选4 第4章 第4节 金属的电化学腐蚀与防护 课件

1、电化学基础电化学基础 第四章第四章第四节第四节金属的电化学腐蚀与防护金属的电化学腐蚀与防护第四章第四章新情境新情境激趣入题激趣入题 耸立于美国纽约港外一个海岛上15层楼高的自由女神铜像，历来被认为是美利坚合众国的象征。然而，经过近百年的风风雨雨，它和人一样，已经生“病”了。 自由女神铜像近百年来一直受着一种“疾病”的折磨，那就是电化学腐蚀。“自由女神”的外壳材料是铜，而支撑整个雕像的内支架却是铁的，在它们之间仅用一层浸透油的毛毡隔开。随着时光的流逝，那一层毛毡失去了隔离作用，而大西洋夹带着盐分的潮湿空气不断地向自由女神进行攻击，无数的原电池便在“自由女神”的身上形成了。这种原电池以铁为负极，铜

2、为正极，夹带盐分的湿空气正好在两极之间起着电解质溶液的作用，结果加速了铁的腐蚀。面对自由女神雕像的腐蚀问题，应采取什么措施和方法？ 秦始皇兵马俑一号坑在沉寂了24年后，考古学者对它进行了第三次大规模发掘，同前两次一样，这一次也出土了大量的青铜器，其中有的青铜兵器在地下埋藏两千多年，但出土后依然光亮如新，锋利无比。这些兵器为什么会保存的完整无损呢？在生产生活中如何保护金属制品不受腐蚀呢？新知识新知识导学探究导学探究 新知导学 1金属的电化学腐蚀 (1)金属腐蚀。 概念：金属或合金与周围的_物质发生_反应而引起损耗的现象。 实质：金属原子_电子变成阳离子的过程。即金属发生了_反应。 类型：根据与金

3、属_不同，可分为_腐蚀和_腐蚀。气体或液体气体或液体氧化还原氧化还原失去失去氧化氧化接触的介质接触的介质化学化学电化学电化学 (2)化学腐蚀。 金属与接触到的_气体(如O2、Cl2、SO2等)或_液体(石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而_。 (3)电化学腐蚀。 概念：_的金属与_溶液接触时，会发生_ _反应，比较_的金属_电子而被氧化。 实例：在潮湿的空气里，钢铁的表面形成了一层_的薄膜，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好构成了_。其中，_是负极，_是正极。 析氢腐蚀和吸氧腐蚀。干燥干燥非电解质非电解质加快加快不纯不纯电解质电解质原电原电池池活泼活泼失去失去电解质溶液电解质

4、溶液原电池原电池铁铁碳碳 A析氢腐蚀：金属表面的电解质溶液_较强，腐蚀过程中有_放出。 负极反应：_； 正极反应：_； 总反应：_。酸性酸性 H2Fe2e=Fe22H2e=H2Fe2H=Fe2H2 B吸氧腐蚀：钢铁表面吸附的水膜_或呈_ _时，氧气参加电极反应，发生吸氧腐蚀。电极反应如下： 负极：_； 正极：_； 总反应：_。 最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3xH2O)，反应如下： _。 2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(3x)H2O。酸性很弱酸性很弱中性、中性、碱性碱性2Fe4e=2Fe22H2OO24e=4OH2FeO22H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2O22H2O=4Fe(

5、OH)3 2金属的电化学防护 金属的防护一般有三条途径： (1)改变金属内部结构，如制成_； (2)涂保护层，如_等； (3)电化学保护法： 牺牲阳极的阴极保护法。 应用_原理，让被保护金属作_，另找一种活泼性较强的金属作_。 外加电流的阴极保护法。 利用_原理，把被保护的钢铁设备作为_极，用惰性电极作为辅助_极。在电解质溶液里，接外加_电源。抗腐蚀的合金抗腐蚀的合金不锈钢不锈钢 喷油漆、涂油脂、搪瓷喷油漆、涂油脂、搪瓷 原电池原电池 正极正极 负极负极 电解池电解池 阴阴 阳阳 直流直流 自主探究 1纯铁片放入稀硫酸中发生的是什么腐蚀？ 提示：化学腐蚀。 2铁在自然界中发生的腐蚀主要是哪类腐

6、蚀？ 提示：主要是电化学腐蚀，其中以吸氧腐蚀为主。 3(1)自行车淋雨后为什么更容易生锈？ (2)为了防锈，淋雨后的自行车应怎样处理？ 提示：(1)雨水中溶解了大量的硫和氮的氧化物，其酸性较强，金属器件淋雨后更容易形成原电池而发生电化学腐蚀。 (2)先用自来水冲洗，再用干抹布擦干。最好的在磨损的地方涂少量润滑油。 4电化学防护的实质是什么？ 提示：电化学防护的实质是把被保护的金属作原电池的正极或电解池的阴极，不参与电极反应，从而不被氧化。新思维新思维名师讲堂名师讲堂 金属的化学腐蚀与电化学腐蚀 教材点拨化学腐蚀电化学腐蚀(主要)定义金属跟接触到的物质(一般是非电解质)直接发生化学反应而引起的腐

7、蚀不纯金属(或合金)跟接触到的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而被氧化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)条件金属与非电解质直接接触水膜中溶有O2，呈极弱酸性或中性水膜酸性较强现象无电流产生有微弱电流产生反应式(以铁腐蚀为例)2Fe3Cl2 =2FeCl3负极：Fe2e=Fe2正极：2H2OO24e=4OH正极：2H2e= H2 提示：只有在金属活动性顺序中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀，位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀。 2钢铁生锈的过程和特点 钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀都是铁原子失电子生成Fe2。 提示：析氢腐蚀和吸氧腐蚀通常同时存在，但因为酸

8、性较强的环境不多，所以吸氧腐蚀较为普遍。 典例透析 A生铁片中的碳是原电池的阳极，发生还原反应 B雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀 C红墨水回升时，碳极反应式：O22H2O4e= 4OH D具支试管中溶液pH逐渐减小 【解析】生铁与其中的碳及电解质溶液构成原电池，负极是铁，铁失去电子发生氧化反应，碳是正极，正极发生还原反应：开始时，因酸性较强发生析氢腐蚀，一段时间后导管内液面回升且略高于小试管液面，说明具支试管中气体压强减小，即此时发生吸氧腐蚀，反应式是2H2OO24e= 4OH，故溶液的pH增大，A、B、D错误；C正确。 【答案】C 1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

9、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 变式训练 解析：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。 答案：A 金属腐蚀快慢的判断以及金属的防护 教材点拨 (3)有无保护措施的：无保护措施的金属腐蚀有一定保护措施的金属腐蚀牺牲阳极的阴极金属的腐蚀有外接电源的阴极金属腐蚀。 (4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。 提示：对于活动性不同的两金属，活动性差别越大，氧化还原反应的速率越快

10、，活泼金属腐蚀越快；纯度越高的金属，腐蚀速率越慢。 2金属腐蚀的防护方法 (1)改变金属的内部组织结构。 例如：把铬、镍等加入普通钢里制成的不锈钢，就大大地增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。 (2)在金属表面覆盖保护层。 在金属表面覆盖致密的保护层，从而使金属制品跟周围物质隔离开来，这是一种普遍采用的防护方法。 以钢铁的防护为例，根据保护层成分的不同，可分为如下几种： 在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。例如，船身、车厢、水桶等常涂油漆；汽车外壳常喷漆；枪炮、机器常涂矿物性油脂等。 用电镀、热镀、喷镀的方法，在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。例如，常用的白铁皮

11、就是在薄钢板的表面热镀上一层锌；自行车钢圈就是用电镀的方法镀上一层既耐腐蚀又耐磨的铬或镍。 用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜。例如，工业上常借一些溶液的氧化作用，在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜。 (3)电化学保护法。 牺牲阳极的阴极保护法。 将还原性较强的金属作为保护极与被保护金属相连构成原电池，还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而被损耗，被保护金属作为正极就可以避免被腐蚀。这种保护法牺牲了阳极保护了阴极。 外加电流的阴极保护法。 将被保护金属与外加直流电源的负极相连让其成为阴极，而将外加直流电源的正极接到惰性电极上，让其成为阳

12、极。 典例透析 A是验证牺牲阳极的阴极保护法的实验装置 B和中负极反应式均是Fe2e=Fe2 C和中正极反应式均是O22H2O4e=4OH D和中分别加入少量K3Fe(CN)6溶液，均有蓝色沉淀 【解析】金属的活泼性：ZnFeCu，故中锌作负极，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Zn2e=Zn2，属于牺牲阳极的阴极保护法，A正确；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Fe2e=Fe2，正极反应式为2H2e=H2，因为中铁被保护，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。 【答案】A 【点评】判断电化学保

13、护法的类型，应分清其基本原理，看是利用电解原理的外加电流的阴极保护法还是应用原电池原理的牺牲阳极的阴极保护法，两者不能混淆。 2如图，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为() AB CD 变式训练 解析：实质均为原电池装置。中Fe为正极被保护；中Fe为负极，均被腐蚀，但相对来说，Fe和Cu的金属活动性的差别比Fe和Sn的大，故FeCu原电池中Fe被腐蚀得快；中因铁不纯而发生微电池反应。 答案：C新考题新考题随堂自测随堂自测 1(2014河北邯郸一模)以下现象与电化学腐蚀无关的是() A镀锡铁器比镀锌铁器表面破损时更易被腐蚀 B纯铁不容易生锈 C镶有相邻的银牙和金牙容易引起头痛 D输

14、送氯气的钢管易被氯气腐蚀 解析：A项中镀锡铁器表面破损时形成原电池，Fe作负极，易被腐蚀；而镀锌铁器表面破损时形成原电池，Fe作正极，被保护。B项中纯铁不能形成原电池，所以不容易被腐蚀。C项中相邻的银牙和金牙容易形成原电池产生电流，使人头痛恶心。D项中是铁和Cl2直接发生反应，为化学腐蚀，与电化学腐蚀无关。 答案：D 2(2014湖北荆门检测)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 3(2014济宁高二检测)钢铁在潮湿的空气中往往因电化学过程而被腐蚀。下列反应式在钢铁的吸氧腐蚀过

15、程中不存在的是() AFe2e=Fe2 B2H2OO24e=4OH C2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2 DFe3e=Fe3 解析：钢铁发生吸氧腐蚀时，负极反应式为Fe2e=Fe2，不会生成Fe3，正极反应式为2H2OO24e=4OH，总反应式为2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2，故选D。 答案：D 4(2014陕西西工大附中)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() Aa中铁钉附近呈现红色 Bb中铁钉上发生还原反应 Ca中铜丝上发生氧化反应 Db中铝条附近有气泡产生 解析：a中铁

16、比铜活泼，铁作负极发生氧化反应，铜作正极，发生还原反应，电极反应负极：2Fe4e=2Fe2，正极：O22H2O4e=4OH，因此A、C不正确。b中铝比铁活泼，铝作负极，发生氧化反应，铁作正极，发生还原反应，电极反应负极：4Al12e=4Al3，正极：3O26H2O12e=12OH，因此B正确，D不正确。 答案：B 5(2014合肥高二调研)(1)用铝质饭盒盛放醋酸，一段时间后，饭盒被腐蚀，该种腐蚀属_，反应的化学方程式表示为_；若用铝质饭盒盛放食盐(含水时)，一段时间后，饭盒被腐蚀，这种腐蚀叫_，反应原理是(写电极反应式和总的电极反应方程式)_。 (2)分析下图写出有关反应式。 铁棒上：_， 碳棒上：_， 溶液里：_。 答案：(1)化学腐蚀 2Al6CH3COOH=2Al(CH3COO)33H2 电化学腐蚀负极：4Al12e=4Al3 正极：3O212e6H2O=12OH 总反应：4Al3O26H2O=4Al(OH)3 (2)2Fe4e=2Fe2 O22H2O4e=4OH 2FeO22H2O=2Fe(OH)2、 4Fe(OH)2O22H2O=4F