搜索
第3课时金属的腐蚀与防护[目标要求]1.了解金属腐蚀的原因，能辨别金属发生腐蚀的类型。2.理解金属电化学腐蚀的原理及类型。3.掌握金属防护的方法以及金属的电化学防护的原理。一、金属的腐蚀1．定义：金属表面与周围的物质发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏的过程。2．实质：金属失去电子被氧化。3．分类：(1)化学腐蚀：指金属与接触到的物质直接发生化学反应，腐蚀过程中无电流产生。(2)电化学腐蚀：涉及电化学原理，腐蚀过程中有电流产生。二、金属电化学腐蚀的原理1．定义：不纯的金属或合金跟电解质溶液接触时发生原电池反应，较活泼金属失去电子被氧化的过程。2．实质：被腐蚀金属成为原电池的负极而被溶解。3．分类：(1)吸氧腐蚀：在水膜酸性很弱或呈中性时，正极上O2被还原。(2)析氢腐蚀：在水膜酸性较强时，正极上H＋被还原。三、金属的防护1．本质：阻止金属发生氧化反应。2．方法(1)改变金属内部结构，如制成合金等。(2)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀等。(3)电化学防护电化学保护分为牺牲阳极保护法和阴极电保护法。3．金属的防护措施图示知识点一电化学腐蚀1．铁棒与石墨用导线连接后，浸入0.01mol·L－1的食盐溶液中，可能出现的现象是()A．铁棒附近产生OH－B．铁棒被腐蚀C．石墨棒上放出Cl2D．石墨棒上放出O2答案B解析(1)铁棒与石墨用导线连接后，浸入0.01mol·L－1的食盐溶液中形成原电池，负极：Fe―→Fe2＋＋2e－；由于正极石墨本身很难得电子，溶液中Na＋不会得电子，溶液又显中性，即溶液中的H＋因浓度太小，也难得电子，此时溶液中的氧气便在正极上得电子，正极：2H2O＋O2＋4e－―→4OH－。(2)铁棒为负极，是发生氧化反应的一极，溶液中的阴离子(如OH－、Cl－)要趋向该极；石墨棒为正极，是发生还原反应的一极，溶液中的阳离子(如H＋、Na＋)要趋向该极。2．如下图所示各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀，腐蚀的速率由快到慢的顺序为()A．⑤②①③④B．④③①②⑤C．⑤④②①③D．③②④①⑤答案C解析判断金属腐蚀快慢，首先判断该金属是充当原电池还是电解池的电极，若是电解池的阳极，金属腐蚀速率最快，其次是充当原电池的负极腐蚀较快，而作为电解池的阴极和原电池的正极不被腐蚀。其中⑤中，Fe作为电解池的阳极，腐蚀最快，②③④均为原电池，③中，Fe为正极，不被腐蚀，②④中Fe均为负极，被腐蚀，Fe和Cu的金属活动性差别比Fe和Sn大，④中铁腐蚀较快，其腐蚀速率由快到慢的顺序为⑤④②①③。3．关于铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀的下列说法中，不正确的是()A．正极电极反应式为：2H＋＋2e－―→H2↑B．此过程中还涉及到反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3C．此过程中铜并不被腐蚀D．此过程中电子从Fe移向Cu答案A解析铁铆钉发生吸氧腐蚀时，负极为铁，反应式为：2Fe―→2Fe2＋＋4e－，正极为铜，反应式为：2H2O＋O2＋4e－―→4OH－，总反应为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，生成的Fe(OH)2继续被空气中的O2氧化成Fe(OH)3，反应式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，反应中电子从负极Fe移向正极Cu，铜不被腐蚀。4．如图所示水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：(1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于________腐蚀。(2)若试管内液面上升，则原溶液呈________________性，发生________腐蚀，电极反应式：负极：_____________________________________________________________，正极：_______________________________________________________________。(3)若试管内液面下降，则原溶液呈______性，发生________腐蚀。电极反应式：负极________________________________________________________________________，正极：______________________________________________________________。答案(1)电化学(2)弱酸性或中吸氧2Fe―→2Fe2＋＋4e－O2＋2H2O＋4e－―→4OH－(3)较强的酸析氢Fe―→Fe2＋＋2e－2H＋＋2e－―→H2↑解析根据原电池的构成条件：有两种不同的材料(Fe为负极，碳为正极)，有电解质溶液，形成闭合回路，可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件、原理及结果可知：试管内液面上升，说明试管内压强减小，试管内气体被吸收所致，是铁钉吸氧腐蚀的结果，据此可写出电极反应式；试管内液面下降，说明试管内气体压强变大，试管内产生了新气体所致，是铁钉的析氢腐蚀的结果，据此可写出电极反应式。知识点二金属的防护5．下列表面上镀有金属保护层的铁板，当镀层损坏使铁板裸露后，在相同条件下最耐腐蚀的是()A．镀锌铁板(白铁)B．镀锡铁板(马口铁)C．镀银铁板D．镀铜铁板答案A解析6．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是()①纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗②当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用③在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法④可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀A．①③B．②③C．①④D．②④答案A解析纯银器表面在空气中易生成硫化物失去光泽；当镀锡铁制品镀层破损时，由于铁比锡活泼，形成原电池时，铁做原电池的负极，加快铁的腐蚀；锌比铁活泼，当在海轮外壳上连接锌块后，锌失电子而使海轮外壳被保护；要采用电解原理保护金属，应将金属与电源的负极相连，即做电解池的阴极。综合上述分析，可知A正确。练基础落实1．为了避免青铜器生成铜绿，以下方法正确的是()①将青铜器放在银质托盘上②将青铜器保存在干燥的环境中③将青铜器保存在潮湿的空气中④在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜A．①③B．②③C．②④D．①④答案C解析Cu比较活泼，放在银质托盘上更易受腐蚀，①错；将其保存在干燥的环境中避免与空气中的水分和CO2等物质接触，可避免腐蚀，②正确，则③错误；覆盖防渗的高分子膜也可以隔绝潮湿空气，④正确。2．关于金属腐蚀的叙述中，正确的是()A．金属被腐蚀的本质是M＋nH2O===M(OH)n＋n2H2↑B．马口铁(镀锡铁)镀层破损后被腐蚀时，首先是镀层被氧化C．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀答案C解析金属腐蚀的本质主要是金属原子失电子被氧化，腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，外因是金属与空气、水和其他腐蚀性的物质相接触，腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。A中金属腐蚀的本质应包括化学腐蚀和电化学腐蚀，为M―→Mn＋＋ne－；B选项中Sn、Fe构成电化学腐蚀，主要是Fe―→Fe2＋＋2e－，铁先被腐蚀。常温下，空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，难以和非金属氧化剂(Cl2、S)等反应，发生化学腐蚀。3．下列各种方法中，能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是()①金属表面涂抹油漆②改变金属内部结构③保持金属表面清洁干燥④金属表面进行电镀⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜A．①②③④B．①③④⑤C．①②④⑤D．全部答案D解析金属的腐蚀主要是电化学腐蚀，题目中①③④⑤中的方法都可以起到避免金属和电解质溶液接触形成原电池的目的；②中如在金属中加入某些其他元素改变金属内部结构也可以起到防腐蚀的效果。4．如图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动)，下列叙述正确的是()A．a中铁钉附近呈现红色B．b中铁钉上发生还原反应C．a中铜丝上发生氧化反应D．b中铝条附近有气泡产生答案B解析依据原电池原理分析可知：a中铁钉作负极，发生氧化反应，铜丝作正极，发生O2＋2H2O＋4e－―→4OH－的还原反应，可知A、C错误；b中铁钉作正极，发生O2＋2H2O＋4e－―→4OH－的还原反应，而铝条发生氧化反应，不会冒气泡，B正确、D错误。5．下列关于钢铁发生吸氧腐蚀的说法正确的是()A．正极上发生的电极反应是2H＋＋2e－―→H2B．负极上发生的电极反应是Fe2＋＋2e－―→FeC．正极上发生的电极反应是2H2O＋O2＋4e－―→4OH－D．最终形成黑色的铁锈答案C解析钢铁在中性或弱酸性溶液中发生吸氧腐蚀，电极反应式分别为负极：2Fe―→2Fe2＋＋4e－正极：O2＋4e－＋2H2O―→4OH－总反应式为：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===。练方法技巧6．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变为左低右高C．两试管中相同的电极反应式是Fe―→Fe2＋＋2e－D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀答案B解析本题考查钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀。Fe与C及电解质溶液形成原电池，Fe是负极：Fe―→Fe2＋＋2e－，C是正极，在a中发生吸氧腐蚀，a中压强减小，b中发生析氢腐蚀，b中压强增大，红墨水柱液面是左高右低，故选B。7．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相同的一段时间。下列对实验结束时现象的描述不正确的是()A．装置Ⅰ左侧的液面一定会下降B．左侧液面装置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答案B解析装置Ⅰ中铁钉处于盐酸的蒸气中，被侵蚀而释放出H2，使左侧液面下降，右侧液面上升；装置Ⅱ中铁钉同样处于盐酸的蒸气中，不同的是悬挂铁钉的金属丝由铁丝换成了铜丝，由于Fe比Cu活泼，在这种氛围中构成的原电池会加速铁钉的侵蚀而放出更多的H2，使左侧液面下降得更多，右侧液面上升得更多；装置Ⅲ中虽然悬挂铁钉的还是铜丝，但由于浓硫酸有吸水性而无挥发性，使铁钉处于一种较为干燥的空气中，因而在短时间内几乎没有被侵蚀。8．分别放置在下图所示装置(都盛有0.1mol·L－1的H2SO4溶液)中的4个相同的纯锌片，腐蚀最快的是()答案C解析原电池的正极金属和连接外接电源负极的金属因富余电子，理论上不被腐蚀。B、D两项中，Zn片被保护，不受腐蚀；C项中形成原电池，Zn是负极，其腐蚀速率比A项中Zn片快。规律方法同一种金属在同样的电解质溶液中腐蚀快慢的比较，有如下规律(由快到慢)：①与外接电源正极连接的金属②原电池的负极金属③单独在电解质溶液中并与其反应金的属④原电池中的正极金属(或与外接电源负极连接的金属)。练综合拓展9．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为________________________________________________________________________。(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________(填字母)。A．铜B．钠C．锌D．石墨(3)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的________极。答案(1)负极：2Fe―→2Fe2＋＋4e－，正极：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－(2)C(3)负解析(1)发生吸氧腐蚀时，负极上Fe失电子，正极上O2得到电子。(2)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌，就可由锌失去电子，锌被溶解而铁被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法。(3)属于外加电流的阴极保护法，需把被保护的铁闸门连接在电源的负极上。10．如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀