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第三节 金属的腐蚀与防护
[目标]1.能用电化学原理解释金属腐蚀现象。
2.能选择并设计防止金属腐蚀的措施。
[重点]金属的腐蚀原理和防护方法
[难点]金属的腐蚀原理和防护方法
一、目标导学
二、自主学习
[时间]15min
[内容]结合课本、笔记完成优化设计p.50-51
铜锈:Cu2(OH)2CO3
三、合作学习
一、金属的腐蚀
铁锈:Fe2O3·xH2O
金属或合金跟接触的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
1.金属腐蚀的本质
失e-
金属原子
金属阳离子
2.金属腐蚀的类型
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
条件 金属与其表面接触到的物质直接反应 不纯的金属与电解质溶液接触,发生原电池反应
本质 金属发生氧化反应,腐蚀速率随温度升高而增大 较活泼的金属发生氧化反应
联系 两者往往同时发生,但绝大多数属于电化学腐蚀 [实验3-1]将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入下图所示的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化。
[现象]
导管中的水柱上升，铁钉生锈。
[原因]
装置中Fe、C、饱和食盐水构成了Fe-C-饱和食盐水原电池，Fe作负极，C作正极，饱和食盐水作电解质溶液，由于NaCl溶液呈中性，发生吸氧腐蚀。
[实验3-2]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滴硫酸铜溶液，再观察现象。
[现象]
①试管中产生气泡的速率比 ②更快。
[原因]
Zn置换出Cu，Zn、Cu、稀盐酸构成原电池，形成电化学腐蚀，能加快反应速率。
3.电化学腐蚀的分类和原理
析氢腐蚀 吸氧腐蚀
示意图
条 件
负 极 正 极
总反应
后续 反应 Fe - 2e- = Fe2＋
水膜酸性较强
水膜酸性很弱或呈中性
2H＋ ＋ 2e- = H2↑
O2 ＋ 4e- ＋ 2H2O = 4OH-
Fe＋2H＋ = Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O = 2Fe(OH)2
Fe2++2H2O Fe(OH)2+2H+
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O
(1)氢后的金属不能发生析氢腐蚀，氢前和氢后的金属都
可发生吸氧腐蚀，以吸氧腐蚀为主。
(2)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极是Fe→Fe2+。
(3)电化学腐蚀:一般活动性强的金属为负极被腐蚀，活动
性弱的金属为正极被保护。
(4)两金属活动性差别越大,活泼金属被腐蚀得越快;纯度越
高的金属,被腐蚀得越慢。
铜板上的铁铆钉生锈
[思考讨论]连接铜板的铁制品更容易生锈？
二、金属的腐蚀的快慢规律
(1)电解原理的腐蚀>原电池原理的腐蚀>化学腐蚀>有保护措施的腐蚀。
(2)同一金属在相同浓度的溶液中：强电解质>弱电解质>非电解质。
(3)活动性不同的金属，活动性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快。
(4)对同一电解质溶液，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快。
(5)环境温度越高，水分越高，化学腐蚀速率越快。
(6)纯度越低的金属，化学腐蚀速率越快。
三、金属的防护方法
1.改变金属材料的组成
在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。改变金属的组成结构，增强其抗腐蚀性能。
在钢铁中加入一定比例的铬和镍，改变钢铁内部的组成和结构，可极大程度地提高钢铁抗腐蚀性能，这就是常见的“不锈钢”。
2.在金属表面覆盖保护层
喷漆
涂油
钝化
电镀
烤蓝
搪瓷
3.电化学保护法
[1]牺牲阳极法
原理
电极 要求
原电池原理
被保护的金属作正极
活泼性更强的金属作负极
[实验4-4](1)以Fe作保护电极，Zn作辅助电极，以经过酸化的3% NaCl溶液作电解质溶液，按图4-26所示连接装置。观察电流表指针的变化，以及烧杯中两个电极附近发生的现象。过一段时间，用胶头滴管从Fe电极区域取少量溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6]（铁氰化钾）溶液，观察试管中溶液颜色的变化。
实验装置 电流表 阳极 阴极
现象
有关反应
偏转
锌片逐渐溶解
铁片有气泡，试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6]溶液，无明显变化
2H＋＋2e- = H2↑
Zn - 2e- = Zn2＋
Fe2+检验:Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液(黄色)反应生成 KFe[Fe(CN)6] (蓝色沉淀)
[实验4-4](2)将1 g琼脂加入250 mL烧杯中，再加入50 mL饱和食盐水和150 mL水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。稍冷后，趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中，各滴入5~6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀。取两个2~3 cm长的铁钉，用砂纸擦光。如图(a)所示，将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养皿中；如图(b)所示，将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中。观察并解释实验现象。
实验(a)
[实验现象]铁钉附近变红
锌作负极：Zn-2e-=Zn2+
铁作正极：O2+2H2O+4e-=4OH-
铁作正极，不反应，被保护
[实验现象]铁钉附近变红，有蓝色沉淀
铁作负极：Fe-2e-=Fe2+
铜作正极：O2+2H2O+4e-=4OH-
铁作负极，氧化反应，被腐蚀
实验(b)
锌块
应用1-轮船底部镶嵌锌块
应用2-地下铁管连接镁块
[思考]分析此类金属防护原理。
[2]外加电流法
原理
电极 要求
电解池原理
被保护的金属作阴极
惰性电极辅助作阳极
通电后，强制电子流向被保护的钢铁设备，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护。
外加电流方法防止地下铁管腐蚀
应用
[思考1]分析此类金属防护原理。
[思考2]对比牺牲阳极法和外加电流法的异同。
相同点 不同点
牺牲阳极法
外加电流法
防腐措施由好到坏的顺序：
外加电流法＞牺牲阳极法＞一般防腐保护＞无防腐
[知识小结]
慢
快
电解池
原电池
化学腐蚀
负极
阳极
正极
阴极
[达标检测1]如图所示，各烧杯中均盛的是海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为(　　)
A．②①③④⑤⑥
B．⑤④③①②⑥
C．⑤④②①③⑥
D．⑤③②④①⑥
二、自主学习
[达标检测2]将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)
A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e-=Fe3+
B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀
[达标检测3]右图装置中, u 型管内为红墨水，a, b 试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间，下列描述错误的是 ( )
生铁块中的碳是原电池的正极
B. 红墨水柱两边的液面变为左低右高
C. 两试管中相同的电极反应式是：Fe-2e- = Fe2+
D. a 试管中发生了吸氧腐蚀，b 试管中发生了析氢腐蚀
[达标检测4]连线匹配合适选项。
(1)加保护层　　 　 A．钢闸门与直流电源负极相连
(2)牺牲阳极阴极保护法 B．电线外面包塑料法
(3)外加电源的阴极保护法 C．普通钢制镍铬钢
(4)改变内部结构 D．轮船外壳装上锌块
[达标检测5]下列关于如图所示的实验装置的判断中错误的是（ ）
A.若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀
B.若X为锌棒，开关K置于A或B处都可减缓铁的腐蚀
C.若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法
D.若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H＋+2e-=H2↑

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