第三单元 金属的腐蚀与防护优秀教案内容

第四节

金属的电化学腐蚀与防护

[学习目标定位]

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，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。2.熟知金属腐蚀的防护方法。

一

金属的腐蚀

1.回答下列问题：

(1)铁与氯气反应的化学方程式是2Fe＋3Cl2=====2FeCl3；纯锌片与盐酸反应的离子方程式是Zn＋2H===Zn2＋H2↑；上述两反应过程不是(填“是”或“不是”)原电池反应。

＋＋点燃(2)铁制品在潮湿的环境中比在干燥的环境中易生锈，其原因是铁制品中含有杂质碳，在潮湿环境下的电解质溶液中构成原电池，加快了铁被氧化的反应速率。

2.金属腐蚀

(1)概念：金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。

(2)根据与金属接触的气体或液体物质不同，金属腐蚀可分为两类：

①化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(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加快。

②电化学腐蚀：不纯的金属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。

(3)用铝制饭盒盛放醋酸，一段时间后，饭盒被腐蚀，这种腐蚀属于化学腐蚀，反应的化学方程式为2Al＋6CH3COOH===2(CH3COO)3Al＋3H2↑；若用铝制饭盒盛放食盐(含水时)，一段时间后，饭盒被腐蚀，这种腐蚀属于电化学腐蚀，反应原理是(写电极反应式和总反应式)：负极：Al－3e===Al3，正极：O2＋2H2O＋4e===4OH，总反应：4Al＋3O2＋－＋－－6H2O===4Al(OH)3。

3.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析氢腐蚀和吸氧腐蚀，如下图所示：

(1)钢铁的析氢腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，腐蚀过程中有H2放出。Fe是负极，C是正极。发生的电极反应式及总反应式为

负极：Fe－2e===Fe2；

－＋正极：2H＋2e===H2↑；

总反应：Fe＋2H===Fe2＋H2↑。

＋＋＋－(2)钢铁的吸氧腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液呈中性或呈弱酸性并溶有一定量的O2时，将会发生吸氧腐蚀。发生的电极反应式及总反应式为

负极：2Fe－4e===2Fe2；

－＋

1

正极：2H2O＋O2＋4e===4OH；

总反应：2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2。

铁锈(Fe2O3·xH2O)的形成：2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O。

归纳总结

1.金属腐蚀的本质

金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。

2.金属腐蚀的类型

(1)化学腐蚀与电化学腐蚀

类型

条件

现象

本质

联系

(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀

类型

条件

电极反应

负极

正极

＋－＋＋－－化学腐蚀

金属跟非金属单质直接接触

无电流产生

金属被氧化

电化学腐蚀

不纯金属或合金跟电解质溶液接触

有微弱电流产生

较活泼金属被氧化

两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍

析氢腐蚀

水膜酸性较强(pH≤4.3) －吸氧腐蚀

水膜酸性很弱或呈中性

＋Fe－2e===Fe2

2H＋2e===H2↑

Fe＋2H===Fe2＋H2↑

O2＋2H2O＋4e===4OH

2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2

－－总反应式

联系

吸氧腐蚀更普遍

提示

(1)金属活动顺序表中氢后的金属不能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀。

(2)金属活动顺序表中氢之前、镁之后金属的电化学腐蚀与钢铁的电化学腐蚀相似。

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.如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4的雨水和生铁片。观察到：开始导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。以下有关解释合理的是(

)

A.生铁片中的碳是原电池的负极，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，碳极反应式为O2＋2H2O＋4e===4OH

D.具支试管中溶液pH逐渐减小

2 －－

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金属不被氧化。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：

(1)改变金属的内部结构，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)使金属与化学物质相互隔离，在金属表面覆盖油漆、镀层金属、氧化膜等保护层。

2.常见的金属防护方法

(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工业上常利用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)电化学保护法

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C(填字母)。

A.铜

B.钠

C.锌

D.石墨

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负极。

归纳总结

1.金属的电化学防护方法

类型

牺牲阳极的阴极保护法

外加电流的阴极保护法

2.判断金属腐蚀快慢的方法

(1)同一金属在相同电解质溶液中，金属腐蚀的快慢是电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。

(2)同一金属在相同电解质溶液中，电解质浓度越大，腐蚀越快。

(3)同一金属在不同电解质溶液中，金属腐蚀的快慢是强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。

的金属

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

方法

在被保护的设备上装上比它更活泼原理

被保护的金属作原电池的正极

被保护的金属作电解池的阴极

实例

船舶的外壳上装锌块

保护海水中的钢闸门

3.下列说法正确的是(

)

3

A.金属腐蚀就是金属原子失去电子被还原的过程

B.合金都比纯金属易被腐蚀

C.将金属与外加直流电源的负极相连，而将正极接到废铁上，可以防止金属被腐蚀

D.镀锌铁比镀锡铁更容易被腐蚀

4.下列对如图所示的实验装置的判断中错误的是(

)

A.若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀

B.若X为锌棒，开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀

C.若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法

D.若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H＋2e===H2↑

＋－

1.下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是(

) A.纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗

B.当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用

C.海轮外壳连接锌块以保护外壳不受腐蚀

D.可将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀

2.为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是(

) A.正极的电极反应方程式为O2＋2H2O＋4e===4OH

B.将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成

C.若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈

D.分别向铁、石墨电极附近吹入O2，前者铁锈出现得快

3.关于钢铁腐蚀与防护的说法不正确的是(

) A.钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的负极反应式均为Fe－2e===Fe2

－＋－－B.钢铁发生吸氧腐蚀时，正极反应式为O2＋2H2O＋4e===4OH

4 －－

C.地下钢管连接镁块是采用牺牲阳极的阴极保护法

D.用外加电流的阴极保护法防止钢铁腐蚀时，钢铁接电源的正极

4.根据下图，下列判断中正确的是(

)

A.烧杯a中的溶液pH降低

B.烧杯b中发生氧化反应

C.烧杯a中发生的反应为2H＋2e===H2↑

D.烧杯b中发生的反应为2Cl－2e===Cl2↑

5.根据图示判断，下列说法正确的是(

) ＋－－－

A.装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e===Fe

B.装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e===4OH

C.装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动

D.放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大

6.回答下列问题：

(1)如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。

－－－2＋

①该电化腐蚀称为__________________。

②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是________(填字母)。

③以锌为负极，采用牺牲阳极的阴极保护法防止铁闸的腐蚀，图中锌块的固定位置最好应在________处(填字母)。

(2)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成如图防腐示意图，并作相应标注：

(3)下图所示的各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是________。

5

(4)如图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中，下列分析正确的是________(填字母)。

A.K1闭合，铁棒上发生的反应为2H＋2e===H2↑

B.K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高

C.K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法

D.K2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001 mol气体

40分钟课时作业

[经典基础题]

题组1

金属的腐蚀与防护

1.下列事实与电化学腐蚀无关的是(

) A.光亮的自行车钢圈不易生锈

B.黄铜(Cu、Zn合金)制的铜锣不易生锈

C.铜、铝电线一般不连接起来作导线

D.生铁比熟铁(几乎是纯铁)容易生锈

2.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

3.下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是(

) ＋－

A.图1中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重

B.图2中，插入溶液中的铁棒容易溶解，主要是发生电化学腐蚀

C.图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀

D.图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的阴极

4.下列说法中正确的是(

) ①镀层破损后，白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易被腐蚀

②钢铁表面常易锈蚀生成

6

Fe2O3·xH2O

③锌和铁构成原电池时，铁作负极

④铅蓄电池中铅作负极，PbO2作正极，两极浸到稀H2SO4中

A.只有②④

B.只有①③

C.①②③

D.①②③④

5.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

－＋题组2

析氢腐蚀与吸氧腐蚀

6.如图装置中，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

7.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

8.下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(

)

A.图a中，铁钉易被腐蚀

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

9.将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。下列说法正确的是(

)

7

A.液滴中的Cl由a区向b区迁移

B.液滴边缘是正极区，发生的电极反应式为O2＋2H2O＋4e===4OH

C.液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2由a区向b区迁移，与b区的OH形＋－－－－成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈

D.若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应式为Cu－2e===Cu2

－＋10.银器的保护主要是维持它的原貌。对于轻微腐蚀蒙有硫化银的银器，可将其和铝片一起接触浸泡在稀NaOH溶液中，经一定时间后污迹消失，取出后用水洗干净，再用软布或棉团擦光。下列有关叙述中，不正确的是(

) A.溶液中的OH向负极移动

B.在银表面上的反应为Ag2S＋2e===2Ag＋S2

－－－C.在铝表面上的反应为Al－3e===Al3

－＋D.在铝表面的反应为Al＋4OH－3e===AlO2＋2H2O

[能力提升题]

11.甲、乙两池电极材料都是铁棒与碳棒，请回答下列问题：

－－－

(1)若两池中均为CuSO4溶液，反应一段时间后：

①有红色物质析出的是甲池中的________棒，乙池中的________棒。

②乙池中阳极的电极反应式是______________________________________________ ________________________________________________________________________。

(2)若两池中均为饱和NaCl溶液：

①写出乙池中总反应的离子方程式：________________________________________。

②甲池中碳棒电极上电极反应式是__________________________________________ ________________________________________________________________________，

乙池中碳棒电极上电极反应属于________(填“氧化反应”或“还原反应”)。

12.下图所示的是某研究性学习小组探究金属腐蚀条件的实验装置图，试分析实验并回答下列问题：

(1)若起始时甲、乙、丙三套装置的导管中液面高度相同，过一段时间后液面最高的是________。铁粉腐蚀的速率由大到小的排列顺序为(用甲、乙、丙填写)____________。

(2)通过甲、乙装置的对比说明钢铁中碳的含量越________(填“高”或“低”)越易腐蚀。

(3)乙装置中发生电化学腐蚀时正极的电极反应式为_____________________________。

8

(4)针对乙、丙装置研究的结果分析，可采用何种防护措施来减缓金属的腐蚀：____________________________________________(写出一点即可)。

13.钢铁在自然界中的腐蚀比较普遍。

(1)远洋轮船的钢铁船体在海水中易发生电化学腐蚀中的________腐蚀。为防止这种腐蚀，通常把船体与浸在海水里的Zn块相连，或与像铅酸蓄电池这样的直流电源的________(填“正”或“负”)极相连。

(2)若用钢铁(含Fe、C)制品盛装NaClO溶液会发生电化学腐蚀，钢铁制品表面生成红褐色沉淀，溶液会失去漂白、杀菌消毒功效。该电化腐蚀过程中的正极反应式为________________________________________________________________________。

(3)铁器深埋地下，也会发生严重的电化学腐蚀，原因是一种称为硫酸盐还原菌的细菌，能2提供正极反应的催化剂，将土壤中的SO24还原为S，试写出该电化学腐蚀的正极反应式－－________________________________________________________________________。

(4)利用下图装置，可以模拟铁的电化学防护。若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________处。若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为_____________。

14.某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。

(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)：

编号

①

②

③

实验目的

为以下实验作参照

醋酸浓度的影响

碳粉/g 0.5 0.5 0.2 铁粉/g 2.0

2.0 醋酸/% 90.0 36.0 90.0 (2)编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了_______腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了_______(填“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式是______________。

(3)该小组对图2中0～t1时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二：

假设一：发生析氢腐蚀产生了气体；

假设二：___________________________________________________________________；

……

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