PAGE9-第三節金屬的腐蝕與防護發展目標體系構建1.通過試驗科學探究金屬腐蝕的本質及其緣由，相識金屬腐蝕的主要類型，能正確書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應式。2．相識金屬腐蝕產生的危害和影響，樹立防止金屬腐蝕的意識，熟知金屬腐蝕常用的防護方法。一、金屬的腐蝕1．金屬腐蝕(1)概念：金屬或合金與四周的氣體或液體發生氧化還原反應而引起損耗的現象。(2)由于與金屬接觸的氣體或液體物質不同，發生腐蝕的狀況也不同，發生腐蝕的狀況也不同，一般金屬腐蝕可分為兩類：①化學腐蝕：金屬與其表面接觸的一些物質(如O2、Cl2、SO2等)干脆反應而引起的腐蝕。溫度對化學腐蝕的影響很大。②電化學腐蝕：當不純的金屬與電解質溶液接觸時會發生原電池反應，比較活潑的金屬發生氧化反應而被腐蝕。2．鋼鐵的電化學腐蝕由于條件不同，鋼鐵腐蝕可分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕兩種類型。析氫腐蝕吸氧腐蝕示意圖鋼鐵的析氫腐蝕示意圖鋼鐵的吸氧腐蝕示意圖水膜環境在酸性環境中水膜酸性很弱或呈中性負極反應Fe－2e－=Fe2＋2Fe－4e－=2Fe2＋正極反應2H＋＋2e－=H2↑O2＋4e－＋2H2O=4OH－總反應Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3聯系吸氧腐蝕更普遍微點撥：(1)化學腐蝕和電化學腐蝕往往同時發生，只是電化學腐蝕比化學腐蝕更普遍，速率也大得多危害更大。(2)析氫腐蝕和吸氧腐蝕取決于金屬表面電解質溶液的酸堿性，實際狀況中以吸氧腐蝕為主。(3)鋼鐵發生析氫腐蝕或吸氧腐蝕時，負極都是鐵，失電子生成Fe2＋，而非Fe3＋。3．試驗探究[試驗4－3](1)試驗1：將經過酸洗除銹的鐵釘用飽和食鹽水浸泡一下，放入下圖所示的具支試管中。幾分鐘后，視察導管中水柱的變更。現象及緣由：試驗1中導管中的水柱上升，鐵釘生銹。說明該過程鐵釘被腐蝕。鐵釘發生的是吸氧腐蝕。(2)試驗2:取兩支試管，分別放入兩顆鋅粒和等體積、等濃度的稀鹽酸，視察現象。然后，向其中一支試管中滴加1～2滴硫酸銅溶液，再視察現象。現象及緣由：起先時試管中均有無色氣體產生，滴加硫酸銅溶液后產生氣體的速率明顯加快。緣由是鋅置換出銅后構成了銅鋅原電池，鋅作負極，腐蝕速率加快。二、金屬的防護1．變更金屬材料的組成：在金屬中添加其他金屬或非金屬可以制成性能優異的合金。例如，把鉻、鎳等加入一般鋼中制成不銹鋼產品。2．在金屬表面覆蓋愛護層：在金屬表面覆蓋致密的愛護層，將金屬制品與四周物質隔開。(1)在鋼鐵表面涂礦物性油脂、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等物質。(2)用電鍍的方法，在鋼鐵制品表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬，如鋅、錫、鉻、鎳等。(3)工業上常利用一些溶液的氧化作用，在機器零件、精密儀器、槍炮等鋼鐵制件的表面上形成一層致密的黑色的四氧化三鐵薄膜。(4)利用陽極氧化處理鋁制品的表面，使之形成致密的氧化膜而鈍化。(5)采納離子注入、表面滲鍍等方式在金屬表面可以形成穩定的鈍化膜。3．電化學愛護法(1)犧牲陽極法①應用原電池原理，讓被愛護金屬做正極，一種活潑性較強的金屬做負極，用導線相連。犧牲陽極法示意圖②[試驗4－4]試驗驗證試驗1已知Fe2＋與[Fe(CN)6]3－反應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↓。試驗裝置試驗操作按如圖所示連接好裝置；往Fe電極區滴入2滴黃色K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液試驗現象電流表指針發生偏轉，Fe電極上有氣泡產生，但往Fe電極旁邊滴入K3[Fe(CN)6]溶液不顯特征藍色有關反應Zn電極：Zn－2e－=Zn2＋Fe電極：2H＋＋2e－=H2↑試驗結論Zn、Fe和經過酸化的NaCl溶液構成原電池，鐵被愛護未被腐蝕試驗2將1g瓊脂加入250mL燒杯中，再加入50mL飽和食鹽水和150mL水。攪拌、加熱煮沸，使瓊脂溶解。稍冷后，趁熱把瓊脂溶液分別倒入兩個培育皿中，各滴入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合勻稱。取兩個2～3cm的鐵釘，用砂紙擦光。如圖(a)所示，將裹有鋅皮的鐵釘放入上述的一個培育皿中；如圖(b)所示，將纏有銅絲的鐵釘放入另一個培育皿中。視察并說明試驗現象。(a)(b)犧牲陽極法試驗試驗現象：a中溶液變紅色，b中鐵釘旁邊出現藍色沉淀，銅絲旁邊溶液變紅色。(2)外加電流法外加電流法把被愛護的鋼鐵設備作為陰極，用惰性電極作為協助陽極，兩者均放在電解質溶液里，外接直流電源。外加電流法示意圖1．推斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。(1)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物。 (×)(2)鋼鐵發生電化學腐蝕時，負極鐵失去電子生成Fe3＋。 (×)(3)在金屬表面覆蓋愛護層，若愛護層破損后，就完全失去了對金屬的愛護作用。 (×)(4)若在海輪外殼上附著一些銅塊，則可以減緩海輪外殼的腐蝕。 (×)2．下列有關鋼鐵腐蝕與防護的說法正確的是()A．鋼管與電源正極連接，鋼管可被愛護B．鐵遇冷濃硝酸表面鈍化，可愛護內部不被腐蝕C．鋼管與銅管露天堆放在一起時，鋼管不易被腐蝕D．鋼鐵發生析氫腐蝕時，負極反應是Fe－3e－=Fe3＋B[鋼管與電源正極相連，則鋼管作陽極，發生氧化反應而被腐蝕，A項錯誤；鐵遇冷濃硝酸表面鈍化，在表面生成一層致密的氧化膜愛護內部不被腐蝕，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，發生氧化反應而被腐蝕，C項錯誤；鋼鐵發生析氫腐蝕時，負極反應式為：Fe－2e－=Fe2＋，D項錯誤。]3．試驗探究(如圖所示)。(1)若棉團浸有NH4Cl溶液，鐵釘發生________腐蝕，正極反應式為____________________________________________________________________，右試管中現象是___________________________________________________________________________________________________________________。(2)若棉團浸有NaCl溶液，鐵釘發生________腐蝕，正極反應式為____________________________________________________________________，右試管中現象是__________________________________________________________________________________________________________________。[答案](1)析氫2H＋＋2e－=H2↑有氣泡冒出(2)吸氧O2＋4e－＋2H2O=4OH－導管內液面上升探究金屬的腐蝕與防護(素養養成——宏觀辨識與微觀探析)如圖所示，將緊緊纏繞不同金屬的鐵釘放入培育皿中，再加入含有適量酚酞和NaCl的瓊脂熱溶液，冷卻后形成瓊膠(離子在瓊膠內可以移動)。ab[問題1]依據所學學問分析a中你能視察到什么現象？并說明其緣由。[提示]銅絲旁邊呈現紅色。因為a中鐵比銅活潑，鐵作負極，發生氧化反應，銅作正極，發生還原反應，電極反應式分別為負極：2Fe－4e－=2Fe2＋，正極：O2＋2H2O＋4e－=4OH－，因此a中銅絲旁邊呈現紅色。[問題2]依據所學學問分析b中你能視察到什么現象？并說明其緣由。[提示]鐵釘旁邊呈現紅色。b中鋁比鐵活潑，鋁作負極，發生氧化反應，鐵作正極，發生還原反應，電極反應式分別為負極：4Al－12e－=4Al3＋，正極：3O2＋6H2O＋12e－=12OH－，因此b中鐵釘旁邊呈現紅色。[問題3]a、b中鐵釘的腐蝕速率快慢是怎樣的？[提示]a中鐵釘腐蝕速率更快。金屬腐蝕快慢比較(1)在同一電解質溶液中：電解池原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕。(2)同一種金屬在相同濃度不同介質中腐蝕由快到慢的依次為強電解質溶液>弱電解質溶液>非電解質溶液。(3)有無愛護措施的腐蝕快慢依次：無愛護措施的金屬腐蝕>有肯定愛護措施的金屬腐蝕>犧牲陽極的陰極愛護法引起的金屬腐蝕>有外加電流的陰極愛護法引起的金屬腐蝕。(4)對同一種電解質溶液來說，電解質溶液濃度越大，腐蝕速率越快。1．下列各種鍍有金屬愛護層的鐵板，鍍層破損后在相同的環境中，鐵板最易被腐蝕的是()A．鍍鋅鐵(白鐵) B．鍍錫鐵(馬口鐵)C．鍍銅鐵 D．鍍銀鐵D[鍍有金屬愛護層的鐵板，在鍍層破損時，與四周環境形成原電池。A中鍍層破損時，鋅作負極，鐵作正極受到愛護；B、C、D中鍍層破損時，鐵均作負極而被腐蝕，與正極金屬的活動性相差越大，負極被腐蝕的速率越快，所以選D。]2．如圖所示，各燒杯中均盛的是海水，鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的依次為()A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥C[②③④均為原電池，③中Fe為正極，被愛護；②④中Fe為負極，均被腐蝕，但Fe和Cu的金屬活動性差別大于Fe和Sn的，故Fe-Cu原電池中Fe被腐蝕的較快。⑤是Fe接電源正極作陽極，Cu接電源負極作陰極的電解腐蝕，加快了Fe的腐蝕。⑥是Fe接電源負極作陰極，Cu接電源正極作陽極的電解腐蝕，防止了Fe的腐蝕。依據以上分析可知鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的依次為⑤>④>②>①>③>⑥。]3．某探究小組用鐵釘被腐蝕的快慢試驗來探討防止鋼鐵腐蝕的方法。所用試劑有：材質相同的無銹鐵釘數個，食鹽水、碳酸水、植物油各多量，試驗溫度為298K、308K，每次試驗取用鐵釘的數量相同。液體體積相同且足量，用大小相同的試管試驗。(1)請完成以下試驗設計表，并在試驗目的一欄中填出對應的試驗編號：試驗編號T/K用液體試管內取用液體試驗目的①298食鹽水(Ⅰ)試驗①和②探究不同電解質溶液對鐵釘腐蝕快慢的影響(Ⅱ)試驗①和________探究溫度對鐵釘腐蝕快慢的影響(Ⅲ)試驗①和________探究鐵釘是否接觸電解質溶液對鐵釘腐蝕快慢的影響②③④(2)請依據上述試驗，推斷下列有關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，所以不須要停放在能遮雨的地方C．家用鐵制廚具每次用完后應擦干放置在干燥處D．把擋水鐵閘門與直流電源的正極連接且構成回路，可削減鐵閘門的腐蝕速率[解析](1)試驗Ⅰ探究不同電解質對鐵釘腐蝕快慢的影響，因此保證溫度不變(仍為298K)，變更電解質(選用碳酸水)。試驗Ⅱ探究溫度對鐵釘腐蝕快慢的影響，因此保證電解質不變(仍為食鹽水)，變更溫度(選308K)。試驗Ⅲ探究鐵釘是否接觸電解質溶液對鐵釘腐蝕快慢的影響。因此保證溫度不變(仍為298K)，變更試管內液體(選植物油)。(2)A項涂油漆愛護鐵窗，使鐵窗與四周物質隔開，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項擋水鐵閘門應與直流電源的負極相連，使之作電解池的陰極，才能起到愛護作用，D錯誤。[答案](1)試驗編號T/K試管內取用液體試驗目的①298食鹽水(Ⅱ)③(Ⅲ)④(只要與前面③、④對應即可)②298碳酸水③308食鹽水④298植物油(2)AC氫脆是金屬腐蝕的一種類型。金屬材料特殊是鈦材一旦吸氫，就會析出脆性氫化物，使機械強度劣化。在腐蝕介質中，金屬因腐蝕反應析出的氫及制造過程中汲取的氫，是金屬中氫的主要來源。金屬的表面狀態對吸氫有明顯的影響，探討表明，鈦材的研磨表面吸氫量最多，其次為原始表面，而真空退火和酸洗表面最難吸氫。鈦材在大氣中氧化處理能有效防止吸氫。[問題1]閱讀材料分析，金屬鈦在酸性介質還是堿性介質中更易發生氫脆？(宏觀辨識與微觀探析)[提示]酸性介質。[問題2]怎樣防止金屬態發生氫脆腐蝕？(宏觀辨識與微觀探析)[提示]鈦材料在大氣中氧化處理能有效防止吸氫。1．下列有關金屬腐蝕的說法中正確的是()A．金屬腐蝕指不純金屬與接觸到的電解質溶液進行化學反應而損耗的過程B．電化學腐蝕指在外加電流的作用下不純金屬發生化學反應而損耗的過程C．鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕，負極汲取氧氣，產物最終轉化為鐵銹D．金屬的電化學腐蝕和化學腐蝕本質相同，但電化學腐蝕伴有電流產生D[金屬腐蝕的本質，主要是金屬原子失電子被氧化，腐蝕的內因是金屬的化學性質比較活潑，外因是金屬與空氣、水和其他腐蝕性的物質接觸，腐蝕主要包括化學腐蝕和電化學腐蝕，所以A錯誤；電化學腐蝕指不純金屬與電解質溶液接觸時發生原電池反應而損耗的過程，不須要外加電流，所以B錯誤；鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕，正極汲取氧氣，而不是負極汲取氧氣，所以C錯誤。]2．下列敘述錯誤的是()A．原電池工作時的負極發生氧化反應B．在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽極C．鋼鐵發生吸氧腐蝕時，表面水膜的pH增大D．電解精煉銅時，同一時間內陽極溶解銅的質量與陰極析出銅的質量一樣多D[原電池工作時，負極發生氧化反應，正極發生還原反應，A正確；依據電鍍原理可知，鍍層金屬做陽極，在鍍件上電鍍鋅，則鋅作陽極，B正確；鋼鐵表面發生吸氧腐蝕時，正極上的電極反應式為2H2O＋O2＋4e－=4OH－，即鋼鐵表面水膜的pH增大，C正確；電解精煉銅時，因為粗銅含有雜質，所以起先通電一段時間后，陽極溶解的銅的質量比陰極析出的銅的質量少，D錯誤。]3．探討電化學腐蝕及防護的裝置如圖所示。下列有關說法錯誤的是()A．d為石墨，鐵片腐蝕加快B．d為石墨，石墨上電極反應為O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．d為鋅塊，鐵片不易被腐蝕D．d為鋅塊，鐵片上電極反應為2H＋＋2e－=H2↑D[A項，由于活動性：Fe>石墨，所以鐵、石墨及海水構成原電池，Fe為負極，失去電子被氧化變為Fe2＋進入溶液，溶解在海水中的氧氣在正極石墨上得到電子被還原，比沒有形成原電池時的速率快，正確；B項，d為石墨，由于是中性電解質，所以發生的是吸氧腐蝕，石墨上氧氣得到電子，發生還原反應，電極反應為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，正確；C項，若d為鋅塊，則由于金屬活動性：Zn>Fe，Zn為原電池的負極，Fe為正極，首先被腐蝕的是Zn，鐵得到愛護，鐵片不易被腐蝕，正確；D項，d為鋅塊，由于電解質為中性環境，發生的是吸氧腐蝕，在鐵片上電極反應為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，錯誤。]4．如圖為模擬鐵生銹的試驗。鐵粉中勻稱混有少量炭粉，撒入內壁已分別用氯化鈉溶液和稀醋酸潤濕過的甲、乙兩個具支試管中，打開止水夾片刻后，下列有關該試驗的說法合理的是()甲