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2019-2020年高二化學(xué) 第三單元 金屬的電化學(xué)腐蝕 【基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)學(xué)】 一、金屬的腐蝕 金屬的腐蝕是指金屬或合金跟周圍接觸到的氣體或液體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。金屬腐蝕可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種。金屬物質(zhì)（一般是非電解質(zhì)）接觸氧化劑直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕叫做化學(xué)腐蝕。例如鐵制容器中盛放稀酸，這時(shí)鐵制容器就會(huì)產(chǎn)生化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是指不純的金屬接觸到電解質(zhì)溶液所引起的原電池反應(yīng)而發(fā)生的腐蝕。在電化學(xué)腐蝕中，比較活潑的金屬被氧化，并伴有電流產(chǎn)生。鋼鐵在潮濕的空氣里所發(fā)生的腐蝕就是電化學(xué)腐蝕的最普遍的例子。在一般情況下，金屬腐蝕大多是電化學(xué)腐蝕。原電池反應(yīng)是使金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的主要原因。 1化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的比較 化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕 條件 金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸 不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸 現(xiàn)象 無電流產(chǎn)生 有微弱電流產(chǎn)生 本質(zhì) 金屬被氧化 較活潑金屬被氧化 聯(lián)系 兩者往往同時(shí)發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍 2電化學(xué)腐蝕 例如，鋼鐵的腐蝕： 負(fù)極：Fe-2e-Fe2+正極：2H++2e-H2+ 若腐蝕是在酸性溶液里進(jìn)行的，在腐蝕過程里有氫氣放出，這種腐蝕通常叫做析氫腐蝕。 若鋼鐵表面吸附的水膜酸性很弱或者呈中性，負(fù)極上也是鐵失去電子而被氧化成Fe2+。 負(fù)極：Fe-2e-Fe2+ 而在正極上主要是溶解于水膜里的氧氣得到電子而被還原。 正極：2H2O+O2+4e-4OH-↑ 這種腐蝕通常叫做吸氧腐蝕。實(shí)際上，鋼鐵等金屬的腐蝕主要是這種吸氧腐蝕。 3兩種電化學(xué)腐蝕的比較 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條件 水膜酸性較強(qiáng) 水膜酸性很弱或呈中性 電極 反應(yīng) 正極（碳） 2H++2e-H2↑ O2+2H2O+4e-4OH- 負(fù)極（鐵） Fe-2e-Fe2+ 溶液反應(yīng) Fe2++2OH-Fe（OH）2 4Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3 Fe（OH）3失去部分水轉(zhuǎn)化為鐵銹（Fe2O3nH2O） 發(fā)生情況 相對(duì)較少 非常普遍 二、金屬的防護(hù) 常用的方法有： （1） 改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)。例如，把鉻、鎳等加入普通鋼里制成的不銹鋼，就大大增加了鋼鐵對(duì)各種侵蝕的抵抗力。 （2） 在金屬表面覆蓋保護(hù)層。在金屬表面覆蓋致密的保護(hù)層，從而使金屬制品跟周圍物質(zhì)隔離開，這是一種普遍采用的防護(hù)方法。以鋼鐵的防護(hù)為例，根據(jù)保護(hù)層成分的不同，可分為如下幾種： a.在鋼鐵表面涂礦物性油脂、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等。 b.用電鍍等方法，在鋼鐵表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬，如鋅、錫、鉻、鎳等。這些金屬都能被氧化而形成一層致密的薄膜，從而阻止水和空氣等對(duì)鋼鐵的腐蝕。例如，常用的白鐵皮就是在薄鋼板的表面鍍上一層鋅；做罐頭用的馬口鐵就是在薄鋼板上鍍上一層無毒而又耐腐蝕的錫；自行車鋼圈就是用電鍍的方法鍍上一層既耐腐蝕又耐磨的鉻或鎳。 c.用化學(xué)方法使鋼鐵表面生成一層致密而穩(wěn)定的氧化膜。例如，在鐵制品表面形成一層致密的四氧化三鐵薄膜等。 （3） 電化學(xué)保護(hù)法。人們還可以利用原電池的化學(xué)原理來進(jìn)行金屬的防護(hù)，只要能夠把引起金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原電池反應(yīng)消除，金屬的腐蝕自然就可以防止了。常用的電化學(xué)保護(hù)法是犧牲陽極保護(hù)法。 a.犧牲陽極保護(hù)法，是在保護(hù)的鋼鐵設(shè)備上連接一種更易失去電子的金屬或合金。例如，鋼閘門的保護(hù)，在鋼閘門上連接一定數(shù)量的鋅塊，這樣，當(dāng)發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，被腐蝕的是比較活潑的鋅，而鐵則被保護(hù)了。此外，我們還經(jīng)常在輪船的尾部和船殼的水線以下部分，裝上一定數(shù)量的鋅塊，來防止船殼的腐蝕，也是利用的這種方法。 b.外加電流的陰極保護(hù)法。 【知識(shí)迷航指南】 一、金屬的腐蝕 1概念 金屬或合金跟周圍接觸到的氣體或液體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。 2本質(zhì) 本質(zhì)是金屬原子失去電子被氧化的過程。 3分類 金屬的腐蝕可分為化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕。 鐵的電化學(xué)腐蝕：析氫腐蝕與吸氧腐蝕。 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條件 水膜酸性較強(qiáng)（pH） 水膜酸性很弱或中性 電極 反應(yīng) 負(fù)極 Fe-2e-Fe2+ 正極 2H++2e-H2↑ O2+2H2O+4e-4OH- 總反應(yīng)式 Fe+2H+Fe2++H2↑ 2Fe+O2+2H2O2Fe（OH）2 二、金屬防護(hù)的幾種重要方法 （1）改變金屬內(nèi)部的組成結(jié)構(gòu)，將金屬制成合金，增強(qiáng)抗腐蝕能力。 （2）在金屬表面覆蓋保護(hù)層，使金屬和周圍物質(zhì)隔離開來。 （3）電化學(xué)保護(hù)法：利用電化學(xué)反應(yīng)使金屬鈍化而受到保護(hù)，或者利用原電池反應(yīng)將需要保護(hù)的金屬作為電池的正極而受到保護(hù)。 三、金屬腐蝕速率大小 一般：電解池陽極＞原電池負(fù)極＞化學(xué)腐蝕＞原電池正極＞電解池陰極 【典型例題解析】 ［例1］下列有關(guān)金屬腐蝕的說法中正確的是 ①金屬的腐蝕全部是氧化還原反應(yīng)；②金屬的腐蝕可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，只有電化學(xué)腐蝕才是氧化還原反應(yīng)；③因?yàn)槎趸计毡榇嬖?，所以鋼鐵的電化學(xué)腐蝕以析氫腐蝕為主；④無論是析氫腐蝕還是吸氧腐蝕，總是金屬被氧化。 A.①③B.②③ C.①④D.①③④ ［解析］金屬腐蝕的實(shí)質(zhì)是：M-ne- = Mnn+，總是被氧化，均是氧化還原反應(yīng)；鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生的電化學(xué)腐蝕以吸氧腐蝕為主。C正確。 ［答案］C ［例2］為了探究金屬腐蝕的條件和速率，某課外小組學(xué)生用不同金屬絲將三根大小相同的鐵釘分別固定在圖7-9的三個(gè)裝置內(nèi)，并將這些裝置在相同的環(huán)境中放置相同的一段時(shí)間，下列對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)現(xiàn)象的描述不正確的是 A.實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，裝置Ⅰ左側(cè)的液面一定會(huì)下降 B.實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，裝置Ⅰ一定比裝置Ⅱ左側(cè)液面低 C.實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，裝置Ⅱ中的鐵釘腐蝕最嚴(yán)重 D.實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，裝置Ⅲ中的鐵釘幾乎沒被腐蝕 圖7-9 ［解析］這是一道原電池原理應(yīng)用于金屬腐蝕的選擇題，主要考查的是如何分析鐵釘所處的環(huán)境，對(duì)鐵釘?shù)母g起到促進(jìn)還是保護(hù)作用，同時(shí)考查了鹽酸具有揮發(fā)性，濃硫酸具有吸水性等知識(shí)點(diǎn)。裝置Ⅰ中鐵釘處于鹽酸的蒸氣中，被侵蝕而釋放出H2，使左側(cè)液面下降右側(cè)液面上升；裝置Ⅱ中鐵釘同樣處于鹽酸的蒸氣中，所不同的是懸掛鐵釘?shù)慕饘俳z由鐵絲換成了銅絲，由于Fe比Cu活潑，在這種氛圍中構(gòu)成的原電池會(huì)加速鐵釘?shù)谋磺治g而放出更多的H2，使左側(cè)液面下降更多，右側(cè)液面上升得更多；裝置Ⅲ中雖然懸掛鐵釘?shù)倪€是銅絲，但由于濃硫酸有吸水性而無揮發(fā)性，使鐵釘處于一種較為干燥的空氣中，因而在短時(shí)間內(nèi)幾乎沒有被侵蝕。 ［答案］B 【單元同步訓(xùn)練】 一、選擇題 1下列試管中的鐵釘腐蝕最快的是 2鐵釘和炭棒用導(dǎo)線連接后，浸入到001molL-1NaCl溶液中，可能發(fā)生的是 A.炭棒上有H2析出B.炭棒附近產(chǎn)生OH- C.炭棒上有O2析出D.鐵釘被氧化 3以下現(xiàn)象與電化學(xué)腐蝕無關(guān)的是 A.黃銅（銅鋅合金）制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠 B.生鐵比軟鐵芯（幾乎是純鐵）容易生銹 C.鐵質(zhì)器件附有銅質(zhì)配件，在接觸處易生銹 D.銀質(zhì)獎(jiǎng)牌久置后表面變暗 4把鋅片和鐵片放在盛有稀食鹽水和酚酞試液混合溶液的玻璃皿中（如圖7-10平面圖所示），經(jīng)過一段時(shí)間后，首先觀察到溶液變紅的區(qū)域是 圖7-10 A.Ⅰ和Ⅱ附近B.Ⅰ和Ⅳ附近 C.Ⅱ和Ⅲ附近D.Ⅱ和Ⅳ附近 5鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是 A.2H++2e- →H2B.2H2O+O2+4e- →4OH- C.Fe-2e- →Fe2+D.4OH--4e- →2H2O+O2 6向某電解液中插入M、N電極，并連接直流電源進(jìn)行電解，可以看到兩極上有氣泡產(chǎn)生。電解后測定電解液，其中的H+濃度無變化。符合這些條件的是 A.兩個(gè)電極均為鐵片，M是陰極，電解液是04%的NaOH溶液 B.兩個(gè)電極均為石墨，M是陽極，電解液是04%的H2SO4溶液 C.兩個(gè)電極均為石墨，M是陽極，電解液是04%的NaOH溶液 D.M是鐵片，N為石墨，M是陰極，電解液是04%的KNO3溶液 7有a,b,c,d四種金屬，將a,b用導(dǎo)線連接起來，浸入電解質(zhì)溶液中，b不易腐蝕；將a,d分別投入等濃度的鹽酸中，d比a反應(yīng)劇烈；將銅浸入b的鹽溶液中，無明顯變化；將銅浸入c的鹽溶液里，有金屬c析出。據(jù)此推知它們的活潑性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)? A.d、c、a、bB.d、a、b、c C.d、b、a、cD.b、a、d、c 8在鐵的吸氧腐蝕中,發(fā)生還原反應(yīng)的那個(gè)電極上進(jìn)行的電極反應(yīng)是 A.2H2O+O2+4e-4OH- B.2H++2e-H2 C.4OH--4e-2H2O+O2 D.Fe-2e-Fe2+ 9化學(xué)用語是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要工具，下列用來表示物質(zhì)變化的化學(xué)用語中，正確的是 A.電解飽和食鹽水時(shí)，陽極的電極反應(yīng)式為： 2Cl- -2e-Cl2 ↑ B.氫氧燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式： O2+2H2O+4e-4OH- C.粗銅精煉時(shí)，與電源正極相連的是純銅，電極反應(yīng)式為：Cu -2e- Cu2+ D.鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕的正極反應(yīng)式： Fe -2e-Fe2+ 二、綜合題 10鐵生銹是比較常見的現(xiàn)象，某實(shí)驗(yàn)小組，為研究鐵生銹的條件，設(shè)計(jì)了以下快速、易行的方法（圖7-11）： 圖7-11 首先檢查制氧氣裝置的氣密性，然后按圖連接好裝置，點(diǎn)燃酒精燈給藥品加熱，持續(xù)3分鐘左右，觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為：①直形管中用蒸餾水浸過的光亮鐵絲表面顏色變得灰暗，發(fā)生銹蝕；②直形管中干燥的鐵絲表面依然光亮，沒有發(fā)生銹蝕；③燒杯中潮濕的鐵絲依然光亮。 試回答以下問題： （1）由于與接觸的介質(zhì)不同，金屬腐蝕分成不同類型，本實(shí)驗(yàn)中鐵生銹屬于。能表示其原理的反應(yīng)方程式為 。 （2）儀器A的名稱為，其中裝的藥品可以是，其作用是 。 （3）由實(shí)驗(yàn)可知，該類鐵生銹的條件為 ； 決定鐵生銹快慢的一個(gè)重要因素是