浙江省高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)導(dǎo)航 第5單元第23講 金屬的腐蝕與防護課件 新課標

一、金屬的電化學(xué)腐蝕一、金屬的電化學(xué)腐蝕 1金屬的腐蝕 (1)金屬的腐蝕是指金屬及其合金與周圍環(huán)境中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的現(xiàn)象。 (2)分類：可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕是指金屬與其他物質(zhì)直接接觸發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起的腐蝕。 電化學(xué)腐蝕是指不純的金屬或合金發(fā)生原電池反應(yīng)，使較活潑的金屬失去電子被氧化而引起的腐蝕。 2鋼鐵的電化學(xué)腐蝕 (1)鋼鐵的吸氧腐蝕 在潮濕的空氣中，當(dāng)鋼鐵表面的水膜酸性較弱或呈中性并溶有O2時，發(fā)生吸氧腐蝕。鐵作負極，炭粉作正極，負極：2Fe-4e-=2Fe2+，正極：O2+4e-+2H2O=4OH-，總反應(yīng)：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2。F e ( O H )2進 一 步 被 O2氧 化 生 成Fe(OH)3,4Fe(OH)2+O2+H2O=4Fe(OH)3，F(xiàn)e(OH)3脫去一部分水生成Fe2O3nH2O，它是鐵銹的主要成分。 (2)鋼鐵的析氫腐蝕 當(dāng)鋼鐵表面的電解質(zhì)溶液酸性較強時，將發(fā)生析氫腐蝕。負極：Fe-4e-=Fe2+，正極：2H+2e-=H2，總反應(yīng)：Fe+2H+=Fe2+H2。若鋼鐵表面水膜的酸性較弱，隨著H2的析出，水膜的pH上升，F(xiàn)e2+與OH-結(jié)合生成Fe(OH)2，F(xiàn)e(OH)2繼續(xù)與空氣中的O2作用生成Fe(OH)3，進而形成鐵銹。 二、金屬的電化學(xué)防護二、金屬的電化學(xué)防護 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(水膜)；(3)改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 2金屬防護的常用方法 (1)加保護層防止形成原電池。改電解質(zhì)溶液為非電解質(zhì)溶液，如涂上油漆、礦物性油脂等。表面鈍化形成致密的氧化膜，如將鐵鈍化形成致密的Fe3O4氧化膜。 (2)電化學(xué)防護 犧牲陽極的陰極保護法原電池原理 正極(陰極)：被保護的金屬設(shè)備。負極(陽極)：比被保護的金屬活潑的金屬 外加電流的陰極保護法 陰極：被保護的金屬設(shè)備。陽極：惰性電極。 (3)改變金屬內(nèi)部的組成結(jié)構(gòu)，將金屬制成合金，增強抗腐蝕能力。考點一 金屬腐蝕的條件 例例1 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，再放在玻璃鐘罩里保存相同的一段時間，下列對實驗結(jié)束時現(xiàn)象的描述不正確的是() A裝置左側(cè)的液面一定會下降B左側(cè)液面裝置比裝置的低C裝置中的鐵釘腐蝕最嚴重D裝置中的鐵釘幾乎沒被腐蝕 【解析】裝置中鐵釘與表面形成的鹽酸酸膜反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣，造成左側(cè)液面下降；裝置中鐵釘、銅絲構(gòu)成原電池，發(fā)生析氫腐蝕，其產(chǎn)生氫氣的速率比裝置快，左側(cè)液面裝置比裝置的低；裝置中濃硫酸吸收了空氣中的水分，使鐵釘幾乎沒被腐蝕。 【方法技巧點撥】保持金屬表面干燥、潔凈，可大大減緩金屬的腐蝕，這也是金屬防護的一種方法?！敬鸢浮緽考點二 金屬腐蝕的快慢 例例2 下列五個燒杯中均盛有海水，鐵被腐蝕由快到慢的順序是：_。 (4)(2)(1)(3)(5) 【解析】腐蝕快慢一般順序為：電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學(xué)腐蝕原電池原理防護的腐蝕電解原理防護的腐蝕。本題中(4)為電解原理引起的腐蝕，(2)為原電池原理引起的腐蝕，(3)(5)分別為原電池原理的保護和電解原理的保護，(1)為正常腐蝕。 【方法技巧點撥】本題主要考查運用電化學(xué)知識判斷金屬腐蝕的快慢，不純金屬或合金，其主要從下面四點進行腐蝕快慢的判斷： 電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學(xué)腐蝕原電池原理防護的腐蝕電解原理防護的腐蝕。 對同一種金屬，腐蝕的快慢與電解質(zhì)性質(zhì)有關(guān)：強電解質(zhì)溶液弱電解質(zhì)溶液非電解質(zhì)溶液。 構(gòu)成原電池的兩極材料其活動性差別越大，活潑金屬就越易腐蝕。 與金屬接觸的電解質(zhì)溶液中消耗的離子濃度有關(guān)，該離子濃度越大，金屬腐蝕越快。 考點三 吸氧腐蝕原理的應(yīng)用 例例3 市場上出售的“熱敷帶”，其主要成分是鐵屑、炭粉、木屑與少量氯化鈉、水等。它在使用之前需使塑料袋與空氣隔絕。使用時啟開塑料袋上的小孔，輕輕揉搓就會發(fā)出熱量來。當(dāng)使用完后還會發(fā)現(xiàn)有鐵銹(Fe2O3的結(jié)晶水合物)生成，依上述現(xiàn)象回答： (1)“熱敷帶”放出的熱量是利用鐵發(fā)生了_反應(yīng)放出熱量。 (2)炭粉的主要作用是_。氧化 做正極 (3)加入氯化鈉的作用是_。 有關(guān)的電極反應(yīng)式：正極_， 負極_。 【解析】根據(jù)題意“熱敷帶”使用時必須與空氣接觸，再從主要成分是鐵屑、炭粉、木屑與少量氯化鈉、水和使用完后發(fā)現(xiàn)有鐵銹生成可判斷出反應(yīng)原理為鐵的吸氧腐蝕。 【方法技巧點撥】鋼鐵的吸氧腐蝕原理不僅可解釋鋼鐵的腐蝕過程，還能變不利因素為有利因素，制作“熱敷帶”等產(chǎn)品。做電解質(zhì)溶液 O2+2H2O+4e-=4OH- 2Fe-4e-=2Fe2+ 考點四 電化學(xué)腐蝕原理的應(yīng)用 例例4 如圖裝置中，U形管內(nèi)為紅墨水，a、b試管內(nèi)分別盛有食鹽水和氯化銨溶液，各加入生鐵塊，放置一段時間。下列有關(guān)描述錯誤的是() A生鐵塊中的碳是原電池的正極 B紅墨水柱兩邊的液面變?yōu)樽蟮陀腋?C兩試管中相同的電極反應(yīng)式是：Fe-2e-=Fe2+ Da試管中發(fā)生了吸氧腐蝕，b試管中發(fā)生了析氫腐蝕 【解析】粗看裝置雖感到陌生，但仔細分析得知該實驗是吸氧腐蝕與析氫腐蝕的簡單綜合。a試管內(nèi)盛裝食鹽水，溶液呈中性，發(fā)生的是吸氧腐蝕，負極反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe2+，正極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-=4OH-，顯然a裝置內(nèi)氣體的物質(zhì)的量減少，壓強減小。b試管內(nèi)盛裝氯化銨，溶液呈酸性，發(fā)生的吸氫腐蝕，負極反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe2+，正極反應(yīng)式為2H+2e-=H2，氣體的物質(zhì)的量增加，壓強增大。綜上分析選項B錯?！敬鸢浮緽 【方法技巧點撥】影響金屬腐蝕的因素包括金屬的本性和介質(zhì)兩個方面。就金屬本性來說，金屬越活潑，就越容易失去電子而被腐蝕。介質(zhì)對金屬的腐蝕的影響也很大，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。 1.(20111.(2011常州二模常州二模) )關(guān)于下列各圖的說法，正確的是() A裝置中陰極處產(chǎn)生的氣體能夠使?jié)駶櫟矸跭I試紙變藍 B裝置中待鍍鐵制品應(yīng)與電源正極相連 C裝置中電子由b極流向a極 D裝置中的離子交換膜可以避免生成的Cl2與NaOH溶液反應(yīng) 【解析】A項陽極產(chǎn)生Cl2，B項待鍍金屬應(yīng)與電源負極相連；C項燃料電池中，燃料為負極，所以a為正極，b為負極，外電路電子由負極流向正極，即由a極流向b極；氯堿工業(yè)中離子交換膜可以避免生成的Cl2與NaOH溶液反應(yīng)，正確。【答案】D 2.(2011南昌一模南昌一模)用惰性電極電解一定質(zhì)量的某濃度的NaCl溶液，一段時間后停止電解。此時若加入100 g 36.5%的濃鹽酸，所得溶液正好與原溶液完全相同，則下列說法正確的是() A電解過程中，兩極所得到的氣體，在相同的條件下體積相等 B電解過程中，在相同的條件下，陽極所得到的氣體的體積比陰極的大 C電解過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為8 mol D原某濃度的NaCl溶液中溶有117 g NaClC 【解析】C項正確：電解NaCl溶液后僅需補充HCl即可復(fù)原，現(xiàn)加入100 g 36.5%的濃鹽酸，n(HCl)=1 mol，n(H2O)=3.5 mol；由HCl+NaOH=NaCl+H2O知，原NaCl溶液有58.5 g NaCl，D不正確；電解分兩步，第一步：2NaCl+2H2O=Cl2+H2+2NaOH，轉(zhuǎn)移1 mol電子，陽極產(chǎn)生Cl2 0.5 mol，陰極產(chǎn)生H2 0.5 mol，第二步：2H2O=O2+2H2轉(zhuǎn)移電子7 mol，陽極產(chǎn)生O2 1.75 mol，陰極產(chǎn)生H2 3.5 mol。綜上分析：陽極產(chǎn)生Cl2和O2共2.25 mol，陰極產(chǎn)生H2共4 mol，故A、B不正確；總共轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量n(e-)=1 mol+7 mol=8 mol。電解電解NaOH 3. (2011(2011北京北京) )結(jié)合下圖判斷，下列敘述正確的是() A和中正極均被保護 B和中負極反應(yīng)均是Fe-2e-=Fe2+ C和中正極反應(yīng)均是O2+2H2O+4e-=4OH- D和中分別加入少量K3Fe(CN)6溶液，均有藍色沉淀A 【解析】 鋅比鐵活潑，裝置中鋅作負極，方程式為Zn-2e-=Zn2+。鐵作正極，但溶液顯中性，所以發(fā)生鋅的吸氧腐蝕，正極反應(yīng)是O2+2H2O+4e-=4OH-；鐵比銅活潑，裝置中鐵作負極，負極反應(yīng)為Fe-2e-=Fe2+。銅作正極，但溶液顯酸性，所以正極是溶液中的氫離子得電子，方程式為2H+2e-=H2。因為裝置中沒有Fe2+生成，所以裝置中加入少量K3Fe(CN)6溶液時，沒有藍色沉淀產(chǎn)生。綜上所述，只有選項A是正確的。 4.(2011山東山東)以KCl和ZnCl2混合液為電鍍液在鐵制品上鍍鋅，下列說法正確的是() A未通電前上述鍍鋅裝置可構(gòu)成原電池，電鍍過程是該原電池的充電過程 B因部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，電鍍時通過的電量與鋅的析出量無確定關(guān)系 C電鍍時保持電流恒定，升高溫度不改變電解反應(yīng)速率 D鍍鋅層破損后對鐵制品失去保護作用C 【解析】電鍍時，通常把待鍍的金屬制品作陰極，把鍍層金屬作陽極，用含有鍍層金屬離子的溶液作電鍍液。因此在鐵制品上鍍鋅時，鐵作陰極，鋅作陽極，由于鋅比鐵活潑，因此未通電前可以構(gòu)成原電池，但此時鋅作負極失去電子，鐵作正極，而電鍍時鋅仍然失電子，所以選項A不正確；在氧化還原反應(yīng)中必需滿足得失電子守恒，因此電鍍時通過的電量與鋅的析出量有確定關(guān)系而與能量變化無關(guān)，B不正確；由于電鍍時保持電流恒定，因此導(dǎo)線中通過的電子速率是不變的，所以升高溫度不能改變電解反應(yīng)速率，C正確；鍍鋅層破損后，由于鋅比鐵活潑，所以即使發(fā)生電化學(xué)腐蝕也是鋅失去電子而保護了鐵，即選項D也不正確。 5.下列舉措不能防止或減緩鋼鐵腐蝕的是() A在鋼鐵制品表面鍍一層金屬鋅 B將鋼鐵制品放置在潮濕處 C在鋼鐵中加入錳、鉻等金屬，以改變鋼鐵結(jié)構(gòu) D將鋼鐵制品與電源負極相連B 【解析】A項，在鋼鐵表面鍍鋅，使內(nèi)部金屬被保護；B項，鋼鐵在潮濕空氣中易發(fā)生吸氧腐蝕；C項，在鋼鐵中加入錳、鉻金屬，制成不銹鋼，能有效防止鋼鐵被腐蝕；D項，電源負極能為鋼鐵制品輸入電子，防止Fe失電子被腐蝕。 6.如何防止鐵的銹蝕是工業(yè)上研究的重點內(nèi)容。為研究鐵銹蝕的影響因素，某同學(xué)做了如下探究實驗：序號內(nèi)容實驗現(xiàn)象1常溫下將鐵絲放在干燥空氣中一個月干燥的鐵絲表面依然光亮2常溫下將鐵絲放在潮濕空氣中一小時鐵絲表面依然光亮3常溫下將鐵絲放在潮濕的空氣中一個月鐵絲表面已變得灰暗4將潮濕的鐵絲放在常溫的氧氣流中一小時鐵絲表面略顯灰暗5將潮濕的鐵絲放在高于常溫的氧氣流中一小時鐵絲表面已變得灰暗6將浸過氯化鈉溶液的鐵絲放在高于常溫的氧氣流中一小時鐵絲表面灰暗程度比實驗5嚴重 回答以下問題： (1)上述實驗中發(fā)生了電化學(xué)腐蝕的是_(填實驗序號)；在電化學(xué)腐蝕中，負極反應(yīng)是_；正極反應(yīng)是_； (2)由該實驗可知，可以影響鐵銹蝕速率的因素是_； (3)為防止鐵的銹蝕，工業(yè)上普遍采用的方法是_(答兩種方法)。3、4、5、6 Fe-2e-=Fe2+(或2Fe-4e-=2Fe2+) O2+4e-+2H2O=4OH- 濕度、溫度、O2的濃度、電解質(zhì)存在 電鍍，犧牲陽極的陰極保護法等 7.(20107.(2010山東山東) )對金屬制品進行抗腐蝕處理，可延長其使用壽命。 (1)以下為鋁材表面處理的一種方法： 堿洗的目的是除去鋁材表面的自然氧化膜，堿洗時常有氣泡冒出，原因是_(用離子方程式表示)。為將堿洗槽液中鋁以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列試劑中的_。2Al+2OH-+2H2O=2 +3H2 -2AlOb aNH3 bCO2cNaOH dHNO3 以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極電極反應(yīng)為_。取少量廢電解液，加入NaHCO3溶液后產(chǎn)生氣泡和白色沉淀，產(chǎn)生沉淀的原因是_。 (2)鍍銅可防止鐵制品腐蝕，電鍍時用銅而不用石墨作陽極的原因是_。2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+ 陽極Cu可以發(fā)生氧化反應(yīng)生成Cu2+ 因為Al3+和 發(fā)生了雙水解，Al3+3 =Al(OH)3+3CO2-3HCO-3HCO (3)利用下圖裝置，可以模擬鐵的電化學(xué)防護。 若X為炭棒，為減緩鐵的腐蝕，開關(guān)K應(yīng)置于_處。 若X為鋅，開關(guān)K置于M處，該電化學(xué)防護法稱為_。 N 犧牲陽極的陰極保護法 【解析】(1)冒氣泡的原因是Al與NaOH反應(yīng)，方程式為：2Al+2OH-+2H2O=2 +3H2；使 生成沉淀，最好是通入CO2，加HNO3沉淀容易溶解。 陽極是Al發(fā)生氧化反應(yīng)，要生成氧化膜還必須有H2O參加，故電極反應(yīng)式為：2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+；加入NaHCO3溶液后產(chǎn)生氣泡和白色沉淀，是由于廢電解液中含有Al3+，和 發(fā)生了雙水解。-3HCO-2AlO-2AlO (2)電鍍時，陽極Cu可以發(fā)生氧化反應(yīng)生成Cu2+。 (3)鐵被保護，可以是作原電池的負極，或者電解池的陰極，故若X為炭棒，開關(guān)K應(yīng)置于N處，F(xiàn)e作陰極受到保護；若X為鋅，開關(guān)K置于M處，鐵是作負極，稱為犧牲陽極的陰極保護法。