第1章 第4节 金属的腐蚀与防护（教师用书）-2022-2023学年新教材高中化学选择性必修1【金版新学案】同步导学（鲁科2019 双选版）

第4节　金属的腐蚀与防护 [素养发展目标]　1．了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害，了解防止金属腐蚀的措施。2．能利用电化学原理解释金属腐蚀现象，选择并设计防腐措施。 一、金属的腐蚀 1．金属腐蚀的概念 金属表面与周围的物质发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏。 2．金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应，即M－ne－===Mn＋。 3．金属腐蚀的分类 根据与金属或合金接触的介质不同，金属腐蚀一般分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。 金属腐蚀 化学腐蚀 电化学腐蚀 定义 金属与接触到的物质直接反应 不纯的金属在潮湿的空气或电解质溶液中发生原电池反应 条件 金属或合金与氧化剂直接接触 不纯金属或合金与电解质溶液接触 电流 无电流产生 有微弱电流产生 现象 金属被腐蚀 较活泼金属被腐蚀 本质 M－ne－===Mn＋ M－ne－===Mn＋ 影响 因素 与氧化剂的氧化性及温度等有关 与电解质溶液的酸碱性及金属活动性等有关 联系 两者往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，腐蚀速度也快得多 4．金属腐蚀的危害 金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面就会发生变化，从而使机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，甚至报废。金属腐蚀还会使桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成坍塌，地下金属管道发生泄漏，轮船船体损坏等。金属腐蚀不仅会造成经济损失，也常对公共安全构成威胁。 二、电化学腐蚀的类型和原理 　根据电解质溶液的酸碱性不同，电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。 1．吸氧腐蚀 一般情况下，如果钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，且溶有一定量的氧气，就会发生吸氧腐蚀。 该过程中发生的电极反应：负极为2Fe－4e－===2Fe2＋，正极为O2＋4e－＋2H2O===4OH－， 总反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2。 Fe(OH)2继续与O2和H2O作用，生成Fe(OH)3，即4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水生成Fe2O3·nH2O(铁锈的主要成分)。 2．析氢腐蚀 (1)析氢腐蚀的概念 析氢腐蚀是在酸性环境中引起的腐蚀，由于在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫析氢腐蚀。 (2)析氢腐蚀的原理及分析 在潮湿的空气中，钢铁表面形成一层薄薄的水膜，若水膜中溶解有CO2、SO2、H2S等气体，其与水反应生成的酸电离使水膜中含有一定量的H＋。此时电解质溶液酸性较强，在钢铁表面构成无数微小的原电池，其中Fe和C分别作负极和正极。Fe在负极失去电子发生氧化反应，H＋在正极得到电子发生还原反应，电子从负极流向正极。 该过程中发生原电池反应： 负极为Fe－2e－===Fe2＋， 正极为2H＋＋2e－===H2↑， 总反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。 三、金属腐蚀的防护 1．金属防护的几种方法 (1)改变金属内部的成分、结构、制成防腐的合金(如不锈钢)。 (2)在金属表面覆盖保护层，隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。如在金属表面涂上油漆、油脂等，或电镀Zn、Cr等易氧化形成致密氧化物薄膜的金属。 (3)电化学保护法，即让金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护。 2．金属的电化学防护 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(阴极)，以一种活动性较强的金属作负极(阳极) 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 四、电化学腐蚀原理的应用 1．铁电化学腐蚀的应用 (1)快速测定出空气氧气中的含量：利用铁腐蚀消耗空气中的氧气； (2)食品包装袋中的双吸剂：铁腐蚀的反应消耗氧气和水； (3)一次性保暖贴：铁腐蚀的过程放热。 2．一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，当它以电池反应的形式发生时则会变得很快，并且放出大量的热。 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) 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 3．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) 电极材料 铁屑中的铁 铁屑中的碳 离子导体 工业