金属的电化学腐蚀与防护学案
更新时间:2023-04-20 22:01:01 阅读量: 实用文档 文档下载
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..
第 2 页 共 5 页
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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