2013-2014学年高中化学 4.4.1金属的电化学腐蚀与防护导学案 新人教版选修4.doc

第四章 第四节 金属的电化学腐蚀与防护【学习目标】 1了解金属腐蚀的危害及金属腐蚀的本质原因；2了解金属腐蚀的种类，发生腐蚀的反应式的书写；3掌握金属防护的方法。【学习重点】 金属的电化学腐蚀【学习过程】一、金属的电化学腐蚀（一）、金属腐蚀：1、定义：是指金属或合金跟接触的气体或液体发生 反应而腐蚀损耗的过程。2、本质：M n e- M n+（氧化反应）3、类型：化学腐蚀直接反应 电化学腐蚀原电池反应两种腐蚀往往 发生，但 腐蚀更普遍，速度更快，危害更严重。（二）、化学腐蚀：1、定义：金属与接触到的干燥气体（如 、 、 等）或非电解质液体（如 等）直接发生化学反应而引起的腐蚀。如：钢管被原油中的 腐蚀，2、影响因素：与接触物质的氧化性有关和温度越高，化学腐蚀越 。（三）、电化学腐蚀：1、定义：不纯的金属跟电解质溶液接触时。会发生 反应， 的金属失去电子而被 。如 在潮湿的空气中生锈。2、类型：(以钢铁腐蚀为例)（1）、析氢腐蚀 (酸性较强的溶液) 负极: 正极: 总方程式： （2）、 吸氧腐蚀 (碱性、中性或弱酸性溶液)负极: 正极: 总方程式： Fe(OH)2继续与空气中的氧气作用： 铁锈的主要成分是 ， 阻止钢铁继续腐蚀。（能、不能）（3）、析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较析氢腐蚀吸氧腐蚀条 件水膜呈 水膜呈 电极反应负极（Fe极）正极（C极）总反应（四）、影响金属腐蚀快慢的因素： 内因：（1）金属的活动性：金属越 ，越容易被腐蚀（2）纯度：不纯的金属比纯金属 腐蚀，如纯铁比钢 腐蚀。（难、易）电化学腐蚀：两电极活动性差别越大，氧化还原反应速率越 ，活泼金属被腐蚀得越快。 （3）氧化膜：如果金属被氧化形成致密的氧化膜，那么会保护内层金属，如 、 ；如果金属被氧化形成疏松的氧化膜，那么不会保护内层金属，如 。外因：环境（腐蚀性气体，电解质溶液）（五）、化学腐蚀与电化学腐蚀的共同点和不同点：电化腐蚀化学腐蚀条 件不纯金属或合金与 接触与 直接接触有无电流产生本 质较活泼的金属被氧化金属被氧化相互联系练习：下列各情况，Fe片被腐蚀由快到慢的是 二、金属的防护1、金属的防护： 覆盖保护膜（涂油漆，电镀，钝化等） 改变金属的内部结构（钢不锈钢，在钢中加入镍和铬）2、电化学保护 牺牲阳的极阴极保护法（较活泼金属作 极，钢铁作 极被保护）原电池的负极（也称为阳极）的金属被腐蚀 原电池的正极（也称为阴极）的金属被保护原理：形成原电池反应时，让被保护金属做 极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。、装置图： 看课本86 页图科学探究：看课本87 页：验证牺牲阳极的阴极保护法 讨论：1. 电压表指针有何变化？为什么？2. Zn、Fe两个电极上发生了什么反应？3. Fe2+ 与Fe(CN) 63- 反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀：3 Fe2+ + 2 Fe(CN) 63- = Fe 3 Fe(CN) 6 2 在这个装置中没有Fe2+ 产生？说明什么问题？ 外加电流阴极保护法（外加电流，使钢铁被迫成为 极受保护）、原理：将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为 极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。、装置图：看课本87 页图【疑点反馈】：（通过本课学习、作业后你还有哪些没有搞懂的知识，请记录下来） 【基础达标】1下列各种方法中，能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是()金属表面涂抹油漆改变金属内部结构保持金属表面清洁干燥金属表面进行电镀使金属表面形成致密的氧化物薄膜A BC D全部2为了避免青铜器生成铜绿，以下方法正确的是()将青铜器放在银质托盘上将青铜器保存在干燥的环境中将青铜器保存在潮湿的空气中在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜A BC D3下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是()A纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗B当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层不能对铁制品起保护作用C在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法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4以下现象与电化学腐蚀无关的是()A黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿B生铁比纯铁芯(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D银质奖牌(纯银制成)久置后表面变暗5下列有关金属的保护方法的说法中正确的是()A常使用的快餐杯表面有一层搪瓷，若搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用B白铁(镀锌铁)镀层破损后，铁皮的腐蚀速度很慢C轮船的船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阴极的阳极保护法D钢铁制造的暖气管道外常涂有一层沥青，这是钢铁的电化学保护法6相同材质的铁在下图中各情形下最不易被腐蚀的是()7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 D8为保护地下钢管不受腐蚀，可采取的措施有()与石墨棒相连与直流电源负极连接与直流电源正极连接与锌板相连A B C D9如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，则原溶液呈_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。电极反应式，负极：_，正极： _。【拓展提高】10铁生锈是比较常见的现象，某实验小组为研究铁生锈的条件，设计了以下快速、易行的方法：首先检查制氧气装置的气密性，然后按图连接好装置，点燃酒精灯给药品加热，持续3分钟左右，观察到的实验现象为：直形管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗，发生锈蚀；直形管中干燥的铁丝表面依然光亮，没有发生锈蚀；烧杯中潮湿的铁丝表面依然光亮。试回答以下问题：(1)由于与金属接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于_。(2)仪器A的名称为_，其中装的药品可以是_，其作用是_。(3)由实验可知，该类铁生锈的条件为_。决定铁生锈快慢的一个重要因素是_。11关于铁生锈的机理有人提出如下步骤：Fe(s)2e=Fe2；He=H；4HO2(g)=2H2O；4Fe2O2(g)(42x)H2O=(2Fe2O3·xH2O)(s)8H根据以上过程，回答下列问题：(1)根据以上机理，判断下列说法正确的是()A以上锈蚀过程是发生的化学腐蚀B从锈蚀反应的最终结果看，水既是氧化剂，又是还原剂C反应的实质是氧气被还原，金属铁被氧化D从反应机理看，锈蚀过程发生的是析氢腐蚀(2)某铁件需长期浸于水下，为了减少腐蚀，想采取下列措施，其中正确的有()A给铁件铆上一些锌板B给铁件通入直流电，把铁件与电源正极连接C在制造铁件时，在铁中掺入一定比例的铜制成合金D在铁件表面涂上一层较厚的沥青 (3)现有质量为1 000 g的某铁件已在水下生锈，若测知整个锈蚀过程中有6 mol电子发生转移，则参加反应的O2在标准状况下的体积为_L，反应后铁件的质量为_g(已知铁锈Fe2O3·xH2O中x值为1)。【参考答案】1D金属的腐蚀主要是电化学腐蚀，题目中中的方法都可以起到避免金属和电解质溶液接触形成原电池的目的；中如在金属中加入某些其他元素改变金属内部结构也可以起到防腐蚀的效果。2CCu比较活泼，放在银质托盘上更易受腐蚀，错；将其保存在干燥的环境中避免与空气中的水分和CO2等物质接触，可避免腐蚀，正确，则错误；覆盖防渗的高分子膜也可以隔绝潮湿空气，正确。3D纯银器表面在空气中易生成硫化物失去光泽；当镀锡铁制品镀层破损时，由于铁比锡活泼，形成原电池时，铁作原电池的负极，加快铁的腐蚀；锌比铁活泼，当在海轮外壳上连接锌块后，锌失电子而海轮外壳被保护；要采用电解原理保护金属，应将金属与电源的负极相连，即作电解池的阴极。4D黄铜(铜锌合金)若发生电化学腐蚀时，被腐蚀的金属应是金属性较活泼的锌而不是铜，故黄铜制作的铜锣不易产生铜绿，A项正确；生铁中含有较多的碳，比纯铁芯在电解质作用下更容易形成原电池，也更容易生锈，B项正确；铁质器件附有铜配件时，在接触电解质溶液时，铁是原电池的负极，易被腐蚀生成铁锈，C项正确；银质奖牌久置后可与氧气或H2S反应生成银的化合物而表面变暗，这是化学腐蚀，与电化学腐蚀无关，答案为D项。5BA项中涂层破损后，铁直接暴露在空气中，因而搪瓷层不能对破损部分进行保护； B项中镀层破损后由于锌的金属性比铁强，和铁构成原电池，锌作负极，保护铁不被腐蚀；C选项应是牺牲阳极的阴极保护法；D项中应是用沥青作涂层的涂层保护法。6CA、B、D均形成原电池而使铁腐蚀，而C中铁被铜镀层保护则不易被腐蚀。7B在镀锌铁的析氢腐蚀中：负极(Zn)：Zn2e=Zn2，有0.2 mol e转移时，有0.1 mol Zn溶解，即6.5 g；正极(Fe)：2H2e=H2，生成0.1 mol H2，标准状况下的体积为2.24 L。8C本题考查金属腐蚀一种防护方法电化学保护法。该方法的理论根据是：金属晶体(如Fe)中存在如下平衡：Fe2e,Fe2。显然，铁接触到的物质若易失电子，使平衡向左移动，即铁不易失电子；否则，将加速Fe失电子被腐蚀，Zn比Fe活泼。9(1)电化学(2)弱酸性或中吸氧2Fe4e=2Fe2O22H2O4e=4OH(3)较强的酸析氢Fe2e=Fe22H2e=H2解析根据原电池的构成条件可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀。试管内液面上升，说明试管内压强减小，试管内气体被吸收所致，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。10(1)电化学腐蚀(2)球形干燥管碱石灰(或无水CaCl2)干燥O2(3)与O2接触，与水接触氧气浓度解析钢铁在潮湿环境下形成原电池，发生电化学腐蚀。此实验在直形管中的现象说明，潮湿是铁生锈的必需前提，而没有涉及潮湿程度对生锈快慢的影响，直形管实验与烧杯实验的对比，则说明O2浓度是影响生锈快慢的一个重要因素。11(1)C(2)AD(3)33.61 066解析(1)根据反应机理，将方程式叠加：×4×8×2可得：4Fe3O22xH2O=2(Fe2O3·xH2O)(s)可知为吸氧腐蚀。(2)保护铁不被腐蚀，可隔绝O2或采取牺牲阳极的阴极保护法等。(3)4Fe3O22H2O=2(Fe2O3·H2O)转移电子3×22.4 L·mol1 12 mol V(O2) 6 molV(O2)33.6 L由差值法得m66 g。5