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第三章探索生活材料第二节金属的腐蚀和防护[学习目标]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。1．铁生锈的主要条件是与_______和_____直接接触，如果隔绝了_______和____，就能一定程度上防止铁生锈。在钢铁表面_______、_______、镀耐磨和耐腐蚀的____及制造耐腐蚀的合金如________，都能防止钢铁生锈。空气水空气水涂油刷漆铬不锈钢3．在铜、锌和稀硫酸组成的原电池中，发生的化学方程式是___________________________，电极反应如下：锌片(___极)：__________________(_____反应)铜片(___极)：__________________(______反应)Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑负Zn－2e－===Zn2＋氧化正2H＋＋2e－===H2↑还原自主学习一、金属腐蚀的定义、实质及分类1．定义。金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。2．实质。金属原子失去电子变成阳离子的过程：M－ne－===Mn＋。3．分类。由于金属接触的介质不同，发生腐蚀的化学原理不同，一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。(1)化学腐蚀：金属或合金跟接触到的物质(如O2、Cl2、SO2等)直接发生化学反应而引起的腐蚀。一般情况下，温度越高，金属腐蚀越快。(2)电化学腐蚀：不纯的金属或合金跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。二、电化学腐蚀的分类钢铁发生电化学腐蚀的情况有两种：吸氧腐蚀和析氢腐蚀。1．吸氧腐蚀。钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性时，氧气参加电极反应，发生吸氧腐蚀。负极：Fe－2e－===Fe2＋；正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；总反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2。最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3、2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O。2．析氢腐蚀。若钢铁表面形成的一层电解质溶液薄膜酸性较强，则发生析氢腐蚀。负极：Fe－2e－===Fe2＋；正极：2H＋＋2e－===H2↑；总反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。三、金属的防护1．影响金属腐蚀的因素。(1)金属的性质。金属越活泼，越易被腐蚀。若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)介质的影响：金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。2．金属腐蚀的本质。金属腐蚀的本质是金属原子失去电子变成阳离子的过程。越活泼的金属，越容易被腐蚀。3．金属的防护方法。金属的防护加保护层：如涂油漆、包塑料层、搪瓷、电镀等电化学方法：在被保护的金属上连接一种更易失电子的金属改变金属内部结构：如将钢铁制成不锈钢易错提醒1．金属腐蚀的本质是金属失电子被氧化。2．金属的电化学腐蚀遵循原电池反应原理。3．金属的防护是使被保护金属不发生化学反应。1．金属腐蚀的本质是金属与其接触的其他物质在一定条件下发生氧化还原反应而受到损害。下列不属于化学或电化学防腐方法的是()A．在金属表面涂刷一层油漆B．利用电镀技术在金属表面镀上一层其他金属C．用阳极氧化处理使铝表面形成致密的氧化物膜D．利用特殊工艺在钢铁表面生成一层致密的Fe3O4薄膜解析：在金属表面涂刷油漆，可以隔绝金属和空气中的水还有氧气接触，防止生锈，不属于化学或电化学防腐方法。答案：A2．金属发生了原电池反应而被腐蚀叫电化学腐蚀，以下现象与电化学腐蚀无关的是()A．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿B．生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈D．银质奖牌久置后表面变暗解析：银质奖牌久置后表面变暗是银表面发生氧化反应而致，故D符合题意。答案：D3．能有效防止铁质栏杆锈蚀的措施是()A．接上铜网B．与石墨相连C．定期涂上油漆D．定期擦去铁锈解析：接上铜网或与石墨相连，加速铁的电化学腐蚀，A、B错误；D.定期擦去铁锈不能防止铁继续腐蚀。答案：C控制金属腐蚀的方法1．调整介质环境。如果能消除金属材料和设备在使用环境中引起腐蚀的各种因素，腐蚀就会中止或减缓。但是多数环境条件是无法控制的，如大气和土壤中的水分、海水中的氧气等都不可能除去。2．合金化。在基体金属中加入一定比例的能促进钝化的合金成分，得到耐腐蚀性优良的材料。3．阴极保护。阴极保护法就是将需要保护的金属作为原电池的正极或作为电解池的阴极而不受腐蚀。4．表面处理。金属保护中常用对其表面进行处理以防止腐蚀的方法。金属在接触环境之前，先用钝化剂或成膜剂处理，表面生成稳定致密的氧化膜，抗腐蚀性大大增加。5．金属镀层。在钢铁外层上常用电镀一薄层更耐腐蚀的金属(如Cr、Ni、Pb等)的方法来保护钢铁制品。6．涂层。用有机涂料保护金属结构是应用最广的传统防腐手段。[例1]如图表示的是钢铁在海水中的锈蚀过程，以下有关说法正确的是()A．该金属腐蚀过程为析氢腐蚀B．正极为C，发生的反应为氧化反应C．在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀D．正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－解析：从题图看出，该过程发生原电池反应，正极上O2得电子发生吸氧腐蚀；正极为碳，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；金属在酸性条件下发生析氢腐蚀。答案：D解题归纳金属腐蚀类型的判断方法(1)根据是否发生原电池反应来判断。发生原电池反应引起的金属腐蚀，属于电化学腐蚀，金属与氧化剂直接反应的属于化学腐蚀。(2)根据金属的活动性及电解质溶液的酸性判断，位于金属活动性顺序中氢前面的金属，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀；在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀；金属活动性顺序中氢后面的金属只可能发生吸氧腐蚀。即时演练1．化学与生活密切相关，下列说法不正确的是()A．天然气、酒精分别属于化石能源、可再生能源B．金属在潮湿空气中生锈，主要是发生析氢腐蚀C．NaClO具有强氧化性，可作织物漂白剂D．高纯硅广泛应用于太阳能电池和半导体材料的制造解析：天然气属于化石能源，是不可再生能源、酒精不属于化石能源，属于可再生能源，A正确；金属在潮湿空气中生锈，主要是发生吸氧腐蚀，只有在酸性条件下才发生析氢腐蚀，B错误；NaClO具有强氧化性，具有漂白性，可作织物漂白剂，C正确；硅单质是良好的半导体材料，高纯硅广泛应用于太阳能电池和半导体材料的制造，D正确。答案：B[例2]日常生产、生活中用到许多金属制品，从实用和美观角度考虑选择下列合适的金属材料或保护(防腐蚀)方法，将序号填入下表相应空格中。①不锈钢②镀锌铁皮③铝合金④镀铬铁管⑤涂漆⑥镶嵌锌块⑦与直流电源负极相连(阴极保护法)用途选用材料或保护方法菜刀楼梯扶手或阳台护栏水桶航海轮船水闸吊车塔架房门窗框解析：菜刀接触水分较多，且要求机械强度大，清洁卫生等，选不锈钢；楼梯扶手、阳台扩栏等要求安全美观，经济实惠，可选镀铬铁管；水桶处于潮湿环境，且摩擦碰撞较多，可选镀锌铁皮；航海轮船则采用镶嵌锌块法保护，效果良好；水闸位置固定宜采用外加电流的阴极保护法；吊车塔架只求坚固防锈且经济，故涂漆保护就可以；房门窗框从轻便美观考虑，可选用铝合金材料。答案：①④②⑥⑦⑤③解题归纳金属防腐的电化学方法(1)原电池原理——牺牲阳极的阴极保护法：与较活泼的金属相连，较活泼的金属作负极被腐蚀，被保护的金属作正极。注意：此处是原电池，牺牲了负极保护了正极，但习惯上叫牺牲阳极的阴极保护法。(2)电解池原理——外加电流的阴极保护法：被保护的金属与原电池负极相连，形成电解池，作阴极。即时演练2．铁质管材在生活中有广泛的用途，下列做法不能防止铁管生锈的是()A．保持铁管表面干燥B．在铁管表面镀锌C．擦去铁管表面的铁锈D．在铁管表面刷一层油漆答案：C