化学人教版选修4素材：教材梳理 第四章第四节　金属的电化学腐蚀与防护 Word版含解析.doc

1、化学备课大师 【全免费】 “备课大师”全科【9 门】 ：免注册，不收费！ 庖丁巧解牛庖丁巧解牛 诱学导入点拨诱学导入点拨 材料：材料：1994 年 1 月，四川华莹山电厂因变压器中性点接地线严重腐蚀处放电，将高电 位引入主控室，造成多处击穿、短路，总保险熔断使故障不能自动切除，导致 2 号发电机着 火，3 号、4 号发电机损坏，全厂停电。2 号变电站接地装置事故的主要原因是： （1）接地 装置热容量严重不足，有的因腐蚀造成，有的因设计、施工不当造成； （2）接地装置事故持 续时间长，保护不能快速切除，给事故提供了时间条件。变电站接地装置事故统计表明，接 地装置腐蚀是事故的主要原因之一。为此，国

2、内很多单位都在开展这方面的研究，并提出了 许多防腐蚀措施。华北网变电站接地装置腐蚀情况还是比较严重的，像房山、北郊、大同二 电厂等大型 500 kV 变电站投运 10 年左右，均投巨资重新更换了地网。钢体在土壤中的腐蚀 问题设置：问题设置：为什么金属能够发生腐蚀？金属腐蚀的机理是什么？如何采取措施进行防 导入点拨：导入点拨：金属腐蚀会引发很多事故，造成很大的危害。了解金属腐蚀的原理和导致金 属腐蚀的条件，是解决金属腐蚀，有效进行防护的关键。 知识巧学升华知识巧学升华 1.定义：金属的腐蚀是指金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而损耗的现 象。 2. 3.化学腐蚀： 金属跟接触到的干燥气体

3、或非电解质液体等直接发生化学反应而引起的腐 4. 不纯的金属跟电解质溶液接触时， 会发生原电池反应， 比较活泼的金属失去电子而被氧 （1 电化学腐蚀， 实际上是由大量的微小的电池构成的微电池群自发放电的结果。 是金属与 其自身中的杂质(如 Fe 中的 C 杂质)构成的微电池。当它们的表面与溶液接触时，就会发生 （2 在金属表面的水膜呈酸性时， 电解质溶液中的 H +在阴极得到电子生成氢气， 发生析氢腐 负极：Fe-2e - Fe 2+ 正极：2H +2e- H2 其他反应：Fe 2+2OH- Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3 2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O

4、 （3 金属表面水膜酸性较弱或呈中性时，溶解在溶液中的氧气与水结合，生成 OH -，消耗了 负极：2Fe-4e - 2Fe 2+ 正极：O2+2H2O+4e - 4OH - 其他反应：Fe 2+2OH- Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3 2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O 化学备课大师 【全免费】 “备课大师”全科【9 门】 ：免注册，不收费！ 要点提示要点提示 无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀， 阳极上都是铁失去电子被氧化变成亚铁离 子。发生电化学腐蚀，水膜的碱性均增强。 （4）析氢腐蚀与吸氧腐蚀比较 类型类型 吸氧腐蚀吸氧腐蚀 析氢腐蚀析氢腐蚀 条件 水膜呈弱酸

5、性或中性 水膜呈酸性 正极反应(O2) O2+2H2O+4e - 4OH - 2H +2e- H2 负极反应(Fe) Fe-2e - Fe 2+ Fe-2e - Fe 2+ 其他反应 Fe 2+2OH- Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3 失去部分水转化为铁锈 5.化学腐蚀和电化学腐蚀 类型类型 化学腐蚀化学腐蚀 电化学腐蚀电化学腐蚀 条件 金属接触到腐蚀性物质，如氯气等 不纯的金属或合金接触到电解质溶液 有无电流产生 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属失去电子被氧化 较活泼金属失去电子被氧化 联系 化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，电化学腐蚀更为普遍 1.牺

6、性阳极的阴极保护法 将被保护的金属与更活泼的金属连接，构成原电池。使活泼金属作阳极被氧化，被保护 的金属作阴极。 例如在海上航行的轮船船体常镶上锌块， 在海水中形成原电池， 以保护船体。 负极：Zn-2eZn 2+ 正极：2H +2e H2 要点提示要点提示 负极发生氧化反应， 有时也叫做阳极， 正极发生还原反应， 有时也叫做阴极。 2. 利用外加直流电，负极接在被保护的金属上成为阴极，正极接其他金属。一些装酸性溶 3. 采用镀层、喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法使金属与介质（电解质溶液 （1 使用某些非金属材料如油漆、搪瓷、陶瓷、玻璃、沥青，以及高分子材料涂在被保护的 （2 在被保

7、护的金属上镀另一种金属或合金。 例如在黑色金属上可镀锌、锡、 铜、 铬、镍等。 金属的保护层分为两种， 即阳极保护层和阴极保护层。 前一种是镀层金属比被保护的金 化学备课大师 【全免费】 “备课大师”全科【9 门】 ：免注册，不收费！ 属活泼。 例如将锌镀于铁上(锌为阳极、 铁为阴极)， 后者是镀层金属不如被保护的金属活泼， 如把锡镀在铁上(此时锡为阴极、铁为阳极)。当保护层完整时，上述两类保护层没有原则性 区别。但当保护层受到损坏而变得不完整时，情况就不同了。阴极保护层失去了保护作用， 它和被保护的金属形成了原电池，由于被保护的金属是阳极，因为阳极要氧化，所以保护层 的存在反而加速了腐蚀。但

8、阳极保护层则不然，即使保护层被破坏，由于被保护的金属是阴 （3 铁易溶于稀硝酸，但不溶于浓硝酸。把铁预先放在浓硝酸中浸过后，即使再把它放在稀 硝酸中，其腐蚀速率也比原来未处理前有显著的下降甚至不溶解。这种现象叫做化学钝化。 问题思路探究问题思路探究 问题问题 1 1 假如有人发明了一种既便宜，又简单的方法，生产出一种永不生锈的钢铁。显 然这一发明会带来很大的益处，从科学、技术、社会发展多角度出发，你认为它也可能带来 坏处吗？ 导思导思: :任何事物都具有两面性。根据永不生锈的钢铁的成本低廉且不生锈，分析它的广 探究探究: :事物都具有两面性。便宜而简单的永不生锈的钢铁，必然造成大面积的推广和应

9、 用，也必然导致永不生锈的钢铁废品大量污染环境。由于永不生锈的钢铁难以生锈，钢铁废 弃物的处理非常困难，环境污染不容乐观。 问题问题 2 2 试管中的铁钉如果在酸性溶液或在食盐溶液中的腐蚀的现象有何不同? 导思导思: :根据介质的不同，分析在不同的介质中，铁腐蚀时作氧化剂的分别是哪种物质。 探究探究: :比较两种介质的区别：酸性介质中存在大量 H +，与金属铁发生电化学反应产生氢 气，有气泡产生，液面下降；食盐介质为中性，则不能与金属铁发生电化学腐蚀产生氢气， 但溶解在食盐水中的氧气可以得到铁失去的电子，加快腐蚀，吸收氧气，液面上升。 问题问题 3 3 导思导思: :电化学腐蚀就是依据原电池原

10、理，根据原电池原理结合金属的活泼性，分析构成 探究探究: :(1) (2)特征：原电池反应，并伴有电流的产生。 问题问题 4 4 导思导思: : 探究探究: :常温下，金属铝可与空气反应，生成一层致密的氧化铝保护膜，阻碍了金属铝继 续被腐蚀；而金属铁中含有单质碳等杂质，在潮湿的空气中反应生成铁锈，铁锈很疏松，不 能隔绝空气继续与内部的单质铁反应， 因此无法有效保护金属铁不被腐蚀。 二者的本质区别 在于氧化物保护膜是否致密，能否有效保护内部金属。 典题热题新题典题热题新题 例例 1 1 取 6 根铁钉，6 化学备课大师 【全免费】 “备课大师”全科【9 门】 ：免注册，不收费！ 试管（1 试管（

11、2）的试管底放入硅胶（是一种干燥剂） ，再放入铁钉，用棉花团堵住试管口，使 试管（3）先放入一根铁钉，趁热倒入煮沸的蒸馏水（赶出原先溶解在蒸馏水中的空气） 试管（4）中放入 试管（5 试管（6 把 6 支试管放在试管架上，几天后观察铁钉被腐蚀的情况。其中 试管内的铁 钉未被腐蚀。从铁钉被腐蚀的情况可知引起和促进铁钉腐蚀的条件是 解析：解析：此题实际是利用原电池形成的条件及原理解释金属腐蚀速率问题。由于（2） （3） 两个试管不具备构成原电池的条件，不能发生电化学腐蚀，所以暂未被腐蚀。而试管（5） 尽管具备构成原电池的条件，但 Zn 比铁活泼，在原电池中作负极，使铁变成铁离子的反应 难以发生，所

12、以铁也暂未被腐蚀。引起和促进铁钉被腐蚀的条件是：水、空气、电解质溶液 答案：答案： （2） （3） （5） 水、空气、电解质溶液、不活泼金属杂质的存在 深化升华深化升华 在实验设计的过程中， 如果有多种因素影响实验时， 要确定某一条件对实验 的影响，我们通常采用设置对比实验组，根据对比实验组，分析比较实验结果与外界环境的 关系，从而确定哪些条件的改变影响金属的腐蚀。 例例 2 2 为防止海轮船体的腐蚀，应在船体水线以下位置嵌上一定数量的（ A.铜块 B. C.锌块 D. 解析：解析：海轮船体由钢板焊接而成，为防止浸埋在海水（电解质溶液）中的船体（Fe）的 腐蚀，应选用活泼性比铁强，而又不会与水

13、直接反应的金属 Zn 嵌入船体，这样紧密接触的 两种金属接触海水（电解质溶液）时，将发生原电池反应，较活泼的 Zn 作为原电池的负极， Zn 失去电子被氧化，Zn 失去的电子流向 Fe，从而抑制 Fe 失去电子被氧化。定期更换嵌入 的 Zn 答案：答案：C 典例变式：典例变式：下列说法正确的是（ A.钢铁因 B. C.钢铁电化学腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的 pH D. 解析：解析：金属的腐蚀就是金属失电子而被氧化的过程，因此 D 是正确的。依据电化学腐蚀 中析氢腐蚀和吸氧腐蚀的原理可知，C 也是正确的。原电池反应既可以加快金属的腐蚀，也 可用以防止金属的腐蚀。 例如不锈钢， 镀锌铁等中的

14、Fe 均不易腐蚀， 所以 A、 B 是不正确的。 化学备课大师 【全免费】 “备课大师”全科【9 门】 ：免注册，不收费！ 答案：答案：CD 例例 3 3 生活中常常有这样的现象：一件普通的铁器，如不精心保管，便会生锈；若不引 起注意，锈斑蔓延开来，就会吞噬整个铁器使之变成废物。人们称这种现象为“锈吃铁” 。 解析：解析：铁在干燥的空气中不易生锈，但在潮湿的空气中发生了电化学腐蚀，腐蚀后生成 的铁锈是一种海绵状的物质， 具有保湿的作用， 电解质水的存在促使铁器电化学腐蚀持续进 答案：答案：首先是原电池的构成，铁器中铁作负极，其中杂质碳作正极，铁器表面的水膜构 (1)析氢腐蚀（负极） ：Fe-2

15、e - Fe 2+,正极反应：2H+2e- H2。析氢腐蚀后 pH (2)吸氧腐蚀: Fe-2e - Fe 2+,由于溶液中 OH-浓度增大，生成 Fe(OH) 2，它很易被空气 中的氧气所氧化：4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3，Fe(OH)3部分失水后生成海绵状物质 Fe2O3xH2O，它具有保湿作用，水膜的存在加速了铁器的腐蚀。 深化升华深化升华 分析和观察问题的关键在于从现象看本质。 本题的关键是铁锈对金属铁的腐 蚀由慢到快。 不仅需要根据日常生活对铁生锈的观察， 还要结合题目所给的信息中给出的 “若 不引起注意，锈斑蔓延开来，就会吞噬整个铁器使之变成废物”这一信息，结合

16、铁锈疏松多 孔，具有很强的保湿作用，来考虑腐蚀会越来越快的原因。 例例 4 4 钢铁在很弱的酸性或中性条件下发生电化学腐蚀时，正极的反应式为（ A.Fe-2e - Fe 2+ B.2H +2e- H2 C.2H2O+O2+4e - 4OH - D.Fe-3e - Fe 3+ 解析：解析：钢铁中含有多种杂质，在考虑钢铁的电化学腐蚀时，为了简化问题，主要讨论碳 杂质问题。也就是以 Fe 为负极，C 为正极的原电池反应。在中性条件或弱酸性条件下发生 的是吸氧腐蚀。原电池的正极为 C，发生的是还原反应，即得电子反应，故 A、D 选项应排 除。在 B、C 选项中，B 答案：答案：C 典例变式：典例变式：

17、如果上述题目中环境条件改为酸性环境。则答案应该为（ 解析：解析：在酸性环境中，钢铁的腐蚀为析氢腐蚀。正极反应应该为：2H +2e- H2。 答案：答案：B 例 5 (1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于 (2)若试管内液面上升，则原溶液是 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：解析：根据原电池的构成条件，两种不同的材料在有电解质溶液时，若形成闭合回路， 化学备课大师 【全免费】 “备课大师”全科【9 门】 ：免注册，不收费！ 即可构成原电池， 此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。 根据金属腐蚀的条件、 原

18、理及结果可知： 试管内液面上升，说明试管内压强减小，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；试管内液面下降，说明试管内气体压强变大，试管内产生了新气体所致，是铁 答案：答案：(1) (2)弱酸性或中 吸氧 2Fe-4e - 2Fe 2+ O 2+4e -+2H 2O4OH - (3)较强的酸 析氢 Fe-2e - Fe 2+ 2H+2e- H2 深化升华深化升华 本题应根据铁钉被腐蚀所处的环境分析被腐蚀的原因和类型， 然后确定电极 反应。考查的知识点有：原电池构成条件、原电池电极反应、金属的腐蚀及类型。 例例 6 6 如下图所示，各容器中盛有海水， （ ） A.4213 B.

19、2134 C.4231 D.3241 解析：解析： 金属的腐蚀， 从本质上讲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，则其被腐蚀的速度增大，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，Fe 是阳极，不断地以 Fe 2+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。综上分析，按铁被腐蚀的快慢顺序为：4 213 答案：答案：A 深化升华深化升华 (1)与构成微电池的材料有关。 两极材料的活动性差别越大， 氧化还原反应的速度越快， (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比在非电解质溶 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。