OO24e=4OH，總反應(yīng)式為2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2，故選D。 答案：D 4(2014陜西西工大附中)如圖所示，將緊緊纏繞不同金屬的鐵釘放入培養(yǎng)皿中，再加入含有適量酚酞和NaCl的瓊脂熱溶液，冷卻后形成瓊膠(離子在瓊膠內(nèi)可以移動)，下列敘述正確的是() Aa中鐵釘附近呈現(xiàn)紅色 Bb中鐵釘上發(fā)生還原反應(yīng) Ca中銅絲上發(fā)生氧化反應(yīng) Db中鋁條附近有氣泡產(chǎn)生 解析：a中鐵

16、比銅活潑，鐵作負極發(fā)生氧化反應(yīng)，銅作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)負極：2Fe4e=2Fe2，正極：O22H2O4e=4OH，因此A、C不正確。b中鋁比鐵活潑，鋁作負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，鐵作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)負極：4Al12e=4Al3，正極：3O26H2O12e=12OH，因此B正確，D不正確。 答案：B 5(2014合肥高二調(diào)研)(1)用鋁質(zhì)飯盒盛放醋酸，一段時間后，飯盒被腐蝕，該種腐蝕屬_，反應(yīng)的化學(xué)方程式表示為_；若用鋁質(zhì)飯盒盛放食鹽(含水時)，一段時間后，飯盒被腐蝕，這種腐蝕叫_，反應(yīng)原理是(寫電極反應(yīng)式和總的電極反應(yīng)方程式)_。 (2)分析下圖寫出有關(guān)反應(yīng)式。 鐵棒上：_， 碳棒上：_， 溶液里：_。 答案：(1)化學(xué)腐蝕 2Al6CH3COOH=2Al(CH3COO)33H2 電化學(xué)腐蝕負極：4Al12e=4Al3 正極：3O212e6H2O=12OH 總反應(yīng)：4Al3O26H2O=4Al(OH)3 (2)2Fe4e=2Fe2 O22H2O4e=4OH 2FeO22H2O=2Fe(OH)2、 4Fe(OH)2O22H2O=4F