2018-2019學年高中化學 第四章 電化學基礎 第四節(jié)《金屬的電化學腐蝕與防護》知識點總結及典例解析 新人教版選修4.doc

第四節(jié) 金屬的電化學腐蝕與防護1鋼鐵在酸性環(huán)境中主要發(fā)生析氫腐蝕，放出氫氣。2鋼鐵在中性或弱酸性環(huán)境中主要發(fā)生吸氧腐蝕，最終生成鐵銹的主要成分是Fe2O3nH2O。3鋼鐵吸氧腐蝕的正極發(fā)生的電極反應是：2H2OO24e=4OH。4金屬電化學防護的方法有犧牲陽極的陰極保護法和外加電流的陰極保護法。金屬的電化學腐蝕自學教材填要點1金屬的腐蝕(1)概念：金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進行化學反應而腐蝕損耗的過程。(2)本質(zhì)：金屬原子失去電子變?yōu)殛栯x子，金屬發(fā)生氧化反應。(3)分類：化學腐蝕：金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。電化學腐蝕：不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時，會發(fā)生原電池反應，比較活潑的金屬失電子而被氧化。2鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕吸氧腐蝕析氫腐蝕條件水膜呈中性或弱酸性水膜呈較強酸性正極反應O24e2H2O=4OH2H2e=H2負極反應Fe2e=Fe2Fe2e=Fe2總反應2FeO22H2O=2Fe(OH)2Fe2H=Fe2H2師生互動解疑難(1)化學腐蝕和電化學腐蝕往往同時發(fā)生，只是電化學腐蝕比化學腐蝕更普遍，危害更大。(2)析氫腐蝕和吸氧腐蝕取決于金屬表面電解質(zhì)溶液的酸堿性，實際情況中以吸氧腐蝕為主。(3)鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕或吸氧腐蝕時，負極均是Fe失電子生成Fe2，而非Fe3。(4)一般情況下，只有在金屬活動性順序中排在氫之前的金屬才有可能發(fā)生析氫腐蝕。1請以吸氧腐蝕為例，用化學方程式解釋鐵銹(Fe2O3xH2O)的形成過程：(1)負極：_；(2)正極：_；(3)總反應：_；(4)_；(5)_。答案：(1)Fe2e=Fe2(2)O24e2H2O=4OH(3)2FeO22H2O=2Fe(OH)2(4)4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3(5)2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(3x)H2O金屬的電化學防護自學教材填要點1金屬的防護2金屬的電化學防護(1)犧牲陽極的陰極保護法：應用原電池原理，讓被保護金屬作正極，另找一種活潑性較強的金屬作負極。(2)外加電流的陰極保護法：利用電解原理，把被保護的鋼鐵設備作為陰極，用惰性電極作為輔助陽極，在電解質(zhì)溶液里，接外加直流電源。3犧牲陽極的陰極保護法的實驗探究(1)實驗步驟：按右圖所示連接好裝置；往Fe電極區(qū)滴入2滴黃色K3Fe(CN)6(鐵氰化鉀)溶液，觀察實驗現(xiàn)象。已知Fe2與Fe(CN)63反應生成帶有特征藍色的鐵氰化亞鐵沉淀：3Fe22Fe(CN)63=Fe3Fe(CN)62。(2)實驗現(xiàn)象：可以看到電壓表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，F(xiàn)e電極上有氣泡產(chǎn)生，往Fe電極附近滴入K3Fe(CN)6溶液，沒有藍色沉淀生成。(3)實驗結論：實質(zhì)上是Zn、Fe、NaCl溶液(酸化)構成原電池，發(fā)生下列電極反應：負極：Zn2e=Zn2，正極：2H2e=H2。往Fe電極附近滴加K3Fe(CN)6溶液不變藍色，說明溶液中不含F(xiàn)e2，證明Fe未被腐蝕(即犧牲陽極金屬保護陰極金屬)。師生互動解疑難(1)金屬防護的基本思路：防止金屬與氧化性介質(zhì)直接接觸。防止金屬表面形成電解質(zhì)溶液層。改善金屬的內(nèi)部結構。(2)金屬防護的其他方法：改變金屬的內(nèi)部組織結構，使金屬的性質(zhì)發(fā)生改變，成為耐腐蝕金屬，如把鉻、鎳等加入普通鋼里制成不銹鋼。在金屬表面覆蓋保護層，使金屬制品與周圍物質(zhì)隔離開來，這是一種普遍采用的防護方法。2用“短線”將下列金屬的防護方法連線。(1)加保護層 A鋼閘門與直流電源負極相連(2)犧牲陽極陰極保護法 B電線外面包塑料法(3)外加電流的陰極保護法 C普通鋼制鎳鉻鋼(4)改變內(nèi)部結構 D輪船外殼裝上鋅塊答案：(1)B(2)D(3)A(4)C主題1：鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕的不同點有哪些？甲形成原電池的條件不同，水膜呈較強的酸性發(fā)生析氫腐蝕，水膜呈中性或很弱的酸性則發(fā)生吸氧腐蝕乙正極反應式不同，析氫腐蝕為：2H2e=H2，吸氧腐蝕為：2H2OO24e=4OH丙總反應式不同，析氫腐蝕：Fe2H=Fe2H2，吸氧腐蝕：2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2，4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3丁電化學腐蝕中，吸氧腐蝕比析氫腐蝕更普遍主題2：探討金屬防護的常用方法有哪些？甲改變金屬的內(nèi)部結構，如鋼中加入鎳制成不銹鋼乙在金屬表面覆蓋保護層，把被保護的金屬與腐蝕介質(zhì)隔開，如在金屬表面涂油漆、油脂、搪瓷、鍍鉻、覆蓋藍色氧化膜(Fe3O4等)丙改善腐蝕的環(huán)境，如減少腐蝕介質(zhì)的濃度，除去介質(zhì)中的氧等丁電化學保護，根據(jù)電化學原理，通過改變金屬在電解質(zhì)溶液中的作用，從而控制金屬的腐蝕，如犧牲陽極的陰極保護法和外接電源的陰極保護法等金屬的腐蝕與防護例1結合下圖判斷，下列敘述正確的是()A和中正極均被保護B和中負極反應均是Fe2e=Fe2C和中正極反應均是O22H2O4e=4OHD和中分別加入少量K3Fe(CN)6溶液，均有藍色沉淀解析兩個裝置均為原電池，負極都是活潑金屬，根據(jù)原電池原理可知：原電池的正極金屬受到保護，A項正確；：負極為活潑金屬Zn，B錯誤；中是酸性溶液，電極反應中不能有OH生成，C錯誤；中無Fe2生成；不能生成鐵氰化亞鐵沉淀，D錯誤。答案A解答此類題目主要從以下三個方面分析：(1)正確判斷金屬的腐蝕是化學腐蝕還是電化學腐蝕。(2)如果是電化學腐蝕，判斷出正、負極，較活潑的金屬為負極被腐蝕，較不活潑的金屬為正極被保護。(3)電化學腐蝕中根據(jù)電解質(zhì)溶液的酸堿性確定腐蝕的類型，若是酸性溶液則發(fā)生析氫腐蝕，若是中性或弱酸性溶液則發(fā)生吸氧腐蝕。1下列有關鋼鐵腐蝕與防護的說法正確的是()A鋼管與電源正極連接，鋼管可被保護B鐵遇冷濃硝酸表面鈍化，可保護內(nèi)部不被腐蝕C鋼管與銅管露天堆放在一起時，鋼管不易被腐蝕D鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時，負極反應是Fe3e=Fe3解析：鋼管與電源正極相連，則鋼管作陽極，發(fā)生氧化反應而被腐蝕，A項錯誤；鐵遇冷濃硝酸表面鈍化，在表面生成一層致密的氧化膜保護內(nèi)部不被腐蝕，B項正確；鋼管與銅管露天堆放在一起，形成原電池時鋼管作負極，發(fā)生氧化反應而被腐蝕，C項錯誤；鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時，負極反應為：Fe2e=Fe2，D項錯誤。答案：B金屬腐蝕快慢的比較例2下圖所示的各容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕時由快到慢的順序是()A BC D解析鐵在海水中的腐蝕屬于電化學腐蝕，當鐵與比它活潑性差的Sn相連時，F(xiàn)e被腐蝕的速率增大比大，與活潑性比其強的鋅相連時，鋅作負極，被腐蝕，鐵被保護，其腐蝕的速率要比小；為電解裝置，F(xiàn)e為陽極，發(fā)生氧化反應，鐵腐蝕的速率最快。答案A同一電解質(zhì)溶液中金屬腐蝕快慢的規(guī)律電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有保護措施的腐蝕；即電解池的陽極>原電池的負極>一般化學腐蝕>原電池的正極>電解池的陰極。若將裝置中的Sn換為Cu，與比較哪一種裝置中鐵的腐蝕速率快？提示：換為Cu后、Fe的腐蝕速率快；原因是活潑性不同的兩種金屬形成原電池而造成的腐蝕：兩金屬的活潑性差異越大，金屬腐蝕得越快。金屬腐蝕與防護的實驗探究例3某探究小組用鐵釘被腐蝕的快慢實驗，來研究防止鋼鐵腐蝕的方法。所用試劑有：材質(zhì)相同無銹的鐵釘數(shù)個，一定量的食鹽水、碳酸水、植物油，實驗溫度為298 K或308 K，每次實驗取用鐵釘?shù)臄?shù)量相同，液體體積相同且足量，用大小相同的試管實驗。(1)請完成以下實驗設計表，并在實驗目的一欄中填出對應的實驗編號：實驗編號T/K試管內(nèi)取用液體實驗目的298食鹽水()實驗和探究不同電解質(zhì)溶液對鐵釘腐蝕快慢的影響()實驗和_探究溫度對鐵釘腐蝕快慢的影響()實驗和_探究鐵釘是否接觸電解質(zhì)溶液對鐵釘腐蝕快慢的影響(2)請根據(jù)上述實驗，判斷下列有關鋼鐵制品防腐的說法正確的是_(填字母)。A在鐵門、鐵窗表面涂上油漆B自行車各部件因有防護涂層或電鍍等防腐措施，所以不需要停放在能遮雨的地方C家用鐵制廚具每次用完后應擦干放置在干燥處D把擋水鐵閘門與直流電源的正極連接且構成回路，可減少鐵閘門的腐蝕速率解析(1)實驗探究不同電解質(zhì)對鐵釘腐蝕快慢的影響，因此保證溫度不變(仍為298 K)，改變電解質(zhì)(選用碳酸水)。實驗探究溫度對鐵釘腐蝕快慢的影響，因此保證電解質(zhì)不變(仍為食鹽水)，改變溫度(選308 K)。實驗探究鐵釘是否接觸電解質(zhì)溶液對鐵釘腐蝕快慢的影響。因此保證溫度不變(仍為298 K)，改變試管內(nèi)液體(選植物油)。(2)A項涂油漆保護鋼窗，使鐵窗與周圍物質(zhì)隔開，正確；自行車放在干燥處，不易形成原電池，能降低腐蝕速率，B錯誤；C正確；D項擋水鐵閘門應與直流電源的負極相連，使之作電解池的陰極，才能起到保護作用，D錯誤。答案(1)實驗編號T/K試管內(nèi)取用液體實驗目的298食鹽水()()(只要與前面、對應即可)298碳酸水308食鹽水298植物油(2)AC影響金屬腐蝕的因素包括金屬的本性和介質(zhì)兩個方面，就金屬的本性而言，金屬越活潑，就越易失去電子被腐蝕，介質(zhì)對金屬腐蝕的影響很大，如果金屬在潮濕的空氣中，接觸腐蝕性氣體或電解質(zhì)溶液，都容易被腐蝕。2為研究金屬腐蝕的條件和速率，某課外小組學生用金屬絲將三根大小相同的鐵釘分別固定在圖示的三個裝置中，再放置于玻璃鐘罩里保存一星期，下列對實驗結束時現(xiàn)象描述不正確的是()A裝置左側(cè)的液面一定會上升B左測液面裝置比裝置的低C裝置中的鐵釘腐蝕最嚴重D裝置中的鐵釘幾乎沒被腐蝕解析：裝置中潮濕的水蒸氣為中性，鐵絲發(fā)生吸氧腐蝕，左側(cè)的液面一定會上升；裝置中潮濕的水蒸氣為酸性，鐵絲發(fā)生析氫腐蝕，左側(cè)的液面下降，故左側(cè)液面裝置比裝置的高；裝置中銅與鐵構成原電池，腐蝕最為嚴重；裝置中鐵釘處于干燥環(huán)境，幾乎沒被腐蝕。答案：B