金属的电化学腐蚀与防护学案

金属的电化学腐蚀与防护

知能定位

1.

了解金属腐蚀的原因，能辨别金属发生腐蚀的类型。

2.

了解金属电化学腐蚀的原因及反应原理。

3.了解金属防护的一般方法及金属的电化学防护的原理。

情景切入

铁生锈的现象随处可见，为什么铁在潮湿的环境中容易生锈？采取什么措施可以防止铁生锈呢？

自主研习

一、金属的电化学腐蚀

1.金属腐蚀

（1）定义 金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象。

（2）实质 金属失去电子被氧化。

（3）类型

①化学腐蚀：指金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀。腐蚀过程中无电流产生。

②电化学腐蚀：指不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。

2.

电化学腐蚀

（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： 2Fe==4e-+2Fe2+

；

正极： 2H2O+O2+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：

2Fe(OH) 3==Fe2O3·xH2O+(3-x

)H2O。

(2)析氢腐蚀：金属表面的电解质溶液酸性较强，腐蚀过程中不断有 第 1 页 共 5 页

负极： Fe==Fe；

正极： +

-

二、金属的电化学防护

1.金属的防护

（1

）本质：阻止金属发生氧化反应。

（2

）方法

①改变金属内部结构，如制成合金等。

②加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀等。 ③电化学防护 2.电化学防护 （1）牺牲阳极的阴极保护法 将被保护金属与比其更活泼的金属连接在一起，更活泼的金属作阳极（负极）被腐蚀，

作为阴极（正极）的金属被保护。

（2）外加电流的阴极保护法（原理如图） 2+-

课堂师生互动

知识点１ 钢铁析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较

考例１ （2009·北京卷，6）下列叙述不正确的是（ ）

A..

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B.

C.钢铁吸氧腐蚀的正极反应：O2+2H2O+4e--==4OH-

D.工业上电解饱和食盐水的阳极反应：2Cl--2e-==Cl2↑

解析：本题主要考查电化学知识，只要掌握原电池和电解的原理就能作答，A项中锌作阳极，B项锌作负极，铁被保护，C、D都是正确的。

答案： A

变式探究1 （2009·上海卷，13）下图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是 (

)

A

．生铁块中的碳是原电池的正极

B．红墨水柱两边的液面变为左低右高

C．两试管中相同的电极反应式是：Fe-2e==Fe

2+

D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢

答案：

B

解析： a为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b中酸性较强，发生析氢腐蚀，有氢气放出，气体压强增大，所以红墨水柱两边的液面变为左高右低，故B项错。

变式探究2 如右图所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：

（1）铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于 腐蚀。

（2）若试管内液面上升，则原溶液是 性，发生 腐

蚀，电极反应：负极： ，正极： 。

（3）若试管内液面下降，则原溶液呈 性，发生 腐

蚀，电极反应：负极： ；正极：

。

答案：（1

）电化学

（2）弱酸性或中 吸氧 2Fe-4e-==2Fe2+ O2+4e-+2H2O==4OH-

（3）较强的酸 析氢 Fe-2e-==Fe2+ 2H++2e-==H2↑

解析：根据原电池的构成条件，两种不同的材料在有电解质溶液时，若形成闭合回路，即可构成原电池。铁钉实际上是钢制成的，在这种情况下具备形成原电池的条件，此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件、原理及结果可知：试管内液面上升，说明试管内压强减小，气体被吸收所致，是铁钉吸氧腐蚀的结果，据此写出电极反应；试管内液面下降，说明试管内气体压强变大，试管内产生了新气体所致，是铁钉的析氢腐蚀的结果，据此写出电极反应。

知识点２ 金属腐蚀快慢的判断以及金属的防护

1.不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗。金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关：

（1）与构成原电池的材料有关：

两极材料的活泼性差别越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属被腐蚀的速率就越快。第 3 页 共 5 页

（2）与金属所接触的电解质强弱有关：

活泼金属在电解质溶液中的腐蚀比在非电解质溶液中的腐蚀速率快，在强电解质溶液中的腐蚀比在弱电解质溶液中的腐蚀速率快。

（3

）一般说来可用下列原则判断：

电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有原电池防护措施的腐蚀>有电解池防护措施的腐蚀。

考例２ 如下图所示，各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时，由快到慢的顺序是（ ）

A.4>2>1>3

B.2>1>3>4

C.4>2>3>1

D.3>2>4>1

解析：金属的腐蚀，从本质上讲也是组成化学电池发生氧化还原反应的结果。在原电池中，活泼金属为负极，该金属被氧化，不活泼金属便被保护起来，其被腐蚀的速度大大减小，所以装置3中的铁被腐蚀的速率比1中的慢；反之，当铁与比它不活泼的金属，如Sn、Cu等连接起来，则被腐蚀的速度增大，所以在容器2中的铁比容器1中的铁腐蚀得快。容器4是一个电解池，在这里Fe是阳极，不断地以Fe2+的形式进入容器中，从而加速了铁的腐蚀，在上述四种容器中，容器4中的铁的腐蚀过程是最快的。综上分析，按铁被腐蚀的快慢顺序为：4>2>1>3。

答案： A

变式探究3 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(

)

A.a

中铁钉附近呈现红色

B.b中铁钉上发生还原反应

C.a中铜丝上发生氧化反应

D.b

中铝条附近有气泡产生

答案：

B 解析：本题主要考查金属的腐蚀和电极反应。a、b均构成原电池，a中Fe为负极，铜丝为正极发生O2+2H2O+4e-=4OH-，故A中铜丝处变红，b中Al为负极，Fe钉做正极，附近有OH-生成，故B项正确。

变式探究4 （2008·广东卷，12）下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是（ ） A.

B.

当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制 C.

D.可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀

第 4 页 共 5 页

答案：

AC

解析：本题考查了金属的腐蚀与防护问题，B中镀锡铁制品破损后，铁作负极被腐蚀；D中当加外加直流电源正极时钢管作阳极被腐蚀，故选AC。

变式探究5 （2011·北京卷，8）结合下图判断，下列叙述正确的是（ ）

A

．Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护

B. Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe-2e-==Fe

2+

C.Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2+2H2O+4e-==4OH-

D. Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3［Fe（CN）6］溶液，均有蓝色沉淀

答案： A

解析：本题考查了电极反应式的书写，解题的关键是理解原电池原理。在原电池中活泼金属为负极失电子被氧化，不活泼金属做正极被保护，A项正确；I中锌为负极，失电子被氧

－化，B项错误；Ⅱ中为酸性电解液，不能生成OH，C项错误；亚铁离子与铁氰化离子生成

蓝色沉淀，I中无亚铁离子生成，故无蓝色沉淀，D项错误。

特别提醒

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，而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀。

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