高三化学总复习专题攻略之电化学-8-金属的电化学腐蚀与防护.doc

金属的电化学腐蚀与防护
【教学目标】
1．（★★）金属腐蚀的危害及金属腐蚀的本质原因；
2．（★★）金属腐蚀的种类，发生腐蚀的反应式的书写；
3．（★★）金属防护的方法。

1. （2014上海）如右图所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U型管中。下列分析正确的是（ ）

A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H＋＋2e－→H2↑
B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高
C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法
D．K2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001mol气体
【答案】B
【解析】A、K1闭合构成原电池，铁是活泼的金属，铁棒是负极，铁失去电子，铁棒上发生的反应为Fe—2e－→Fe2＋，A不正确；B、K1闭合构成原电池，铁棒是负极，铁失去电子，石墨棒是正极，溶液中的氧气得到电子转化为OH－，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O→40H－，石墨棒周围溶液pH逐渐升高，B正确；C、K2闭合构成电解池，铁棒与电源的负极相连，作阴极溶液的氢离子放电产生氢气，铁不会被腐蚀，属于外加电流的阴极保护法，C不正确；D、K2闭合构成电解池，铁棒与电源的负极相连，作阴极溶液中的氢离子放电生成氢气。石墨棒是阳极，溶液中的氯离子放电生成氯气，电极反应式分别为2H＋＋2e－→H2↑、
2Cl－－2e－→Cl2↑，电路中通过0.002NA个电子时，两极均产生0.001mol气体，共计是0.002mol气体，D不正确，答案选B。

一. 金属的腐蚀
1．金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变为金属离子，金属发生氧化反应的过程。
2．金属腐蚀的类型
(1) 化学腐蚀与电化学腐蚀

类 型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条 件
金属与接触到的物质直接反应
不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应
本 质
M－ne－===Mn＋
现 象
金属被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
区 别
无电流产生
有电流产生
联 系
两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍

(2) 析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例进行分析)

类 型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
水膜性质
酸性较强
弱酸性或中性
正极反应
2H＋＋2e－===H2↑
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
负极反应
Fe－2e－===Fe2＋
总 反 应
Fe＋2H＋=== Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
其他反应
铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O

典例1 (2014福建)铁及其化合物与生产、生活关系密切。
（1）右图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。

① 该电化腐蚀称为 。
② 图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是 (填字母)。
（2）用废铁皮制取铁红(Fe2O3)的部分流程示意图如下：

① 步骤I若温度过高，将导致硝酸分解。硝酸分解的化学方程式为 。
② 步骤II中发生反应：4Fe(NO3)2＋O2＋(2n＋4)H2O＝2Fe2O3·nH2O＋8HNO3，反应产生的HNO3又将废铁皮中的铁转化为Fe(NO3)2，该反应的化学方程式为 。
③ 上述生产流程中，能体现“绿色化学”思想的是 (任写一项)。
（3）已知t℃时，反应FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g)的平衡常数K＝0．25。
① t℃时，反应达到平衡时n(CO)：n(CO2)＝ 。
② 若在1 L密闭容器中加入0．02 mol FeO(s)，并通入xmolCO，t℃时反应达到平衡。此时FeO(s)转化率为50%，则x＝ 。
【答案】
（1）① 吸氧腐蚀 ②B
（2）① 4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O
② 4Fe＋10HNO3＝4 Fe(NO3)2＋NH4NO3＋3H2O
③ 氮氧化物排放少（或其他合理答案）
（3）①4：1 ②0．05

（1）① 钢铁在海水(中性环境)中发生的应该是吸氧腐蚀。
② 在B点的海水中氧气浓度最大，发生的吸氧腐蚀最快，生成的铁锈最多。
（2）① 硝酸受热分解产生NO2、O2、H2O，通过氧化还原反应的化合价升降法将其配平。
②通过示意图分析，确定HNO3与Fe该反应的生成物除了Fe(NO3)2还有NH4NO3，先根据得失电子守恒有4Fe＋10HNO3－－4 Fe(NO3)2＋ NH4NO3，再根据原子守恒得4Fe＋10HNO3＝4 Fe(NO3)2＋ NH4NO3＋3H2O。
③ 该生产流程中生成了NH4NO3，没有产生NO、NO2等有毒气体，减少了氮氧化物的排放量，符号“绿色化学”思想。
（3）① 据题意有K＝，则n(CO)：n(CO2)＝4： 1。
② 据题意有n(CO)：n(CO2)＝(x-0．01)：0．01＝4：1，解得x＝0．05 mol。
【名师点拨】影响金属腐蚀速率的因素
金属腐蚀既受到其组成的影响，又受到外界因素的影响。通常金属腐蚀遵循以下规律：
(1) 在同一电解质溶液中，金属腐蚀的速率大小是电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。
(2) 在相同浓度的不同溶液中，金属在电解质溶液中的腐蚀>金属在非电解质溶液中的腐蚀；金属在强电解质溶液中的腐蚀>金属在弱电解质溶液中的腐蚀。
(3) 对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。　　　　
典例2. 下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是

【答案】⑸　⑵　⑴　⑶　⑷

二．金属的防护
1．电化学防护
(1) 牺牲阳极的阴极保护法——利用原电池原理
① 负极(阳极)是作保护材料的金属；
② 正极(阴极)是被保护的金属设备。
(2) 外加电流的阴极保护法——利用电解原理
① 阴极是被保护的金属设备；
② 阳极是惰性电极。
2．其他方法
(1) 改变金属内部结构，如制成合金；
(2) 使金属与空气、水等物质隔离，如电镀、喷油漆等。
典例3．相同材质的铁在下图中各情形下最不易被腐蚀的是(　　)

【答案】C