2019年高中化學(xué) 第四章 電化學(xué)基礎(chǔ) 第四節(jié)《金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)》知識(shí)點(diǎn)總結(jié)及典例解析 新人教版選修4.doc

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2019年高中化學(xué) 第四章 電化學(xué)基礎(chǔ) 第四節(jié)《金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)》知識(shí)點(diǎn)總結(jié)及典例解析 新人教版選修4 1．鋼鐵在酸性環(huán)境中主要發(fā)生析氫腐蝕，放出氫氣。 2．鋼鐵在中性或弱酸性環(huán)境中主要發(fā)生吸氧腐蝕，最終生成鐵銹的主要成分是Fe2O3nH2O。 3．鋼鐵吸氧腐蝕的正極發(fā)生的電極反應(yīng)是： 2H2O＋O2＋4e－===4OH－。 4．金屬電化學(xué)防護(hù)的方法有犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法和外加電流的陰極保護(hù)法。 金屬的電化學(xué)腐蝕 [自學(xué)教材填要點(diǎn)] 1．金屬的腐蝕 (1)概念：金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過(guò)程。 (2)本質(zhì)：金屬原子失去電子變?yōu)殛?yáng)離子，金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。 (3)分類： ①化學(xué)腐蝕： 金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。 ②電化學(xué)腐蝕： 不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失電子而被氧化。 2．鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕 吸氧腐蝕 析氫腐蝕 條件 水膜呈中性或弱酸性 水膜呈較強(qiáng)酸性 正極反應(yīng) O2＋4e－＋2H2O ===4OH－ 2H＋＋2e－===H2↑ 負(fù)極反應(yīng) Fe－2e－===Fe2＋ Fe－2e－===Fe2＋ 總反應(yīng) 2Fe＋O2＋2H2O ===2Fe(OH)2 Fe＋2H＋=== Fe2＋＋H2↑ [師生互動(dòng)解疑難] (1)化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕往往同時(shí)發(fā)生，只是電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍，危害更大。 (2)析氫腐蝕和吸氧腐蝕取決于金屬表面電解質(zhì)溶液的酸堿性，實(shí)際情況中以吸氧腐蝕為主。 (3)鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕或吸氧腐蝕時(shí)，負(fù)極均是Fe失電子生成Fe2＋，而非Fe3＋。 (4)一般情況下，只有在金屬活動(dòng)性順序中排在氫之前的金屬才有可能發(fā)生析氫腐蝕。 1．請(qǐng)以吸氧腐蝕為例，用化學(xué)方程式解釋鐵銹(Fe2O3xH2O)的形成過(guò)程： (1)負(fù)極：___________________________________________________________； (2)正極：___________________________________________________________； (3)總反應(yīng)：____________________________________________________； (4)_____________________________________________________________； (5)______________________________________________________________。 答案：(1)Fe－2e－===Fe2＋ (2)O2＋4e－＋2H2O===4OH－ (3)2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 (4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 (5)2Fe(OH)3===Fe2O3xH2O＋(3－x)H2O 金屬的電化學(xué)防護(hù) [自學(xué)教材填要點(diǎn)] 1．金屬的防護(hù) 2．金屬的電化學(xué)防護(hù) (1)犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法： 應(yīng)用原電池原理，讓被保護(hù)金屬作正極，另找一種活潑性較強(qiáng)的金屬作負(fù)極。 (2)外加電流的陰極保護(hù)法： 利用電解原理，把被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備作為陰極，用惰性電極作為輔助陽(yáng)極，在電解質(zhì)溶液里，接外加直流電源。 3．犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法的實(shí)驗(yàn)探究 (1)實(shí)驗(yàn)步驟：按右圖所示連接好裝置；往Fe電極區(qū)滴入2滴黃色K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 已知Fe2＋與[Fe(CN)6]3－反應(yīng)生成帶有特征藍(lán)色的鐵氰化亞鐵沉淀： 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓。 (2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：可以看到電壓表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，F(xiàn)e電極上有氣泡產(chǎn)生，往Fe電極附近滴入K3[Fe(CN)6]溶液，沒(méi)有藍(lán)色沉淀生成。 (3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 實(shí)質(zhì)上是Zn、Fe、NaCl溶液(酸化)構(gòu)成原電池，發(fā)生下列電極反應(yīng)： 負(fù)極：Zn－2e－===Zn2＋， 正極：2H＋＋2e－===H2↑。 往Fe電極附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液不變藍(lán)色，說(shuō)明溶液中不含F(xiàn)e2＋，證明Fe未被腐蝕(即犧牲陽(yáng)極金屬保護(hù)陰極金屬)。 [師生互動(dòng)解疑難] (1)金屬防護(hù)的基本思路： ①防止金屬與氧化性介質(zhì)直接接觸。 ②防止金屬表面形成電解質(zhì)溶液層。 ③改善金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 (2)金屬防護(hù)的其他方法： ①改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，使金屬的性質(zhì)發(fā)生改變，成為耐腐蝕金屬，如把鉻、鎳等加入普通鋼里制成不銹鋼。 ②在金屬表面覆蓋保護(hù)層，使金屬制品與周圍物質(zhì)隔離開(kāi)來(lái)，這是一種普遍采用的防護(hù)方法。 2．用“短線”將下列金屬的防護(hù)方法連線。 (1)加保護(hù)層　　　　　　　 　A．鋼閘門與直流電源負(fù)極相連 (2)犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法 B．電線外面包塑料法 (3)外加電流的陰極保護(hù)法 C．普通鋼制鎳鉻鋼 (4)改變內(nèi)部結(jié)構(gòu) D．輪船外殼裝上鋅塊 答案：(1)－B　(2)－D　(3)－A　(4)－C 主題1：鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕的不同點(diǎn)有哪些？ 甲 形成原電池的條件不同，水膜呈較強(qiáng)的酸性發(fā)生析氫腐蝕，水膜呈中性或很弱的酸性則發(fā)生吸氧腐蝕 乙 正極反應(yīng)式不同，析氫腐蝕為：2H＋＋2e－===H2↑，吸氧腐蝕為：2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 丙 總反應(yīng)式不同， 析氫腐蝕：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑， 吸氧腐蝕：2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2， 4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3 丁 電化學(xué)腐蝕中，吸氧腐蝕比析氫腐蝕更普遍 主題2：探討金屬防護(hù)的常用方法有哪些？ 甲 改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如鋼中加入鎳制成不銹鋼 乙 在金屬表面覆蓋保護(hù)層，把被保護(hù)的金屬與腐蝕介質(zhì)隔開(kāi)，如在金屬表面涂油漆、油脂、搪瓷、鍍鉻、覆蓋藍(lán)色氧化膜(Fe3O4等) 丙 改善腐蝕的環(huán)境，如減少腐蝕介質(zhì)的濃度，除去介質(zhì)中的氧等 丁 電化學(xué)保護(hù)，根據(jù)電化學(xué)原理，通過(guò)改變金屬在電解質(zhì)溶液中的作用，從而控制金屬的腐蝕，如犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法和外接電源的陰極保護(hù)法等 金屬的腐蝕與防護(hù) [例1]　結(jié)合下圖判斷，下列敘述正確的是(　　) A．Ⅰ和Ⅱ中正極均被保護(hù) B．Ⅰ和Ⅱ中負(fù)極反應(yīng)均是Fe－2e－===Fe2＋ C．Ⅰ和Ⅱ中正極反應(yīng)均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．Ⅰ和Ⅱ中分別加入少量K3[Fe(CN)6]溶液，均有藍(lán)色沉淀 [解析]　兩個(gè)裝置均為原電池，負(fù)極都是活潑金屬，根據(jù)原電池原理可知：原電池的正極金屬受到保護(hù)，A項(xiàng)正確；Ⅰ：負(fù)極為活潑金屬Zn，B錯(cuò)誤；Ⅱ中是酸性溶液，電極反應(yīng)中不能有OH－生成，C錯(cuò)誤；Ⅰ中無(wú)Fe2＋生成；不能生成鐵氰化亞鐵沉淀，D錯(cuò)誤。 [答案]　A 解答此類題目主要從以下三個(gè)方面分析： (1)正確判斷金屬的腐蝕是化學(xué)腐蝕還是電化學(xué)腐蝕。 (2)如果是電化學(xué)腐蝕，判斷出正、負(fù)極，較活潑的金屬為負(fù)極被腐蝕，較不活潑的金屬為正極被保護(hù)。 (3)電化學(xué)腐蝕中根據(jù)電解質(zhì)溶液的酸堿性確定腐蝕的類型，若是酸性溶液則發(fā)生析氫腐蝕，若是中性或弱酸性溶液則發(fā)生吸氧腐蝕。 1．下列有關(guān)鋼鐵腐蝕與防護(hù)的說(shuō)法正確的是(　　) A．鋼管與電源正極連接，鋼管可被保護(hù) B．鐵遇冷濃硝酸表面鈍化，可保護(hù)內(nèi)部不被腐蝕 C．鋼管與銅管露天堆放在一起時(shí)，鋼管不易被腐蝕 D．鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時(shí)，負(fù)極反應(yīng)是Fe－3e－===Fe3＋ 解析：鋼管與電源正極相連，則鋼管作陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕，A項(xiàng)錯(cuò)誤；鐵遇冷濃硝酸表面鈍化，在表面生成一層致密的氧化膜保護(hù)內(nèi)部不被腐蝕，B項(xiàng)正確；鋼管與銅管露天堆放在一起，形成原電池時(shí)鋼管作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕，C項(xiàng)錯(cuò)誤；鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為：Fe－2e－===Fe2＋，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：B 金屬腐蝕快慢的比較 [例2]　下圖所示的各容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕時(shí)由快到慢的順序是(　　) A．④＞②＞①＞③　　 　　B．②＞①＞③＞④ C．④＞②＞③＞① D．③＞②＞④＞① [解析]　鐵在海水中的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，當(dāng)鐵與比它活潑性差的Sn相連時(shí)，F(xiàn)e被腐蝕的速率增大[比①大]，與活潑性比其強(qiáng)的鋅相連時(shí)，鋅作負(fù)極，被腐蝕，鐵被保護(hù)，其腐蝕的速率要比①小；④為電解裝置，F(xiàn)e為陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，鐵腐蝕的速率最快。 [答案]　A 同一電解質(zhì)溶液中金屬腐蝕快慢的規(guī)律 電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有保護(hù)措施的腐蝕；即電解池的陽(yáng)極>原電池的負(fù)極>一般化學(xué)腐蝕>原電池的正極>電解池的陰極。 若將裝置②中的Sn換為Cu， 與②比較哪一種裝置中鐵的腐蝕速率快？ 提示：換為Cu后、Fe的腐蝕速率 快；原因是活潑性不同的兩種金屬形成原電池而造成 的腐蝕：兩金屬的活潑性差異越大，金屬腐蝕得越快。 金屬腐蝕與防護(hù)的實(shí)驗(yàn)探究 　 　[例3]　某探究小組用鐵釘被腐蝕的快慢實(shí)驗(yàn)，來(lái)研究防止鋼鐵腐蝕的方法。所用試劑有：材質(zhì)相同無(wú)銹的鐵釘數(shù)個(gè)，一定量的食鹽水、碳酸水、植物油，實(shí)驗(yàn)溫度為298 K或308 K，每次實(shí)驗(yàn)取用鐵釘?shù)臄?shù)量相同，液體體積相同且足量，用大小相同的試管實(shí)驗(yàn)。 (1)請(qǐng)完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表，并在實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊粰谥刑畛鰧?duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)編號(hào)： 實(shí)驗(yàn) 編號(hào) T/K 試管內(nèi) 取用液體 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? ① 298 食鹽水 (Ⅰ)實(shí)驗(yàn)①和②探究不同電解質(zhì)溶液對(duì)鐵釘腐蝕快慢的影響 (Ⅱ)實(shí)驗(yàn)①和________探究溫度對(duì)鐵釘腐蝕快慢的影響 (Ⅲ)實(shí)驗(yàn)①和________探究鐵釘是否接觸電解質(zhì)溶液對(duì)鐵釘腐蝕快慢的影響 ② ③ ④ (2)請(qǐng)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，判斷下列有關(guān)鋼鐵制品防腐的說(shuō)法正確的是________(填字母)。 A．在鐵門、鐵窗表面涂上油漆 B．自行車各部件因有防護(hù)涂層或電鍍等防腐措施，所以不需要停放在能遮雨的地方 C．家用鐵制廚具每次用完后應(yīng)擦干放置在干燥處 D．把擋水鐵閘門與直流電源的正極連接且構(gòu)成回路，可減少鐵閘門的腐蝕速率 [解析]　(1)實(shí)驗(yàn)Ⅰ探究不同電解質(zhì)對(duì)鐵釘腐蝕快慢的影響，因此保證溫度不變(仍為298 K)，改變電解質(zhì)(選用碳酸水)。 實(shí)驗(yàn)Ⅱ探究溫度對(duì)鐵釘腐蝕快慢的影響，因此保證電解質(zhì)不變(仍為食鹽水)，改變溫度(選308 K)。 實(shí)驗(yàn)Ⅲ探究鐵釘是否接觸電解質(zhì)溶液對(duì)鐵釘腐蝕快慢的影響。因此保證溫度不變(仍為298 K)，改變?cè)嚬軆?nèi)液體(選植物油)。 (2)A項(xiàng)涂油漆保護(hù)鋼窗，使鐵窗與周圍物質(zhì)隔開(kāi)，正確；自行車放在干燥處，不易形成原電池，能降低腐蝕速率，B錯(cuò)誤；C正確；D項(xiàng)擋水鐵閘門應(yīng)與直流電源的負(fù)極相連，使之作電解池的陰極，才能起到保護(hù)作用，D錯(cuò)誤。 [答案]　(1) 實(shí)驗(yàn) 編號(hào) T/K 試管內(nèi) 取用液體 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? ① 298 食鹽水 (Ⅱ)③ (Ⅲ)④(只要與 前面③、④對(duì)應(yīng)即可) ② 298 碳酸水 ③ 308 食鹽水 ④ 298 植物油 (2)AC 影響金屬腐蝕的因素包括金屬的本性和介質(zhì)兩個(gè)方面，就金屬的本性而言，金屬越活潑，就越易失去電子被腐蝕，介質(zhì)對(duì)金屬腐蝕的影響很大，如果金屬在潮濕的空氣中，接觸腐蝕性氣體或電解質(zhì)溶液，都容易被腐蝕。 2．為研究金屬腐蝕的條件和速率，某課外小組學(xué)生用金屬絲將三根大小相同的鐵釘分別固定在圖示的三個(gè)裝置中，再放置于玻璃鐘罩里保存一星期，下列對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)現(xiàn)象描述不正確的是(　　) A．裝置Ⅰ左側(cè)的液面一定會(huì)上升 B．左測(cè)液面裝置Ⅰ比裝置Ⅱ的低 C．裝置Ⅱ中的鐵釘腐蝕最嚴(yán)重 D．裝置Ⅲ中的鐵釘幾乎沒(méi)被腐蝕 解析：裝置Ⅰ中潮濕的水蒸氣為中性，鐵絲發(fā)生吸氧腐蝕，左側(cè)的液面一定會(huì)上升；裝置Ⅱ中潮濕的水蒸氣為酸性，鐵絲發(fā)生析氫腐蝕，左側(cè)的液面下降，故左側(cè)液面裝置Ⅰ比裝置Ⅱ的高；裝置Ⅱ中銅與鐵構(gòu)成原電池，腐蝕最為嚴(yán)重；裝置Ⅲ中鐵釘處于干燥環(huán)境，幾乎沒(méi)被腐蝕。 答案：B