2024高中化學(xué)第四章電化學(xué)基礎(chǔ)第四節(jié)金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)教案新人教版選修4

PAGE8-第四節(jié)金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)[明確學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解金屬腐蝕及其危害。2.了解金屬電化學(xué)腐蝕的緣由及反應(yīng)原理。3.了解金屬防護(hù)的一般方法，特殊是電化學(xué)防護(hù)的方法。一、金屬的電化學(xué)腐蝕1．金屬的腐蝕金屬腐蝕是指金屬與四周的eq\o(□,\s\up3(01))氣體或液體物質(zhì)發(fā)生eq\o(□,\s\up3(02))氧化還原反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。一般可分為eq\o(□,\s\up3(03))化學(xué)腐蝕和eq\o(□,\s\up3(04))電化學(xué)腐蝕。2．鋼鐵的電化學(xué)腐蝕二、金屬的電化學(xué)防護(hù)1．犧牲陽(yáng)極的陰極愛(ài)護(hù)法應(yīng)用eq\o(□,\s\up3(01))原電池原理，讓被愛(ài)護(hù)金屬作eq\o(□,\s\up3(02))正極，另找一種活潑性較強(qiáng)的金屬作eq\o(□,\s\up3(03))負(fù)極。如圖所示：2．外加電流的陰極愛(ài)護(hù)法利用eq\o(□,\s\up3(04))電解原理，把被愛(ài)護(hù)的鋼鐵設(shè)備作為eq\o(□,\s\up3(05))陰極，用eq\o(□,\s\up3(06))惰性電極作為協(xié)助陽(yáng)極，兩者均在電解質(zhì)溶液(海水)里，接外加eq\o(□,\s\up3(07))直流電源。3．犧牲陽(yáng)極的陰極愛(ài)護(hù)法的試驗(yàn)按如圖所示連接好裝置，往Fe電極區(qū)滴入2滴K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液(已知Fe2＋與[Fe(CN)6]3－反應(yīng)生成藍(lán)色沉淀)，可以看到電壓表指針eq\o(□,\s\up3(08))發(fā)生偏轉(zhuǎn)，F(xiàn)e電極上有eq\o(□,\s\up3(09))氣泡產(chǎn)生，沒(méi)有藍(lán)色沉淀生成，說(shuō)明溶液中不含eq\o(□,\s\up3(10))Fe2＋，F(xiàn)e受到eq\o(□,\s\up3(11))愛(ài)護(hù)。1．家用炒菜鐵鍋用水清洗放置后，出現(xiàn)紅棕色的銹斑是如何形成的，其主要成分是什么？提示：鐵鍋中含有碳元素，在潮濕環(huán)境中生銹屬于吸氧腐蝕，在腐蝕過(guò)程中，負(fù)極：Fe－2e－=Fe2＋，正極(C)：2H2O＋O2＋4e－=4OH－，總反應(yīng)為2Fe＋2H2O＋O2=2Fe(OH)2，F(xiàn)e(OH)2極易被氧化，發(fā)生反應(yīng)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3。Fe(OH)3進(jìn)一步反應(yīng)生成鐵銹Fe2O3·nH2O。2．結(jié)合金屬腐蝕的本質(zhì)，分析如何進(jìn)行金屬防護(hù)。提示：金屬腐蝕的本質(zhì)是被氧化劑氧化變成金屬陽(yáng)離子。金屬防護(hù)的基本思路是：①防止金屬與氧化性介質(zhì)干脆接觸；②防止金屬表面形成電解質(zhì)溶液；③改善金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；④利用電化學(xué)原理進(jìn)行防護(hù)。

一、金屬的化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的比較(以鐵為例)[即時(shí)練]1.鐵生銹是一種常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，其主要的化學(xué)反應(yīng)方程式為：4Fe＋3O2＋xH2O=2Fe2O3·xH2O。如圖為一放在水槽中的鐵架，水位高度如圖。最簡(jiǎn)單生銹的鐵架橫桿是()A．①B．②C．③D．④答案C解析此處鐵生銹屬于吸氧腐蝕。④處沒(méi)有和電解質(zhì)溶液接觸，銹蝕速率較慢；①②③處均與電解質(zhì)溶液接觸，但①②處含O2較少，所以③處腐蝕最快。2．如圖裝置中，小試管內(nèi)為紅墨水，具支試管內(nèi)盛有pH＝5的雨水和生鐵片。視察到起先時(shí)導(dǎo)管內(nèi)液面下降，一段時(shí)間后導(dǎo)管內(nèi)液面回升，略高于小試管液面。以下有關(guān)說(shuō)明合理的是()A．生鐵片中的碳是原電池的陽(yáng)極，發(fā)生還原反應(yīng)B．雨水酸性較強(qiáng)，生鐵片僅發(fā)生析氫腐蝕C．紅墨水回升時(shí)，碳極反應(yīng)式：O2＋2H2O＋4e－=4OH－D．具支試管中溶液pH漸漸減小答案C解析生鐵與其中的碳及電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池，負(fù)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)。起先時(shí)，因酸性較強(qiáng)發(fā)生析氫腐蝕，一段時(shí)間后導(dǎo)管內(nèi)液面回升且略高于小試管液面，說(shuō)明具支試管中氣體壓強(qiáng)減小，此時(shí)發(fā)生吸氧腐蝕，反應(yīng)式是2H2O＋O2＋4e－=4OH－，故溶液的pH增大，A、B、D錯(cuò)誤；C正確。二、金屬的防護(hù)1．金屬的防護(hù)措施2．金屬腐蝕快慢的推斷方法(1)在同一電解質(zhì)溶液中：電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護(hù)措施的腐蝕。(2)同一種金屬在不同介質(zhì)中腐蝕由快到慢的依次：強(qiáng)電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。(3)有無(wú)愛(ài)護(hù)措施的：無(wú)愛(ài)護(hù)措施的金屬腐蝕>有肯定愛(ài)護(hù)措施的金屬腐蝕>犧牲陽(yáng)極的陰極愛(ài)護(hù)的金屬腐蝕>有外接電源的陰極愛(ài)護(hù)的金屬腐蝕。(4)對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō)，電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕越快。[即時(shí)練]3．如圖所示，各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的依次為()A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥答案C解析先推斷裝置是形成原電池還是電解池，再分析金屬活動(dòng)性的差別。①中Fe為負(fù)極，雜質(zhì)C為正極，屬于鋼鐵的吸氧腐蝕，腐蝕速率較慢。②、③、④實(shí)質(zhì)均為原電池裝置：③中Fe為正極，被愛(ài)護(hù)；②、④中Fe為負(fù)極，均被腐蝕，但相對(duì)來(lái)說(shuō)Fe和Cu的金屬活動(dòng)性差別較Fe和Sn的大，故Fe-Cu原電池中Fe的腐蝕速率較快；⑤中Fe接電源正極作陽(yáng)極，Cu接電源負(fù)極作陰極，加快了Fe的腐蝕；⑥中Fe接電源負(fù)極作陰極，Cu接電源正極作陽(yáng)極，防止了Fe的腐蝕。依據(jù)以上分析可知：鐵在其中被腐蝕由快到慢的依次為⑤>④>②>①>③>⑥。4．鋼鐵工業(yè)是國(guó)家工業(yè)的基礎(chǔ)，鋼鐵生銹現(xiàn)象卻隨處可見(jiàn)，為此每年國(guó)家損失大量資金。請(qǐng)回答鋼鐵腐蝕與防護(hù)過(guò)程中的有關(guān)問(wèn)題。(1)鋼鐵的電化學(xué)腐蝕原理如圖所示，寫(xiě)出石墨電極的電極反應(yīng)式：______________________________________________________________________。(2)在實(shí)際生產(chǎn)中，可在鐵件的表面鍍銅防止鐵被腐蝕。裝置示意圖如圖所示：①A電極對(duì)應(yīng)的金屬是________(寫(xiě)元素名稱)，B電極的電極反應(yīng)式是___________________________________________________________________。②若電鍍前鐵、銅兩片金屬質(zhì)量相同，電鍍完成后將它們?nèi)〕鱿磧簟⒑娓?、稱量，二者質(zhì)量差為5.12g，則電鍍時(shí)電路中通過(guò)的電子為_(kāi)_______mol。③鍍層破損后，鍍銅鐵比鍍鋅鐵更簡(jiǎn)單被腐蝕，請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明緣由：________________________________________________________________________。答案(1)O2＋4e－＋2H2O=4OH－(2)①銅Cu2＋＋2e－=Cu②0.08③鐵比銅活潑，鍍層銅破壞后，在潮濕環(huán)境中形成原電池，鐵為負(fù)極，加速鐵的腐蝕(其他答案合理也可)解析(1)在中性溶液中發(fā)生吸氧腐蝕。(2)在鐵表面鍍銅需將鐵作陰極、銅作陽(yáng)極，當(dāng)析出1mol銅時(shí)兩電極的質(zhì)量差為64＋64＝128g，轉(zhuǎn)移2mol電子，當(dāng)質(zhì)量差為5.12g，電路中通過(guò)的電子為eq\f(5.12g,128g/mol)×2＝0.08mol。本章歸納總結(jié)

1．自來(lái)水管與下列材料做成的水龍頭連接，銹蝕最快的鐵水管連接的是()A．銅水龍頭 B．鐵水龍頭C．塑料水龍頭 D．陶瓷水龍頭答案A解析將鐵水管和銅水龍頭相連，銅水龍頭作正極，鐵水管作負(fù)極，鐵水管的腐蝕被加快。2．如圖表示的是鋼鐵在海水中的銹蝕過(guò)程，以下有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．該金屬腐蝕過(guò)程為析氫腐蝕B．正極為C，發(fā)生的反應(yīng)為氧化反應(yīng)C．在酸性條件下發(fā)生的是吸氧腐蝕D．正極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－=4OH－答案D解析鋼鐵中含有鐵和碳，在潮濕的環(huán)境中構(gòu)成原電池，鐵作負(fù)極，碳作正極；從圖中看出，氧氣參加反應(yīng)，應(yīng)當(dāng)是發(fā)生了吸氧腐蝕，故A錯(cuò)誤；碳作正極，發(fā)生的反應(yīng)為還原反應(yīng)，故B錯(cuò)誤；在酸性環(huán)境下發(fā)生的是析氫腐蝕，故C錯(cuò)誤；吸氧腐蝕時(shí)，氧氣在正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)：O2＋2H2O＋4e=4OH－，故D正確。3．埋在地下的鋼管道可以用如圖所示方法進(jìn)行電化學(xué)愛(ài)護(hù)。下列說(shuō)法正確的是()A．該方法將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能B．在此裝置中鋼管道作正極C．該方法稱為“外加電流的陰極愛(ài)護(hù)法”D．鎂塊上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－=4OH－答案B解析該方法是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了電能，A錯(cuò)誤；依據(jù)圖片知，該金屬防護(hù)措施采納的是犧牲陽(yáng)極的陰極愛(ài)護(hù)法，鋼管道作正極，B正確，C錯(cuò)誤；鎂塊作負(fù)極，電極反應(yīng)：Mg－2e－＋2OH－=Mg(OH)2↓，D錯(cuò)誤。4．某課外活動(dòng)小組，將剪下的一塊鍍鋅鐵放入試劑瓶中，并滴入少量食鹽水將其浸濕，再加數(shù)滴酚酞溶液，按下圖裝置進(jìn)行試驗(yàn)，數(shù)分鐘后視察，下列現(xiàn)象不行能出現(xiàn)的是()A．B中導(dǎo)氣管里形成一段水柱B．B中導(dǎo)氣管中產(chǎn)生氣泡C．金屬片剪口處溶液變紅D．鋅被腐蝕答案B解析鍍鋅鐵片放入錐形瓶中，并滴入少量食鹽水將其浸濕，再加數(shù)滴酚酞試液，形成的原電池中，金屬鋅為負(fù)極，發(fā)生反應(yīng)：Zn－2e－=Zn2＋，鐵為正極，發(fā)生吸氧腐蝕，即2H2O＋O2＋4e－=4OH－，所以錐形瓶中氣體壓強(qiáng)減小，導(dǎo)氣管里形成一段水柱，生成的氫氧根離子遇到酚酞會(huì)顯示紅色。原電池形成后沒(méi)有氣體生成，所以B中導(dǎo)氣管不會(huì)產(chǎn)生氣泡，故B錯(cuò)誤。5．(1)在原電池中，通常較活潑的金屬作________極，發(fā)生________反應(yīng)；電解池中，與電源正極相連的極是________極，發(fā)生________反應(yīng)。(2)下圖所示水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天后視察：①若試管內(nèi)液面上升，發(fā)生________腐蝕，正極反應(yīng)式為_(kāi)________________。②若試管內(nèi)液面下降，發(fā)生________腐蝕，正極反應(yīng)式為_(kāi)_______________。答案(1)負(fù)氧化陽(yáng)氧化(2)①吸氧