人教版化学选修4第四章第四节.ppt

第四节金属的电化学腐蚀与防护,1了解金属腐蚀及其危害。2了解金属电化学腐蚀的原因及反应原理。3了解金属防护的一般方法，特别是电化学防护的方法。,一、金属的电化学腐蚀1金属的腐蚀金属的腐蚀是指_与周围接触到的_物质发生_而引起损耗的现象。2金属腐蚀后的特征金属被腐蚀后，在_、_以及_等方面都发生一定的变化。,3金属腐蚀的本质金属腐蚀的本质，是_的过程。也就是说，金属腐蚀的本质是金属发生了_。,4金属腐蚀的类型由于与金属接触的介质不同，发生腐蚀的情况也不同，一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。(1)化学腐蚀_跟接触到的_(如O2、Cl2、SO2等)或_(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。化学腐蚀的速度随温度升高而_。(2)电化学腐蚀_跟_接触时，会发生_，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。,5电化学腐蚀(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。有关化学反应如下：负极：_(_反应)正极：_(_反应)总反应方程式：_又_4Fe(OH)32Fe(OH)3_Fe2O3xH2O是铁锈的主要成分。,(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。有关化学反应如下：负极：_(_反应)正极：_(_反应)总反应方程式：_又_4Fe(OH)32Fe(OH)3_吸氧腐蚀也会有铁锈生成。,二、金属的电化学防护1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_，不断遭受腐蚀，定期拆换，而作为_的_被保护了下来。,2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_里，接上_。通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面产生负电荷(电子)的积累，抑制了钢铁发生失去电子的作用(氧化反应)，从而防止了钢铁的腐蚀。除电化学防腐蚀外，常用的金属防腐蚀方法还有：(1)改变金属的内部结构，使金属性质改变，成为耐腐蚀的合金，如不锈钢等。(2)加保护层，如采用_等方法使金属与空气、水等物质隔离，以防金属氧化腐蚀。,答案：一、1.金属或合金气体或液体氧化还原反应2外形色泽机械性能3金属原子失去电子变成阳离子氧化反应4(1)金属干燥气体非电解质液体加快(2)不纯的金属电解质溶液原电池反应,5(1)铁碳Fe2eFe2氧化2H2O2eH22OH还原Fe2H2OFe(OH)2H24Fe(OH)2O22H2OFe2O3xH2O(3x)H2O(2)酸性很弱中性一定量的氧气2Fe4e2Fe2氧化O22H2O4e4OH还原2FeO22H2O2Fe(OH)24Fe(OH)2O22H2OFe2O3xH2O(3x)H2O,二、1.锌块负极(阳极)正极(阴极)钢铁设备2阴极作辅助阳极电解质溶液外加直流电源(2)喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀、表面钝化,1你知道金属的防腐蚀方法有哪些吗？提示：金属的防腐方法大致可分为：(1)非金属保护层防腐；(2)金属保护层防腐；(3)电化学保护；(4)加缓蚀剂防腐。2电化学防护的实质是什么？提示：电化学防护的实质是把被保护的金属作原电池的正极或电解池的阴极，不参与电极反应，从而不被氧化。,1.金属的腐蚀(1)金属腐蚀的概念：金属的腐蚀指的是金属与周围接触到的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。(2)实质：是金属原子失去电子被氧化的过程，其反应(M代表金属元素)为：MneMn,(3)金属腐蚀的分类与比较：由于与金属接触的介质不同，发生腐蚀的情况也不同，一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。,2.电化学腐蚀的种类和原理(1)钢铁析氢腐蚀的原理：由于在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫做析氢腐蚀。,形成条件：钢铁在潮湿的空气中表面形成一层水膜，水膜又溶解了CO2、SO2、H2S等气体，使水膜中含有一定量的H，产生过程如下：H2OHOH，H2OCO2H2CO3HHCO3-等。钢铁析氢腐蚀的原理分析：钢铁、少量的碳和酸性水膜构成了原电池。反应如下：负极(Fe)：Fe2eFe2(氧化反应)正极(C)：2H2eH2(还原反应)总反应：Fe2HFe2H2,铁锈形成过程：析氢腐蚀中形成的Fe(OH)2被O2氧化生成Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水就生成Fe2O3xH2O，它就是铁锈的主要成分。,(2)钢铁吸氧腐蚀的原理：通常情况下，在潮湿的空气中，钢铁表面凝结一层溶解有氧气的水膜，它与钢铁中的碳和铁形成了原电池。这些微小的原电池遍布钢铁表面。负极(Fe)：2Fe4e2Fe2(氧化反应)正极(C)：2H2OO24e4OH(还原反应)总反应：2FeO22H2O2Fe(OH)2Fe(OH)2继续与空气中的O2作用，生成Fe(OH)3，再生成铁锈。,4Fe(OH)2O22H2O4Fe(OH)32Fe(OH)3Fe2O3xH2O(3x)H2O,(3)析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较：,说明：由于在通常情况下，金属表面不会遇到酸性较强的溶液，所以吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，而且析氢腐蚀最终也会被吸氧腐蚀所代替。电化学腐蚀中吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍，在金属活动顺序中位于氢前面和氢之后的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动顺序表中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。,案例精析【例1】关于金属腐蚀的叙述中，正确的是()A金属被腐蚀的本质是MnH2OM(OH)n H2B马口铁(锡铁)镀层破损后被腐蚀时，首先是镀层被氧化C金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀D常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀,解析金属腐蚀的本质，主要是金属原子失电子被氧化，腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，外因是金属与空气、水和其他腐蚀性的物质相接触，腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。A中金属腐蚀的本质应包括化学腐蚀和电化学腐蚀，为MneMn；B选项中Sn、Fe构成电化学腐蚀，主要是Fe2eFe2，铁先被腐蚀。常温下，空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，难以和非金属氧化剂(Cl2、S)等反应，发生化学腐蚀。答案C,【例2】炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中有NaCl)，第二天便会被腐蚀而出现红褐色铁锈，试回答：(1)铁锅的腐蚀属于_腐蚀，其原因是_。(2)铁锅锈蚀的电极反应方程式为：负极_，正极_。正、负极电极反应的产物会继续发生反应，反应的离子方程式或化学方程式为_。,解析(1)铁锅的腐蚀属于吸氧腐蚀；因为铁锅是铁合金，其中含碳，铁锅中的铁和碳就会和表面残留的强电解质NaCl的水溶液形成许多微小的原电池；并且NaCl溶液呈中性，所以发生吸氧腐蚀，是电化学腐蚀。(2)在铁锅中铁比较活泼，做负极，电极反应：2Fe4e2Fe2；碳做正极，电极反应：2H2OO24e4OH；总反应为：2FeO22H2O2Fe(OH)2、4Fe(OH)2O22H2O4Fe(OH)3、2Fe(OH)3Fe2O3xH2O(x3)H2O。,答案(1)吸氧腐蚀铁锅是铁合金，其中含碳，铁锅中的铁和碳就会和表面残留的强电解质NaCl的水溶液形成许多微小的原电池发生电化学腐蚀，并且NaCl溶液呈中性，所以发生的是电化学腐蚀中的吸氧腐蚀(2)2Fe4e2Fe22H2OO24e4OH2FeO22H2O2Fe(OH)2、4Fe(OH)2O22H2O4Fe(OH)32Fe(OH)3Fe2O3xH2O(x3)H2O,点评钢铁的腐蚀大部分属于电化学腐蚀，其中，吸氧腐蚀占主要部分，当发生吸氧腐蚀时，4Fe(OH)2O22H2O4Fe(OH)32Fe(OH)3Fe2O33H2O,当溶液的酸性较强时，则发生析氢腐蚀：CO2H2OH2CO3HHCO3-Fe(HCO3)2经双水解、空气氧化、风吹日晒得Fe2O3。,以下现象与电化学腐蚀无关的是()A黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿B生铁比纯铁芯(几乎是纯铁)容易生锈C铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈D银质奖牌(纯银制成)久置后表面变暗,解析解答本题应注意形成电化学腐蚀的条件，抓住 不同的电极及电解质溶液，即可选择正确答案。黄铜(铜锌合金)若发生电化学腐蚀时，被腐蚀的金属应是金属性较活泼的锌而不是铜，故黄铜制作的铜锣不易产生铜绿，A项正确；生铁中含有较多的碳，比纯铁芯在电解质作用下更容易形成原电池，也更容易生锈，B项正确；铁质器件附有铜配件时，在接触电解质溶液时，铁是原电池的负极，易被腐蚀生成铁锈，C项正确；银质奖牌久置后可能被氧气或H2S氧化成银的化合物而表面变暗，这是化学腐蚀，与电化学腐蚀无关，答案为D项。答案D,以下现象与电化学腐蚀无关的是()A镀锡铁器比镀锌铁器表面破损时更易被腐蚀B纯铁不容易生锈C镶有相邻的银牙和金牙容易引起头痛D输送氯气的钢管易被氯气腐蚀,解析选D。A项中镀锡铁器表面破损时形成原电池，Fe作负极，易被腐蚀，而镀锌铁器表面破损时形成原电池，Fe作正极，被保护。B项中纯铁不能形成原电池，所以不容易被腐蚀。C项中相邻的银牙和金牙容易形成原电池产生电流，使人头痛恶心。D项中是铁和Cl2直接发生反应，为化学腐蚀，与电化学腐蚀无关。答案D,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()A4213B2134C4231 D3241,解析金属的腐蚀，从本质上讲也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，其被腐蚀的速度大大减小，所以装置3中的铁被腐蚀的速度比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。综上所述，按铁被腐蚀的快慢顺序为：4213。答案为A。答案A,点评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。,用铝制饭盒盛放醋酸，一段时间后，饭盒被腐蚀，该种腐蚀属_，反应的化学方程式为_；若用铝制饭盒盛放食盐(含水时)，一段时间后，饭盒被腐蚀，这种腐蚀叫做_，反应原理是(写电极反应式)_。,解析铝制饭盒盛放醋酸，金属铝直接接触腐蚀性物质，发生的腐蚀是化学腐蚀；而用铝制饭盒盛放食盐(含水时)，Al、C、食盐水形成原电池，发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀。答案化学腐蚀2Al6CH3COOH2Al(CH3COO)33H2电化学腐蚀负极：4Al12e4Al3，正极：3O26H2O12e12OH,1.金属防护的原理金属的防护就是防止金属的腐蚀，要解决的主要问题是使金属不被氧化。从金属腐蚀的化学反应原理、腐蚀的类型等方面来看，确定金属防护方法的思路：一是改变金属的内部结构，使金属性质改变，增强其本身的抗腐蚀能力，成为耐腐蚀金属；二是使金属与化学物质相互隔离。,2金属防护的常见方法,3.金属的电化学防护(1)金属的电化学保护法主要有两种：牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。二者的区别如下：,案例精析【例3】下列关于金属的防护方法的说法不正确的是()A我们使用的快餐杯表面有一层搪瓷，搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用B给铁件通入直流电，把铁件与电池负极相连接C轮船在船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阳极的阴极保护法D钢铁制造的暖气管管道外常涂有一层沥青，这是钢铁的电化学保护法,解析本题考查的是对金属器件进行保护的方法。根据常见的金属防护方法判断各选项所用方法的特点及实质。A项中涂层破损后金属铁直接暴露在空气中，搪瓷层已不能再对破损部位形成有效的保护；B项中利用的是外加电流的阴极保护法，从而保护铁不被腐蚀；C项是牺牲阳极的阴极保护法；D项中应是用沥青做涂层的涂层保护法。答案AD,【例4】(2008海南高考)如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：,回答以下问题：(1)上述实验中发生了电化学腐蚀的是(填实验序号)_；在电化学腐蚀中，负极反应是_；正极反应是_；(2)由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素是_；(3)为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是_(答两种方法)。,解析解答第(1)题应注意联系金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的区别，不纯的金属与电解质溶液接触，因发生原电池反应，较活泼的金属失电子而被氧化，分析题中实验可知，实验3、4、5、6发生了电化学腐蚀，其中负极反应是Fe2eFe2，正极反应是O22H2O4e4OH。解答第(2)题时，对比实验1和3可得出湿度增大，可使铁锈蚀速率加快；对比实验3、4可知增大O2浓度可加快铁锈蚀的速率；对比实验4、5可知升高温度可加快铁锈蚀的速率；对比实验5、6可知电解质的存在会使铁锈蚀的速率加快。,第(3)题，为防止铁的锈蚀，根据铁锈蚀的类型，可采用牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法，还可把铁制成不锈钢(合金)、亦可采用喷油漆、涂油脂、电镀、表面钝化等方法使铁与空气、水等物质隔离，以防止金属腐蚀。答案(1)3、4、5、6Fe2eFe2(或2Fe4e2Fe2)2H2OO24e4OH(2)湿度、温度、O2的浓度、电解质存在(3)电镀、发蓝等表面覆盖保护层，牺牲阳极的阴极保护法等,(1)将铜棒与锌棒用导线连接，分别插入盛有：硫酸溶液；硫酸铜溶液；硫酸钠溶液的三个烧杯中，此时，铜片上发生的主要反应是：_，_，_。(2)铜制品在经常下酸雨的地区电化学腐蚀严重。写出此电化学腐蚀的电极反应式：正极_，负极_。,(3)将表面去掉氧化膜的镁片和铝片用带电流表的导线相连，插入盛有烧碱溶液的烧杯中，此时发现电流计指针偏转，判断此原电池的正负极，并写出电极反应式和总反应式。正极_，电极反应式：_；负极_，电极反应式：_；总反应式：_。,解析本题主要考查金属的电化学腐蚀。(1)均为铜锌原电池，铜极上分别为H、Cu2得电子被还原，为吸氧腐蚀，铜极上O2得电子被还原。(2)铜的电化学腐蚀应注意与铁的区别，铜不能使H还原，故不可能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀；酸雨是一个干扰因素，它只是使电解质溶液中离子浓度增大，反应加快。(3)是一种特殊情况，较活泼的金属镁在NaOH溶液中不能失电子，而相对活动性较差的铝则能失电子被氧化，因此负极是铝，正极是镁。,答案(1)2H2eH2；Cu22eCu；O22H2O4e4OH(2)O22H2O4e4OH；2Cu4e2Cu2(3)Mg；6H2O6e3H26OH；Al；2Al8OH6e2AlO2-4H2O；2Al2NaOH2H2O2NaAlO23H2,如右图所示水槽中的试管内有一枚铁钉，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，则原溶液呈_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：有两种不同的材料(Fe为负极，碳为正极)、有电解质溶液、形成闭合回路。可知铁钉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，试管内气体被吸收所致，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，说明试管内压强增大，试管内产生了新气体，是铁钉析氢腐蚀的结果，据此写出电极反应式。答案(1)电化学(2)弱酸性或中；吸氧；2Fe4e2Fe2；O24e2H2O4OH(3)较强的酸；析氢；Fe2eFe2；2H2eH2,1影响金属腐蚀的因素有哪些？影响金属腐蚀的因素包括金属的本性、纯度和介质三个方面：(1)就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。(2)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液，都容易被腐蚀。(3)同一金属越纯，越难腐蚀。如纯铁即使在盐酸中反应也会很慢，而含杂质的生铁在潮湿的空气中也会很快生锈而被腐蚀。,2判断金属腐蚀快慢的规律是什么？不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成微电池，发生电化学腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗。金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关：(1)与构成微电池的材料有关。两极材料的活泼性差别越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属被腐蚀的速率就越快。(2)与金属所接触的电解质强弱有关。活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。对于同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。,一般可用下列原则判断：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。同一种金属腐蚀：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。,