第二节　金属的腐蚀和防护特级教师教学实录

第二节金属的腐蚀和防护

金属的腐蚀

[自读教材·夯基础]

1．定义

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

金属原子失去电子变成阳离子的过程。

nM――――――→M

氧化反应＋－ne－3．金属腐蚀的类型

化学腐蚀

金属跟接触到的物质(如O2、定义

Cl2、SO2等)直接发生化学反应而引起的腐蚀

本质

现象

影响因素

[跟随名师·解疑难]

(1)化学腐蚀主要发生在活泼金属与氧化性气体或液体直接接触时，如Fe――→FeCl3。

(2)电化学腐蚀主要是不纯的金属接触到电解质溶液发生的原电池反应。化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更为普遍。

(3)钢闸门、船体的下部分，埋在地下的钢管连接一块锌块都是发生原电池反应，其中铁受到了保护。

[剖析典例·探技法]

[例1]

金属的腐蚀分两类——化学腐蚀与电化学腐蚀，下列腐蚀属于电化学腐蚀的是

(

) A．钢铁与氯气接触生成氯化铁

B．钢铁与河水接触易生锈

C．石灰石被酸雨腐蚀

Cl2电化学腐蚀

不纯的金属(或合金)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

较活泼金属被氧化的过程

有电流产生

金属的活泼性差异，和电解质的强弱

金属被氧化的过程

无电流产生

温度升高会加快化学腐蚀速率

D．铜在潮湿空气中长期放置长出铜绿

[名师解析]

金属或合金与化学物质(如O2、Cl2、HCl、SO2等)接触发生化学反应的是化学腐蚀，不纯的金属或合金形成微小原电池，易发生电化学腐蚀。钢铁在潮湿环境下及铜在潮湿环境下长出铜绿均为电化学腐蚀。

[答案]

BD [互动探究]

银制物品在空气中变黑(Ag2S)是化学腐蚀还是电化学腐蚀？

提示：银器变黑(生成Ag2S)是化学腐蚀过程。

吸氧腐蚀与析氢腐蚀

[自读教材·夯基础]

1．吸氧腐蚀

(1)含义：钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性时，氧气参加电极反应，发生吸氧腐蚀。

(2)原理：

(3)有关方程式：

负极：2Fe－4e===2Fe2；

－＋正极：2H2O＋O2＋4e===4OH；

总反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2。

最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，

反应如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，

2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O。

2．析氢腐蚀

(1)含义：金属表面的水膜酸性较强，腐蚀过程中不断有H2放出，发生析氢腐蚀。

(2)原理：

－－

(3)有关方程式：

负极：Fe－2e===Fe2；

－＋正极：2H＋2e===H2↑；

总反应：Fe＋2H===Fe2＋H2↑。

＋＋＋－[跟随名师·解疑难]

(1)钢铁的电化学腐蚀，通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种情况，但以吸氧腐蚀为主，这两种腐蚀关键是看钢铁制品表面水膜的性质，当水膜呈较强的酸性时，发生析氢腐蚀，当水膜为弱酸性或中性时发生吸氧腐蚀。

(2)两种腐蚀的负极反应式相同，其差异主要体现在正极反应上。

(3)吸氧腐蚀与析氢腐蚀中“吸”与“析”的含义是不同的，书写时不能混淆。

[剖析典例·探技法]

[例2]

钢铁生锈过程发生如下反应：

①2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2；

②4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；

③2Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O。

下列说法正确的是(

) A．反应①、②中电子转移数目相等

B．反应①中氧化剂是氧气和水

C．与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀

D．钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀

[名师解析]

①②反应中消耗O2的量相等，两个反应也仅有O2作为氧化剂，故转移电子数是相等的，A项正确；①中H2O的H、O两元素的化合价没有变，故不作氧化剂，B项错误；铜和钢中的铁构成原电池，腐蚀速率加快，C项错误；钢铁是铁和碳的混合物，在潮湿的空气中易发生吸氧腐蚀，属于电化学腐蚀，故D项错误。

[答案]

A [名师点睛]

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中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢以后的金属腐蚀时，只能是吸氧腐蚀，如铜绿的形成就属于吸氧腐蚀。其中铜绿形成原理为：

2负极Cu：2Cu－4e===2Cu－－

正极杂质：2H2O＋O2＋4e===4OH－＋

总反应为：2Cu＋2H2O＋O2===2Cu(OH)2

2Cu(OH)2＋CO2===Cu2(OH)2CO3(铜绿)＋H2O

金属的防护

[自读教材·夯基础]

1．影响金属腐蚀的因素

(1)金属的性质：

金属越活泼，越易被腐蚀。若金属中能导电的杂质不如该金属活泼，则容易形成原电池而使金属发生电化学腐蚀。

(2)介质的影响：

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．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。越活泼的金属，越容易被腐蚀。

3．金属的防护方法

[跟随名师·解疑难]

金属腐蚀的防护措施

原理

使氧化剂与

防化学

腐蚀

改变金属

内部结构

牺牲锌(镁)块

防电化

学腐蚀

[剖析典例·探技法]

[例3]

下列材料保护的措施中不正确的是(

) ．A．将搪瓷快餐杯脱瓷的部位用醇酸油漆涂严实，防止杯被腐蚀

B．将自行车的铁链条涂上植物油，附止链条被腐蚀

C．将埋在地下的铁水管缠上废铜丝，防止水管被腐蚀

D．将埋在地下的木头桩先用火将表面烧焦，防止木材被腐蚀

[名师解析]

铁和铜在电解质溶液里构成铁为负极、铜为正极的原电池，加快铁的腐蚀。与外接电源负极相连

金属隔离

方法

包覆塑料层

涂油漆

涂矿物油

电镀

制成不锈钢

牺牲锌(镁)保护铁

铁作阴极被保护

适用对象

工具或车把

户外铁制设备

机械运转部分

精密仪器或设备

精密仪器或设备

大型门闸与舰船

大型水上设施

木材烧焦的部分主要是木炭，木炭的化学性质比较稳定，不易腐烂。

[答案]

C

1．吸氧腐蚀和析氢腐蚀的比较

形成条件

负极反应

正极反应

发生情况

联系

＋析氢腐蚀

水膜酸性较强

－吸氧腐蚀

水膜酸性很弱或为中性

Fe－2e===Fe2

＋2H＋2e===H2↑

相对较少，腐蚀速率较快

＋－O2＋2H2O＋4e===4OH

非常普遍，腐蚀速率一般较慢

－－吸氧腐蚀为主

Fe2＋2OH===Fe(OH)2↓

－水膜中的

相关反应

2．金属防护的常用方法

(1)改善金属的内部结构：

4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3

2Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O 根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。

(2)形成保护层：

在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类。如涂油漆、包塑料膜、搪瓷、电镀、形成致密氧化膜等。

(3)牺牲阳极的阴极保护法：

用比被保护金属活泼的金属或合金作负极，固定在被保护金属上，形成原电池，被保护金属作正极而得到保护。(注：阳极是发生氧化反应的电极，原电池中负极也叫阳极，原电池的正极也叫阴极，通常情况下原电池的两极称为正、负极，一般不称作阴、阳极) (4)外加电流法：

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阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。

金属腐蚀快慢的判断

(1)金属腐蚀的快慢取决于与金属接触的氧化剂的氧化能力的大小；氧化剂氧化性越强，金属腐蚀越严重。

(2)通常金属腐蚀的快慢类型：电解池的阳极>原电池的负极>自然腐蚀>原电池的正极(保护)>电解池的阴极(保护)。

(3)当同为形成原电池时，与以下两因素有关：

①与构成原电池的材料有关，两极材料的活动性差别越大，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。

1．金属腐蚀的本质是金属被(

) A．氧化

C．和氧发生化合反应

B．还原

D．置换出氢气

解析：金属原子因失去电子被氧化而发生腐蚀。

答案：A 2．建筑用的钢材在出厂之前都要经过发蓝处理，使其表面生成一层Fe3O4，其目的是

(

) A．增加钢材的硬度

B．增强钢材的抗腐蚀能力

C．使钢材美观

D．增加钢材的韧性

解析：发蓝处理是在钢材表面生成一层Fe3O4，是为了在金属表面覆盖保护层，增强抗腐蚀能力。

答案：B 3．在下列条件或环境中，铁制品最容易生锈的是(

) A．放在纯净的氧气中

C．放在干燥的空气中

B．浸没在蒸馏水中

D．放在潮湿的空气中

解析：铁制品在潮湿的空气中容易生锈，在干燥的环境下不容易生锈，浸没在蒸馏水中不能形成电解质溶液，也不接触氧气，腐蚀很慢。

答案：D 4．为防止轮船舱体的腐蚀，应在船壳水线以下位置镶嵌上一定数量的(

) A．铜块

C．锌块

B．铅块

D．钠块

解析：根据原电池原理，要保护金属，应在船体上镶嵌一定数量的比较活泼的金属。

答案：C 5．下图是铁钉在某溶液中被腐蚀的实验(开始时试管中液面和试管外液面等高)。

(1)甲、乙两图溶液中呈酸性的是________(填“甲”或“乙”)。

(2)甲图中电极反应式：正极___________________________________________，

负极________________________。

(3)乙图中发生反应的离子方程式是_____________________________________ ______________。

解析：从两图中液面的高度可以看出，甲图试管内液面上升，说明气体体积减小，有氧气被吸收，发生吸氧腐蚀。乙图试管内液面下降，说明气体体积增大，有氢气生成，发生析氢腐蚀。

答案：(1)乙

(2)O2＋2H2O＋4e===4OH

2Fe－4e===2Fe2

－－－＋(3)Fe＋2H===Fe2＋H2↑

＋＋

[三年高考感悟]

1．(2012·山东高考)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，Cu-Zn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，Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的

解析：

选项A，图a中，铁棒发生电化学腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻，错误；选项B，图b中开关置于M时，Cu-Zn合金作负极，由M改置于N时，Cu-Zn合金作正极，腐蚀速率减小，正确；选项C，图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，但氢气在Pt极上放出，错误；选项D，图d中Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由Zn的还原作用引起的，错误。

答案：B 2．(2010·北京高考)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．铁遇冷浓硝酸表现钝化，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，负极反应式是Fe－3e===Fe3

－＋解析：本题考查金属的腐蚀和防护，意在考查考生对金属腐蚀原理的理解和防护措施的应用。钢管与电源正极相连，则钢管作阳极，发生氧化反应而被腐蚀，A项错误；铁遇冷浓硝酸表面钝化，在表面生成一层致密的氧化膜保护内部不被腐蚀，B项正确；钢管与铜管露天堆放在一起，形成原电池时钢管作负极，发生氧化反应而被腐蚀，C项错误；钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应为：Fe－2e===Fe2，D项错误。

－＋答案：B

3．(2011·安徽高考)右图是三种稀酸对Fe-Cr合金随Cr含量变化的腐蚀性实验结果，下列有关说法正确的是(

) A．稀硝酸对Fe-Cr合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸的弱

B．稀硝酸和铁反应的化学方程式是：Fe＋6HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋3NO2↑＋3H2O C．Cr含量大于13%时，因为三种酸中硫酸的氢离子浓度最大，所以对Fe-Cr合金的腐蚀性最强

D．随着Cr含量增加，稀硝酸对Fe-Cr合金的腐蚀性减弱

解析：根据图可知，Cr的含量不同，三种酸对Fe-Cr合金的腐蚀性不同，当w(Cr)较小时，稀硝酸对其腐蚀性最强，A不正确；铁与稀硝酸反应生成的是NO而不是NO2，B不正确；三种酸的质量分数相同，盐酸中的氢离子浓度较大，C不正确；根据图中稀HNO3的曲线变化，可知D正确。

答案：D 4．(2010·新课标全国卷)合金是生活中常用的材料，请回答下列问题：

(1)生铁和钢是含碳量不同的铁碳合金，含碳量在2%～4.3%的称为________。不锈钢在

空气中比较稳定，不易生锈，有强的抗腐蚀能力，其合金元素主要是__________；

(2)钢铁的腐蚀给社会造成的损失是巨大的，所以采取各种措施防止钢铁的腐蚀是十分必

要的，请列举三种防止钢铁腐蚀的方法_______________________________________ ________________________________________________________________________；

(3)青铜的主要合金元素为__________，黄铜的主要合金元素为____________；

解析：(1)生铁和钢是常见的铁合金，含碳量为2%～4.3%称为生铁，含碳量0.03%～2%称为钢，而不锈钢是在钢中加入了铬、镍元素。

(2)金属防护的方法：①改变金属内部结构，例如制成不锈钢。②加保护层隔绝空气，例如喷油漆。③电化学保护法，例如镀一层更易失电子的金属。

(3)青铜为铜锡合金，黄铜为铜锌合金。

答案：(1)生铁

铬和镍

(2)在钢铁表面喷涂油漆；在金属表面镀上铬、锌等金属；对钢铁表面进行发蓝处理

(3)Sn

Zn