金属的腐蚀与防护知识点总结

第三单元金属的腐蚀与防护

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：2H20+02+4e-==40H-；

总反应：2Fe+02+2H20==2Fe(OH)2。

最终生成铁锈(主要成分为Fe203-xH20),反应如下：

4Fe(OH)2+02+2H20==4Fe(OH)3；

2Fe(OH)3==Fe203•xH20+(3-x)H20o

(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=Fe2++2e-；

正极：2H++2e-=H2f;

总反应：Fe+2H+==Fe2++H2f。

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）

课堂师生互动

知识点1钢铁析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较

析氢腐蚀 吸氧腐蚀

形成条件 水膜酸性较强 水膜酸性较弱

电解质溶液 溶有C02的水溶t液 溶有02的水溶液

负极反应 Fe-2e-==Fe2+

正极反应 2H++2e-==H2f 02+2H20+4e-==40H-

电子如何流动形成电通路 Fe失2e-,成为Fe2+进入溶液，Fe失去的e-流入C极，H+趋向于C极，与C极上的e-结合成H2析出溶液 Fe失Ze-成为FeZ+进入溶液，Fe失去的e-流入C极，在C极02获得6-成为0『进入溶液

其他反应及产物 Fe2++2OH-==Fe(OH)2 2Fe+02+2H20==2Fe(0H)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..铁表面镀锌，铁作阳极

B.船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀

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-==Cl2f

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试管中发生了析氢腐蚀

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+02+4e-+2H20==40H-

(3)较强的酸析氢Fe-2e-==Fe2+2H++2e-==H2f

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()

>2>1>3>1>3>4

>2>3>1>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>l>3o

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，再加入含有适量酚麟和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()

中铁钉附近呈现红色中铁钉上发生还原反应中铜丝上发生氧化反应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02+2H20+4e-=40H-,故A中铜丝处变红，b中A1为负极，Fe钉做正极，附近有0H-生成，故B项正确。

变式探究4（2008•广东卷，12）下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是（）

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.在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法

D.可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀

答案：AC

解析：本题考查了金属的腐蚀与防护问题，B中镀锡铁制品破损后，铁作负极被腐蚀；D中当加外加直流电源正极时钢管作阳极被腐蚀，故选AC。 变式探究5（20H•北京卷，8）结合下图判断，下列叙述正确的是（）

A. I和H中正极均被保护

B. I和H中负极反应均是Fe-2e-==Fe2+

C. I和H中正极反应均是02+2H20+4e-==40H-

D. I和H中分别加入少量K3[Fe（CN）6]溶液，均有蓝色沉淀

答案：A

解析：本题考查了电极反应式的书写，解题的关键是理解原电池原理。在原电池中活泼金属为负极失电子被氧化，不活泼金属做正极被保护，A项正确；I中锌为负极，失电子被氧化，B项错误；II中为酸性电解液，不能生成0H一,C项错误；亚铁离子与铁氧化离子生成蓝色沉淀，I中无亚铁离子生成，故无蓝色沉淀，D项错误。

特别提醒

⑴化学腐蚀和电化学腐蚀的联系和区别

化学腐蚀 电化学腐蚀（主要）

定义 金属跟接触到的物质直接发生化学反应引起的腐蚀 不纯金属（或合金）接触到电解质溶液所发生的原电池反应，较活泼金属原子失去电子被氧化而引起的腐蚀

吸氧腐蚀（主要） 析氢腐蚀

条件 金属与物质直接接触 水膜中溶有。2,呈极弱酸性或中性、碱性 水膜酸性较强

本质 金属被氧化而腐蚀 较活泼金属被氧化而腐蚀

区别 无电流产生 有微弱电流产生

反应式 2Fe+3Cl2==2FeCl3 负极：Fe-2e-==Fe2+

正极：2H2O+O2+4e-==4OH- 正极：2H++2e-==H2f

联系 两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍、危害更大

（2）化学腐蚀和电化学腐蚀的本质区别在于是否发生原电池反应。在电化学腐蚀中，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，而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀。

课后强化作业

基础夯实

1 .下列有关金属腐蚀的说法中正确的是（）

①金属的腐蚀全部是氧化还原反应 ②金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀，只有电化学腐蚀才是氧化还原反应

③因为二氧化碳普遍存在，所以钢铁的电化学腐蚀以析氢腐蚀为主

④无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，总是金属被氧化

B.②③

D.①③④

答案：C

解析：金属腐蚀的实质是M—ne-=Mn+,总是被氧化，均是氧化还原反应；钢铁在潮湿的空气中发生的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主。

2 .为了探究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用不同金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置内，并将这些装置在相同的环境中放置相同的一段时间，下列对实验结束时现象的描述不正确的是（）

A.实验结束时，装置I左侧的液面一定下降

B.实验结束时，装置I一定比装置H左侧液面低

C.实验结束时，装置H中的铁钉腐蚀最严重

D.实验结束时，装置m中的铁钉几乎没被腐蚀

答案：B解析：这是一道原电池原理应用于金属腐蚀的选择题，主要考查如何分析铁钉所处的环境，对铁钉的腐蚀起到促进还是保护作用，同时考查了盐酸具有挥发性，浓硫酸具有吸水性等知识点。装置I中铁钉处于盐酸的蒸气中，被侵蚀而释放出H2,使左侧液面下降，右侧液面上升；装置n中铁钉同样处于盐酸的蒸气中，所不同的是悬挂铁钉的金属丝由铁丝换成了铜丝，由于Fe比Cu活泼，在这种氛围中构成的原电池也会加速铁钉的腐蚀而放出更多的H2,使左侧液面下降得更多，右侧液面上升得更多；装置m中虽然悬挂铁钉的还是铜丝，但由于浓硫酸有吸水性而无挥发性，使铁钉处于一种较为干燥的空气中，因而在短时间内几乎没有被侵蚀。

3 .铁制自来水管与下列材料做成的水龙头连接，自来水管锈蚀最快的是（）

A.铁水龙头B.铜水龙头

C塑料水龙头D.陶瓷水龙头

答案：B

解析：铁制水管和铜制水龙头两种材料可以构成原电池的两极，其中铁管做负极，铜做正极，水可作电解质溶液，这样铁发生电化学腐蚀，而其他选项不能构成原电池。