4.3金屬的腐蝕與防護(hù)（講義）（原卷版）

第三節(jié)金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、認(rèn)識金屬腐蝕的危害，并能解釋金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因2、能正確書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式3、熟知金屬防護(hù)方法，特別是理解電化學(xué)防護(hù)的方法一、金屬的腐蝕1．金屬腐蝕(1)概念：金屬與周圍接觸到的發(fā)生反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。(2)根據(jù)與金屬接觸的不同，金屬腐蝕可分為兩類：①化學(xué)腐蝕：金屬與接觸到的氣體(如O2、Cl2、SO2等)或液體(如石油)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加快。②電化學(xué)腐蝕：的金屬跟溶液接觸時，會發(fā)生反應(yīng)，比較的金屬電子而被氧化。日常生活中，比較普遍和危害較大的，是金屬的電化學(xué)腐蝕。2．鋼鐵的電化學(xué)腐蝕鋼鐵的銹蝕，是電化學(xué)腐蝕最典型的例子。根據(jù)鋼鐵表面水溶液薄膜的酸堿性及O2濃度的不同，鋼鐵的電化學(xué)腐蝕分為和。(1)鋼鐵的析氫腐蝕：當(dāng)鋼鐵表面的電解質(zhì)溶液酸性較強(qiáng)時（因溶解來自大氣中的CO2、SO2等氣體），腐蝕過程中有H2放出。Fe是負(fù)極，C是正極。發(fā)生的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式為負(fù)極：正極：總反應(yīng)：(2)鋼鐵的吸氧腐蝕：當(dāng)鋼鐵表面的電解質(zhì)溶液呈或并溶有O2時，因?yàn)镺2比H+更容易得到電子，將會發(fā)生吸氧腐蝕。電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式為負(fù)極：；正極：；總反應(yīng)：。生成的Fe(OH)2繼續(xù)被O2氧化為Fe(OH)3,其方程式為，F(xiàn)e(OH)3脫去部分水，最終生成，是鐵銹的主要成分。特別提示：鐵無論作原電池的負(fù)極，還是電解質(zhì)的陽極，在反應(yīng)時，都是失去個特別提示：鐵無論作原電池的負(fù)極，還是電解質(zhì)的陽極，在反應(yīng)時，都是失去個e。_Fe2＋【課堂練習(xí)1】1、判斷正誤，正確的劃“√”，錯誤的劃“×”(1)所有金屬純度越大，越不易被腐蝕()(2)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣()(3)干燥環(huán)境下金屬不被腐蝕()(4)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物()(5)鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，負(fù)極鐵失去電子生成Fe3＋()2、下列有關(guān)金屬腐蝕的說法中正確的是()A．金屬腐蝕指不純金屬與接觸到的電解質(zhì)溶液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而損耗的過程B．電化學(xué)腐蝕指在外加電流的作用下不純金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而損耗的過程C．鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕，負(fù)極吸收氧氣，產(chǎn)物最終轉(zhuǎn)化為鐵銹D．金屬的電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕本質(zhì)相同，但電化學(xué)腐蝕伴有電流產(chǎn)生3、如圖所示的鋼鐵腐蝕中，下列說法正確的是()A．碳表面發(fā)生氧化反應(yīng)B．鋼鐵被腐蝕的最終產(chǎn)物為FeOC．生活中鋼鐵制品的腐蝕以圖②所示為主D．圖②中，正極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－4、如圖所示，各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕的速度由快到慢的順序?yàn)?)A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥二、金屬的防護(hù)方法既然金屬腐蝕的主要原因是與金屬與周圍的物質(zhì)發(fā)生了氧化還原反應(yīng)所引起的，那么金屬的防護(hù)就必須從金屬和周圍的物質(zhì)兩方面來考慮。1、改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使金屬性質(zhì)改變，增強(qiáng)其本身的抗腐蝕能力，成為耐腐蝕金屬；例如，把鉻（Cr）、鎳（Ni）、等加入普通鋼制成不銹鋼。2、在金屬表面覆蓋保護(hù)層在金屬表面覆蓋保護(hù)層,使金屬與化學(xué)物質(zhì)，例如，①在鋼鐵表面涂礦物性油脂、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等物質(zhì)。②用電鍍的方法，在鋼鐵制品表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬，如鋅、錫、鉻、鎳等。③工業(yè)上常利用一些溶液的氧化作用，在機(jī)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(hù)法金屬在發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，總是作為原電池的被氧化，作為的金屬則不被腐蝕，如果能讓被保護(hù)的金屬作為原電池的或電解池的，則該金屬就不會被腐蝕，因此，電化學(xué)保護(hù)法可分為“犧牲陽極的陰極保護(hù)法”和“外加電流的陰極保護(hù)法”。（1）犧牲陽極法這種方法通常是指在被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備上（如鍋爐內(nèi)壁，船舶外殼）裝上若干鎂合金或鋅塊。鎂、鋅比鐵活潑，他們就成為了原電池的（陽極），不斷遭受腐蝕，定期予以更換，而作為（陰極）的鋼鐵設(shè)備就被保護(hù)起來了。（2）外加電流法這種方法通常是指把被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備作為陰極，用惰性電極作為輔助陽極，兩者均存放于電解質(zhì)溶液里，接外加直流電源。通電后，電子被強(qiáng)制流向被保護(hù)的設(shè)備，使鋼鐵表面腐蝕電流降至為零或接近于零，從而起到保護(hù)作用。如右圖.兩種電化學(xué)保護(hù)法可以利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，如圖456所示。連接裝置后，一段時間可以觀察到：甲是模擬“犧牲陽極的陰極保護(hù)法”的裝置，可以觀察到Fe電極表面有氣泡，Zn電極不斷溶解，用膠頭滴管從Fe電極附近取出少量溶液于試管中，加入幾滴黃色K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液，沒有明顯現(xiàn)象。其電極反應(yīng)為：負(fù)極Zn2e===Zn2＋，正極2H+＋2e===H2↑。乙是模擬“外加電流的陰極保護(hù)法”的裝置，可以觀察到兩個電極附近都有氣泡冒出，用膠頭滴管從Fe電極附近取出少量溶液于試管中，加入幾滴黃色的K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液，沒有明顯現(xiàn)象。其電極反應(yīng)為：陽極2Cl－2e===Cl2↑，陰極2H+＋2e===H2↑。兩個實(shí)驗(yàn)中，加入幾滴黃色的K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液,是鑒定Fe2+的靈敏試劑，如果裝置中發(fā)生了Fe電極的腐蝕生成Fe2+,則會生成藍(lán)色的鐵氰化亞鐵鉀沉淀，其離子方程式為：K++Fe2++[Fe（CN）6]===KFe[Fe（CN）6]↓。小結(jié)：金屬的電化學(xué)防護(hù)方法類型方法原理實(shí)例犧牲陽極的陰極保護(hù)法在被保護(hù)的設(shè)備上裝上比它活潑的金屬被保護(hù)的金屬作原電池的正極船舶的外殼上裝鋅塊外加電流的陰極保護(hù)法將被保護(hù)的設(shè)備與惰性電極置于電解質(zhì)溶液里，接上外接電源被保護(hù)的金屬作電解池的陰極保護(hù)海水中的鋼閘門總結(jié)：1、金屬腐蝕與防護(hù)2.判斷金屬腐蝕的快慢(1)電解原理引起的腐蝕(陽極)>原電池原理引起的腐蝕(負(fù)極)>化學(xué)腐蝕>有防腐措施的腐蝕(陰極或正極)。(2)原電池中的負(fù)極金屬比正極金屬腐蝕的快。(3)同種金屬，在強(qiáng)電解質(zhì)溶液中比在弱電解質(zhì)溶液中腐蝕得快。【課堂練習(xí)2】1、為了防止鋼鐵銹蝕，下列防護(hù)方法中正確的是()A．在精密機(jī)床的鐵床上安裝銅螺釘B．在排放海水的鋼鐵閘門上用導(dǎo)線連接一塊石墨，一同浸入海水中C．在海輪舷上用鐵絲系住鋅板浸在海水里D．在地下輸油的鑄鐵管上接直流電源的正極2、下列關(guān)于如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置的判斷中錯誤的是()A．若X為碳棒，開關(guān)K置于A處可減緩鐵的腐蝕B．若X為鋅棒，開關(guān)K置于A或B處均可減緩鐵的腐蝕C．若X為鋅棒，開關(guān)K置于B處時，為犧牲陽極的陰極保護(hù)法D．若X為碳棒，開關(guān)K置于B處時，鐵電極上發(fā)生的反應(yīng)為2H＋＋2e－=H2↑3、關(guān)于鋼鐵腐蝕與防護(hù)的說法不正確的是()A．鋼鐵的吸氧腐蝕和析氫腐蝕的負(fù)極反應(yīng)式均為Fe－2e－=Fe2＋B．鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時，正極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．地下鋼管連接鎂塊是采用犧牲陽極的陰極保護(hù)法D．用外加電流的陰極保護(hù)法防止鋼鐵腐蝕時，鋼鐵接電源的正極4、下列有關(guān)鋼鐵腐蝕與防護(hù)的說法正確的是()A．鋼管與電源正極連接，鋼管可被保護(hù)B．鐵遇冷濃硝酸表面鈍化，可保護(hù)內(nèi)部不被腐蝕C．鋼管與銅管露天堆放在一起時，鋼管不易被腐蝕D．鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時，負(fù)極反應(yīng)是Fe－3e－=Fe3＋【課后作業(yè)】1．我國某大城市今年夏季多次降下酸雨。據(jù)環(huán)保部門測定，該城市整個夏季酸雨的平均為3.2。在這種環(huán)境中的鐵制品極易被腐蝕。對此條件下鐵的腐蝕的敘述錯誤的是A．此腐蝕過程有化學(xué)腐蝕也有電化學(xué)腐蝕B．發(fā)生電化學(xué)腐蝕時的正極反應(yīng)為C．在化學(xué)腐蝕過程中有氫氣產(chǎn)生D．發(fā)生電化學(xué)腐蝕時的負(fù)極反應(yīng)為2．利用如圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，開始時，a、b兩處液面相平，將裝置密封放置一段時間。下列說法不正確的是A．a(chǎn)處生鐵發(fā)生吸氧腐蝕，b處生鐵發(fā)生析氫腐蝕B．一段時間后，a處液面高于b處液面C．a(chǎn)處溶液的pH增大，b處溶液的pH減小D．a(chǎn)、b兩處具有相同的負(fù)極反應(yīng)式：3．下列說法錯誤的是A．原電池中，負(fù)極一定是活動性較強(qiáng)的金屬B．其他條件相同時，粗鋅與硫酸反應(yīng)比純鋅與硫酸反應(yīng)速率快C．在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽極D．為延長鍋爐的使用壽命，常在其內(nèi)壁焊上鋅片4．化學(xué)小組研究金屬的電化學(xué)腐蝕，實(shí)驗(yàn)如下：序號實(shí)驗(yàn)I實(shí)驗(yàn)Ⅱ?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象鐵釘周邊出現(xiàn)藍(lán)色銅片周邊略顯紅色鐵釘周邊出現(xiàn)_______色鋅片周邊未見明顯變化下列說法不正確的是A．實(shí)驗(yàn)I中正極的電極反應(yīng)式：O2+2H2O+4e=4OHB．實(shí)驗(yàn)Ⅱ中鐵釘周邊出現(xiàn)紅色C．實(shí)驗(yàn)Ⅱ中負(fù)極的電極反應(yīng)式：Fe2e=Fe2+D．對比實(shí)驗(yàn)I、Ⅱ可知，生活中鍍鋅鐵板比鍍銅鐵板在鍍層破損后更耐腐蝕5．將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤后，置于如圖所示裝置中，進(jìn)行鐵的電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)。下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的說法正確的是A．鐵被氧化的電極反應(yīng)式為Fe3e=Fe3+B．鐵腐蝕過程中化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為電能C．活性炭的存在會加速鐵的腐蝕D．以Na2SO4溶液代替NaCl溶液，鐵不能發(fā)生吸氧腐蝕6．如下裝置燒杯中均為稀硫酸，F(xiàn)e的腐蝕速率由快到慢的是A．①②③④⑤B．②①③⑤④C．③①②⑤④D．③②⑤①④7.下列對如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置的判斷中錯誤的是

A．若X為碳棒，開關(guān)K置于A處，可減緩鐵的腐蝕B．若X為鋅棒，開關(guān)K置于A或B處，均可減緩鐵的腐蝕C．若X為鋅棒，開關(guān)K置于B處時，為犧牲陽極的陰極保護(hù)法D．若X為碳棒，開關(guān)K置于B處時，鐵電極上發(fā)生的反應(yīng)為2H＋＋2e－=H2↑8．“外加電流法”和“犧牲陽極法”均可有效防止鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕。下列說法錯誤的是A．兩種保護(hù)法中都要采用輔助電極 B．利用“外加電流法”時，鐵連接電源負(fù)極C．“犧牲陽極法”利用了電解池原理 D．鋼鐵在潮濕空氣中生銹發(fā)生了電化學(xué)腐蝕9.支撐海港碼頭基礎(chǔ)的鋼管樁，常用外加電流的陰極保護(hù)法進(jìn)行防腐，工作原理如圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關(guān)表述不正確的是()通入保護(hù)電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零B．通電后外電路電子被強(qiáng)制從高硅鑄鐵流向鋼管樁C．高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流D．通入的保護(hù)電流應(yīng)該根據(jù)環(huán)境條件變化進(jìn)行調(diào)整10．電池是日常生活中最常見的一種提供電能的裝置，研究各種新型電池成為新能源研究的一種方向。(1)如圖是一種甲烷燃料電池的裝置。①鉑電極a是(填“正極”“負(fù)極”“陽極”或“陰極”)，發(fā)生(填“氧化”或“還原”)反應(yīng)。②電子從(填“a”或“b”)電極流出，該電極的電極反應(yīng)式是。③鹽橋中的K+向(填“稀硫酸”或“稀氫氧化鉀”)溶液移動。(2)白鐵是日常生活中常見的一種金屬材料，俗稱“鋅包鋼”，一旦劃破后就會發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，此時負(fù)極材料是，在潮濕的堿性或中性環(huán)境中，鐵電極上發(fā)生反應(yīng)