第4章第3节-金属的腐蚀与防护(第1课时-金属的腐蚀)(教师版).docx

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第四章化学反应与电能
第三节 金属的腐蚀与防护

：指金属或合金与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
(1)分类：由于条件不同，钢铁腐蚀可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种类型。
钢铁的析氢腐蚀示意图 钢铁的吸氧腐蚀示意图
条件
水膜酸性较强
水膜酸性很弱或呈中性
负极
Fe_2e=Fe2
电池反应
正极
2Hb + 2e-=H2T
O2+4e"+2H2O=MOH
总反应
Fe+2H+=Fe2+ + H2T
2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
：根据与金属接触的气体或液体不同,金属腐蚀可分为两类:
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cb、SO2 等)包括非电解质液体(如石油)直接反应而引 起的腐蚀
不纯的金属与电解质溶液接触时 会发生原电池反应
区别
有无电流
无电流产生
有微弱电流产生
腐蚀物质
金属直接被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
共同点
都是金属原子失去电子|而被氧化：M /ie——M"
:
(2)铁锈的形成：Fe(OH)2最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3・xH2。)，完成下列反应:
Fe(OH)2—>Fe(OH)3： 4Fe(OH”+O?+2H2(>4Fe(OH)3；
Fe(OH)3—>Fe2O3xH2O： 2Fe(OH)3=Fe2O3・xH2O + (3 —%汨?。。
(特别提醒)金属的腐蚀以电化学腐蚀为主，电化学腐蚀又以吸氧腐蚀为主。
【思考讨论】简述钢铁容易发生电化学腐蚀的原因？
在潮湿的空气中，钢铁制品表面会形成一薄层水膜，空气中的CO2、SO2、H2s等物质溶解在其中形成电解 质溶液，并与钢铁制品中的铁和少量单质碳构成原电池，加快腐蚀速率。
【实验探究】实验4—3
(1)铁钉的吸氧腐蚀实验：将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入如图具支试管中。几分钟后,
观察导管中水柱的变化，解释引起这种变化的原因。
实验操作
实验现象
实验解释
=
1
.具支试管
导管中液面上升, 铁钉表面有铁锈生成
装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电 池，铁钉发生吸氧腐蚀
一
食盐水 浸泡过 的铁钉d
7
(2)取两支试管，分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸，观察现象。然后，向其中一支试管中滴加
1—2滴硫酸铜落液，再观察现象。解释产生不同现象的原因。
实验操作
实验现象
实验解释
1
卜uSO,溶液
Zn与CuSO4反应生成Cu, Zn、
( (
Zn粒与
①试管中产生气泡的速率快
Cu和稀盐酸构成原电池，形成
a
，稀盐酸甘
D ②
电化学腐蚀，速率更快
【预习检验】
.判断正误，正确的打“3,错误的打“X”。
(1)金属的化学腐蚀的实质是：M—优一=M〃+,电子直接转移给氧化剂(4)
(2)纯铁不易腐蚀，生铁易腐蚀，是因为生铁中含碳能形成原电池发生电化学腐蚀(4)
(3)铁的电化学腐蚀负极反应为Fe—3e—=Fe3+(x)
AI、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。(x)
(5)铜既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀(x)
(6)金属在潮湿空气中腐蚀的实质是：M +72H20=M(0H)〃+]H2T(x)
(7)每生成Imol铁锈(Fe2O3・xH2。)，( 4 )
.下列有关金属腐蚀的说法中正确的是()


，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈
，但电化学腐蚀伴有电流产生
【答案】D
(解析)金属腐蚀的本质，主要是金属原子失电子被氧化，腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，外因是金 属与空气、水和其他腐蚀性的物质接触，腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀，所以A错误；电化学腐蚀指不 纯金属与电解质溶液接触时发生原电池反应而损耗的过程，不需要外加电流，所以B错误；钢铁腐蚀最普遍的
是吸氧腐蚀，正极吸收氧气，而不是负极吸收氧气，所以C错误。
.炒过菜的铁锅未及时洗净（残液中含NaCl）,不久便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑。腐蚀原理如图所示，下
电解质溶液多孔铁锈
列说法正确的是（）
，负极是C
B. Fe失去电子经电解质溶液转移给C
+02?
D. C是正极，Ch在C表面上发生还原反应
【答案】D
〔解析）A项，铁锅中含有的Fe、C和电解质溶液构成原电池，活泼金属作负极，Fe易失电子，故腐蚀过程中, 负极是Fe,错误；B项，原电池中电子由负极Fe经外电路向正极C流动，在电解质溶液中依靠离子的移动导 电，错误；C项，该原电池中，C作正极，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH 一，错误；D项，C是正极，Ch在C表面上发生还原反应，正确。
.铜板上铁钾钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是（）
铜作正极不被腐蚀，电子从负极通过
+ + 2b=H2T
（OH）2+2H2O+O2=4Fe（OH）3
、Cu均被腐蚀

【答案】B
1解析）铁钾钉吸氧腐蚀的正极电极反应式为O2 + 2H2O+4e-=FOH,
导线流向正极。
.缠有金属丝的铁钉插在含有酚献的NaCl溶液中，如图所示，可以看到在贴近金属丝一边的溶液中出现粉红
色。则该金属丝可能是（）


NaCl （酚肽）溶液

【答案】D
〔解析）金属丝一边溶液出现粉红色，说明金属丝附近产生0H,即正极反应式：2H20+02+41 因此金属丝的活泼性比Fe差，铜符合题目要求。
. 一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下，下列说法不正确的是（）
PH
2
4
6

8

14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2+
Fe3（）4
FezCh
Fe02
>14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为O2+4H++4e-=2H2O
，碳钢主要发生析氢腐蚀
>6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀
，碳钢腐蚀速率会减缓
【答案】A
1解析）A项，pH>14的溶液为碱性，正极反应式为O2+2H2O+4e—=4OH，错误；B项，pH<4溶液为酸 性溶液，碳钢主要发生析氢腐蚀，正极反应式为2H+ + 2e——H2f,正确；C项，pH>6溶液中，碳钢主要发 生吸氧腐蚀，正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-,正确；D项，在碱性溶液中碳钢发生吸氧腐蚀，煮沸 除氧气后，腐蚀速率会减慢，正确。
.用压强传感器探究生铁在pH=2和pH=4的醋酸溶液中发生腐蚀的装置及得到的图像如下：
压强传感器
压强/kPa
压强/kPa
pH = 2时锥形瓶中气
pH=4时锥形瓶中气
体压强变化的曲线图
体压强变化的曲线图
一定pH的数据采集器 醋酸溶液
分析图像，以下结论错误的是（）
，生铁发生析氢腐蚀
：Fe-2e-=Fe2+
【答案】c
（解析）由压强变化图像可知pH=2时，压强增大，说明生成氢气，发生析氢腐蚀，同理pH=4时，压强减 小，说明消耗氧气，发生吸氧腐蚀，两溶液中负极反应均为：Fe-2e-=Fe2+, A、B、D项正确；由压强保 持不变的时间看，可知消耗氧气的速率比生成氢气的速率快，且消耗1 mol氧气转移4 moi电子，而生成1 mol 氢气转移2 moi电子，所以吸氧腐蚀的速率大于析氢腐蚀速率，C项错误。
.金属腐蚀的电化学原理可用如图模拟。
NaCl溶液
（1）请写出有关电极反应式：
①铁棒上电极反应式： O ②碳棒上电极反应式： O
（2）该图所表示的是（填“析氢”或“吸氧”）腐蚀。
（3）若将。2撤走，并将NaCl溶液改为稀硫酸溶液，则此图可表示（填“析氢”或“吸氧”）腐蚀原理。
（4）钢铁的锈蚀过程中，下列变化可能发生的是 o
①Fe的化合价由+2转化为+ 3 ②。2被还原 ③H*被还原
④有Fe2O3 xH2O生成
⑤杂质碳被氧化除去
【答案】（1）①2Fe-4e一 =2Fe?+②O2+2H2O+4e—=4OFT （2）吸氧（3）析氢（4）①②③④
.某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥
形瓶底部，塞上瓶塞（如图1）。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。
测量压强仪器
（1）请完成以下实验设计表（表中不要留空格）:
编号
实验目的
碳粉/g
铁粉/g
醋酸/%
①
为以下实验作参照



②
醋酸浓度的影响


③



（2）编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。亥时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了 腐蚀,请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了（填“氧
化”或“还原”）反应，其电极反应式是 O
（3）该小组对图2中。〜九时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二。
假设一：发生析氢腐蚀产生了气体；
假设二：.
【答案】（1）
编号
实验目的
碳粉/g
铁粉/g
醋酸/%
②

③
碳粉含量的影响
(2)吸氧 还原 2H2O+O2+4e-—4OH
电解质溶液膜
(3)反应放热，温度升高
(解析)
(1)对比编号①，编号②中碳粉的质量与编号①相同，醋酸的浓度与编号①不同，所以铁粉的质量应与编号 ①相同， g；编号③中碳粉质量与编号①不同，铁粉质量和醋酸浓度均与编号①相同，显然编号③ 目的是探究碳粉含量的影响。
(2)力时、容器中压强明显小于起始压强，说明容器中气体减少，所以铁发生的是吸氧腐蚀。在铁发生吸氧腐 蚀的过程中，铁为负极，发生氧化反应，形成Fe2+；碳为正极，发生还原反应：2H2O+O2+4e-=4OH
(3)。〜九时压强增大，应从两方面考虑，一是生成气体，二是温度升高，则由假设一内容可得假设二应是: 此反应是放热反应，温度升高。