第二节　金属的腐蚀和防护教学实录及点评

第三章第二节

金属的腐蚀与防护

藁城区第九中学

李玉肖

知能定位

1.了解金属腐蚀的原因，能辨别金属发生腐蚀的类型。

2.了解金属电化学腐蚀的原因及反应原理。

3.了解金属防护的一般方法及金属的电化学防护的原理。

情景切入

铁生锈的现象随处可见，为什么铁在潮湿的环境中容易生锈？采取什么措施可以防止铁生锈呢？

自主研习

一、金属的电化学腐蚀

1.金属腐蚀

（1）定义

金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象。

（2）实质

金属失去电子被氧化。

（3）类型

①化学腐蚀：指金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀。腐蚀过程中无电流产生。

②电化学腐蚀：指不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。

2.电化学腐蚀

（1）吸氧腐蚀：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。

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：金属表面的电解质溶液酸性较强，腐蚀过程中不断有H2放出。

负极：

Fe==Fe+2e；

正极：

2H++2e-==H2↑;

总反应：Fe+2H+==Fe2++H2↑。

二、金属的电化学防护

1.金属的防护

（1）本质：阻止金属发生氧化反应。

（2）方法

①改变金属内部结构，如制成合金等。

②加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀等。

③电化学防护

2.电化学防护

（1）牺牲阳极的阴极保护法

将被保护金属与比其更活泼的金属连接在一起，更活泼的金属作阳极（负极）被腐蚀，作为阴极（正极）的金属被保护。

（2）外加电流的阴极保护法（原理如图）

2+-

课堂师生互动

知识点１

钢铁析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较

类型

形成条件

负极反应

析氢腐蚀

水膜酸性较强

Fe-2e-==Fe2+

2H++2e-==H2↑

O2+2H2O+4e-==4OH-

吸氧腐蚀

水膜酸性较弱

溶有O2的水溶液

电解质溶液

溶有CO2的水溶t液

正极反应

电子如何流动形成电通路

其他反应及产物

Fe失2e-，成为Fe2+进入溶液，FeFe失2e-成为Fe2+进入溶液，Fe失去的e-失去的e-流入C极，H+趋向于C极，流入C极，在C极O2获得e-成为OH-进与C极上的e-结合成H2析出溶液

入溶液

Fe2++2OH-==Fe(OH) 2

2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2

4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3; 2Fe(OH)3==Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O 普遍性

吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍

考例１

（2009·北京卷，6）下列叙述不正确的是（

）

A..

B.

C.钢铁吸氧腐蚀的正极反应：O2+2H2O+4e--==4OH-

D.工业上电解饱和食盐水的阳极反应：2Cl--2e-==Cl2↑

解析：本题主要考查电化学知识，只要掌握原电池和电解的原理就能作答，A项中锌作阳极，B项锌作负极，铁被保护，C、D都是正确的。

答案：

A 变式探究1

（2009·上海卷，13）下图装置中，U型管内为红墨水，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

答案：

B

解析：

a为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b中酸性较强，发生析氢腐蚀，有氢气放出，气体压强增大，所以红墨水柱两边的液面变为左高右低，故B项错。

变式探究2

如右图所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：

（1）铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于

腐蚀。

（2）若试管内液面上升，则原溶液是

性，发生

腐蚀，电极反应：负极：

，正极：

。

（3）若试管内液面下降，则原溶液呈

性，发生

腐蚀，电极反应：负极：

；正极：

。

答案：（1）电化学

（2）弱酸性或中

吸氧

2Fe-4e-==2Fe2+

O2+4e-+2H2O==4OH-

（3）较强的酸

析氢

Fe-2e-==Fe2+

2H++2e-==H2↑

解析：根据原电池的构成条件，两种不同的材料在有电解质溶液时，若形成闭合回路，即可构成原电池。铁钉实际上是钢制成的，在这种情况下具备形成原电池的条件，此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件、原理及结果可知：试管内液面上升，说明试管内压强减小，气体被吸收所致，是铁钉吸氧腐蚀的结果，据此写出电极反应；试管内液面下降，说明试管内气体压强变大，试管内产生了新气体所致，是铁钉的析氢腐蚀的结果，据此写出电极反应。

知识点２

金属腐蚀快慢的判断以及金属的防护

1.不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗。金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关：

（1）与构成原电池的材料有关：

两极材料的活泼性差别越大，氧化还原反应的速率越快，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比在非电解质溶液中的腐蚀速率快，在强电解质溶液中的腐蚀比在弱电解质溶液中的腐蚀速率快。

（3）一般说来可用下列原则判断：

电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有原电池防护措施的腐蚀>有电解池防护措施的腐蚀。

考例２

如下图所示，各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时，由快到慢的顺序是（

）

A.4>2>1>3

B.2>1>3>4

C.4>2>3>1

D.3>2>4>1

解析：金属的腐蚀，从本质上讲也是组成化学电池发生氧化还原反应的结果。在原电池中，活泼金属为负极，该金属被氧化，不活泼金属便被保护起来，其被腐蚀的速度大大减小，所以装置3中的铁被腐蚀的速率比1中的慢；反之，当铁与比它不活泼的金属，如Sn、Cu等连接起来，则被腐蚀的速度增大，所以在容器2中的铁比容器1中的铁腐蚀得快。容器4是一个电解池，在这里Fe是阳极，不断地以Fe2+的形式进入容器中，从而加速了铁的腐蚀，在上述四种容器中，容器4中的铁的腐蚀过程是最快的。综上分析，按铁被腐蚀的快慢顺序为：4>2>1>3。

答案：

A 变式探究3

如图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入含有适量酚酞和

NaCl的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶（离子在琼胶内可以移动），下列叙述正确的是(

)

A.a中铁钉附近呈现红色

B.b中铁钉上发生还原反应

C.a中铜丝上发生氧化反应

D.b中铝条附近有气泡产生

答案：

B

解析：本题主要考查金属的腐蚀和电极反应。a、b均构成原电池，a中Fe为负极，铜丝为正极发生O2+2H2O+4e-=4OH-，故A中铜丝处变红，b中Al为负极，Fe钉做正极，附近有OH-生成，故B项正确。