课时精讲26 金属的腐蚀与防护（精讲）-2022-2023学年高二化学精讲精练（人教选择性必修1）

第四章化学反应与电能第三节金属的腐蚀与防护课时精讲26金属的腐蚀与防护【目标导航】1．通过实验探究了解金属腐蚀的种类，知道金属发生电化学腐蚀的原因，培养动手操作能力和根据所学知识解决实际问题的能力。2．通过了解金属发生腐蚀的原因及现代的防腐措施，认识金属腐蚀的危害，知道防止金属腐蚀的方法，感受化学对人类生产和生活的影响。【知识导图】一、金属的腐蚀1．金属的腐蚀金属的腐蚀是指金属或合金与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。2．根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀分类：类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)包括非电解质液体(如石油)直接反应而引起的腐蚀不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应区别有无电流无电流产生有微弱电流产生腐蚀物质金属直接被腐蚀较活泼金属被腐蚀共同点都是金属原子失去电子而被氧化：M－ne－===Mn＋二、电化学腐蚀 1．钢铁的电化学腐蚀类别项目　　析氢腐蚀吸氧腐蚀腐蚀原理钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的吸氧腐蚀示意图条件水膜酸性较强水膜酸性很弱或呈中性电池反应负极Fe－2e－===Fe2＋正极2H＋＋2e－===H2↑O2＋4e－＋2H2O===4OH－总反应Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)22．Fe(OH)2最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)：(1)Fe(OH)2→Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3；(2)Fe(OH)3→Fe2O3·xH2O：2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O。3．铁钉的吸氧腐蚀实验。(1)将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入如图具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化，解释引起这种变化的原因。实验操作实验现象实验解释导管中液面上升，铁钉表面有铁锈生成装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀(2)取两支试管，分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸，观察现象。然后，向其中一支试管中滴加1—2滴硫酸铜落液，再观察现象。解释产生不同现象的原因。实验操作实验现象实验解释①试管中产生气泡的速率快Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，形成电化学腐蚀，速率更快三、金属的防护1．改变金属材料的组成在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金。如普通钢加入镍、铬 制成不锈钢，钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性能且具有良好的生物相容性。2．在金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如，在钢铁制品表面喷油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷等；电镀锌、锡、铬、镍等，利用化学方法、离子注入法、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。3．电化学保护法金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极(阳极)的金属被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为阴极，就不易被腐蚀。(1)牺牲阳极法原理：原电池原理要求：被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极。应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块4．实验探究(1)牺牲阳极法的实验探究连接如图装置，过一段时间，用胶头滴管从Fe电极区域取少量溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6]溶液实验现象电极反应电流表指针偏转Fe电极有气泡产生；试管中溶液未生成蓝色沉淀。2H＋＋2e－===H2↑Zn电极锌棒溶解变细Zn－2eˉ==Zn2+实验结论溶液中不含Fe2＋，铁作正极未被腐蚀(2)两个培养皿a、b中均放入含有NaCl的琼脂，并注入5～6滴酚酞和K3[Fe(CN)6]溶液。实验装置裹有锌皮的铁钉缠有铜丝的铁钉现象红色铁钉周围变红铜丝周围变红 蓝色沉淀未见蓝色沉淀铁钉周围生成蓝色沉淀电极反应Zn－2eˉ==Zn2+O2+4eˉ+2H2O==4OHˉFe－2eˉ==Fe2+O2+4eˉ+2H2O==4OHˉ结论Zn被腐蚀，Fe被保护。Fe被腐蚀，Cu被保护。【小试牛刀】判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)金属的化学腐蚀的实质是：M－ne－===Mn＋，电子直接转移给氧化剂(　)(2)铁的电化学腐蚀负极反应为Fe－3e－===Fe3＋(　)(3)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(　)(4)铜既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀(　)(5)每生成1mol铁锈(Fe2O3·xH2O)，理论上消耗标准状况下的O233.6L(　)(6)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀(　)(7)镀锌铁和镀锡铁在保护层破损后，就失去了对金属的保护作用(　)(8)外加电流法是把被保护的钢闸门作为阳极，把惰性电极作为辅助阴极(　)【答案】(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×(7)×(8)×考点一金属的电化学腐蚀【例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-【答案】D【解析】结合图示可知①为析氢腐蚀，②吸氧腐蚀，两种腐蚀中Fe均作负极发生氧化反应，碳均作正极发生还原反应，A项错误；钢铁被腐蚀后最终转化为铁锈，其主要成分是Fe2O3·xH2 O，B项错误；生活中钢铁制品主要以图②的吸氧腐蚀为主，C项错误；图②中正极上O2被还原，转化为OH-，D项正确。【解题技法】1．金属腐蚀快慢的判断方法(1)在同一电解质溶液中：电解原理引起的腐蚀(金属作电解池的阳极)>原电池原理引起的腐蚀(金属作原电池的负极)>化学腐蚀>应用原电池原理有保护措施的腐蚀>应用电解原理有保护措施的腐蚀。(2)同种金属的腐蚀在强电解质中>弱电解质中>非电解质中。(3)活动性不同的两金属，活动性差别越大，腐蚀越快。(4)对同一电解质溶液来说，一般电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。2．解金属腐蚀原理及类型题的步骤(1)根据题中信息或图示装置判断金属腐蚀的类型。(2)若为电化学腐蚀，可根据电解质溶液的酸碱性，判断是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀。(3)根据腐蚀的类型，可写出相应的电极反应式，进一步分析判断。【对点训练1】铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是(　　)A．正极反应式为2H++2e-=H2↑B．此过程中还涉及反应：4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3C．此过程中Fe、Cu均被腐蚀D．此过程中电流从Fe流向Cu【答案】B【解析】铁铆钉发生吸氧腐蚀的正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，铜作正极不被腐蚀，电流从正极流向负极。考点二金属腐蚀的防护【例2】我国有多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是(　　)A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－C．断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－===ZnD．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀 【答案】C【解析】锌环与电源的正极相连，为阳极，A项正确；断电时，Zn比铁活泼，作负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，C项错误。【解题技法】钢铁的防腐通常采用下列两种阴极保护法：牺牲阳极法外加电流法示意图工作原理原电池原理电解池原理电极设计负极：活泼性更强的金属正极：被保护的金属阳极：惰性金属或石墨阴极：被保护的金属【对点训练2】验证牺牲阳极法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)①②③在Fe表面生成蓝色沉淀试管内无明显变化试管内生成蓝色沉淀下列说法不正确的是(　　)A．对比②③，可以判定Zn保护了FeB．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼【答案】D【解析】②中Zn作负极，发生氧化反应生成Zn2＋，Fe作正极被保护，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，试管内无明显变化。但③中没有Zn保护Fe，Fe在酸性环境中发生析氢腐蚀，Fe作负极被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，对比②③可知Zn保护了Fe，A项正确；①与②的区别在于：前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液，①中出现了蓝色沉淀，说明有Fe2＋ 生成。对比分析可知，可能是铁氰化钾氧化Fe生成了Fe2＋，B项正确；通过上述分析可知，验证Zn保护Fe时不能用①的方法，C项正确；若将Zn换成Cu，铁氰化钾仍会将Fe氧化为Fe2＋，在铁的表面同样会生成蓝色沉淀，所以无法判断Fe2＋是不是负极产物，即无法判断Fe与Cu的活泼性，D项错误。