2019届一轮复习人教版金属的电化学腐蚀与防护学案

2019届一轮复习人教版金属的电化学腐蚀与防护学案

‎2019年全国卷高考化学总复习《金属的电化学腐蚀与防护》专题突破 ‎【考纲要求】‎ ‎ 1．金属腐蚀的种类，探究金属发生电化学腐蚀的原因。‎ ‎2．了解金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。‎ ‎【考点梳理】‎ 考点一：金属腐蚀 ‎1．定义：金属腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。‎ ‎2．本质：金属腐蚀的实质都是金属原子失去电子被氧化生成金属阳离子的过程。‎ M－ne－==Mn+（M代表金属元素）。‎ ‎3．类型：（1）化学腐蚀：金属或合金直接与具有腐蚀性的化学物质接触发生氧化还原反应而消耗的过程。‎ ‎（2）电化学腐蚀：不纯金属或合金与电解质溶液接触发生原电池反应而消耗的过程。‎ 考点二：金属的电化学腐蚀 ‎1．化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 化学腐蚀 电化学腐蚀 相同点 金属原子失去电子而被氧化的过程，即金属原子转化为阳离子的过程 不同点 条件 金属与氧化剂直接接触 不纯金属与电解质溶液接触 电流 无电流 有微弱电流（发生原电池反应）‎ 对象 金属单质 较活泼金属 本质 金属被氧化 活泼金属被氧化 相互关系 往往同时发生，电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，危害更严重 ‎2．电化学腐蚀的种类：‎ ‎（1）种类：吸氧腐蚀与析氢腐蚀 ‎（2）吸氧腐蚀与析氢腐蚀的比较（以钢铁为例）‎ 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（C）‎ O2+2H2O+4e―==4OH―‎ ‎2H++2e―==H2↑‎ 负极反应（Fe）‎ Fe―2e―==Fe2+‎ 其他反应 Fe2++2OH―==Fe(OH)2↓‎ ‎4Fe(OH)2+2H2O+O2==4Fe(OH)3‎ Fe(OH)3转化为铁锈（Fe2O3·xH2O）‎ ‎3．金属腐蚀的快慢一般规律 ‎(1) 在同一电解质溶液中，电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。‎ ‎(2) 在不同溶液中，金属在电解质溶液中的腐蚀>金属在非电解质溶液中的腐蚀；金属在强电解质溶液中的腐蚀>金属在弱电解质溶液中的腐蚀。‎ ‎(3) 有保护措施的条件下，无防护条件的腐蚀>有一般防护条件下的腐蚀>牺牲阳极的阴极保护法条件下的腐蚀>外接电源的阴极保护法条件下的腐蚀。‎ ‎(4) 对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。‎ ‎(5) 由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液，故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，只有在金属活动性顺序表中排在氢以前的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属腐蚀时只能是吸氧腐蚀。‎ 考点三：金属的电化学防护 ‎1．在金属表面覆盖保护层。‎ ‎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、热镀、喷镀的方法，在钢铁表面镀上一层耐腐蚀的金属，如铁上镀锌、锡、铬等；‎ ‎③用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜保护（表面钝化），如钢铁制品表面生成Fe3O4，在铝制品表面生成Al2O3。‎ ‎2．改变金属内部的组成结构，制成合金。如把钢中加Cr、Ni制成不锈钢。‎ ‎3．电化学保护法，即将金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护。‎ ‎（1）牺牲阳极的阴极保护法 此法应用原电池原理，让被保护金属作为正极（阴极），另找一种活动性较强的金属作为负极（阳极）。例如在锅炉内壁、船舶外壳装上若干锌块，就可保护钢铁设备。‎ 发生的电极反应：负极：Zn－2e－==Zn2+‎ ‎ 正极：O2+4e－+2H2O==4OH－ ‎ ‎ Zn不断被腐蚀，可定期拆换。而铁得到保护。‎ ‎（2）外加电流的阴极保护法 此法应用电解原理，让被保护金属作阴极（接电源负极），惰性电极作辅助阳极（接电源正极），两者都存在于海水中。接上直流电源。例如钢闸门，可用此法防止腐蚀。此法中阳极上放电的微粒是海水中的阴离子，阴极上放电的微粒是海水中的阳离子。‎ ‎【典型例题】‎ 类型一：金属的电化学腐蚀 例1．右图装置中，U形管内为红墨水，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―==Fe2+‎ D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀 ‎【答案】B ‎ ‎【解析】Fe与C及电解质溶液形成原电池，Fe是负极：Fe―2e―==Fe2+；C是正极。在a中食盐水为中性，发生吸氧腐蚀，a中压强减小；b中氯化铵溶液水解显酸性，发生析氢腐蚀，b中压强增大，红墨水柱液面是左高右低。‎ ‎【总结升华】注意在原电池中较活泼的一极Fe是负极：Fe―2e―==Fe2+，正极反应要看电解质溶液的酸碱性情况。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】下列说法正确的是（ ）‎ A．钢铁因含杂质而容易发生电化腐蚀，所以合金都不耐腐蚀 B．原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，故不能用来减缓金属的腐蚀 C．钢铁电化腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的pH不同，引起正极反应不同 D．无论哪种类型的腐蚀，其实质都是金属被氧化 ‎【答案】CD ‎【变式2】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，设计了如下图所示的快速、易行的方法：‎ ‎ ‎ 首先检查制取氧气的装置的气密性，然后按上图连接好装置，点燃酒精灯给药品加热，持续3 min左右后，观察到的实验现象为：①直形管中干燥的铁丝表面依然光亮，没有发生锈蚀；②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；③烧杯中潮湿的铁丝表面依然光亮。试回答下列问题。‎ (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________。能表示其原理的电极反应方程式为：_______________________________________________________________________。‎ (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，铁生锈的条件为________。决定铁生锈快慢的一个重要因素是__________________ 。‎ ‎【答案】(1)电化学腐蚀　负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－‎ ‎(2)球形干燥管　碱石灰(或无水CaCl2)　干燥O2‎ ‎(3)与O2和水接触　氧气浓度 类型二：金属腐蚀快慢的比较 例2．下图各容器中盛海水，铁会在其中发生变化。按铁极腐蚀的速度由快至慢的顺序为 ‎ ‎【答案】Ｄ＞Ｂ＞Ａ＞Ｃ＞Ｅ ‎【解析】Ａ中Fe放置在海水中，形成了无数微小的原电池，发生电化学腐蚀。Ｂ、Ｃ均构成原电池，Ｂ中Fe的活泼性强于Sn，Fe作负极被腐蚀；Ｃ中Zn的活泼性比Fe强，Zn作负极被腐蚀，而Fe被保护。D、E形成电解池，其中D中Fe作阳极被腐蚀，而E中Fe作阴极，被保护。因此Fe被腐蚀由快到慢的顺序为：Ｄ＞Ｂ＞Ａ＞Ｃ＞Ｅ。‎ ‎【总结升华】在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢由下列原则判断：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】下列几种金属制品的镀层损坏后，金属腐蚀的速率最快的是（ ）‎ A．镀铝塑料 B．食品罐头盒（镀锡） C．白铁水桶（镀锌） D．镀银铜质奖章 ‎【答案】B ‎【变式2】如图，Fe被腐蚀的速率由快到慢的顺序为________。‎ ‎ ‎ ‎【答案】⑤④①②③ ‎ ‎【解析】④、⑤中，两种金属活泼性差别越大，Fe被腐蚀的速率越快。‎ 类型三：金属腐蚀的防护 例３．对外加电流的金属保护中，下列叙述正确的是（ ）‎ A．被保护的金属与电源的正极相连 B．被保护的金属与电源的负极相连 C．在被保护的金属表面上发生氧化反应 D．被保护的金属为阴极，其表面上发生氧化反应 ‎【思路点拨】阳极与电源的正极相连，阳极发生氧化反应。‎ ‎【答案】B ‎【解析】外加电流的金属保护法依据的是电解池的原理，被保护的金属与电源的负极相连，作阴极，发生还原反应，故只有B项正确。 ‎ ‎【总结升华】外加电流的阴极保护法是应用电解原理，让被保护金属作阴极（接电源负极），惰性电极作辅助阳极（接电源正极）。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】海水的进水钢闸门易被腐蚀，对此的下列说法不正确的是（ ）‎ A．钢闸门腐蚀的本质是Fe―2e―==Fe2+‎ B．钢闸门腐蚀主要原因是发生电化学吸氧腐蚀，其阴极反应是O2+2H2O+4e―==4OH―‎ C．将钢闸门与浸入海水的锌块用导线相连，可防止钢闸门腐蚀 D．将钢闸门与直流电源的正极相连，可防止钢闸门腐蚀 ‎【答案】D ‎ ‎【解析】钢闸门在腐蚀过程中铁被氧化为Fe2+，腐蚀原理为吸氧腐蚀型的电化学腐蚀，A、B项对；当将钢闸门与浸入海水的锌块用导线连接起来后就构成了原电池，锌块作负极，钢闸门作正极受到保护，C项对；若将钢闸门与电源正极相连，则其成为阳极被加速腐蚀掉，D项错。‎