2013届复习知识点深度剖析 专题6 第2节 原电池 金属的电化学 腐蚀
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化学腐蚀与电化学腐蚀知识点整理化学腐蚀与电化学腐蚀知识点整理在平日的学习中,是不是经常追着老师要知识点?知识点是知识中的最小单位,最具体的内容,有时候也叫“考点”。
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金属腐蚀的现象十分复杂,根据金属腐蚀的机理不同,通常可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。
1 化学腐蚀金属材料与干燥气体或非电解质直接发生化学反应而引起的破坏称化学腐蚀。
钢铁材料在高温气体环境中发生的腐蚀,通常属化学腐蚀,在生产实际中常遇到以下类型的化学腐蚀。
a、钢铁的高温氧化钢铁材料在空气中加热时,铁与空气中的02发生化学反应,在570℃以下反应如下:3Fe + 202 Fe304生成的Fe304是一层蓝黑色或棕褐色的致密薄膜,阻止了O2与Fe的继续反应,起了保护膜的作用。
在570℃t22_k生成以FeO为主要成分的氧化皮渣,反应如下:2Fe + O2 2FeO生成的FeO是一种既疏松又极易龟裂的物质,在高温下O2可以继续与Fe反应,而使腐蚀向深层发展。
不仅空气中的氧气会造成钢铁的高温氧化,高温环境中的CO2,水蒸气也会造成钢铁的高温氧化,反应如下:Fe + CO2 FeO + CO;Fe + H2O FeO + H2温度对钢铁高温氧化影响极大,温度升高,腐蚀速率显著增加,因此,钢铁材料在高温氧化性介质(O2,C02,H20等)中加热时,会造成严重的氧化腐蚀。
b、钢的脱碳钢中含碳量的多少与钢的性能密切相关。
钢在高温氧化性介质中加热时,表面的C或Fe3C极易与介质中O2,C02,水蒸气,H2等发生反应:Fe3C(C) + 1/2O2 3Fe + CO; Fe3C(C) + C02 3Fe + 2CO;Fe3C(C) + H20 3Fe + CO + H2; Fe3C(C) + 2H2 3Fe + CH4上述反应使钢铁工件表面含碳量降底,这种现象称为"钢的脱碳"。
金属的电化学腐蚀及电池的概念电化学腐蚀是指在金属与溶液接触的条件下,由于电化学反应导致金属的损失和溶液中物质的释放的一种现象。
而电池则是一种能够将化学能转化为电能的装置。
本文将介绍金属的电化学腐蚀及电池的概念,并探讨二者之间的联系。
一、金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀是金属与周围环境中的溶液发生的一种电化学反应导致金属发生氧化损失的过程。
这一过程主要涉及两个基本反应:阳极反应和阴极反应。
阳极反应是金属本身的氧化,而阴极反应则是还原反应。
腐蚀的产生可以通过以下方程式表示:M → M^n+ + ne^-(阳极反应)2nH^+ + 2e^- → H2(阴极反应)这些反应产生的电流也被称为腐蚀电流,而腐蚀速率则取决于电流密度。
在腐蚀过程中,金属表面逐渐溶解,并形成无定型的金属离子和氧化物等产物。
二、电池的概念电池是一种将化学能转化为电能的设备。
其基本机制是通过两个半电池(即氧化半反应和还原半反应)之间的电子流动来产生电流。
电池由正极、负极和电解质组成。
正极是发生氧化反应的地方,负极则是发生还原反应的地方,而电解质则是连接正负极并允许离子在其中移动的介质。
电池的工作原理可以通过以下方程式表示:M(正极)→ M^n+ + ne^- (氧化反应)M'^n+ + ne^- → M'(负极)(还原反应)电迁移会在电解质中引起离子在正负极之间的传递,形成电势差,并导致电流的流动。
根据不同的反应类型和电子流动方向,可以将电池分为原电池和电解池。
三、金属的电化学腐蚀与电池的联系金属的电化学腐蚀与电池之间存在一定的联系。
事实上,我们可以将电化学腐蚀看作是一种“自发电池”的过程。
在金属腐蚀时,金属发生氧化反应并释放电子(作为电流)。
这些电子通过电解质传递到另一个区域(即金属的表面),在那里发生还原反应。
这样,金属腐蚀过程中的电化学反应形成了一个电池。
例如,铁的电化学腐蚀反应可以表示为:Fe → Fe^2+ + 2e^-(阳极反应)2H^+ + 2e^- → H2(阴极反应)这两个半反应构成了一个铁电池。
电化学腐蚀第二节电化学腐蚀金属表面与离子导电的电解介质溶液发生电化学作用产生的破坏称为电化学腐蚀。
电化学腐蚀过程中产生电流。
电化学腐蚀是自然界和生产中最普遍和最常见的腐蚀,破坏作用也显著。
金属在大气、湿空气、海水、土壤及酸、碱、盐溶液中都能发生电化学腐蚀。
在船上,船体和船机发生电化学腐蚀的部位和零部件较多。
一、电化学腐蚀原理电池作用原理可以充分说明金属在电解质溶液中的腐蚀过程。
图3-l的Fe-Cu电池示意图中,铁板和铜板分别为阳极和阴极,同装于盛有电解质溶液(如稀硫酸)的容器中,并用导线连接两极。
电池反应发生后导线中有电流通过。
电池反应:阳极氧化反应后铁被溶解Fe → Fe﹢﹢十2Θ阴极还原反应后放出氢气 2H十2Θ→H2↑所以,电池作用使阳极铁板不断地被腐蚀,溶液中氢离子不断地从阴极获得电子变成氢气逸出。
电化学腐蚀中,腐蚀电池起着重要作用。
依电池中电极大小分为宏观电池与微观电池。
1.宏观腐蚀电池宏观腐蚀电池是肉眼可见电极构成的宏观大电池,引起局部宏观腐蚀。
主要有:1)异金属接触电池两种具有不同电位的金属或合金相互接触(直接接触或用导线连接),并处于同一电解质溶液中时,会使电位低的金属不断地被腐蚀,这种电池称为异金属接触电池。
两种金属的电位差越大,腐蚀也越严重。
例如,Fe-Cu电池、海水中船的碳钢尾轴与铜质螺旋桨等也构成这种电池。
2)浓差电池同一金属的不同部位与浓度(含氧量或含盐量)或温度不同的介质接触构成的电池称浓差电池。
最常见的有氧浓差电池、盐浓差电池和温差电池等。
金属与含氧量不同的介质接触,在氧浓废低处金展的电位较低;氧浓度较离处金属的电位较高。
例如铁棒埋于土壤中,因土壤深度不同含氧量不同,氧的浓度不同,则氧的分压不同。
浓度越高分压越大,铁棒的电位越高,否则电位越低,于是构成氧浓差电池,使深埋于土壤中的铁棒端腐蚀最严重。
同样,分别插入浓、稀硫酸铜溶液中的铜棒两端电位不同,稀硫酸铜溶液中的棒端电位低,另一端电位高,构成盐浓差电池。
金属的电化学腐蚀及电池的概念金属的电化学腐蚀及电池的概念电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中发生的一种物理化学反应过程,导致金属表面的破坏和金属物质的溶解。
电池则是利用电化学反应来产生电流的装置。
本文将详细介绍金属的电化学腐蚀过程以及电池的基本概念。
一、金属的电化学腐蚀1. 腐蚀的定义与原因腐蚀是物质与环境的相互作用过程,其中金属在特定条件下与环境中的氧气、湿度、酸、碱等发生反应,导致金属表面质量和性能的损失。
金属的腐蚀主要是由于电化学反应引起的。
2. 电化学腐蚀的基本过程金属腐蚀是由于金属表面的阳极和阳极周围形成的阳极表面与金属内部的阴极之间的电荷传递过程。
在电解质溶液中,金属会发生氧化反应,形成阳极。
同时,电解质中的氧化物或还原物则在金属表面发生还原反应,充当了阴极的角色。
这样,金属表面就会产生电流,从而导致金属被腐蚀。
3. 腐蚀的影响因素金属腐蚀受到多种因素的影响,包括电解质浓度、温度、金属的化学成分和表面处理等。
高浓度的电解质、高温环境、金属杂质和缺陷都会加速金属的腐蚀。
二、电池的概念1. 电池的定义与组成电池是一种将化学能转化为电能的装置。
它由正极、负极和电解质组成。
正极和负极分别是氧化反应和还原反应发生的位置,而电解质则在正负极之间传递离子。
当正负极之间相互连接时,电化学反应会释放出电子,从而形成电流。
2. 电池的工作原理电池的工作原理基于两种半反应:氧化和还原反应。
正极的氧化反应会释放出电子,而负极则会接收这些电子进行还原反应。
这个电荷失衡的过程导致了电流的产生。
而电解质则通过离子的传递来维持正负极之间的化学反应。
3. 常见的电池类型目前市面上常见的电池类型包括干电池、铅酸电池、锂离子电池等。
干电池以氧化锌和碳作为正负极材料,以电解质的纸浆作为导电介质。
铅酸电池则利用铅和氧化铅作为正负极材料,硫酸则充当电解质。
锂离子电池是最常见的可充电电池类型,利用锂及其化合物作为正负极材料,有机溶剂则作为电解质。
《金属的电化学腐蚀与防护》知识清单一、金属电化学腐蚀的基本原理1、原电池反应金属的电化学腐蚀本质上是一种原电池反应。
在原电池中,存在着两个电极,分别是阳极和阴极。
阳极发生氧化反应,金属原子失去电子成为金属离子进入溶液;阴极发生还原反应,溶液中的氧化剂得到电子。
2、电化学腐蚀的条件电化学腐蚀的发生通常需要以下几个条件:(1)存在两种不同金属或金属与非金属,它们的电极电位不同。
(2)存在电解质溶液,能够导电并形成回路。
(3)金属表面的物理状态不均匀,如存在缺陷、划痕等。
3、常见的电化学腐蚀类型(1)吸氧腐蚀在中性或弱酸性环境中,氧气作为氧化剂参与反应。
例如,铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀,其电极反应式为:阳极(Fe):Fe 2e⁻= Fe²⁺阴极(C):O₂+ 2H₂O + 4e⁻= 4OH⁻总反应:2Fe + O₂+ 2H₂O = 2Fe(OH)₂(2)析氢腐蚀在酸性较强的环境中,氢离子作为氧化剂参与反应。
例如,铁在酸性溶液中发生析氢腐蚀,其电极反应式为:阳极(Fe):Fe 2e⁻= Fe²⁺阴极(C):2H⁺+ 2e⁻= H₂↑总反应:Fe + 2H⁺= Fe²⁺+ H₂↑二、金属电化学腐蚀的影响因素1、金属的本性不同的金属具有不同的电极电位,电极电位越负的金属越容易失去电子发生腐蚀。
例如,在常见金属中,钾、钠、镁等金属的电极电位较负,比较容易被腐蚀;而金、铂等贵金属则相对稳定,不易被腐蚀。
2、电解质溶液电解质溶液的性质对腐蚀速率有很大影响。
溶液的导电性越强、离子浓度越大,腐蚀速率往往越快。
同时,溶液的酸碱度也很关键,酸性或碱性环境都可能加速腐蚀。
3、温度温度升高通常会加快化学反应的速率,从而加速金属的电化学腐蚀。
4、氧含量在吸氧腐蚀中,氧含量的高低直接影响阴极反应的速率。
氧含量越高,腐蚀越严重。
5、表面状态金属表面的粗糙度、损伤、污垢等都会影响腐蚀的发生和速率。
粗糙的表面和损伤部位更容易成为阳极,发生腐蚀。
2013化学复习知识点深度剖析专题六第二节原电池金属的电化学腐蚀考纲解读基础巩固1、原电池①原电池是利用将化学能转化为电能的装置。
原电池中电子流出的是极,该极上发生反应;电子流入的是极,该极上发生反应。
②构成原电池要求:两个活泼性不同的或和;负极能和电解质溶液进行自发的反应;形成闭合回路。
)中,锌做负极,发生反应,电极反应式③在铜锌原电池(电解质溶液为CuSO4为;铜做正极,发生反应,电极反应式为;外电路上电子从极流向极。
④化学电源是能够的原电池,其常分为、、等;锌锰电池中做负极,其包括和两种。
⑤铅蓄电池是一种电池,其负极为,正极为,电解质溶液为,其做直流电源时,负极反应式为,正极反应式为。
⑥氢氧燃料电池是以为燃料,以做氧化剂,做电极;当电解质溶液选用KOH溶液时,其负极反应式为,正极反应式为,总反应式为。
2、金属的腐蚀和防护①金属的腐蚀是指金属表面与周围的物质发生或因而遭到破坏,其分为和;前者腐蚀过程中电流产生,后者腐蚀过程中电流产生;但综合来看金属腐蚀的本质都是。
②金属发生电化学腐蚀时,被腐蚀金属成为原电池的,其原子变为金属阳离子,进入逐渐损耗。
电化学腐蚀包括和,前者是金属接触的水膜时所发生的腐蚀,其负极反应式为,正极反应式为;后者是金属接触或的水膜时所发生的腐蚀,其负极反应式为,正极反应式为;③金属防护的目的就是,其可以在表面加,还可以采用保护法,添加等方法;电化学防护法有保护法和保护法。
自我校对1、①氧化还原反应;负;氧化;正;还原。
②金属电极;金属;非金属电极;氧化还探究实验拓展实验:西红柿电池【原理】电解液中,只要放入两种不同的金属,组成闭合回路就能形成电池。
西红柿的汁液可以看成一种电解液,铜钥匙和铁叉子则是两种金属。
把钥匙和叉子插进西红柿,就组成了电池。
【准备】一个西红柿,一个小灯泡,一把铜质的钥匙和一把铁质的叉子,将西红柿捏软。
【操作】1.将铜钥匙和铁叉子平行插进西红柿,等待一段时间。
2.把铜钥匙和铁叉子露在空气中的柄分别接到小灯泡的侧边和底部,小灯泡就会亮了!【说明】为了效果明显,还可以将两个或两上以上的西红柿串联起来,电流会更强,小灯泡会更亮练一练:[来源:学§科§网](1)将西红柿捏软的目的是什么?(2)其他的水果如橙子、柠檬等,能做这个实验吗?其涉及的原理是什么?(3)用一个简图画出本实验中的西红柿、钥匙、叉子电池。
参考答案:(1)是为了增强电解液的活性,从而形成持续的电流。
(2)橙子、柠檬的汁液里有酸性电解质,而铜钥匙和铁叉子则是两种金属。
把钥匙和叉子插进去,就组成了电池,再连上小灯泡,构成一个简单的电路,小灯泡就亮了起来。
(3)重点突破一.直击考点:考点一原电池的工作原理该考点经常以选择题题型出现。
判断一个装置是否构成原电池的关键就是抓好“一看二标”,即看是否有自发的氧化还原反应存在,以构成原电池的三个条件为标准:两个活泼性不同的电极、插入电解质溶液、形成闭合回路。
形成闭合回路的方式有多种,可以是用导线连接两个电极,也可以是两电极直接接触。
【例1】在下图所示的装置中,能够发生原电池反应的是()考点二原电池正负极的判断方法该考点经常以选择题题型出现。
原电池正负极的判断方法:1.据组成原电池的两极的材料判断:一般为活泼性较强的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极;2.据电流方向或电子流动方向判断:电流是由正极流向负极,而电子流动方向是由负极流向正极;3.据原电池里电解质溶液内离子的定向移动方向判断:在原电池的电解质溶液中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动;4.据原电池两极发生的变化判断:原电池的负极总是失电子发生氧化反应,而正极总是得电子发生还原反应;5.据现象判断:溶解的一极为负极,增重或者有气泡放出的一极为正极。
【例2】某原电池由M、N两根电极导线和电解质溶液组成,工作时,M电极变粗,N电极变细,由此判断该电池中电极材料和电解质溶液可能是()考点三电极反应式的书写该考点经常以选择题或填空题题型出现。
在书写电极反应式时,首先根据装置或电池反应式,确定好原电池的两极,分析列出两极上反应物,标出反应前后的化合价变化和相同数目的电子得失;然后结合题目给出的电解质溶液,分析电极反应物是否和电解质溶液中的离子共存。
不能共存时,需将电解质溶液中的该成分写入反应的电极反应式中。
【例3】一种甲醇燃料电池中发生的化学反应为:在碱性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。
该电池负极发生的反应是()A.CH3OH(g)+O2(g)=H2O(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2e-B.O2(g)+4H+(aq)+4e-=2H2O(1)C.2CH3OH(g)+12OH-(aq)=2CO2(g)+10H2O(1)+12e-D.O2(g)+2H2O(1)+4e-=4OH-【解析】准确标注甲醇中碳的化合价是解答的关键。
该燃料电池发生的反应就是甲醇与氧气反应的化学方程式为:2CH3OH+3O22CO2+4H2O,分析可知其中化合价升高的为“C”元素,故此在负极上甲醇失电子放电,其电极反应式为:2CH3OH(g)+12OH-(aq)=2CO2(g)+10H2O(1)+12e-。
【答案】C考点四金属的腐蚀和防护该考点经常以选择题、填空题、实验探究题型出现。
(1)金属的腐蚀过程中化学腐蚀和电化学腐蚀同时发生,但是以后者为主。
其主要的两种形式:析氢腐蚀与吸氧腐蚀比较如下:(2)书写电化学腐蚀的电极反应式时,首先分析清楚发生的腐蚀的类型;然后进一步分析得出电极反应式,特别是负极反应式始终是金属失电子而发生氧化反应。
【例4】将经过酸洗除锈的铁钉,用饱和食盐水浸泡一下放入右图所示装置中,下列叙述正确的是()A.过一段时间,右端试管中,导管内水柱上升B.过一段时间,右端试管中,导管内有气泡产生C.铁钉在该装置中被腐蚀的情况随时间的延长而加快D.如果把右端的试管中的水换成煤油,则导管不会有任何现象产生二.走出误区:误区一机械地认为活泼金属作负极判断电池的正负极不仅要考虑两极材料的相对活泼性,还要根据电解质溶液的性质来综合考虑,无论是什么类型的原电池:负极始终发生氧化反应,正极始终发生还原反应。
【例1】将Al片和Cu片用导线联接,一组插入浓硝酸中,一组插入稀氢氧化钠溶液中,分别形成原电池,在这两个原电池中,负极分别为()A.Al片、Cu片B.Cu片、Al片C.Al片、Al片D.Cu片、Cu片【例2】银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源,它的充电和放电过程可以表示为:2Ag Ag O+ + +Zn H OZn(OH)222放电充电此电池放电时,负极上发生反应的物质是( )A.AgB.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn巩固复习1.(2012莱芜)下列各组的电极材料和电解液,不能组成原电池的是()A.铜片、石墨棒,稀硫酸B.铜片、石墨棒,硝酸银溶液C.锌片、铜片,稀盐酸D.铜片、银片,FeCl3溶液答案:A解析:自发的氧化还原反应是形成原电池的关键,铜片、石墨棒,稀硫酸三者没有氧化还原反应发生。
选项B、C、D对应的氧化还原反应分别是:Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag,Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑,Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2。
2.(2012石景山)某原电池总反应的离子方程式为:2Fe3++Fe=3Fe2+,不能实现该反应的电池是( )A.正极为Cu,负极为Fe,电解质为FeCl3溶液B.正极为Cu,负极为Fe,电解质为Fe(NO3)3溶液C.正极为Cu,负极为Fe,电解质为Fe2(SO4)3溶液D.正极为Ag,负极为Fe,电解质为CuSO4溶液3.有A、B、C、D四块金属片,进行如下实验:①A、B用导线相连后,同时浸入稀硫酸溶液中,A为负极;②C、D用导线相连后,同时浸入稀硫酸溶液中,电流由D导线C;③A、C相连后,同时浸入稀硫酸溶液中,C极产生大量气泡;④B、D用导线相连后,同时浸入稀硫酸溶液中,D极发生氧化反应。
据此,判断四种金属的活动性顺序是()A.A>B>C>D B.A>C>D>BC.C>A>B>D D.B>D>C>A答案: B 解析:金属与稀硫酸溶液组成原电池,活泼金属为负极,失去电子发生氧化反应,较不活泼的金属为正极,H+在正极表面得到电子生成氢气,电子由负极流向正极,电流由正极流向负极。
题中由①知A>B;由②知C>D;由③知A>C;由④知D>B。
综合以上信息可知金属活动性A>C>D>B。
4.(2012金华)用铜片、银片、Cu (NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂-KNO3的U型管)构成一个原电池。
以下有关该原电池的叙述正确的是()①在外电路中,电流由铜电极流向银电极②正极反应为:Ag++e-=Ag③实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A.①②B.②③C.②④D.③④5.某原电池的离子方程式是 Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu,该原电池正确的组成是()答案:C解析:根据方程式来看,Zn失去电子,化合价升高,发生氧化反应,作负极,排除B。
正极为Cu2+得电子,所以电解质溶液含Cu2+,答案C。
6.诺贝尔化学奖的获得者钱永健曾说过:其对科学的最早兴趣缘于化学。
其16岁时,就凭借一个金属易受硫氰酸盐腐蚀的调查项目,获得“西屋科学天才奖”第一名。
下列说法正确的是()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答案:C解析:金属失去电子被氧化,A错;不锈钢也属于合金,B错;镀锌铁和镀锡铁由于镀层的保护,都不易受腐蚀;当其镀层受到破坏时,镀锌铁比镀锡铁耐腐蚀,D错。
7.(2012山西大同)为了避免锌片与Cu2+直接接触发生反应而影响原电池的放电效率,有人设计了如下装置,按要求完成以下填空:⑴此装置工作时,可以观察到的现象是____________________________________,电池总反应式为____________________。
⑵以上电池称为______________,其中,锌和锌盐溶液组成________,铜和铜盐溶液组成________,中间通过盐桥连接起来。
2-向______移动,⑶电池工作时,电子从________经过导线流向_________,硫酸锌溶液中SO42-向________移动。
硫酸铜溶液中SO4⑷此盐桥内为饱和KCl溶液,盐桥是通过_______移动来导电的。