2020年高中化学 第04章 电化学基础

2020年高中化学 第04章 电化学基础

‎4-4 金属的电化学腐蚀与防护 ‎【学习目标】‎ ‎1.认识金属腐蚀的危害，并能解释金属发生电化学腐蚀的原因。‎ ‎2.能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。‎ ‎3.熟知金属腐蚀的防护方法。‎ ‎【学习重难点】‎ 学习重点：金属腐蚀的原理及防护方法。‎ 学习难点：金属腐蚀的原理及防护方法。‎ ‎【自主预习】‎ 一、金属的电化学腐蚀 ‎1．金属的腐蚀是金属与周围的气体或者液体物质发生 而引起损耗的现象。‎ 一般可分为 腐蚀和 腐蚀。‎ 化学腐蚀：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，温度越高，化学腐蚀越 。‎ 电化学腐蚀：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。‎ 两种腐蚀往往 发生，但 腐蚀更普遍，速度更快，危害更严重。‎ ‎2.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 有 无 本质 较活泼的金属被氧化 金属被氧化 ‎3．电化学腐蚀 (以钢铁为例)‎ ‎（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 (中性或弱酸性溶液)‎ 9‎ ‎ 负极: 正极: ‎ 总方程式： ‎ 离子方程式：Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2‎ 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）‎ ‎4．影响金属腐蚀快慢的因素 ‎ 本性：（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更 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：介质：环境（腐蚀性气体，电解质溶液）‎ 二、金属的防护 ‎（1）覆盖保护膜（涂油漆，电镀，钝化等）‎ ‎（2）改变金属的内部结构（钢→不锈钢，在钢中加入镍和铬）‎ ‎（3）牺牲阳极阴极保护法（较活泼金属作 极，钢铁作 极被保护）‎ ‎（4）外加电流阴极保护法（外加电流，使钢铁被迫成为 极受保护）‎ ‎【预习检测】‎ ‎1．下列有关金属腐蚀的说法中正确的是(　　)‎ A．金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程 B．电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程 C．钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈 D．金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化学腐蚀伴有电流产生 ‎2．下列关于金属的防护方法的说法不正确的是(　　)‎ A．我们使用的快餐杯表面有一层搪瓷，搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用 B．给铁件通入直流电，把铁件与电池负极相连接 C．轮船在船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阳极保护法 D．钢铁制造的暖气管管道外常涂有一层较厚的沥青 合作探究 探究活动一：金属的腐蚀 ‎1．金属腐蚀 9‎ ‎（1）概念： 。‎ ‎（2）根据与金属接触的物质不同，金属腐蚀可分为两类：‎ ‎①化学腐蚀：金属跟接触到的 气体(如O2、Cl2、SO2等)或 液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而 。‎ ‎②电化学腐蚀： 的金属或合金跟 溶液接触时，会发生 反应，比较 的金属 电子而被氧化。‎ ‎（3）用铝制饭盒盛放醋酸，一段时间后，饭盒被腐蚀，该种腐蚀属于 ，反应的化学方程式为 ；若用铝饭盒盛放食盐(含水时)，一段时间后，饭盒被腐蚀，这种腐蚀属于 ，反应原理是(写电极反应式和总反应式)：负极： ，正极： ，总反应式： 。‎ ‎2．钢铁的电化学腐蚀 根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为 和 。铜板上铁铆钉处的电化学腐蚀如下图所示：‎ ‎　‎ 铁钉的析氢腐蚀示意图　　铁钉的吸氧腐蚀示意图 ‎（1）铁钉的析氢腐蚀：当铁钉表面的电解质溶液酸性较强时，腐蚀过程中有H2放出。Fe是 极，C是 极。发生的电极反应式及总反应式为 负极： ；‎ 正极： ；‎ 总反应： 。‎ ‎（2）铁钉的吸氧腐蚀：当铁钉表面的电解质溶液呈 或呈 并溶有O2时，将会发生吸氧腐蚀。电极反应式及总反应式为 负极： ；‎ 正极： ；‎ 总反应： 。‎ 最终生成 ，是铁锈的主要成分。‎ ‎[归纳总结]‎ ‎1．影响金属腐蚀的因素 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，越 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。‎ ‎2．钢铁析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较 9‎ 因钢铁表面水膜酸碱性不同，钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀，二者正极反应式不同，但负极反应式相同，都是铁失电子被氧化。‎ ‎【学以致用】‎ ‎1．下列叙述中不正确的是(　　)‎ A．金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍 B．钢铁在干燥空气中不易被腐蚀 C．用铝质铆钉铆接铁板，铁板不易被腐蚀 D．原电池中电子由正极流入负极 ‎2．如图所示，试管中放一铁钉，溶液为氯化钠溶液，数天后观察到的现象有_________________________________________________________。‎ 说明铁钉发生了________腐蚀，其中正极的电极反应式为 ‎________________________________________________________________________，‎ 溶液中发生反应的化学方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ 探究活动二：金属的防护方法 ‎1．金属的防护就是防止金属的腐蚀，要解决的主要问题是使 。从金属腐蚀的反应实质、影响因素等方面分析，确定金属防护的方法原理：‎ ‎（1）改变金属的 ，使金属性质改变，增强其本身的抗腐蚀能力，成为耐腐蚀金属；‎ ‎（2）使金属与化学物质 ，在金属表面覆盖油漆、镀层金属、氧化膜等保护层。‎ ‎2．（1）物理保护法 ‎①在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。‎ ‎②用电镀的方法，在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。‎ ‎③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。‎ ‎④把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢，就大大地增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。‎ ‎（2）化学保护法 ‎①为了减小某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用 (填写字母序号)。‎ A．铜 B．钠 C．锌 D．石墨 9‎ ‎②图乙所示的方案也可以减慢铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的 极。‎ ‎[归纳总结]‎ 金属的电化学防护方法 类型 方法 原理 实例 牺牲阳极保护法 在被保护的设备上装上比它 的金属 被保护的金属作原电池的 ‎ 船舶的外壳上装锌块 外加电流阴极保护法 将被保护的设备与惰性电极置于电解质溶液里，接上 ‎ 被保护的金属作电解池的 ‎ 保护海水中的钢闸门 ‎【学以致用】‎ ‎3．下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是(　　)‎ A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护 B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀 C．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀 D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋‎ ‎【学习小结】‎ ‎【巩固练习】‎ 9‎ ‎1．关于金属腐蚀的叙述中，正确的是(　　)‎ A．金属被腐蚀的本质是M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑‎ B．马口铁(镀锡铁)镀层破损后被腐蚀时，首先是镀层被氧化 C．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀 D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀 ‎2．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是 (　　)‎ ‎ ‎ A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B．图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小 C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大 D．图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的 ‎3．下列金属的防护方法不正确的是(　　)‎ A．对健身器材涂油漆以防止生锈 B．对某些工具的“机械转动部位”选用刷油漆的方法来防锈 C．用牺牲锌块的方法来保护船体 D．自行车的钢圈上镀上一层Cr防锈 ‎4．下列叙述错误的是(　　)‎ A．生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱 B．用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈 C．在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液 D．铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀 ‎5．铜制品在经常下酸雨的地区发生电化学腐蚀严重。写出此电化学腐蚀的电极反应式：‎ 正极：__________________，负极：__________________。‎ ‎【总结与反思】‎ 9‎ 通过自评、互评、师评相结合对本节学习过程进行反思感悟。‎ 9‎ ‎【参考答案】‎ 二、负；正；阴 ‎【预习检测】1．D 2．A ‎ ‎【合作探究】‎ 探究活动一：‎ ‎1． ‎ ‎（1）金属表面与周围的物质发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏的现象。‎ ‎（2） ‎ ‎①干燥，非电解质，加快。‎ ‎②不纯电解质，原电池，活泼，失去。‎ ‎（3）化学腐蚀， 2Al＋6CH3COOH===2(CH3COO)3Al＋3H2↑；电化学腐蚀，Al－3e－===Al3＋，O2＋2H2O＋4e－===4OH－，4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3。‎ ‎2．析氢腐蚀和吸氧腐蚀 ‎（1）负，正；Fe－2e－===Fe2＋；2H＋＋2e－===H2↑；Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。‎ ‎（2）中性，弱酸性；2Fe－4e－===2Fe2＋；2H2O＋O2＋4e－===4OH－；2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2；Fe2O3·xH2O ‎[归纳总结]‎ ‎1．越容易失电子 ‎ ‎【学以致用】1．D 2． U形管的a端比b端液面高，试管内有红褐色物质生成　电化学吸氧　‎ ‎2H2O＋O2＋4e－===4OH－　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3‎ 探究活动二 ‎1．金属不被氧化，内部结构，相互隔离 ‎ （2） C ‎［归纳总结］‎ 类型 方法 原理 实例 9‎ 牺牲阳极保护法 在被保护的设备上装上比它更活泼的金属 被保护的金属作原电池的正极 船舶的外壳上装锌块 外加电流阴极保护法 将被保护的设备与惰性电极置于电解质溶液里，接上外加直流电源 被保护的金属作电解池的阴极 保护海水中的钢闸门 ‎【学以致用】‎ ‎3． B ‎【巩固练习】‎ ‎1．C 2． B 3．　B 4．C ‎5．O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 2Cu－4e－===2Cu2＋‎ 9‎