《高中化學(xué) 第四章 電化學(xué)基礎(chǔ) 第四節(jié)《金屬的電化學(xué)腐蝕與防護》知識點總結(jié)及典例解析 新人教版選修4》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《高中化學(xué) 第四章 電化學(xué)基礎(chǔ) 第四節(jié)《金屬的電化學(xué)腐蝕與防護》知識點總結(jié)及典例解析 新人教版選修4(10頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、高中化學(xué) 第四章 電化學(xué)基礎(chǔ) 第四節(jié)《金屬的電化學(xué)腐蝕與防護》知識點總結(jié)及典例解析 新人教版選修4
1.鋼鐵在酸性環(huán)境中主要發(fā)生析氫腐蝕,放出氫氣。
2.鋼鐵在中性或弱酸性環(huán)境中主要發(fā)生吸氧腐蝕,最終生成鐵銹的主要成分是Fe2O3·nH2O。
3.鋼鐵吸氧腐蝕的正極發(fā)生的電極反應(yīng)是:
2H2O+O2+4e-===4OH-。
4.金屬電化學(xué)防護的方法有犧牲陽極的陰極保護法和外加電流的陰極保護法。
金屬的電化學(xué)腐蝕
[自學(xué)教材·填要點]
1.金屬的腐蝕
(1)概念:金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。
(2)本質(zhì):金屬原子失去電子變?yōu)?/p>
2、陽離子,金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。
(3)分類:
①化學(xué)腐蝕:
金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。
②電化學(xué)腐蝕:
不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時,會發(fā)生原電池反應(yīng),比較活潑的金屬失電子而被氧化。
2.鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕
吸氧腐蝕
析氫腐蝕
條件
水膜呈中性或弱酸性
水膜呈較強酸性
正極反應(yīng)
O2+4e-+2H2O
===4OH-
2H++2e-===H2↑
負極反應(yīng)
Fe-2e-===Fe2+
Fe-2e-===Fe2+
總反應(yīng)
2Fe+O2+2H2O
===2Fe(OH)2
Fe+2H+===
Fe2++H2↑
[師生互
3、動·解疑難]
(1)化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕往往同時發(fā)生,只是電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍,危害更大。
(2)析氫腐蝕和吸氧腐蝕取決于金屬表面電解質(zhì)溶液的酸堿性,實際情況中以吸氧腐蝕為主。
(3)鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕或吸氧腐蝕時,負極均是Fe失電子生成Fe2+,而非Fe3+。
(4)一般情況下,只有在金屬活動性順序中排在氫之前的金屬才有可能發(fā)生析氫腐蝕。
1.請以吸氧腐蝕為例,用化學(xué)方程式解釋鐵銹(Fe2O3·xH2O)的形成過程:
(1)負極:___________________________________________________________;
(2)正極:____
4、_______________________________________________________;
(3)總反應(yīng):____________________________________________________;
(4)_____________________________________________________________;
(5)______________________________________________________________。
答案:(1)Fe-2e-===Fe2+
(2)O2+4e-+2H2O===4OH-
(
5、3)2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2
(4)4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
(5)2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O
金屬的電化學(xué)防護
[自學(xué)教材·填要點]
1.金屬的防護
2.金屬的電化學(xué)防護
(1)犧牲陽極的陰極保護法:
應(yīng)用原電池原理,讓被保護金屬作正極,另找一種活潑性較強的金屬作負極。
(2)外加電流的陰極保護法:
利用電解原理,把被保護的鋼鐵設(shè)備作為陰極,用惰性電極作為輔助陽極,在電解質(zhì)溶液里,接外加直流電源。
3.犧牲陽極的陰極保護法的實驗探究
(1)實驗步驟:按右圖所示連接好
6、裝置;往Fe電極區(qū)滴入2滴黃色K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液,觀察實驗現(xiàn)象。
已知Fe2+與[Fe(CN)6]3-反應(yīng)生成帶有特征藍色的鐵氰化亞鐵沉淀:
3Fe2++2[Fe(CN)6]3-===Fe3[Fe(CN)6]2↓。
(2)實驗現(xiàn)象:可以看到電壓表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),F(xiàn)e電極上有氣泡產(chǎn)生,往Fe電極附近滴入K3[Fe(CN)6]溶液,沒有藍色沉淀生成。
(3)實驗結(jié)論:
實質(zhì)上是Zn、Fe、NaCl溶液(酸化)構(gòu)成原電池,發(fā)生下列電極反應(yīng):
負極:Zn-2e-===Zn2+,
正極:2H++2e-===H2↑。
往Fe電極附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液不變藍色,
7、說明溶液中不含F(xiàn)e2+,證明Fe未被腐蝕(即犧牲陽極金屬保護陰極金屬)。
[師生互動·解疑難]
(1)金屬防護的基本思路:
①防止金屬與氧化性介質(zhì)直接接觸。
②防止金屬表面形成電解質(zhì)溶液層。
③改善金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
(2)金屬防護的其他方法:
①改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu),使金屬的性質(zhì)發(fā)生改變,成為耐腐蝕金屬,如把鉻、鎳等加入普通鋼里制成不銹鋼。
②在金屬表面覆蓋保護層,使金屬制品與周圍物質(zhì)隔離開來,這是一種普遍采用的防護方法。
2.用“短線”將下列金屬的防護方法連線。
(1)加保護層 A.鋼閘門與直流電源負極相連
(2)犧牲陽極陰極保護法
8、 B.電線外面包塑料法
(3)外加電流的陰極保護法 C.普通鋼制鎳鉻鋼
(4)改變內(nèi)部結(jié)構(gòu) D.輪船外殼裝上鋅塊
答案:(1)-B (2)-D (3)-A (4)-C
主題1:鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕的不同點有哪些?
甲
形成原電池的條件不同,水膜呈較強的酸性發(fā)生析氫腐蝕,水膜呈中性或很弱的酸性則發(fā)生吸氧腐蝕
乙
正極反應(yīng)式不同,析氫腐蝕為:2H++2e-===H2↑,吸氧腐蝕為:2H2O+O2+4e-===4OH-
丙
總反應(yīng)式不同,
析氫腐蝕:Fe+2H+===Fe2++H2↑,
吸氧腐蝕:2Fe+2H2O+O2===2Fe(
9、OH)2,
4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3
丁
電化學(xué)腐蝕中,吸氧腐蝕比析氫腐蝕更普遍
主題2:探討金屬防護的常用方法有哪些?
甲
改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu),如鋼中加入鎳制成不銹鋼
乙
在金屬表面覆蓋保護層,把被保護的金屬與腐蝕介質(zhì)隔開,如在金屬表面涂油漆、油脂、搪瓷、鍍鉻、覆蓋藍色氧化膜(Fe3O4等)
丙
改善腐蝕的環(huán)境,如減少腐蝕介質(zhì)的濃度,除去介質(zhì)中的氧等
丁
電化學(xué)保護,根據(jù)電化學(xué)原理,通過改變金屬在電解質(zhì)溶液中的作用,從而控制金屬的腐蝕,如犧牲陽極的陰極保護法和外接電源的陰極保護法等
金屬的腐蝕與防護
[例1] 結(jié)合
10、下圖判斷,下列敘述正確的是( )
A.Ⅰ和Ⅱ中正極均被保護
B.Ⅰ和Ⅱ中負極反應(yīng)均是Fe-2e-===Fe2+
C.Ⅰ和Ⅱ中正極反應(yīng)均是O2+2H2O+4e-===4OH-
D.Ⅰ和Ⅱ中分別加入少量K3[Fe(CN)6]溶液,均有藍色沉淀
[解析] 兩個裝置均為原電池,負極都是活潑金屬,根據(jù)原電池原理可知:原電池的正極金屬受到保護,A項正確;Ⅰ:負極為活潑金屬Zn,B錯誤;Ⅱ中是酸性溶液,電極反應(yīng)中不能有OH-生成,C錯誤;Ⅰ中無Fe2+生成;不能生成鐵氰化亞鐵沉淀,D錯誤。
[答案] A
解答此類題目主要從以下三個方面分析:
(1)正確判斷金屬的腐蝕是化學(xué)腐蝕還是電
11、化學(xué)腐蝕。
(2)如果是電化學(xué)腐蝕,判斷出正、負極,較活潑的金屬為負極被腐蝕,較不活潑的金屬為正極被保護。
(3)電化學(xué)腐蝕中根據(jù)電解質(zhì)溶液的酸堿性確定腐蝕的類型,若是酸性溶液則發(fā)生析氫腐蝕,若是中性或弱酸性溶液則發(fā)生吸氧腐蝕。
1.下列有關(guān)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(nèi)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(yīng)是Fe-3e-===Fe3+
解析:鋼管與電源正極相連,則鋼管作陽極,發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕,A項錯誤;鐵遇冷濃硝酸表面鈍化,在表面生成一
12、層致密的氧化膜保護內(nèi)部不被腐蝕,B項正確;鋼管與銅管露天堆放在一起,形成原電池時鋼管作負極,發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕,C項錯誤;鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時,負極反應(yīng)為:Fe-2e-===Fe2+,D項錯誤。
答案:B
金屬腐蝕快慢的比較
[例2] 下圖所示的各容器中盛有海水,鐵在其中被腐蝕時由快到慢的順序是( )
A.④>②>①>③ B.②>①>③>④
C.④>②>③>① D.③>②>④>①
[解析] 鐵在海水中的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕,當(dāng)鐵與比它活潑性差的Sn相連時,F(xiàn)e被腐蝕的速率增大[比①大],與活潑性比其強的
13、鋅相連時,鋅作負極,被腐蝕,鐵被保護,其腐蝕的速率要比①??;④為電解裝置,F(xiàn)e為陽極,發(fā)生氧化反應(yīng),鐵腐蝕的速率最快。
[答案] A
同一電解質(zhì)溶液中金屬腐蝕快慢的規(guī)律
電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有保護措施的腐蝕;即電解池的陽極>原電池的負極>一般化學(xué)腐蝕>原電池的正極>電解池的陰極。
若將裝置②中的Sn換為Cu,
與②比較哪一種裝置中鐵的腐蝕速率快?
提示:換為Cu后、Fe的腐蝕速率
快;原因是活潑性不同的兩種金屬形成原電池而造成
的腐蝕:兩金屬的活潑性差異越大,金屬腐蝕得越快。
金屬腐蝕與防護的實驗探究
[例3] 某
14、探究小組用鐵釘被腐蝕的快慢實驗,來研究防止鋼鐵腐蝕的方法。所用試劑有:材質(zhì)相同無銹的鐵釘數(shù)個,一定量的食鹽水、碳酸水、植物油,實驗溫度為298 K或308 K,每次實驗取用鐵釘?shù)臄?shù)量相同,液體體積相同且足量,用大小相同的試管實驗。
(1)請完成以下實驗設(shè)計表,并在實驗?zāi)康囊粰谥刑畛鰧?yīng)的實驗編號:
實驗
編號
T/K
試管內(nèi)
取用液體
實驗?zāi)康?
①
298
食鹽水
(Ⅰ)實驗①和②探究不同電解質(zhì)溶液對鐵釘腐蝕快慢的影響
(Ⅱ)實驗①和________探究溫度對鐵釘腐蝕快慢的影響
(Ⅲ)實驗①和________探究鐵釘是否接觸電解質(zhì)溶液對鐵釘腐蝕快慢的影響
②
15、
③
④
(2)請根據(jù)上述實驗,判斷下列有關(guān)鋼鐵制品防腐的說法正確的是________(填字母)。
A.在鐵門、鐵窗表面涂上油漆
B.自行車各部件因有防護涂層或電鍍等防腐措施,所以不需要停放在能遮雨的地方
C.家用鐵制廚具每次用完后應(yīng)擦干放置在干燥處
D.把擋水鐵閘門與直流電源的正極連接且構(gòu)成回路,可減少鐵閘門的腐蝕速率
[解析] (1)實驗Ⅰ探究不同電解質(zhì)對鐵釘腐蝕快慢的影響,因此保證溫度不變(仍為298 K),改變電解質(zhì)(選用碳酸水)。
實驗Ⅱ探究溫度對鐵釘腐蝕快慢的影響,因此保證電解質(zhì)不變(仍為食鹽水),改變溫度(選308 K)。
實驗Ⅲ探究鐵
16、釘是否接觸電解質(zhì)溶液對鐵釘腐蝕快慢的影響。因此保證溫度不變(仍為298 K),改變試管內(nèi)液體(選植物油)。
(2)A項涂油漆保護鋼窗,使鐵窗與周圍物質(zhì)隔開,正確;自行車放在干燥處,不易形成原電池,能降低腐蝕速率,B錯誤;C正確;D項擋水鐵閘門應(yīng)與直流電源的負極相連,使之作電解池的陰極,才能起到保護作用,D錯誤。
[答案] (1)
實驗
編號
T/K
試管內(nèi)
取用液體
實驗?zāi)康?
①
298
食鹽水
(Ⅱ)③
(Ⅲ)④(只要與
前面③、④對應(yīng)即可)
②
298
碳酸水
③
308
食鹽水
④
298
植物油
(2)AC
影響金屬腐蝕的因素包
17、括金屬的本性和介質(zhì)兩個方面,就金屬的本性而言,金屬越活潑,就越易失去電子被腐蝕,介質(zhì)對金屬腐蝕的影響很大,如果金屬在潮濕的空氣中,接觸腐蝕性氣體或電解質(zhì)溶液,都容易被腐蝕。
2.為研究金屬腐蝕的條件和速率,某課外小組學(xué)生用金屬絲將三根大小相同的鐵釘分別固定在圖示的三個裝置中,再放置于玻璃鐘罩里保存一星期,下列對實驗結(jié)束時現(xiàn)象描述不正確的是( )
A.裝置Ⅰ左側(cè)的液面一定會上升
B.左測液面裝置Ⅰ比裝置Ⅱ的低
C.裝置Ⅱ中的鐵釘腐蝕最嚴重
D.裝置Ⅲ中的鐵釘幾乎沒被腐蝕
解析:裝置Ⅰ中潮濕的水蒸氣為中性,鐵絲發(fā)生吸氧腐蝕,左側(cè)的液面一定會上升;裝置Ⅱ中潮濕的水蒸氣為酸性,鐵絲發(fā)生析氫腐蝕,左側(cè)的液面下降,故左側(cè)液面裝置Ⅰ比裝置Ⅱ的高;裝置Ⅱ中銅與鐵構(gòu)成原電池,腐蝕最為嚴重;裝置Ⅲ中鐵釘處于干燥環(huán)境,幾乎沒被腐蝕。
答案:B