高中化学 4.4 金属的电化学腐蚀与防护知识导学素材 新人教版选修4

第四节金属的电化学腐蚀与防护
案例探究
你是否有这样的生活常识：炒过菜的铁锅，未能及时清洗，第二天就会出现红褐色的铁锈；切过菜的菜刀（生铁做成）未及时擦洗干净，很快就锈迹斑斑。

这是由于铁发生电化学腐蚀的缘故。

在潮湿的（特别是有盐或植物体液）条件下：Fe-2e-====Fe2+,2H2O+O2+4e-==== 4OH-,Fe2++2OH-====Fe(OH)2↓,4Fe(OH)2+2H2O+O2====4Fe(OH)3，即铁被腐蚀生成红褐色Fe(OH)3的缘故。

问题与讨论：
1.铁生锈所处于的环境是潮湿的，如果在干燥的环境中，铁不易于生锈，试分析如何防护铁制器具？
2.纯铁和生铁哪种更容易生锈？试分析之。

自学导引
1.金属的腐蚀是指金属与周围接触到的气体或液体物质发生________而引起损耗的现象。

金属腐蚀的本质是________________________，发生________反应。

一般可分为________腐蚀和________腐蚀。

答案：氧化还原反应金属失去电子变成阳离子氧化化学电化学
2.电化学腐蚀：不纯的金属跟________接触时，会发生________反应，________的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做________。

（1）钢铁的析氢腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，将发生析氢腐蚀。

________是负极，________是正极。

发生的电极反应为：负极：________________；正极：________________。

生成的Fe(OH)2在空气中发生变化的化学方程式是：________________。

（2）钢铁的吸氧腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液________或呈________并溶有________时，将会发生吸氧腐蚀。

负极反应为：________________；正极反应为：________________。

总反应的方程式为：________________。

答案：电解质溶液原电池较活泼电化学腐蚀
（1）Fe C Fe-2e-====Fe2+ 2H++2e-====H2↑ 4Fe(OH)2+2H2O+O2====4Fe(OH)3
(2)呈中性弱碱性 O2 Fe-2e-====Fe2+ 2H2O+O2+4e-====4OH-
2Fe+2H2O+O2====2Fe(OH)2
3.金属的电化学防护
（1）金属防护的基本思路是：①防止________与 _______________直接接触；②防止金属形成________。

（2）金属防护的常用方法有：
①改变金属的内部结构，使金属性质改变，成为耐腐蚀金属，如不锈钢等。

②加保护层，如采用________、________、________、________或________等方法使金属与空气、水等物质隔离，以防金属氧化腐蚀。

③电化学防腐蚀。

a.牺牲阳极的阴极保护法：
这种方法通常是在被保护的钢铁设备（如锅炉内壁、船体外壳等）上装上若干________，作原电池的________极，不断遭受腐蚀，定期拆换，而使作为________极的船体被保护了下来。

b.外加电流的阴极保护法：
这种方法是将被保护的钢铁设备（如钢闸门）作为________，用惰性电极________，两者均存在于________，接上________。

通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面产生________的积累，这样就抑制了________________，从而防止了________。

答案：(1)金属氧化性介质表面电解质溶液层
（2）喷油漆涂油脂电镀喷镀表面钝化
a.锌块负正
b.阴极阳极电解质溶液中电源负电荷钢铁失去电子的作用钢铁的腐蚀
疑难剖析
一、金属的腐蚀
一般情况下，化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀要普遍得多，腐蚀速率也快得多。

【例1】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，其被腐蚀的速率大大减小，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，则其被腐蚀的速率增大，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
友情提示:在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢由下列原则判断：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀。

【例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：_________。

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，据此写出电极反应式；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。

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↑
友情提示:本题应根据铁钉被腐蚀所处的环境分析被腐蚀的原因和类型，然后确定电极反应。

所考知识点有：原电池构成条件、原电池电极反应、金属的腐蚀及类型。

二、电化学腐蚀的应用
要从发生电化学腐蚀的条件去选择防止金属腐蚀的方法。

【例3】下列叙述不正确的是（）
A.锌跟稀硫酸反应制取氢气，加入少量的硫酸铜能加快反应速率
B.镀层破损后，白铁（镀锌的铁）比马口铁（镀锡的铁）更易被腐蚀
C.钢铁表面常易被锈蚀生成Fe2O3·nH2O
D.钢铁在发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀时，完全相同的反应是负极反应
解析：A中锌与CuSO4发生置换反应后，铜附着在锌的表面上，浸泡在稀硫酸中形成铜锌原电池，负极锌被氧化而加速反应，故A正确。

B中镀锌铁构成原电池时锌为负极，铁为正极，铁被保护；镀锡铁构成原电池时铁作负极，锡作正极，铁失电子加速了铁的腐蚀，故B不正确。

C中钢铁的锈蚀主要是吸氧腐蚀，其电极反应为：负极（Fe）：2Fe-4e-====2Fe2+；正极（C）：2H2O+O2+4e-====4OH-，形成Fe(OH)2。

在空气中4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3，久置后2Fe(OH)3====Fe2O3+3H2O，所以铁锈的成分是Fe2O3·nH2O，故C也正确。

D中钢铁在发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀时，负极反应相同，都是Fe-2e-====Fe2+，但正极反应不同，分别析出氢气和吸收氧气，D也正确。

答案：B
友情提示:解答本类题应紧扣“原电池原理”这一中心，同时应注意原电池原理在电化学腐蚀中的应用。

拓展迁移
拓展点：金属发生电化学腐蚀的本质
1.电化学腐蚀过程中发生的化学反应是原电池反应，有电流产生。

2.影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。

就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。

介质对金属腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶解，都容易被腐蚀。

3.由于钢铁制品通常所处的外部环境干燥度较低，氧气的存在又非常广泛，在相同条件下，原电池反应比一般的氧化还原反应速率高，因此，在钢铁的腐蚀类型中主要是电化学腐蚀，其次是化学腐蚀。

但是，钢铁的腐蚀类型并不单一，一般是电化学腐蚀和化学腐蚀并存，只是有主次之分罢了。

4.无论哪种类型的金属腐蚀，其本质都是金属被氧化。