2024高中化学第四章电化学基础第四节金属的电化学腐蚀与防护教案新人教版选修4

PAGE8-第四节金属的电化学腐蚀与防护[明确学习目标]1.了解金属腐蚀及其危害。2.了解金属电化学腐蚀的缘由及反应原理。3.了解金属防护的一般方法，特殊是电化学防护的方法。一、金属的电化学腐蚀1．金属的腐蚀金属腐蚀是指金属与四周的eq\o(□,\s\up3(01))气体或液体物质发生eq\o(□,\s\up3(02))氧化还原反应而引起损耗的现象。一般可分为eq\o(□,\s\up3(03))化学腐蚀和eq\o(□,\s\up3(04))电化学腐蚀。2．钢铁的电化学腐蚀二、金属的电化学防护1．牺牲阳极的阴极爱护法应用eq\o(□,\s\up3(01))原电池原理，让被爱护金属作eq\o(□,\s\up3(02))正极，另找一种活泼性较强的金属作eq\o(□,\s\up3(03))负极。如图所示：2．外加电流的阴极爱护法利用eq\o(□,\s\up3(04))电解原理，把被爱护的钢铁设备作为eq\o(□,\s\up3(05))阴极，用eq\o(□,\s\up3(06))惰性电极作为协助阳极，两者均在电解质溶液(海水)里，接外加eq\o(□,\s\up3(07))直流电源。3．牺牲阳极的阴极爱护法的试验按如图所示连接好装置，往Fe电极区滴入2滴K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液(已知Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成蓝色沉淀)，可以看到电压表指针eq\o(□,\s\up3(08))发生偏转，Fe电极上有eq\o(□,\s\up3(09))气泡产生，没有蓝色沉淀生成，说明溶液中不含eq\o(□,\s\up3(10))Fe2＋，Fe受到eq\o(□,\s\up3(11))爱护。1．家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑是如何形成的，其主要成分是什么？提示：铁锅中含有碳元素，在潮湿环境中生锈属于吸氧腐蚀，在腐蚀过程中，负极：Fe－2e－=Fe2＋，正极(C)：2H2O＋O2＋4e－=4OH－，总反应为2Fe＋2H2O＋O2=2Fe(OH)2，Fe(OH)2极易被氧化，发生反应4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3。Fe(OH)3进一步反应生成铁锈Fe2O3·nH2O。2．结合金属腐蚀的本质，分析如何进行金属防护。提示：金属腐蚀的本质是被氧化剂氧化变成金属阳离子。金属防护的基本思路是：①防止金属与氧化性介质干脆接触；②防止金属表面形成电解质溶液；③改善金属的内部结构；④利用电化学原理进行防护。

一、金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的比较(以铁为例)[即时练]1.铁生锈是一种常见的自然现象，其主要的化学反应方程式为：4Fe＋3O2＋xH2O=2Fe2O3·xH2O。如图为一放在水槽中的铁架，水位高度如图。最简单生锈的铁架横杆是()A．①B．②C．③D．④答案C解析此处铁生锈属于吸氧腐蚀。④处没有和电解质溶液接触，锈蚀速率较慢；①②③处均与电解质溶液接触，但①②处含O2较少，所以③处腐蚀最快。2．如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝5的雨水和生铁片。视察到起先时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。以下有关说明合理的是()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：O2＋2H2O＋4e－=4OH－D．具支试管中溶液pH渐渐减小答案C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。起先时，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，此时发生吸氧腐蚀，反应式是2H2O＋O2＋4e－=4OH－，故溶液的pH增大，A、B、D错误；C正确。二、金属的防护1．金属的防护措施2．金属腐蚀快慢的推断方法(1)在同一电解质溶液中：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。(2)同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的依次：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。(3)有无爱护措施的：无爱护措施的金属腐蚀>有肯定爱护措施的金属腐蚀>牺牲阳极的阴极爱护的金属腐蚀>有外接电源的阴极爱护的金属腐蚀。(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。[即时练]3．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的依次为()A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥答案C解析先推断装置是形成原电池还是电解池，再分析金属活动性的差别。①中Fe为负极，杂质C为正极，属于钢铁的吸氧腐蚀，腐蚀速率较慢。②、③、④实质均为原电池装置：③中Fe为正极，被爱护；②、④中Fe为负极，均被腐蚀，但相对来说Fe和Cu的金属活动性差别较Fe和Sn的大，故Fe­Cu原电池中Fe的腐蚀速率较快；⑤中Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极，加快了Fe的腐蚀；⑥中Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极，防止了Fe的腐蚀。依据以上分析可知：铁在其中被腐蚀由快到慢的依次为⑤>④>②>①>③>⑥。4．钢铁工业是国家工业的基础，钢铁生锈现象却随处可见，为此每年国家损失大量资金。请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。(1)钢铁的电化学腐蚀原理如图所示，写出石墨电极的电极反应式：______________________________________________________________________。(2)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意图如图所示：①A电极对应的金属是________(写元素名称)，B电极的电极反应式是___________________________________________________________________。②若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12g，则电镀时电路中通过的电子为________mol。③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更简单被腐蚀，请简要说明缘由：________________________________________________________________________。答案(1)O2＋4e－＋2H2O=4OH－(2)①铜Cu2＋＋2e－=Cu②0.08③铁比铜活泼，镀层铜破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀(其他答案合理也可)解析(1)在中性溶液中发生吸氧腐蚀。(2)在铁表面镀铜需将铁作阴极、铜作阳极，当析出1mol铜时两电极的质量差为64＋64＝128g，转移2mol电子，当质量差为5.12g，电路中通过的电子为eq\f(5.12g,128g/mol)×2＝0.08mol。本章归纳总结

1．自来水管与下列材料做成的水龙头连接，锈蚀最快的铁水管连接的是()A．铜水龙头 B．铁水龙头C．塑料水龙头 D．陶瓷水龙头答案A解析将铁水管和铜水龙头相连，铜水龙头作正极，铁水管作负极，铁水管的腐蚀被加快。2．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．正极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－答案D解析钢铁中含有铁和碳，在潮湿的环境中构成原电池，铁作负极，碳作正极；从图中看出，氧气参加反应，应当是发生了吸氧腐蚀，故A错误；碳作正极，发生的反应为还原反应，故B错误；在酸性环境下发生的是析氢腐蚀，故C错误；吸氧腐蚀时，氧气在正极发生得电子的还原反应：O2＋2H2O＋4e=4OH－，故D正确。3．埋在地下的钢管道可以用如图所示方法进行电化学爱护。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“外加电流的阴极爱护法”D．镁块上发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－答案B解析该方法是将化学能转化成了电能，A错误；依据图片知，该金属防护措施采纳的是牺牲阳极的阴极爱护法，钢管道作正极，B正确，C错误；镁块作负极，电极反应：Mg－2e－＋2OH－=Mg(OH)2↓，D错误。4．某课外活动小组，将剪下的一块镀锌铁放入试剂瓶中，并滴入少量食盐水将其浸湿，再加数滴酚酞溶液，按下图装置进行试验，数分钟后视察，下列现象不行能出现的是()A．B中导气管里形成一段水柱B．B中导气管中产生气泡C．金属片剪口处溶液变红D．锌被腐蚀答案B解析镀锌铁片放入锥形瓶中，并滴入少量食盐水将其浸湿，再加数滴酚酞试液，形成的原电池中，金属锌为负极，发生反应：Zn－2e－=Zn2＋，铁为正极，发生吸氧腐蚀，即2H2O＋O2＋4e－=4OH－，所以锥形瓶中气体压强减小，导气管里形成一段水柱，生成的氢氧根离子遇到酚酞会显示红色。原电池形成后没有气体生成，所以B中导气管不会产生气泡，故B错误。5．(1)在原电池中，通常较活泼的金属作________极，发生________反应；电解池中，与电源正极相连的极是________极，发生________反应。(2)下图所示水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天后视察：①若试管内液面上升，发生________腐蚀，正极反应式为_________________。②若试管内液面下降，发生________腐蚀，正极反应式为________________。答案(1)负氧化阳氧化(2)①吸氧