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第四节金属的电化学腐蚀与防护一、金属的电化学腐蚀1.金属腐蚀:2.化学腐蚀和电化学腐蚀:3.钢铁的电化学腐蚀:(1)实质。(2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀。类别项目析氢腐蚀吸氧腐蚀图形描述条件水膜酸性较强水膜酸性较弱或呈中性类别项目析氢腐蚀吸氧腐蚀电极反应负极______________正极_________________________________总反应_________________________________________联系通常两种腐蚀同时存在,但后者更普遍Fe-2e-====Fe2+2H++2e-====H2↑2H2O+O2+4e-====4OH-Fe+2H+====Fe2++H2↑2Fe+2H2O+O2====2Fe(OH)2二、金属的电化学防护电化学防护牺牲阳极的阴极保护法外加电流的阴极保护法依据原电池原理电解池原理原理被保护金属作_____(阴极);活泼金属作_____(阳极)。阳极要定期予以更换将被保护金属与电源的_____相连作_____;另一附加电极与电源的_____相连作_____正极负极负极阴极正极阳极电化学防护牺牲阳极的阴极保护法外加电流的阴极保护法实例示意图【自主检测】1.如图所示的钢铁腐蚀中,下列说法正确的是()A.碳表面发生氧化反应B.钢铁被腐蚀的最终产物为FeOC.生活中钢铁制品的腐蚀以图①所示为主D.图②中,正极反应式为O2+4e-+2H2O====4OH-【解析】选D。A.②为铁的吸氧腐蚀,该装置中Fe易失电子作负极、C作正极,正极上氧气得电子发生还原反应,故A错误;B.Fe被氧化生成Fe2+,Fe2+和OH-反应生成Fe(OH)2,Fe(OH)2不稳定易被氧化生成Fe(OH)3,Fe(OH)3失水生成Fe2O3·xH2O,所以钢铁被腐蚀的最终产物是Fe2O3·xH2O而不是FeO,故B错误;C.生活中钢铁主要以吸氧腐蚀为主,故C错误;D.图②中铁发生吸氧腐蚀,正极反应式为O2+4e-+2H2O====4OH-,故D正确。2.下列与金属腐蚀有关的说法中,不正确的是()A.钢铁在潮湿空气中生锈属于电化学腐蚀B.电化学腐蚀一般可分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀C.金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化的过程D.铝具有较强的抗腐蚀能力,是因为其不易与氧气发生反应【解析】选D。钢铁在潮湿空气中容易形成原电池,属于电化学腐蚀,A项正确。电化学腐蚀根据环境不同一般可分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀,B项正确。金属腐蚀时失去电子形成阳离子,金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化的过程,C项正确。铝表面极易形成致密氧化膜,氧化膜能保护内层金属不被腐蚀,D项错误。3.铜制品上的铝质铆钉,在潮湿的空气中易腐蚀的主要原因可描述为()A.形成原电池,铝作负极B.形成原电池,铜作负极C.形成原电池时,电流由铝流向铜D.铝质铆钉发生了化学腐蚀【解析】选A。电化学腐蚀与化学腐蚀的本质区别在于是否发生原电池反应,金属铝发生的是电化学腐蚀,铝比铜活泼,故金属铝是负极;电流的流动方向与电子的流动方向恰好相反,应是由铜流向铝。4.下列有关原电池的说法中,正确的是()A.铝片和镁片用导线连接后插入NaOH溶液中,镁片较活泼,作负极B.铁片和铜片用导线连接后插入浓硝酸中,铜作负极C.镀锌铁和镀锡铁的镀层破损后,前者较易被腐蚀D.将反应2Fe3++Fe====3Fe2+设计为原电池,则可用锌片作负极,铁片作正极,FeCl3溶液作电解质【解析】选B。铝片和镁片用导线连接后插入NaOH溶液中,铝可以与NaOH溶液反应,而镁片与NaOH溶液不反应,所以铝作负极,A错误;铁片和铜片用导线连接后插入浓硝酸中,铁发生钝化,铜能与浓硝酸反应,所以铜作负极,B正确;镀锌铁和镀锡铁的镀层破损后,前者锌铁形成原电池,锌作负极被腐蚀从而保护铁,而锡铁原电池,铁的活泼性强于锡,铁作负极易被腐蚀,所以后者较易被腐蚀,C错误;锌片作负极,铁片作正极,FeCl3溶液作电解质形成的原电池中,锌参与反应生成锌离子,与2Fe3++Fe====3Fe2+的设计目标不符,应该是铁作负极,D错误。5.(双选)下列关于金属腐蚀的说法正确的是()A.金属在潮湿空气中的腐蚀的实质是M+nH2O====M(OH)n+H2↑B.金属的化学腐蚀的实质是M+ne-====Mn+,电子直接转移给氧化剂C.金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行D.在潮湿的中性环境中,金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀n2【解析】选BD。A项,没有说明金属所处的环境,金属在酸性较强的环境下才发生析氢腐蚀,错误。B项,金属腐蚀的实质是金属失去电子被氧化的过程,正确。C项,金属的化学腐蚀酸性可以,若有较强的氧化剂也可以,错误。D项,潮湿的中性环境下金属只能发生吸氧腐蚀,正确。6.埋在地下的钢管道可以用如图所示方法进行电化学保护。下列说法正确的是()A.该方法将电能转化成化学能B.在此装置中钢管道作正极C.该方法称为“外加电流的阴极保护法”D.镁块上发生的电极反应为O2+2H2O+4e-====4OH-【解析】选B。A.构成的是原电池,该方法是将化学能转化成了电能,A错误;B.根据题图知,该金属防护措施采用的是牺牲阳极的阴极保护法,钢管道作正极,B正确,C错误;D.镁块作负极,电极反应:Mg-2e-+2OH-====Mg(OH)2,D错误。知识点一金属的腐蚀1.化学腐蚀与电化学腐蚀的区别和联系:化学腐蚀电化学腐蚀(主要)定义金属跟接触到的物质直接发生化学反应引起的腐蚀不纯金属(或合金)接触到电解质溶液所发生的原电池反应,较活泼金属原子失去电子被氧化而引起的腐蚀吸氧腐蚀(主要)析氢腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀(主要)条件金属与氧化性物质直接接触水膜中溶有O2,呈极弱酸性或中性(吸氧腐蚀)或水膜酸性较强(析氢腐蚀)本质金属被氧化生成金属离子区别无电流产生有微弱电流产生2.不同条件下金属腐蚀快慢的判断:条件快慢顺序腐蚀类型不同电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀(原电池原理的防护电解原理的防护)同种金属强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液条件快慢顺序活泼性不同的两金属活泼性差别越大,活泼性强的金属腐蚀越快同种电解质溶液电解质溶液浓度越大,腐蚀越快【素养升华】变化观念:金属腐蚀四个注意问题(1)无论是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀,作为负极的铁都被氧化成Fe2+而不是Fe3+。金属腐蚀主要是电化学腐蚀。(2)由于通常情况下,金属表面不会遇到酸性较强的溶液,所以金属腐蚀的主要形式是电化学腐蚀中的吸氧腐蚀,而且析氢腐蚀最终也会被吸氧腐蚀代替。(3)金属活动性顺序中位于氢前和氢后的金属都能发生吸氧腐蚀,但只有在氢前的金属才会发生析氢腐蚀。(4)原电池的负极被腐蚀,正极被保护;电解池的阳极被腐蚀,阴极被保护。【典题通关】【典例】我国古代青铜器工艺精湛,有很高的艺术价值和历史价值,但出土的青铜器大多受到环境腐蚀,故对其进行修复和防护具有重要意义。(1)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位,Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应,该化学方程式为_______________。(2)如图为青铜器在潮湿环境中发生的电化学腐蚀的原理示意图。①腐蚀过程中,负极是________(填图中字母“a”“b”或“c”);②环境中的Cl-扩散到孔口,并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl,其离子方程式为_______________________________;③若生成4.29gCu2(OH)3Cl,则理论上耗氧体积为______L(标准状况)。【解题指南】解答本题时应注意以下两点:(1)复分解反应是两者相互交换离子。(2)金属腐蚀的原因及防护原理。【解析】(1)Ag2O与CuCl发生复分解反应,没有化合价的升降,则化学方程式为Ag2O+2CuCl====2AgCl+Cu2O。(2)①根据图示,腐蚀过程中,铜失电子生成Cu2+,则负极是铜,选c;②根据上述分析,正极产物是OH-,负极产物为Cu2+,环境中的Cl-扩散到孔口,与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl,则离子方程式为2Cu2++3OH-+Cl-====Cu2(OH)3Cl↓;③4.29gCu2(OH)3Cl的物质的量为=0.02mol,根据铜原子守恒,Cu2+的物质的量为0.04mol,负极反应为2Cu-4e-====2Cu2+,正极反应为O2+4e-+2H2O====4OH-,根据正、负极放电量相等,则理论上耗氧在标准状况下体积为0.02mol×22.4L·mol-1=0.448L。14.29g214.5gmol答案:(1)Ag2O+2CuCl====2AgCl+Cu2O(2)①c②2Cu2++3OH-+Cl-====Cu2(OH)3Cl↓③0.448【延伸探究】(1)上述腐蚀的类型是________,正极的电极反应式为________________________________。提示:吸氧腐蚀O2+4e-+2H2O====4OH-。铜发生的腐蚀为吸氧腐蚀,正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O====4OH-。(2)青铜器容易生锈,但黄铜(锌和铜组成的合金)不会产生铜锈,原因是__________________________。提示:黄铜由锌和铜组成,由于活泼性ZnCu,Zn作负极被腐蚀,故不产生铜锈。【过关训练】1.下列与金属腐蚀有关的说法正确的是()A.图a中,插入海水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重B.图b中,开关由M改置于N时,Cu-Zn合金的腐蚀速率减小C.图c中,接通开关时Zn腐蚀速率增大,Zn上放出气体的速率也增大D.图d中,Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的【解析】选B。海水表面O2浓度大,故铁棒在海水表面处腐蚀的程度最严重,A错误;由M改置于N后,锌作原电池的负极,Cu-Zn合金应充当原电池的正极,明显受到了一定的保护,腐蚀速率减小,B正确;接通开关时,锌作原电池的负极,腐蚀速率变大,但是气体不在锌(负极)上产生,而是在铂(正极)上产生,C错误;Zn-MnO2干电池发生放电反应,导致Zn被腐蚀,主要原因是锌发生氧化反应,体现了锌的还原性,D错误。2.(2018·廊坊高二检测)结合下图判断,下列叙述正确的是()A.Ⅰ是验证牺牲阳极的阴极保护法的实验装置B.Ⅰ和Ⅱ中负极反应式均是Fe-2e-====Fe2+C.Ⅰ和Ⅱ中正极反应式均是O2+2H2O+4e-====4OH-D.Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3Fe(CN)6溶液,均有蓝色沉淀【解析】选A。金属的活泼性:ZnFeCu,故Ⅰ中锌作负极,铁作正极,电解质溶液呈中性,锌发生吸氧腐蚀,铁被保护,负极反应式是Zn-2e-====Zn2+,属于牺牲阳极的阴极保护法,A正确;Ⅱ中铁作负极,电解质溶液呈酸性,铁发生析氢腐蚀,负极反应式为Fe-2e-====Fe2+,正极反应式为2H++2e-====H2↑,因为Ⅰ中铁被保护,溶液中无Fe2+,故加入少量K3Fe(CN)6溶液,无蓝色沉淀产生,B、C、D错误。【补偿训练】(2018·雅安高二检测)如图所示,液面上浮着一个空心铁球。世纪金榜导学号数天后可观察到的现象是()①铁球表面出现红棕色锈斑②铁球表面出现黑色锈斑③量筒内水位下降④量筒内水位上升A.①③B.①④C.②③D.③④【解析】选B。量筒内的空气、溶有O2的食盐水和铁球(铁碳合金)组成原电池,发生了吸氧腐蚀,其负极反应是2Fe-4e-====2Fe2+,正极反应是O2+2H2O+4e-====4OH-;Fe2+与OH-结合成Fe(OH)2,再被氧化成Fe(OH)3,Fe(OH)3脱水成为Fe2O3·xH2O而在铁球表面出现红棕色锈斑;由于量筒中的O2被吸收,所以量筒内的水位会上升。知识点二金属的保护1.金属的防护措施:2.电化学防护法:(1)牺牲阳极的阴极保护法。①原理:应用原电池原理;②要求:被保护金属作正极,另一活泼性较强的金属作负极。(2)外加电流的阴极保护法。【方