1、选修4第四章第四节金属的电化学腐蚀与防护讲义设计 XXX同学XXXX年X月X日学案 【第X次】年级： 高二 选修： 4 第 四 章课题: 第四节 金属的电化学腐蚀与防护 一、教材新知识知识点一:金属的电化学腐蚀 1金属的腐蚀 金属的腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体和液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程 2金属腐蚀的特征 金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能等方面都发生一定的变化 3金属腐蚀的本质 金属腐蚀的本质，是金属原子失去电子变成阳离子的过程。也就是说，金属腐蚀的本质是金属发生了氧化反应，用式子表示为：Mne = Mn（M表示金属） 4金属腐蚀的类型 由于与金属接触的介质不同，发生腐蚀的
2、情况也不同，一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀 （1）化学腐蚀 金属跟接触到的物质（如O2、Cl2等）直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀 注意：化学腐蚀过程中发生的化学反应是普通氧化还原反应，而不是原电池反应，无电流产生 （2）电化学腐蚀 不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀 析氢腐蚀 【问题探究】为什么钢铁在干燥的空气中不易生锈，在潮湿的空气中却易生锈？ 如图所示，钢铁在潮湿的空气中表面会形成一薄层水膜，水膜又溶解来自大气中的CO2、SO2、H2S等气体，使水膜中含有一定量的H，它是由这样一些反应产生的：H2OH+OH H2
3、OCO2H2CO3H+HCO3 结果在钢铁的表面形成了一层电解质溶液的薄膜，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好构成了原电池，这些微小的原电池遍布钢铁的表面。在这些原电池里，铁是负极，碳是正极，若电解质溶液酸性较强，则电极反应如下： 负极：Fe2e = Fe2+（氧化反应） 正极：2H+2e = H2（还原反应） 总反应：Fe2H+ = Fe2+H2 这一腐蚀称为析氢腐蚀 吸氧腐蚀实验目的浸泡过食盐水的铁钉发生吸氧腐蚀实验步骤将经过酸性除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入如图所示的试管中，几分钟后，观察试管中水柱的变化实验现象导管中水柱上升，铁钉表面有铁锈生成实验分析装置中FeC饱和食盐水一起构成了
4、原电池，Fe作负极，碳作正极，由于NaCl溶液呈中性，故电极反应如下：负极：2Fe4e = 2Fe2+ 正极：O24e2H2O = 4OH总反应方程式：2FeO22H2O = 2Fe(OH)2又4Fe(OH)2O22H2O = 4Fe(OH)32Fe(OH)3 = Fe2O3xH2O（3x）2H2OFe2O3xH2O是铁锈的主要成分 【实验探究】铁钉的吸氧腐蚀 如图所示，若钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，则发生吸氧腐蚀，电极反应如下： 负极：2Fe4e = 2Fe2+ 正极：O24e2H2O = 4OH 总反应：2FeO22H2O = 2Fe(OH)2 又4Fe(OH)2O22H2O =
5、4Fe(OH)3 2Fe(OH)3 = Fe2O3xH2O（3x）H2O，吸氧腐蚀有铁锈形成 注意： 电化学腐蚀过程中发生的化学反应是原电池反应，有电流产生 影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。介质对金属腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀 由于钢铁制品通常所处的外部环境干燥度较低，氧气的存在又非常广泛，在相同条件下，原电池反应比一般的氧化还原反应速率高，因此，在钢铁的腐蚀类型中主要是电化学腐蚀，其次是化学腐蚀。但钢铁的腐蚀类型并不单一，一般是电化学腐蚀和化学腐蚀并存，只是有主次之分
6、而已 无论哪种类型的金属腐蚀，其本质都是金属被氧化 若电极均为惰性材料，考虑电解质溶液中的阳离子是否能与负极材料反应。能则是溶液中的阳离子得电子，发生还原反应，若不能与负极材料反应，则考虑空气中的氧气，由氧气得电子，发生还原反应知识点二:金属的电化学防护 金属的防护就是防止金属的腐蚀。金属的防护要解决的主要问题是不使金属被氧化。从金属腐蚀的化学反应原理、腐蚀类型等方面来看，确定金属防护方法的思路，一是改变金属的内部结构，使金属性质改变，成为耐腐蚀金属；二是使金属与它的氧化剂相互隔离 金属防护的方法很多，例如可以根据不同的用途选用不同的金属或非金属制成合金，以防腐蚀，如不锈钢就是一种耐腐蚀的合金
7、；也可以采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表明钝化等方法使金属与介质隔离，以防腐蚀；还可以采用电化学保护法防止金属腐蚀等1牺牲阳极阴极保护法（如左图所示） 原理：锌比铁活泼，它就作原电池的负极（阳极），不断遭受腐蚀，定期予以拆换，而作为正极（阴极）的钢铁设备就被保护2外加电流阴极保护法（如右图所示） 原理：将被保护的钢铁设备（如钢闸门）作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者均存在与电解质溶液（海水）里，接上外加直流电源，通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面产生负电荷（电子）的积累。这样就抑制了钢铁发生失去电子的作用（氧化反应），从而防止了钢铁的腐蚀二、热点考向讲解及分析考向一:金属
8、的电化学腐蚀 1镀锌铁在发生析氢腐蚀时，若有0.2 mol电子发生转移，下列说法正确的是（ ）有5.6 g金属被腐蚀 有6.5 g金属被腐蚀 在标准状况下有2.24 L气体放出 在标准状况下有1.12 L气体放出（ ） A B C D 2埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种情况下，被腐蚀的速度最慢的是（ ） A在潮湿疏松透气的土壤中 B在干燥致密不透气的土壤中 C在含铁元素较多的酸性土壤中 D在含碳粒较多，潮湿透气的土壤中 3钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是（ ） A2H+2e= H2 BFe2+2e= Fe C2H2OO24e= 4OH DFe3+e= Fe2+ 4目前脱氧保鲜剂已广
9、泛用于食品保鲜、粮食及药材防虫、防霉等领域，含铁脱氧剂应用铁易氧化的性质完全吸收包装袋内的氧，从而对包装袋内的物品起到防氧化作用。当脱氧剂变成红棕色时则失效。下表是一种含铁脱氧保鲜剂的配方。主要原料用量含碳4%铸铁粉滑石粉食盐乙醇80 g40 g4 g适量下列反应式中与铁脱氧原理无关的是（ ） AFe2e = Fe2+ BCO2 = CO2 C4Fe(OH)2O22H2O = 4Fe(OH)3 D2Fe(OH)3 = Fe2O33H2O 5以下现象与电化学腐蚀有关的是（ ） A黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿 B生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈 C铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈
10、 D铝制品擦亮后，几天后表面又变暗，但不像Fe一样生锈 （双选）5下列过程需通电后才能进行的是（ ） A电离 B电解 C电化腐蚀 D电泳 6下列关于金属腐蚀的说法中不正确的是（ ） A金属腐蚀的本质是金属原子失去电子而被氧化 B金属腐蚀一般包括化学腐蚀和电化学腐蚀 C纯的金属一般难以发生电化学腐蚀 D钢铁在酸性环境中会发生吸氢腐蚀 7下列关于金属腐蚀的叙述正确的是（ ） A金属在潮湿情况下的腐蚀实质是2M2nH2O = 2M(OH)nnH2 B金属的化学腐蚀实质是MneMn+，电子直接转移给氧化剂 C金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行 D在潮湿的中性环境中，金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀 8下
11、列叙述中不正确的是（ ） A金属的电化学腐蚀比化学腐蚀普遍 B纯铁比生铁更容易被腐蚀 C镀锡的铁皮，破损后铁皮反而易被腐蚀 D金属的化学腐蚀实质是Mne = Mn+而被损耗总结： 1化学腐蚀和电化学腐蚀的比较类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属接触到腐蚀性物质，如氯气等不纯的金属或合金接触到电解质溶液有无电流产生无电流产生有微弱电流产生本质金属失去电子被氧化较活泼金属失去电子被氧化联系化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，电化学发生更为普遍 2析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜呈弱酸性或中性水膜呈酸性正极反应O24e2H2O = 4OH2H+2e = H2负极反应（Fe）2Fe4e =
12、 2Fe2+Fe2e = Fe2+其他反应Fe2+4OH = 4Fe(OH)24Fe(OH)2O22H2O = 4Fe(OH)32Fe(OH)3 = Fe2O3xH2O（3x）H2O考向二：金属的电化学防护 1下列防止金属腐蚀的方法中为外加直流电源阴极保护法的是（ ） A航海船只的船底四周镶嵌锌块 B铁管道连在直流电源负极 C铁器表层镀锡 D铁器表面涂上一层漆 2为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采取如右图所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用（ ） A铜 B钠 C锌 D石墨 3为了防止轮船体的腐蚀，应在船壳水线以下位置嵌上一定数量的（ ） A铜块 B铅块 C锌块 D钠块 4
13、为了保护地下钢管不受腐蚀，可使它与（ ） A直流电源负极相连 B铜板相连 C锡板相连 D直流电源正极相连 5下列各种方法中：金属表面涂抹油漆，改变金属的内部结构，保持金属表面清洁干燥，在金属表面进行电镀，使金属表面形成致密的氧化物薄膜。能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的措施是（ ） A B C D全部 6以下防腐措施中，属于电化学保护法的是（ ） A用氧化剂使金属表面生成致密稳定的氧化物保护膜 B在金属中加入一些铬或镍制成合金 C在轮船的船壳水线以下的部分，装上锌锭 D在金属表面喷漆 7如图所示，装置中都盛有0.1 mol/L的NaCl溶液，放置一定时间后，装置中的四块相同的锌片，腐蚀速率由快到
14、慢的正确顺序是（ ） A B C D总结： 1金属防护的方法 生产上常用的一些防护方法有： （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保护方法 以钢铁的保护为例，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。这些金属都
15、能被氧化而形成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止水和空气等对钢铁的腐蚀。例如，常用的白铁皮就是在薄钢板的表面镀上一层锌；做罐头用的马口铁就是在薄钢铁上镀上一层无毒而又耐腐蚀的锡；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，即牺牲阳极阴极保护法和加电流阴极保护法 2判断金属腐蚀快慢的规律 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：
16、（1）与构成原电池两极的材料有关。两极材料的活动性差别越大，电动势越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属被腐蚀的速率就越快 （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快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀一般来说，金属腐蚀的快慢判断方法： 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腐蚀措施的腐蚀；同一种金属腐蚀：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液 注意：分析金属发生电化学腐蚀的电极反应时，首先确定腐蚀的类型；然后再分析电极反应，其中负极反应始终是金属失电子被氧化；最后将两个电极反应式相加，就可得到原电池的总反应式考向三：含x
17、、m、n等未知数的化学方程式的配平 【例1】Fe(OH)3脱去一部分水就生成Fe2O3xH2O，它就是铁锈的主要成分。铁锈疏松地覆盖在钢铁表面，不能阻止钢铁继续腐蚀。试写出其中涉及到的化学方程式总结：三、随堂基础巩固 1我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为：4A13O26H2O = 4A1(OH)3，下列说法不正确的是（ ） A正极反应式为：O22H2O4e = 4OH B电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极 C以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积 D该电池通常只需更换铝板就可继续使用 2铁棒和石墨棒用导线连接后，浸入
18、0.01 mol/L的食盐溶液中，可能出现的现象是（ ） A铁棒附近产生OH B铁棒被腐蚀 C石墨棒上放出O2 D石墨棒上放出Cl2 3将洁净的金属片Fe、Zn 、A、B 分别与Cu用导线连结浸在合适的电解质溶液里。实验并记录电压指针的移动方向和电压表的读数如下表所示：金属电子流动方向电压/VFeFeCu0.78ZnZnCu1.10ACuA0.15BBCu0.3根据以上实验记录，完成以下填空： （1）构成两电极的金属活动性相差越大，电压表的读数越 （填“大”、“小”）。Zn、A、B三种金属活动性由强到弱的顺序是 。 （2）Cu与A组成的原电池， 为负极，此电极反应式为 。 （3）A、B形成合金
19、，露置在潮湿空气中， 先被腐蚀。 4下列关于金属腐蚀的叙述中正确的是（ ） A金属化学腐蚀的本质是Mne = Mn+（M表示金属），金属被氧化 B金属发生电化学腐蚀时一定是在酸性环境中 C镀锌铁发生电化学腐蚀时是锌被腐蚀，而铁一定不会被腐蚀 D金属发生电化学腐蚀时是活泼金属发生还原反应先被腐蚀 5在钢铁腐蚀过程中，下列五种变化可能发生的是（ ） Fe2+转化为Fe3+、O2被还原、产生H2、Fe(OH)3失水形成Fe2O3xH2O、杂质碳被氧化 A只 B只 C D （双选）6化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是（ ） A电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为：
20、2Cl 2e=Cl2 B碱性氢氧燃料电池的负极反应式：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH C电镀铜时，阳极的反应式：Cu2+ 2e- =Cu D钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式：Fe2e = Fe2+ 7为了防止轮船体的腐蚀，应在船壳水线以下位置嵌上一定数量的（ ） A铜块 B铅块 C锌块 D钠块 8为了保护地下钢管不受腐蚀，可使它与（ ） A直流电源负极相连 B铜板相连 C锡板相连 D直流电源正极相连 9下列各变化中属于原电池反应的是（ ） A在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护层 B镀锌铁表面有划损时，也能阻止铁被氧化 C红热的铁丝与冷水接触，表面形成蓝黑色保护层 D浓硝酸比稀硝酸更能
21、氧化金属铜 10下列方法不能用于进行金属防腐处理的是（ ） A油漆 B铝热反应 C电镀 D制成合金 11有一合金由X、Y、Z、W四种金属组成，若将合金放入盐酸中只有Z、Y能溶解；若将合金置于潮湿空气中，表面只出现Z的化合物；若将该合金做阳极，用X盐溶液作电解液，通电时四种金属都以离子形式进入溶液中，但在阴极上只析出X。这四种金属的活动性顺序是（ ）AYZWX BZYWX CWZYX DXYZW 12如右图，铁腐蚀由快到慢的顺序为（电解质溶液为水）（ ） A B C D四、课后作业一、选择题 1如图所示，拴上金属条的铁钉插在含有酚酞的NaCl溶液中，可以看到在贴近金属条一边的溶液出现粉红色。该金
22、属条可能是（ ） A铜 B锡 C铝 D锌 2铜在潮湿的空气中发生电化学腐蚀，其正极可能发生的反应是（ ） ACu2e = Cu2+ BO22H2O4e = 4OH C2H2e = H2 D4OH4e = O22H2O 3右图装置中，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：Fe2e = Fe2+ Da试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀 4下列叙述的方法不正确的是（ ） A金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍 B用铝质铆钉铆接
23、铁板，铁板易被腐蚀 C钢铁在干燥空气中不易被腐蚀 D用牺牲锌块的方法来保护船身 5下列四种金属制品的镀层损坏后，金属腐蚀速率最快的是（ ） A镀铝塑料 B食品罐头（镀锡） C白铁水桶（镀锌） D镀银铜质奖章二、非选择题 1如图所示，在大试管里放入一段光亮无锈的弯成螺旋状的铁丝，把试管倒插入水中，把这个装置这样放置约一周后，观察到铁丝发生的变化是_，试用电极反应式和必要的化学方程式表示该过程 、 、 试管里的水面会上升，最终上升高度约为 ，原因是（用必要的文字及反应式表示） 2市场上出售的“热敷袋”其中的主要成分是铁屑，炭粉，木屑和少量NaCl，水等。热敷袋在启用之前用塑料袋使之与空气隔绝，启用
24、时，打开塑料袋轻轻揉搓，就会放出热量，使用完后，回发现袋内有许多铁屑生成。 （1）热敷袋放出的热量来源于 。 （2）炭粉的主要作用是 。 （3）加入NaCl的主要作用是 。 （4）写出有关的电极反应式和化学方程式（按生成过程中的步骤写）： 。 。 3右图所示水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天后观察： （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，则原溶液呈 性，发生 腐蚀，正极反应式为 。 （3）若试管内液面下降，则原溶液呈 性，发生 腐蚀，正极反应式为 。 4生活中普遍存在着金属的电化学腐蚀和金属的电化学防护，请对下列现象给予解释 （1）大型水利工程的钢铁闸门往往连接
25、在电源负极上： （2）民间有“铁焊铜，糊涂虫”的说法，即铁器损坏后不能用铜焊接： （3）镀锌的铁与镀锡的铁比较，一旦镀层损坏，镀锡的铁腐蚀更快： （4）实验室制取H2常用不纯的锌（含铜、铁等杂质）和稀硫酸反应： 5. 一种由特殊工艺制备的阻燃型Mg(OH)2，使树脂可燃性大大降低，该Mg(OH)2的生产工艺如下：合成水热处理表面处理水洗过滤 石灰乳 精制卤水过滤水洗干燥精制卤水中的MgCl2与适量石灰乳反应合成碱式氯化镁Mg(OH)2-xClxmH2O，反应的化学方程式为： 浓硫酸6. 聚合硫酸铁（PAFC）简称聚铁，其化学式为Fe2(OH)n(SO4)3-0.5nm（n2，m10），是一种高
26、效无机混凝剂、净水剂。实验室利用硫酸亚铁制取聚铁的主要流程如下：15%H2O2冷却固态聚铁液态聚铁80调pH为0.51FeSO4溶液 （1）写出加入H2O2发生反应的离子方程式： 。（2）在上述流程中加入浓硫酸将溶液pH调到0.51的作用是： （3）将由FeSO4生成聚合硫酸铁Fe2(OH)n(SO4)3-0.5nm的化学方程式补充完整：2mFeSO4+(1-0.5n)mH2SO4+ =Fe2(OH)n(SO4)3-0.5nm+(2-n) 7. .用导线将A、B两装置的四个电极进行连接，使a极析出铜。回答有关问题。（1）导线将容器A和B连接时，Zn接 ，Cu接 （填“a”或“b”）（2）容器A中Cu极发生的电极反应为 。（3）B装置叫 ， 溶液中的NO3-向_极移动（填“a”或“b”）。（4）若b极观察到有无色无味气泡产生, 经过一段时间后，停止反应并搅拌均匀，溶液的pH值将 （填“升高”、“降低”或“不变”），加入一定量的 后（填化学式），溶液能恢复至与反应前完全一致。若反应一段时间后，测得溶液中Cu2+浓度没有明显下降，可能的原因是： 。.炒菜的铁锅没有洗干净容易生锈。用必要的文字和有关化学方程式说明铁锈是如何形成的 。
