1、第三节第三节 金属的腐蚀与防护金属的腐蚀与防护 【课程标准要求】 1.了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害。 2.了解防止金属腐蚀的措施。 3.能利用电化学原理解释金属腐蚀的现象，选择并设计防腐蚀措施。 一、金属的腐蚀 1.金属腐蚀 (1)概念：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。 (2)分类：由于与金属接触的气体或液体物质不同，发生腐蚀的情况也不同，一般 金属腐蚀可分为两类：化学腐蚀与电化学腐蚀。 2.化学腐蚀与电化学腐蚀 3.钢铁的电化学腐蚀 由于条件下同，钢铁腐蚀可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种类型。 类别 项目 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 图形描述 条件 水膜
2、酸性较强 水膜酸性较弱或呈中性 电极 反应 负极 Fe2e =Fe2 正极 2H 2e =H2 2H2OO24e =4OH 总反应 Fe2H =Fe2 H2 2Fe2H2O O2=2Fe(OH)2 联系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍 【微自测】 1.判断下列说法的正误(正确的打“”，错误的打“”) (1)Al、Fe、Cu 在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物() (2)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成 Fe3 () (3)纯银制品表面变黑和钢铁表面生锈的腐蚀原理相同() (4)钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀() 二、金属的防护 1.金属的防护原理 金属的防护主要是从金属与金
3、属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑的。 2.金属防护的措施 (1)改变金属材料的组成 在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金，例如，在普通钢中加 入铬、镍等制成不锈钢产品。 (2)在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防 护方法。 在钢铁表面喷涂油漆、矿物油脂或覆盖搪瓷、塑料等。用电镀的方法在钢铁表 面镀上一层锌、锡、铬、镍等金属。 用化学方法在钢铁部件表面进行发蓝处理，利用阳极氧化处理铝制品的表面， 形成致密的氧化膜而钝化等。 采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜等。 (3)电化学保护法 电化学 保护 牺
4、牲阳极 外加电流法 依据 原电池原理 电解池原理 原理 被保护金属作正极(阴极)；活泼 金属作负极(阳极)。阳极要定期 予以更换 将被保护金属与电源的负极相 连作阴极； 另一附加电极与电源 的正极相连作阳极 实例 示意图 【微自测】 2.远洋轮船的船体材料是合金钢，为了避免船体遭受腐蚀，通常在船壳(船底及船 侧)上镶嵌一些金属块 M。下列有关说法错误的是( ) A.该方法称为牺牲阳极法 B.M 可以是锌、镁、锡等金属 C.船壳主要发生吸氧腐蚀 D.该方法中负极反应为 Mne =Mn 答案 B 解析 为避免船体遭受腐蚀，通常在船壳上镶嵌锌等比铁更活泼的金属，发生腐 蚀时形成原电池，船体作正极而受
5、到保护，该方法称为牺牲阳极，A 正确；金属 M 可以是锌、 镁等比铁活泼的金属， 但不能是锡等比铁活泼性弱的金属， B 错误； 海水呈弱碱性，船壳在海水中发生吸氧腐蚀，C 正确；该方法中，M 作负极发生 氧化反应，电极反应式为 Mne =Mn，D 正确。 一、金属电化学腐蚀的类型与条件 【实验探究】 实验 1：将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入下图所示的具支 试管中。一段时间后，观察导管中水柱和铁钉的变化。如图 1。 实验 2：向 100 mL 烧杯中加入约 50 mL 饱和食盐水后，插入两个玻璃筒(无底)； 将一个无锈铁钉和一个碳棒分别用导线与检流计连接后，再分别插入两个玻璃筒
6、 中。如图 2。 (1)实验 1 的实验现象是什么？铁钉为什么会生锈？请分析变化的原因。 提示：实验 1 导气管中的水柱上升，铁钉生锈；铁钉中的 Fe、C 及食盐水三者构 成原电池，发生了电化学腐蚀，导气管中的水柱上升，说明发生了吸氧腐蚀。 (2)实验 2 的检流计指针是否偏转？若向实验 2 中插入碳棒的玻璃筒内滴入酚酞溶 液，将会观察到什么现象？写出该电极的电极反应式。 提示：检流计指针发生偏转；向插入碳棒的玻璃筒内滴入酚酞，溶液变红；2H2O O24e =4OH。 (3)若将实验 1 和实验 2 的溶液换成盐酸(均足量)，实验 1 的实验现象是什么？说 明发生的是哪种类型的电化学腐蚀？实验
7、 2 中是否有电流通过？写出两极的电极 反应式。 提示： 铁钉表面有气泡冒出， 铁钉逐渐溶解直至消失， 试管中导管口有气泡冒出； 发生的是析氢腐蚀；有电流通过；正极(碳棒)：2H 2e=H 2，负极(铁钉)： Fe2e =Fe2。 【核心归纳】 1.金属化学腐蚀和电化学腐蚀的联系和区别 2.解答金属腐蚀类题目的思路 (1)正确判断金属的腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀。发生原电池反应引起的腐蚀 为电化学腐蚀，无原电池反应发生的腐蚀为化学腐蚀。 (2)如果是电化学腐蚀，判断出正、负极，较活泼的金属为负极被腐蚀，较不活泼 的金属为正极被保护。 (3)正确判断介质溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关
8、键。潮湿的空气、 中性溶液中发生吸氧腐蚀；NH4Cl 溶液、稀 H2SO4等酸性溶液中发生析氢腐蚀。 (4)根据金属活动性顺序分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀。金属活动性顺序中氢前面的金 属，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀，在中性或酸性较弱的电解质溶液 中发生吸氧腐蚀；金属活动性顺序在氢后面的金属只可能发生吸氧腐蚀。 【实践应用】 1.如图所示，拴上金属条的铁钉插在含有酚酞的 NaCl 溶液中，可以看到在贴近金 属条一边的溶液出现粉红色。该金属条可能是( ) A.镁 B.锡 C.铝 D.锌 答案 B 解析 拴上金属条的铁钉插在含有酚酞的 NaCl 溶液中，可以看到在贴近金属条 一边的溶液出现粉红色
9、，说明铁钉发生吸氧腐蚀，铁易失电子作负极，另一金属 作正极，故另一种金属的活泼性小于铁，B 项符合要求。 2.如图表示钢铁在海水中的锈蚀过程，以下有关说法正确的是( ) A.该金属腐蚀过程为析氢腐蚀 B.正极为 C，发生的反应为氧化反应 C.在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀 D.正极反应为 O22H2O4e =4OH 答案 D 解析 钢铁中含有铁和碳，在海水中构成原电池，铁作负极，碳作正极，从图中 可以看出，空气中的 O2参加反应，所以发生了吸氧腐蚀，A 项错误；碳作正极， 发生的反应为还原反应，B 项错误；在酸性条件下，原电池的正极上发生 H 得电 子的还原反应，析出 H2，即在酸性条件下发生析
10、氢腐蚀，C 项错误；发生吸氧腐 蚀时，O2在正极发生得电子的还原反应：O22H2O4e =4OH，D 项正确。 二、金属防护的原理与措施 【核心归纳】 1.金属防护措施方法比较 2.金属的电化学防护方法比较 电化学 防护法 牺牲阳极法 外加电流法 原理 原电池原理 电解原理 措施 被保护的金属作正极(阴极)， 以一种活动性较强的金属作负 极(阳极) 被保护的金属作阴极，惰性电 极作辅助阳极，连上直流电源 应用 如锅炉内壁、船舶外壳、铁塔、 铁管道装上若干锌块，可保护 钢铁设备 如钢闸门、输送酸性溶液的铁 管道等 【实践应用】 1.如下图是金属牺牲阳极法的实验装置，下列有关说法正确的是( ) A
11、.该装置为电解池 B.本实验牺牲了金属 Fe 来保护金属 Zn C.若加入 K3Fe(CN)6溶液，Fe 电极附近不会产生带有特征蓝色的沉淀 D.远洋货轮上镶嵌的金属 Zn 不需要更换 答案 C 解析 该装置没有外接电源，所以是原电池而不是电解池，故 A 项错误；锌比铁 活泼，失电子作负极，铁作正极，所以牺牲了锌保护了铁，故 B 项错误；铁被保 护，所以溶液中不会产生 Fe2 ，加入 K 3Fe(CN)6溶液后，Fe 电极附近不会产生 带有特征蓝色的沉淀，故 C 项正确；远洋货轮船底镶嵌锌块，其中锌与铁构成原 电池，锌作负极，失电子发生氧化反应，锌被腐蚀，为保护货轮需定期更换，故 D 项错误。
12、 2.(2020 漳州高二检测)有关远洋轮船船壳腐蚀与防护叙述错误的是( ) A.可在船壳外刷油漆进行保护 B.可将船壳与电源的负极相连进行保护 C 可在船底安装锌块进行保护 D.在海上航行时，船壳主要发生析氢腐蚀 答案 D 解析 A.在船壳外刷油漆可以防止金属和海水、空气接触，所以在船壳外刷油漆 可以对船壳进行保护，故 A 正确；B.将船壳与电源的负极相连，即船壳为阴极， 阴极材料不易被腐蚀， 电解池的阴极金属被保护， 故 B 正确； C.在船底安装锌块， 形成原电池，金属锌是负极，被腐蚀，正极材料 Fe 被保护，故 C 正确；D.海水 呈弱碱性，金属会发生吸氧腐蚀，即在海上航行时，船壳主要
13、发生吸氧腐蚀，故 D 错误。 核心体系建构 1.如图为模拟铁生锈的实验。铁粉中均匀混有少量炭粉，装入内壁已分别用氯化 钠溶液和稀醋酸润湿过的甲、乙两个具支试管中，打开止水夹片刻后，下列有关 该实验的说法合理的是( ) A.甲装置导管口有气泡，乙装置导管内出现一段液柱 B.甲装置中发生的电化学腐蚀主要是析氢腐蚀 C.乙装置中发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀 D.乙装置导管口有气泡冒出 答案 D 解析 甲装置中的电解质溶液呈中性， 所以发生的是吸氧腐蚀， A、 B 两项错误； 乙装置中的电解质溶液呈酸性，发生的是析氢腐蚀，有气体产生，C 项错，D 项 正确。 2.下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是
14、( ) A.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣易产生铜绿 B.镀锡铁制品和镀锌铁制品的镀层破损时，镀锡铁中铁的腐蚀速率更慢 C.轮船的船体水位线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阳极法 D.不锈钢有较强的抗腐蚀能力是因为在钢铁表面上镀上一层铬 答案 C 解析 黄铜(铜锌合金)制作的铜锣发生腐蚀时，铜作正极而受到保护，不易产生 铜绿，A 错误；镀层破损后，镀锡铁中金属铁为负极，易被腐蚀，而镀锌铁中铁 是正极，被保护，故镀锡铁中铁的腐蚀速率更快，B 错误；轮船的船体水位线以 下装锌块，由于 Zn 比 Fe 活泼，发生腐蚀时，Zn 作负极被腐蚀，船体作正极而受 到保护，属于牺牲阳极法，C 正确；不锈钢是把铬
15、、镍等加入普通钢中制成的合 金，具有较强的抗腐蚀能力，并非在钢铁表面镀上了铬，D 错误。 3.利用如图所示装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法不正确的是( ) A.若 X 为碳棒，开关 K 置于 N 处，为外加电流法，可减缓铁的腐蚀 B.若 X 为碳棒，开关 K 置于 N 处，X 极发生氧化反应 C.若 X 为锌棒，开关 K 置于 M 处，为牺牲阳极法，可减缓铁的腐蚀 D.若 X 为锌棒，开关 K 置于 M 处，铁极发生氧化反应 答案 D 解析 D 错误，若 X 为锌棒，开关 K 置于 M 处，形成原电池，铁电极是正极， 发生还原反应。 4.请回答钢铁在腐蚀、防护过程中的有关问题。 在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意图如图所示。 (1)图中 A 电极对应的金属是_(写元素名称)，B 电极的电极反应式是 _。 (2)镀层破损后，镀铜铁和镀锌铁更容易被腐蚀的是_。 答案 (1)铜 Cu2 2e=Cu (2)镀铜铁 解析 (1)题图是要在铁件的表面镀铜，故铜作阳极，铁作阴极，即 B 极为铁，发 生还原反应，电极反应式为 Cu2 2e=Cu；A 极为铜，发生氧化反应，电极反 应式为 Cu2e =Cu2。(2)铁比铜活泼，形成原电池时，铁为负极，铜为正极， 而锌比铁活泼，形成原电池反应时，铁为正极，锌为负极，铁难以被氧化，镀层 破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀。