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第4节　金属的腐蚀与防护
[学习目标]　1.认识金属腐蚀的主要类型，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式。
2.认识金属腐蚀产生的危害和影响，熟知金属腐蚀常用的防护方法。
[重点难点]　金属的电化学腐蚀与金属腐蚀常用的防护方法。
　　　　　　　　金属电化学腐蚀的原理
导学
1．金属腐蚀的定义和分类
2．化学腐蚀和电化学腐蚀
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
条件 金属与非金属等直接接触 不纯金属或合金与电解质溶液接触形成原电池
电流 无电流产生 有微弱电流产生
结果 金属被氧化 较活泼金属被氧化
实质 M－ne－===Mn＋
关系 ①化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生； ②电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大
3.钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀
区别与联系 吸氧腐蚀 析氢腐蚀
相同点 腐蚀的实质 金属作原电池负极，失电子被氧化
负极电极反应 Fe－2e－===Fe2＋
不同点 条件 水膜酸性不强 水膜酸性较强
正极电极反应 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 2H＋＋2e－===H2↑
总反应 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
其他反应 Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3；Fe(OH)3进一步转化为铁锈(Fe2O3·nH2O)
注意　析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况中以吸氧腐蚀为主。
导思
1．判断正误
(1)无论是化学腐蚀还是电化学腐蚀，金属的腐蚀都是失电子被氧化的过程(　　)
(2)菜刀放于盐水中主要发生吸氧腐蚀(　　)
(3)铜在酸性条件也可以发生析氢腐蚀(　　)
(4)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋(　　)
(5)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样(　　)
(6)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(　　)
答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
2．如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4的雨水和生铁片。观察到：开始导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。
(1)导管内液面下降时，发生____________(填“析氢腐蚀”或“吸氧腐蚀”，下同)。
(2)红墨水回升时，发生____________，此时正极反应式为_________________________。
(3)析氢腐蚀时消耗________(填“H＋”或“OH－”，下同)，吸氧腐蚀时产生________，具支试管中溶液pH逐渐________(填“增大”或“减小”)。
答案　(1)析氢腐蚀　(2)吸氧腐蚀　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　(3)H＋　OH－　增大
导练
下列有关金属腐蚀的说法中正确的是(　　)
A．金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程
B．电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程
C．钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈
D．金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化学腐蚀伴有电流产生
答案　D
解析　电化学腐蚀指不纯金属与电解质溶液接触时形成原电池而损耗的过程，不需要外加电流，A、B错误；钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，正极吸收氧气，C错误。
　　　　　　　　金属腐蚀的防护
导学
1．防护本质
阻止金属发生氧化反应。
2．防护方法
(1)在金属表面覆盖保护层，涂耐腐蚀物质，如涂油漆等。
(2)改变金属内部组成、结构等，如制成不锈钢。
(3)电化学防护方法
电化学防护 牺牲阳极保护法 外加电流阴极保护法
原理 原电池原理 电解池原理
措施 被保护的金属作正极，以一种活动性较强的金属作负极 被保护的金属作阴极，惰性电极作辅助阳极，连接直流电源
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
示意图
联系 被保护的金属都因为电子的流入而免遭腐蚀
导思
1．判断正误
(1)在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阴极保护法(　　)
(2)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更易生锈(　　)
(3)钢铁制造的暖气管道外常涂有一些沥青，这是钢铁的电化学保护法(　　)
(4)给铁件通入直流电，把铁件与电池负极相连接以防止铁腐蚀(　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)√
2．下图所示的各容器内均盛有海水，铁在其中被腐蚀时，由快到慢的顺序是_____________。
答案　④>⑤>②>①>③
解析　当电解质溶液相同时，同一金属腐蚀的快慢顺序为电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极。当铁发生原电池腐蚀时，正极材料越不活泼，则铁的腐蚀速率越快。
3．电化学原理在防止金属腐蚀、能量转化等方面应用广泛。
(1)图1中，为减缓钢闸门的腐蚀，材料B可以选择______(填“Zn”或“Cu”)。这种防护方法称为______________________。
(2)图2为钢铁防护模拟实验装置，则铁作__________极，这种防护方法称为______________。检测钢铁保护效果的方法是取少量铁电极附近的溶液于试管中，________________________，则说明保护效果好。
(3)图2中铁与外加电源的正极相连作阳极时也可以得到防护，只不过应使外加电源电压维持在______________________范围内。
答案　(1)Zn　牺牲阳极保护法　(2)阴　外加电流阴极保护法　先滴加新制氯水，再加KSCN溶液，若溶液不变红色　(3)可使铁发生钝化作用的
　　　　　　　　电化学腐蚀原理的应用
导学
1．一次性保暖贴工作原理
铁与氧气的反应是一个放热反应，这个反应在自然条件下进行得很慢，但当它以电池反应的形式发生时则会变得很快，并放出大量的热。
负极 正极
电极材料 铁粉 活性炭
电极反应 Fe－2e－===Fe2＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－(碱性或中性条件)
离子导体 食盐水
使用后固体主要成分 炭粉、氯化钠固体、三氧化二铁固体以及含镁和铝的盐
2.微电解技术处理工业废水
负极 正极
电极材料 铁屑中的铁 铁屑中的碳
电极反应 Fe－2e－===Fe2＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－(碱性或中性条件) 2H＋＋2e－===H2↑(酸性条件)
离子导体 工业废水
原理 新生成的电极反应产物具有很高的反应活性，能与废水中的某些污染物(如Cr2O)发生氧化还原反应，从而达到去除污染物的目的
导练
1．糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是(　　)
A．脱氧过程是吸热反应，可降低温度，延长糕点保质期
B．脱氧过程中铁作原电池正极，电极反应：Fe－3e－===Fe3＋
C．脱氧过程中碳作原电池正极，电极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．含有1.12 g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气672 mL(标准状况)
答案　C
解析　钢铁腐蚀中铁作负极，碳作正极，B错误、C正确；n(Fe)＝0.02 mol，负极电极反应式：2Fe－4e－===2Fe2＋，生成的Fe2＋与正极生成的OH－结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3，所以0.02 mol Fe最终失去0.06 mol电子，消耗n(O2)＝＝0.015 mol，即336 mL O2(标准状况)，D错误。
2．铁碳微电解技术是利用原电池原理处理酸性污水的一种工艺，装置如图所示。若上端开口关闭，可得到强还原性的H·(氢原子)；若上端开口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性的·OH(羟基自由基)。下列说法正确的是(　　)
A．无论是否鼓入空气，负极的电极反应式均为Fe－3e－===Fe3＋
B．鼓入空气时，每生成1 mol·OH有1 mol电子发生转移
C．不鼓入空气时，正极的电极反应式为H＋＋e－===H·
D．处理含有C2O的污水时，上端开口应关闭
答案　BC
解析　在原电池中，铁作负极，电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋，故A错误；鼓入空气时，氧气在正极发生的电极反应为O2＋2e－＋2H＋===2·OH，每生成1 mol·OH有1 mol电子发生转移，故B正确；不鼓入空气时，正极发生还原反应为H＋＋e－===H·，故C正确；C2O有还原性，需要用氧化剂把C2O氧化为CO2，所以上端应开口，生成具有强氧化性的·OH，故D错误。
1．以下现象与电化学腐蚀无关的是(　　)
A．纯银物品久置表面变暗
B．生铁(含有碳等杂质)比纯铁在潮湿的环境中容易生锈
C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈
D．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿
答案　A
解析　纯银物品久置表面变暗是金属银和空气中的H2S发生反应生成硫化银的结果，属于化学腐蚀，故A符合题意；生铁中金属铁、碳、潮湿的空气能构成原电池，金属铁为负极，易被腐蚀而生锈，和电化学腐蚀有关，故B不符合题意；铁质器件附有铜质配件，在接触处形成原电池，其中金属铁为负极，易生铁锈，和电化学腐蚀有关，故C不符合题意；黄铜(铜锌合金)制作的铜锣中，金属锌为负极，金属铜作正极，Cu被保护，不易被腐蚀，和电化学腐蚀有关，故D不符合题意。
2．埋在地下的铸铁输油管道，在下列情况下被腐蚀得最慢的是(　　)
A．在潮湿疏松的碱性土壤中
B．在干燥致密的酸性土壤中
C．将输油管道与电源负极相连
D．在输油管道接口处包上铜皮
答案　C
解析　在潮湿、疏松的土壤中，铸铁管道与氧气和水充分接触，发生吸氧腐蚀，容易生锈，故A不符合题意；在呈酸性的土壤中，发生析氢腐蚀，腐蚀速率快，故B不符合题意；铁与电源负极相连，作阴极被保护，铁不易生锈，故C符合题意；铜皮与铁、水、氧气同时接触，构成原电池，活泼金属铁作负极，加快腐蚀速率，故D不符合题意。
3．(2022·长沙雅礼中学高二月考)食品保鲜所用的“双吸剂”是由还原铁粉、生石灰、氯化钠、炭粉等按一定比例组成的混合物，可吸收氧气和水，下列分析不正确的是(　　)
A．“双吸剂”中的生石灰有吸水作用
B．“双吸剂”吸收氧气时，发生了原电池反应
C．吸收氧气的过程中，铁为原电池的负极
D．炭粉上发生的反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O
答案　D
解析　生石灰具有吸水性，能与水发生反应生成氢氧化钙，从而可以用作干燥剂，故A正确；“双吸剂”中的铁粉与炭粉、氯化钠溶液可构成原电池，其实质是铁的吸氧腐蚀，Fe为活泼金属，易失去电子，为原电池的负极，正极上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故B、C正确，D错误。

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