高中化學(xué) 第四章 第四節(jié) 金屬的電化學(xué)腐蝕與保護(hù)學(xué)案 新人教版選修41

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金屬的電化學(xué)腐蝕與保護(hù) 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1.了解金屬腐蝕及其危害?！? 2.了解金屬電化學(xué)腐蝕的原因及反應(yīng)原理。 3.了解金屬防護(hù)的方法，特別是電化學(xué)防護(hù)的方法。 【學(xué)習(xí)過(guò)程】 1．金屬腐蝕 (1)定義：金屬與周圍接觸到的氣體或液體物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。 (2)分類： ①化學(xué)腐蝕：金屬與接觸到的干燥氣體(如O2、Cl2、SO2等)或非電解質(zhì)液體(如石油)等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。腐蝕的速率隨溫度升高而加快。 ②電化學(xué)腐蝕：不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失去電子而被氧化。 2．鋼鐵的電化學(xué)腐蝕：根據(jù)鋼鐵表面水溶液薄膜的酸堿性不同，鋼鐵的電化學(xué)腐蝕分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕，如下圖所示： 　 (1)鋼鐵的析氫腐蝕：當(dāng)鋼鐵表面的電解質(zhì)溶液酸性較強(qiáng)時(shí)，腐蝕過(guò)程中有H2放出。Fe是負(fù)極，C是正極。發(fā)生的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式為 負(fù)極：Fe－2e－===Fe2＋； 正極：2H＋＋2e－===H2↑； 總反應(yīng)：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。 (2)鋼鐵的吸氧腐蝕：當(dāng)鋼鐵表面的電解質(zhì)溶液呈中性或呈弱酸性并溶有O2時(shí)，將會(huì)發(fā)生吸氧腐蝕。電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式為 負(fù)極：2Fe－4e－===2Fe2＋； 正極：2H2O＋O2＋4e－===4OH－； 總反應(yīng)：2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2。 最終生成Fe2O3xH2O，是鐵銹的主要成分。 3.影響金屬腐蝕的因素：影響金屬腐蝕的因素包括金屬的本性和介質(zhì)兩個(gè)方面。就金屬本性來(lái)說(shuō)，金屬越活潑，越容易失去電子而被腐蝕。介質(zhì)對(duì)金屬腐蝕的影響也很大，如果金屬在潮濕的空氣中，接觸腐蝕性氣體或電解質(zhì)溶液，都容易被腐蝕。 4.鋼鐵析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較：因鋼鐵表面水膜酸堿性不同，鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕和吸氧腐蝕，二者正極反應(yīng)式不同，但負(fù)極反應(yīng)式相同，都是鐵失電子被氧化。 5．判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律 (1)電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護(hù)措施的腐蝕。 (2)對(duì)同一種金屬來(lái)說(shuō)，腐蝕的快慢：強(qiáng)電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。 (3)活潑性不同的兩種金屬，構(gòu)成原電池活動(dòng)性差別越大，腐蝕越快。 (4)對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō)，一般是電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕越快。 2．金屬的防護(hù) 金屬防護(hù) 改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)而增強(qiáng)抗腐蝕能力——不銹鋼 金屬表面覆蓋保護(hù)層 涂礦物油、油漆或覆蓋搪瓷、塑料 鍍抗蝕金屬——電鍍、熱鍍、噴鍍法 用化學(xué)方法使其表面形成一層致密的氧化膜，金屬的鈍化 電化學(xué)保護(hù)法 外加電流的陰極保護(hù)法 犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法 【當(dāng)堂檢測(cè)】 1.下列關(guān)于鋼鐵銹蝕的敘述中，不正確的是 (　　) A．鋼鐵銹蝕時(shí)，鐵原子失去電子成為Fe3＋，而后生成Fe(OH)3，再部分脫水成為氧化鐵的水合物 B．鍍銀的鐵制品，鍍層部分受損后，露出的鐵表面易被腐蝕 C．鐵銹的主要成分是Fe2O3nH2O，為保護(hù)海輪的船殼，常在船殼上鑲?cè)脘\塊 D．酸雨能使鋼鐵更容易發(fā)生析氫腐蝕 2. 下列關(guān)于金屬的防護(hù)方法的說(shuō)法不正確的是(　　) A．我們使用的快餐杯表面有一層搪瓷，搪瓷層破損后仍能起到防止鐵生銹的作用 B．給鐵件通入直流電，把鐵件與電池負(fù)極相連接 C．輪船在船殼水線以下常裝有一些鋅塊，這是利用了犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法 D．鋼鐵制造的暖氣管管道外常涂有一層較厚的瀝青 3. 下列與金屬腐蝕有關(guān)的說(shuō)法正確的是(　　) A．圖a中，插入海水中的鐵棒，越靠近底端腐蝕越嚴(yán)重 B．圖b中，開(kāi)關(guān)由M改置于N時(shí)，CuZn合金的腐蝕速率減小 C．圖c中，接通開(kāi)關(guān)時(shí)Zn腐蝕速率增大，Zn上放出氣體的速率也增大 D．圖d中，ZnMnO2干電池自放電腐蝕主要是由MnO2的氧化作用引起的 4. A、B、C三個(gè)燒杯中分別盛有相同物質(zhì)的量濃度的稀硫酸，如圖所示： (1)A中反應(yīng)的離子方程式是_________________________________________。 (2)B中Sn極的電極反應(yīng)式為_(kāi)_____________，Sn極附近溶液的pH________(填“增大”、“減小”或“不變”)。 (3)C中被腐蝕的金屬是_________，總反應(yīng)離子方程式是__________________________，比較A、B、C中鐵被腐蝕的速率由快到慢的順序是________________________________。 5.鋼鐵是目前應(yīng)用最廣泛的金屬材料，了解鋼鐵腐蝕的原因與防護(hù)方法具有重要意義，對(duì)鋼鐵制品進(jìn)行抗腐蝕處理，可適當(dāng)延長(zhǎng)其使用壽命。 (1)抗腐蝕處理前，生產(chǎn)中常用鹽酸來(lái)除鐵銹。現(xiàn)將一表面生銹的鐵件放入鹽酸中，當(dāng)鐵銹除盡后，可能發(fā)生的化合反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_________。 (2)利用如圖裝置，可以模擬鐵的電化學(xué)防護(hù)。 ①若X為碳棒，為減緩鐵件的腐蝕，開(kāi)關(guān)K應(yīng)置于________處。②若X為鋅，開(kāi)關(guān)K置于M處，該電化學(xué)防護(hù)法稱為_(kāi)_____________________。 (3)上圖中若X為粗銅，容器中海水替換為硫酸銅溶液，開(kāi)關(guān)K置于N處，一段時(shí)間后，當(dāng)鐵件質(zhì)量增加3.2 g時(shí)，X電極溶解的銅的質(zhì)量________3.2 g(填“<”、“>”或“＝”)。鐵件表面鍍銅可有效防止鐵被腐蝕，如果鐵件部分未鍍上銅，或鍍層破損，鍍銅鐵比鍍鋅鐵反而更易被腐蝕，請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明原因：_______________________________。 答案與解析 題號(hào) 答案 解析 1 A 鋼鐵銹蝕時(shí)鐵作負(fù)極，失電子生成Fe2＋，F(xiàn)e2＋與OH－結(jié)合生成Fe(OH)2，而后Fe(OH)2被氧化為Fe(OH)3，F(xiàn)e(OH)3部分脫水成為氧化鐵的水合物，A項(xiàng)錯(cuò)誤；鐵比銀活潑，鍍銀鐵制品破損后形成的原電池中鐵為負(fù)極，腐蝕加快，B項(xiàng)正確；鋅比鐵活潑，形成原電池時(shí)鋅為負(fù)極被腐蝕，保護(hù)鐵，C項(xiàng)正確；酸性條件下鋼鐵易于發(fā)生析氫腐蝕，D項(xiàng)正確 2 A 3 B A項(xiàng)，插入海水中的鐵棒靠近液面的位置與氧氣接觸，易發(fā)生吸氧腐蝕；B項(xiàng)，開(kāi)關(guān)由M改置于N時(shí)，Zn作負(fù)極，CuZn合金作正極，合金受到保護(hù)；C項(xiàng)，接通開(kāi)關(guān)形成原電池，Zn作負(fù)極，Zn的腐蝕速率增大，但氣體是在Pt電極上生成；D項(xiàng)，ZnMnO2中自放電腐蝕主要是Zn發(fā)生氧化反應(yīng)而自放電 4 (1)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ (2)2H＋＋2e－===H2↑　增大 (3)Zn　Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑　B>A>C (1)A中發(fā)生Fe與稀硫酸間的置換反應(yīng)。(2)B中Sn為正極，H＋放電生成H2：2H＋＋2e－===H2↑，導(dǎo)致Sn附近溶液中c(H＋)減小，pH增大。(3)C中Zn為負(fù)極被腐蝕 5 (1)①有水(或電解質(zhì)溶液)和氧氣(或空氣) ②O2＋4e－＋2H2O===4OH－ ③煮沸(或“除去氧氣”)　隔絕空氣(或“防止氧氣與鐵接觸”)?、芪账魵?或“干燥”、“保持試管內(nèi)干燥環(huán)境”) (2)鐵的腐蝕要吸收氧氣(或“氧氣參與反應(yīng)”、“消耗了氧氣”)使氣體體積減小　不能 (1)鐵銹的主要成分是Fe2O3xH2O，與鹽酸反應(yīng)生成Fe3＋，F(xiàn)e3＋會(huì)與Fe反應(yīng)生成Fe2＋。(2)若X為碳棒，則需將鐵件接電源的負(fù)極，即開(kāi)關(guān)K置于N處。若X為Zn，則Zn—Fe—海水構(gòu)成原電池，其中Zn作負(fù)極，F(xiàn)e作正極。此方法稱為犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法。(3)粗銅中含有雜質(zhì)，轉(zhuǎn)移電子共2＝0.1 mol。故X電極溶解Cu的質(zhì)量小于3.2 g。若鍍層破損，Cu和Fe在電解質(zhì)溶液中構(gòu)成原電池，其中Fe作負(fù)極，會(huì)加快Fe的腐蝕