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第三節(jié)金屬的電化學腐蝕與防護【學習目標】1、認識金屬腐蝕的危害,并能解釋金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因2、能正確書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應式和總反應式3、熟知金屬防護方法,特別是理解電化學防護的方法一、金屬的腐蝕1.金屬腐蝕(1)概念:金屬與周圍接觸到的發(fā)生反應而引起損耗的現(xiàn)象。(2)根據(jù)與金屬接觸的不同,金屬腐蝕可分為兩類:①化學腐蝕:金屬與接觸到的氣體(如O2、Cl2、SO2等)或液體(如石油)等直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。腐蝕的速率隨溫度升高而加快。②電化學腐蝕:的金屬跟溶液接觸時,會發(fā)生反應,比較的金屬電子而被氧化。日常生活中,比較普遍和危害較大的,是金屬的電化學腐蝕。2.鋼鐵的電化學腐蝕鋼鐵的銹蝕,是電化學腐蝕最典型的例子。根據(jù)鋼鐵表面水溶液薄膜的酸堿性及O2濃度的不同,鋼鐵的電化學腐蝕分為和。(1)鋼鐵的析氫腐蝕:當鋼鐵表面的電解質溶液酸性較強時(因溶解來自大氣中的CO2、SO2等氣體),腐蝕過程中有H2放出。Fe是負極,C是正極。發(fā)生的電極反應式及總反應式為負極:正極:總反應:(2)鋼鐵的吸氧腐蝕:當鋼鐵表面的電解質溶液呈或并溶有O2時,因為O2比H+更容易得到電子,將會發(fā)生吸氧腐蝕。電極反應式及總反應式為負極:;正極:;總反應:。生成的Fe(OH)2繼續(xù)被O2氧化為Fe(OH)3,其方程式為,F(xiàn)e(OH)3脫去部分水,最終生成,是鐵銹的主要成分。特別提示:鐵無論作原電池的負極,還是電解質的陽極,在反應時,都是失去個特別提示:鐵無論作原電池的負極,還是電解質的陽極,在反應時,都是失去個e。_Fe2+【課堂練習1】1、判斷正誤,正確的劃“√”,錯誤的劃“×”(1)所有金屬純度越大,越不易被腐蝕()(2)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣()(3)干燥環(huán)境下金屬不被腐蝕()(4)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物()(5)鋼鐵發(fā)生電化學腐蝕時,負極鐵失去電子生成Fe3+()2、下列有關金屬腐蝕的說法中正確的是()A.金屬腐蝕指不純金屬與接觸到的電解質溶液進行化學反應而損耗的過程B.電化學腐蝕指在外加電流的作用下不純金屬發(fā)生化學反應而損耗的過程C.鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕,負極吸收氧氣,產物最終轉化為鐵銹D.金屬的電化學腐蝕和化學腐蝕本質相同,但電化學腐蝕伴有電流產生3、如圖所示的鋼鐵腐蝕中,下列說法正確的是()A.碳表面發(fā)生氧化反應B.鋼鐵被腐蝕的最終產物為FeOC.生活中鋼鐵制品的腐蝕以圖②所示為主D.圖②中,正極反應式為O2+4e-+2H2O=4OH-4、如圖所示,各燒杯中盛有海水,鐵在其中被腐蝕的速度由快到慢的順序為()A.②①③④⑤⑥ B.⑤④③①②⑥C.⑤④②①③⑥ D.⑤③②④①⑥二、金屬的防護方法既然金屬腐蝕的主要原因是與金屬與周圍的物質發(fā)生了氧化還原反應所引起的,那么金屬的防護就必須從金屬和周圍的物質兩方面來考慮。1、改變金屬的內部結構改變金屬的內部結構,使金屬性質改變,增強其本身的抗腐蝕能力,成為耐腐蝕金屬;例如,把鉻(Cr)、鎳(Ni)、等加入普通鋼制成不銹鋼。2、在金屬表面覆蓋保護層在金屬表面覆蓋保護層,使金屬與化學物質,例如,①在鋼鐵表面涂礦物性油脂、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等物質。②用電鍍的方法,在鋼鐵制品表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬,如鋅、錫、鉻、鎳等。③工業(yè)上常利用一些溶液的氧化作用,在機器零件、精密儀器、槍炮等鋼鐵制件的表面上形成一層致密的黑色的四氧化三鐵薄膜。3、電化學保護法金屬在發(fā)生電化學腐蝕時,總是作為原電池的被氧化,作為的金屬則不被腐蝕,如果能讓被保護的金屬作為原電池的或電解池的,則該金屬就不會被腐蝕,因此,電化學保護法可分為“犧牲陽極的陰極保護法”和“外加電流的陰極保護法”。(1)犧牲陽極法這種方法通常是指在被保護的鋼鐵設備上(如鍋爐內壁,船舶外殼)裝上若干鎂合金或鋅塊。鎂、鋅比鐵活潑,他們就成為了原電池的(陽極),不斷遭受腐蝕,定期予以更換,而作為(陰極)的鋼鐵設備就被保護起來了。(2)外加電流法這種方法通常是指把被保護的鋼鐵設備作為陰極,用惰性電極作為輔助陽極,兩者均存放于電解質溶液里,接外加直流電源。通電后,電子被強制流向被保護的設備,使鋼鐵表面腐蝕電流降至為零或接近于零,從而起到保護作用。如右圖.兩種電化學保護法可以利用實驗驗證,如圖456所示。連接裝置后,一段時間可以觀察到:甲是模擬“犧牲陽極的陰極保護法”的裝置,可以觀察到Fe電極表面有氣泡,Zn電極不斷溶解,用膠頭滴管從Fe電極附近取出少量溶液于試管中,加入幾滴黃色K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液,沒有明顯現(xiàn)象。其電極反應為:負極Zn2e===Zn2+,正極2H++2e===H2↑。乙是模擬“外加電流的陰極保護法”的裝置,可以觀察到兩個電極附近都有氣泡冒出,用膠頭滴管從Fe電極附近取出少量溶液于試管中,加入幾滴黃色的K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液,沒有明顯現(xiàn)象。其電極反應為:陽極2Cl-2e===Cl2↑,陰極2H++2e===H2↑。兩個實驗中,加入幾滴黃色的K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液,是鑒定Fe2+的靈敏試劑,如果裝置中發(fā)生了Fe電極的腐蝕生成Fe2+,則會生成藍色的鐵氰化亞鐵鉀沉淀,其離子方程式為:K++Fe2++[Fe(CN)6]===KFe[Fe(CN)6]↓。小結:金屬的電化學防護方法類型方法原理實例犧牲陽極的陰極保護法在被保護的設備上裝上比它活潑的金屬被保護的金屬作原電池的正極船舶的外殼上裝鋅塊外加電流的陰極保護法將被保護的設備與惰性電極置于電解質溶液里,接上外接電源被保護的金屬作電解池的陰極保護海水中的鋼閘門總結:1、金屬腐蝕與防護2.判斷金屬腐蝕的快慢(1)電解原理引起的腐蝕(陽極)>原電池原理引起的腐蝕(負極)>化學腐蝕>有防腐措施的腐蝕(陰極或正極)。(2)原電池中的負極金屬比正極金屬腐蝕的快。(3)同種金屬,在強電解質溶液中比在弱電解質溶液中腐蝕得快。【課堂練習2】1、為了防止鋼鐵銹蝕,下列防護方法中正確的是()A.在精密機床的鐵床上安裝銅螺釘B.在排放海水的鋼鐵閘門上用導線連接一塊石墨,一同浸入海水中C.在海輪舷上用鐵絲系住鋅板浸在海水里D.在地下輸油的鑄鐵管上接直流電源的正極2、下列關于如圖所示的實驗裝置的判斷中錯誤的是()A.若X為碳棒,開關K置于A處可減緩鐵的腐蝕B.若X為鋅棒,開關K置于A或B處均可減緩鐵的腐蝕C.若X為鋅棒,開關K置于B處時,為犧牲陽極的陰極保護法D.若X為碳棒,開關K置于B處時,鐵電極上發(fā)生的反應為2H++2e-=H2↑3、關于鋼鐵腐蝕與防護的說法不正確的是()A.鋼鐵的吸氧腐蝕和析氫腐蝕的負極反應式均為Fe-2e-=Fe2+B.鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時,正極反應式為O2+2H2O+4e-=4OH-C.地下鋼管連接鎂塊是采用犧牲陽極的陰極保護法D.用外加電流的陰極保護法防止鋼鐵腐蝕時,鋼鐵接電源的正極4、下列有關鋼鐵腐蝕與防護的說法正確的是()A.鋼管與電源正極連接,鋼管可被保護B.鐵遇冷濃硝酸表面鈍化,可保護內部不被腐蝕C.鋼管與銅管露天堆放在一起時,鋼管不易被腐蝕D.鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時,負極反應是Fe-3e-=Fe3+【課后作業(yè)】1.我國某大城市今年夏季多次降下酸雨。據(jù)環(huán)保部門測定,該城市整個夏季酸雨的平均為3.2。在這種環(huán)境中的鐵制品極易被腐蝕。對此條件下鐵的腐蝕的敘述錯誤的是A.此腐蝕過程有化學腐蝕也有電化學腐蝕B.發(fā)生電化學腐蝕時的正極反應為C.在化學腐蝕過程中有氫氣產生D.發(fā)生電化學腐蝕時的負極反應為2.利用如圖裝置進行實驗,開始時,a、b兩處液面相平,將裝置密封放置一段時間。下列說法不正確的是A.a處生鐵發(fā)生吸氧腐蝕,b處生鐵發(fā)生析氫腐蝕B.一段時間后,a處液面高于b處液面C.a處溶液的pH增大,b處溶液的pH減小D.a、b兩處具有相同的負極反應式:3.下列說法錯誤的是A.原電池中,負極一定是活動性較強的金屬B.其他條件相同時,粗鋅與硫酸反應比純鋅與硫酸反應速率快C.在鍍件上電鍍鋅,用鋅作陽極D.為延長鍋爐的使用壽命,常在其內壁焊上鋅片4.化學小組研究金屬的電化學腐蝕,實驗如下:序號實驗I實驗Ⅱ實驗現(xiàn)象鐵釘周邊出現(xiàn)藍色銅片周邊略顯紅色鐵釘周邊出現(xiàn)_______色鋅片周邊未見明顯變化下列說法不正確的是A.實驗I中正極的電極反應式:O2+2H2O+4e=4OHB.實驗Ⅱ中鐵釘周邊出現(xiàn)紅色C.實驗Ⅱ中負極的電極反應式:Fe2e=Fe2+D.對比實驗I、Ⅱ可知,生活中鍍鋅鐵板比鍍銅鐵板在鍍層破損后更耐腐蝕5.將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤后,置于如圖所示裝置中,進行鐵的電化學腐蝕實驗。下列有關該實驗的說法正確的是A.鐵被氧化的電極反應式為Fe3e=Fe3+B.鐵腐蝕過程中化學能全部轉化為電能C.活性炭的存在會加速鐵的腐蝕D.以Na2SO4溶液代替NaCl溶液,鐵不能發(fā)生吸氧腐蝕6.如下裝置燒杯中均為稀硫酸,F(xiàn)e的腐蝕速率由快到慢的是A.①②③④⑤B.②①③⑤④C.③①②⑤④D.③②⑤①④7.下列對如圖所示的實驗裝置的判斷中錯誤的是
A.若X為碳棒,開關K置于A處,可減緩鐵的腐蝕B.若X為鋅棒,開關K置于A或B處,均可減緩鐵的腐蝕C.若X為鋅棒,開關K置于B處時,為犧牲陽極的陰極保護法D.若X為碳棒,開關K置于B處時,鐵電極上發(fā)生的反應為2H++2e-=H2↑8.“外加電流法”和“犧牲陽極法”均可有效防止鐵發(fā)生電化學腐蝕。下列說法錯誤的是A.兩種保護法中都要采用輔助電極 B.利用“外加電流法”時,鐵連接電源負極C.“犧牲陽極法”利用了電解池原理 D.鋼鐵在潮濕空氣中生銹發(fā)生了電化學腐蝕9.支撐海港碼頭基礎的鋼管樁,常用外加電流的陰極保護法進行防腐,工作原理如圖所示,其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關表述不正確的是()通入保護電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零B.通電后外電路電子被強制從高硅鑄鐵流向鋼管樁C.高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流D.通入的保護電流應該根據(jù)環(huán)境條件變化進行調整10.電池是日常生活中最常見的一種提供電能的裝置,研究各種新型電池成為新能源研究的一種方向。(1)如圖是一種甲烷燃料電池的裝置。①鉑電極a是(填“正極”“負極”“陽極”或“陰極”),發(fā)生(填“氧化”或“還原”)反應。②電子從(填“a”或“b”)電極流出,該電極的電極反應式是。③鹽橋中的K+向(填“稀硫酸”或“稀氫氧化鉀”)溶液移動。(2)白鐵是日常生活中常見的一種金屬材料,俗稱“鋅包鋼”,一旦劃破后就會發(fā)生電化學反應,此時負極材料是,在潮濕的堿性或中性環(huán)境中,鐵電極上發(fā)生反應
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