第二节　金属的腐蚀和防护优秀教学设计范文

第二节

金属的腐蚀和防护

商丘市实验中学

程敏

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1.能描述金属腐蚀的类型和化学原理。2.了解影响金属腐蚀的快慢因素。3.知道金属防护的常用方法。4.认识防止金属腐蚀的重要意义。

一、金属的腐蚀

金属的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。金属的腐蚀一般分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

1.化学腐蚀

金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。

2.电化学腐蚀

(1)电化学腐蚀的概念

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，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。

(2)电化学腐蚀的类型

在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜。水能电离出少量的H和OH，同时由于空气中CO2的溶解，使水里的H增多：H2O＋CO2＋＋－H2CO3H＋HCO3。这样在钢＋－铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜，它跟钢铁里的铁和少量的碳构成无数微小的原电池。Fe是负极，电极反应为Fe－2e===Fe2。

－＋①钢铁表面的水膜酸性很弱或者呈中性，在正极上是溶解在水膜中的O2得到电子而被还原(钢铁的腐蚀主要是这种情况)：2H2O＋O2＋4e===4OH。这种腐蚀称为吸氧腐蚀。

②如果水膜的酸性较强，在正极，则是溶液中的H得到电子而被还原：2H＋2e===H2↑。这种腐蚀称为析氢腐蚀。

议一议

1.化学腐蚀和电化学腐蚀有什么异同？试完成下列表格。

条件

本质

区别

关系

化学腐蚀

金属与氧化性物质直接接触

金属被氧化

无电流产生

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

较活泼金属被氧化

有微弱电流产生

＋＋－－－化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更严重

2.为什么说电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因？

答案

由于钢铁直接接触化学物质而发生化学腐蚀的机会并不多，而接触电解质溶液的机会却比较多，且钢铁本身又是铁碳合金。因此，主要形成原电池而发生电化学腐蚀。

3.为什么钢铁在潮湿的环境中比在干燥的环境中更容易生锈？

答案

不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成微小原电池发生电化学腐蚀，主要发生吸氧腐蚀，加快了反应速率。

二、金属的防护

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

金属的防护

—加防护层：如：涂油漆、包塑料层、搪瓷、电镀等。—电化学法：在被保护的金属上连接一种更易失电子

的金属，或该金属直接与电源的负极相连。—改变金属的内部结构：如将钢铁制成不锈钢。

议一议

如图，一根铁丝插入煮沸过的蒸馏水中，铁丝上有三点。

(1)A、B、C三点中腐蚀最快的是____________。

(2)若向蒸馏水中加入少量食盐，B处的腐蚀速率将________(填“加快”、“不变”或“减慢”)。

(3)若将蒸馏水换成：①0.1mol·L1H2SO4溶液；②1mol·L1H2SO4溶液；－－③18.4mol·L1H2SO4溶液，则A处腐蚀由快到慢的顺序是______________。

－答案

(1)B

(2)加快

(3)②＞①＞③

解析

(1)根据题意可知：A在煮沸的蒸馏水内部，因缺少氧气，很难形成电解质溶液，几乎不腐蚀；B在水面处，潮湿又存在空气，易发生电化学腐蚀；C在水面以上，与氧气发生化学腐蚀。根据同一种物质，发生电化学腐蚀与化学腐蚀的对比可知B处铁丝的腐蚀比C处的快。

(2)蒸馏水中加入少量食盐(强电解质)，增强了原电池中电解质溶液的导电能力，B点腐蚀速率加快。

(3)①②硫酸为稀硫酸，但是①中硫酸的浓度小于②中硫酸的浓度，铁丝在②中的腐蚀速率比①中的快，③中18.4mol·L－1的硫酸(98%)是浓硫酸，铁很快发生了钝化，几乎不腐蚀。

1.吸氧腐蚀与析氢腐蚀的比较

例1

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↑

＋＋知识归纳

条件

正极反应

负极反应

＋析氢腐蚀

水膜酸性较强

2H＋2e===H2↑

＋－吸氧腐蚀

水膜酸性较弱或呈中性、碱性

O2＋2H2O＋4e===4OH

－＋－－Fe－2e===Fe2

Fe2＋2OH===Fe(OH)2↓

－铁锈的形成

4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3

2Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O 变式训练1

如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4久置的雨水和生铁片。实验时观察到：开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。下列说法正确的是(

) A.生铁片中的碳是原电池的阳极，发生还原反应

B.雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀

C.墨水回升时，碳电极反应式为O2＋2H2O＋4e===4OH

－－

D.具支试管中溶液pH逐渐减小

答案

C 解析

生铁片中的碳是原电池的正极，A错；雨水酸性较强，开始时铁片发生化学腐蚀和析氢腐蚀，产生氢气，导管内液面下降，一段时间后铁片发生吸氧腐蚀吸收氧气，导管内液面回升，B错；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－－===4OH，C对；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管内溶液pH均增大，D错。

2.金属腐蚀快慢的比较

例2

如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为(

)

A.②①③④⑤⑥

C.⑤④②①③⑥

B.⑤④③①②⑥

D.⑤③②④①⑥

解析

⑤中Fe为电解池的阳极，是腐蚀最快的；⑥是电解池的阴极，是保护效果最好的；②③④是原电池，②④中Fe是负极，易被腐蚀，但因电极材料Sn与Fe比Cu与Fe的活泼性差距小，④中Fe更易腐蚀；③中Fe为原电池的正极，被保护。

答案

C 规律方法

(1)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。

(2)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：

强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液。

(3)活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。

(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。

变式训练2

取6根铁钉、6支干净的试管及其他材料，如图所示进行准备：

试管①放入一根铁钉，再注入蒸馏水，使铁钉和空气及水接触；试管②的试管底放入硅胶(是一种干燥剂)，再放入铁钉，用棉花团堵住试管口，使铁钉和干燥空气接触；试管③先放入一根铁钉，趁热倒入煮沸的蒸馏水浸没铁钉，再加上一层植物油，使铁钉不能跟空气接触；试管④中放入铁钉注入食盐水，使铁钉和空气及食盐水接触；试管⑤放入相连的铁钉和锌片，

注入自来水，浸没铁钉和锌片；试管⑥放入相连的铁钉和铜丝，注入自来水，浸没铁钉和铜丝。把6支试管放在试管架上，几天后观察铁钉被腐蚀的情况，可能仍未被腐蚀的铁钉是(

) A.①②③

C.②③⑤

答案

C 解析

铁腐蚀的条件是有O2和H2O同时参与，故②③试管中铁钉不易被腐蚀；⑤中铁钉连接活泼金属锌，对铁钉起保护作用。

3.探讨金属的防护措施

例3

下列几种铁板在镀层被破坏后，最耐腐蚀的是(

) A.镀锌铁板

C.镀锡铁板

B.镀铜铁板

D.镀铅铁板

B.①②④

D.①②③④⑥

解析

A项镀锌铁板，镀层被破坏后，构成锌-铁原电池，锌为负极被氧化；铁为正极，铁得以保护，故最耐腐蚀；B、C、D三项中镀层被破坏后，铁容易被腐蚀；因为铜、锡、铅的金属性比铁弱，形成原电池时，铁为负极失去电子被氧化，故不耐腐蚀。

答案

A 防护措施归纳

(1)涂保护层，如涂油漆、涂油脂、电镀、表面处理等。

(2)保持干燥。

(3)改变金属的内部结构，使其稳定，如制成不锈钢。

(4)牺牲阳极的阴极保护法，即用一种更为活泼的金属与要保护的金属构成原电池。

如在如图所示装置中，因Zn比Fe活泼，所以：Zn(负极): Zn－2e===Zn2(氧化反应)；

－＋Fe(正极)：氧化剂在此得Zn失去的电子。

(5)外加电源法。将被保护的金属与电源的负极相连接，由于电源负极向该金属提供电子，该金属就不失电子而得以保护。

变式训练3

为了保护地下钢管不受腐蚀，可采用的方法是(

) A.将它与直流电源负极相连

B.将它与直流电源正极相连

C.将它与铜板相连

D.将它与银板相连

答案

A 解析

本题是为保护地下钢管不受腐蚀。从选项内容来看，应采用的是电化学保护方法，只要是使钢管上有富集的电子就可受到保护，所以把钢管作原电池的正极或电解池的阴极。

1.关于化学腐蚀与电化学腐蚀的比较正确的是(

) A.金属的化学腐蚀和电化学腐蚀都是金属与电解质溶液直接接触

B.化学腐蚀时无电子转移，电化学腐蚀时有电子转移

C.化学腐蚀与电化学腐蚀都是金属失电子被氧化的过程

D.化学腐蚀反应速率快，电化学腐蚀反应速率慢

答案

C 解析

A项金属发生化学腐蚀是金属与氧化剂直接反应，电化学腐蚀是与电解质溶液接触形成原电池，A错；B项化学腐蚀与电化学腐蚀都有电子转移，B错；C项金属腐蚀的实质是金属失电子被氧化的过程，C正确；D项电化学腐蚀的反应速率大于化学腐蚀的反应速率，D错。

2.下列关于金属腐蚀的叙述正确的是(

) nA.金属在潮湿空气中腐蚀的实质是M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑

2B.金属的化学腐蚀的实质是M－ne===Mn，电子直接转移给氧化剂

－＋C.金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行

D.在潮湿的中性环境中，金属的电化学腐蚀主要是析氢腐蚀

答案

B 解析

A项，金属在潮湿空气中腐蚀以吸氧腐蚀为主；C项，金属的化学腐蚀需接触氧化性气体或氧化性物质，不需要在酸性条件下，且金属失去电子被氧化，直接转移给氧化剂；D项，金属在中性电解质溶液中，主要发生吸氧腐蚀。

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，防止快餐杯被腐蚀

B.将自行车的铁链条涂上植物油，防止链条被腐蚀

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

答案

C 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；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。

4.下列关于吸氧腐蚀和析氢腐蚀的判断正确的是(

) A.吸氧腐蚀时正极放出O2

B.析氢腐蚀时正极放出H2

C.析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍

D.析氢腐蚀与吸氧腐蚀的负极反应都是Fe－3e===Fe3

－＋答案

B 解析

钢铁发生腐蚀时负极反应为Fe－2e===Fe2，吸氧腐蚀时正极吸收O2反应为O2＋－＋2H2O＋4e===4OH，析氢腐蚀时正极反应为2H＋2e===H2↑，放出H2；钢铁的吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍。

5.为了防止轮船的腐蚀，应在船壳水线以下位置嵌下一定数量的(

) A.钠片B.铅块C.锌块D.铜块

答案

C 解析

轮船的主要成分是铁，可连接一定数量的比铁活泼的金属，以防止船体的腐蚀。A项，钠极易与水反应，B、D项的金属都比铁稳定，故选C。

6.如图中a为生铁，A、B两个烧杯中为海水，C烧杯中为1mol·L－1－－＋－的稀硫酸。

(1)C中Cu极的电极反应式为___________________________________________。

(2)B中Zn极的电极反应式为___________________________________________。

Fe极附近溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(3)A、B、C中铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是__________________________。

答案

(1)2H＋2e===H2↑

(2)Zn－2e===Zn2

增大

(3)C＞A＞B －＋＋－解析

B、C装置为原电池，在原电池中，活泼金属作负极，故B中Fe作正极被保护，C中Fe作负极被腐蚀。