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第二节金属的腐蚀和防护1．能描述金属腐蚀的类型和化学原理。2．了解影响金属腐蚀的快慢因素。3．知道金属防护的常用方法。4．认识防止金属腐蚀的重要意义。金属的腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行__________而__________的过程。金属的腐蚀一般分为化学腐蚀和电化学腐蚀。1．化学腐蚀金属跟接触到的物质_____________________而引起的腐蚀。笃学一金属的腐蚀化学反应腐蚀损耗直接发生化学反应(2)电化学腐蚀的类型在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜。水能电离出少量的H＋和OH－，同时由于空气中CO2的溶解，使水里的H＋增多：H2O＋CO2H2CO3______________。这样在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜，它跟钢铁里的铁和少量的碳构成无数微小的原电池。____是负极，电极反应：____________________。2．电化学腐蚀(1)电化学腐蚀的概念：不纯的金属(或合金)跟________溶液接触时，会发生________反应，比较活泼的金属______电子而被______，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。电解质原电池失去氧化H＋＋HCO－3FeFe－2e－===Fe2＋①钢铁表面的水膜酸性很弱或者呈中性，在正极上是溶解在水膜中的O2得到电子而被还原(钢铁的腐蚀主要是这种情况)：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。②如果水膜的酸性较强，在正极，则是溶液中的H＋得到电子而被还原：2H＋＋2e－===H2↑。1．影响金属腐蚀的因素(1)金属的本性：金属__________越易被腐蚀。(2)介质的影响：在______的空气中接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。笃学二金属的防护越活泼潮湿：如、、搪瓷、等：在被保护的金属上连接一种更易的金属：如将钢铁制成不锈钢2．金属的防护方法金属的防护加保护层法涂油漆包塑料层电镀电化学法失电子改变金属内部结构【慎思1】为什么说电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因？【答案】由于钢铁直接接触化学物质而发生化学腐蚀的机会并不多，而接触电解质溶液的机会却比较多，且钢铁本身又是铁碳合金。因此，易于形成原电池而发生电化学腐蚀。【慎思2】为什么钢铁在潮湿的环境中比在干燥的环境中更容易生锈？【答案】不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成微小原电池发生电化学腐蚀，主要发生吸氧腐蚀，加快了反应速率。【慎思3】如下图，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为__________(填序号)。【答案】④②①③【解析】②③④实质均为原电池装置。③中Fe为正极，被保护；②④中Fe为负极，均被腐蚀，但相对来说Fe和Cu的金属活动性之间的差别比Fe和Sn的差别大，故FeCu原电池中Fe被腐蚀得快；①中因铁不纯而发生原电池反应。吸氧腐蚀与析氢腐蚀在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜，水能电离出少量的H＋和OH－，同时由于空气中CO2的溶解，使水里的H＋增多：CO2＋H2OH2CO3H＋＋HCO－3，这样在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜，它跟钢铁里的铁和少量的碳构成了无数微小的原电池。(1)吸氧腐蚀：钢铁表面的水膜酸性很弱或者呈中性或碱性。负极(Fe)：2Fe－4e－===2Fe2＋正极(C)：O2＋2H2O＋4e－===4OH－钢铁的电化学腐蚀示意图(2)析氢腐蚀：钢铁表面的水膜酸性较强。负极(Fe)：Fe－2e－===Fe2＋正极(C)：2H＋＋2e－===H2↑在溶液中：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)32Fe(OH)3===Fe2O3＋3H2O(Fe2O3是铁锈的主要成分)【例1】下图是铁钉在某溶液中被腐蚀的实验(开始时试管中液面和试管外液面等高)。(1)甲、乙两图溶液中呈酸性的是______(填“甲”或“乙”)。(2)甲图中电极反应式：正极________________________，负极______________________________。(3)乙图中发生反应的离子方程式是__________________。解析从两图中液面的高度可以看出，甲图试管内液面上升，说明气体体积减小，有氧气被吸收，发生吸氧腐蚀。乙图试管内液面下降，说明气体体积增大，有氢气生成，发生析氢腐蚀。答案(1)乙(2)O2＋2H2O＋4e－===4OH－2Fe－4e－===2Fe2＋(3)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑点评判断析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，可以看溶液的酸碱性或气体体积的变化。【体验1】炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中含NaCl)，第二天便出现红棕色锈斑[该锈斑为Fe(OH)3失水的产物]，试用有关的电极反应式和化学方程式表示Fe(OH)3的生成。(1)负极：____________________________________。(2)正极：____________________________________。(3)化学方程式：_______________________________。【解析】FeC与NaCl溶液构成了原电池，由于酸性较弱，发生吸氧腐蚀。【答案】(1)2Fe－4e－===2Fe2＋(2)2H2O＋O2＋4e－===4OH－(3)4Fe＋6H2O＋3O2===4Fe(OH)31．改善金属的内部结构根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。2．形成保护层在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类。它们是用化学方法、物理方法和电化学方法实现的。金属防护的方法(1)金属的氧化处理如将钢铁制品加到NaOH和NaNO2的混合溶液中，加热处理，其表面即可形成一层厚度为0.5～1.5μm的蓝色氧化膜(主要成分为Fe3O4)，以达到钢铁防腐蚀的目的，此过程称为发蓝处理，简称发蓝。(2)非金属涂层用非金属物质如油漆、塑料、搪瓷、矿物性油脂等涂覆在金属表面上形成保护层，称为非金属涂层，也可达到防腐蚀的目的。(3)金属保护层它是以一种金属镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层。(4)电化学保护法电化学保护法是根据电化学原理在金属设备上采取一定措施，从而防止或减轻金属腐蚀的方法。其中常用的有牺牲阳极的阴极保护法。牺牲阳极保护法是用比被保护金属活泼的金属或合金作阳极，固定在被保护金属上，形成原电池，被保护金属作阴极而得到保护(注：阳极是发生氧化反应的电极，原电池中负极也叫阳极。通常情况下原电池的两极称为正、负极，一般不称作阴、阳极)。如在轮船的下部镶嵌锌块。另外还可将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。【例2】下列几种铁板在镀层被破坏后，最耐腐蚀的是()。A．镀锌铁板B．镀铜铁板C．镀锡铁板D．镀铅铁板解析A项镀锌铁板，镀层被破坏后，构成锌—铁原电池，锌为负极被氧化，铁为正极，铁得以保护，故最耐腐蚀；B、C、D三项中镀层被破坏后，铁容易被腐蚀，因为铜、锡、铅的金属性比铁弱，形成原电池时，铁为负极失去电子被氧化，故不耐腐蚀。答案A点评在金属的防护中，若连接比主体金属活泼性强的金属，则主体金属得到保护。金属的本性是影响金属腐蚀的主要因素，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。介质对金属腐蚀的影响很大，通常通过改变介质或改变腐蚀性介质的浓度改变金属腐蚀的速率。【体验2】为了保护地下钢管不受腐蚀，可采用的方法有()。①将它与直流电源负极相连②将它与直流电源正极相连③将它与铜板相连④将它与锌板相连A．①②B．③④C．②③D．①④【答案】D【解析】本题是为保护地下钢管不受腐蚀。从选项内容来看，应采用的是电化学保护方法，只要是使钢管上有富集的电子就可受到保护。影响金属腐蚀的因素(1)金属的本性：金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀，如果金属中能导电的杂质不如该金属活泼，则容易形成原电池而使金属发生电化学腐蚀。(2)介质：与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀。如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：实验探究七金属腐蚀的快慢及防护序号内容实验现象1常温下将铁丝放在干燥空气中一个月干燥的铁丝表面依然光亮2常温下将铁丝放在潮湿空气中一小时铁丝表面依然光亮3常温下将铁丝放在潮湿的空气中一个月铁丝表面已变得灰暗4将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时铁丝表面略显灰暗5将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时铁丝表面已变得灰暗6将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时铁丝表面灰暗程度比实验5严重(1)上述实验中发生了电化学腐蚀的是(填实验序号)__________；在电化学腐蚀中，负极反应是____________；正极反应是______________。(2)由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素是_______________________________________。(3)为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是_______________________________________(答两种方法)。(4)通过本次探究你能否总结出判断金属腐蚀快慢的规律？__________________________________________。【解析】解答第(1)题应注意联系金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的区别，电化学腐蚀是不纯的金属与电解质溶液接触，因发生原电池反应，较活泼的金属失电子而被氧化，分析题中实验可知，实验3、4、5、6发生了电化学腐蚀，其中负极反应是Fe－2e－===Fe2＋，正极反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－。解答第(2)题时，对比实验1和3可得出湿度增大，可使铁锈蚀速率加快；对比实验3、4可知增大O2浓度可加快铁锈蚀的速率；对比实验4、5可知升高温度可加快铁锈蚀的速率；对比实验5、6可知电解质的存在会使铁锈蚀的速率加快。第(3)题，为防止铁的锈蚀，根据铁锈蚀的类型，可采用牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法，还可把铁制成不锈钢(合金)，亦可采用喷油漆、涂油脂、电镀、表面钝化等方法使铁与空气、水等物质隔离，以防止金属被腐蚀。【答案】(1)3、4、5、6Fe－2e－===Fe2＋(或2Fe－4e－===2Fe2＋)2H2O＋O2＋4e－===4OH－(2)湿度、温度、O2的浓度、电解质的存在(3)电镀、烤蓝等表面覆盖保护层，牺牲阳极的阴极保护法(其他合理答案也可)(4)判断金属腐蚀快慢的规律①金属腐蚀的快慢取决于与金属接触的氧化剂的氧化能力的大小，氧化剂氧化性越强，金属腐蚀越严重。②通常金属腐蚀的快慢类型：电解池的阳极＞原电池的负极＞自然的腐蚀＞原电池的正极(保护)＞电解池的阴极(保护)。③当同为形成原电池时，与以下两因素有关：a．与构成原电池的材料有关，两极材料的活动性差别越大，活泼金属被腐蚀的速度就越快；b．与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。