第18讲 金属的腐蚀与防护-备战2024年高考化学精准一轮复习讲义

第18讲 金属的腐蚀与防护（原卷版） 知识主线： 一、金属的腐蚀 1．概念：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象 2．本质：金属本身失去电子变成阳离子的过程(发生氧化反应)，M－ne－===Mn＋ 3．金属腐蚀的类型——根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类 (1)化学腐蚀：金属和接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀，其腐蚀过程没有电流产生 (2)电化学腐蚀——不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应。比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。电化学腐蚀过程有电流产生 (3)化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 概念 金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀，如：铁与氯气直接反应而腐蚀，输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀等 当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀 本质 金属和非电解质或其它物质相接触直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀 发生原电池反应 特点 腐蚀过程没有电流产生，腐蚀的速率随温度升高而加快 电化学腐蚀过程有微弱电流产生 联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 4．电化学腐蚀的分类——钢铁的电化学腐蚀 类型 析氢腐蚀(腐蚀过程中不断有氢气放出) 吸氧腐蚀(反应过程吸收氧气) 示意图 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 电极材料及反应 负极(Fe) Fe－2e－===Fe2＋ Fe－2e－===Fe2＋ 正极(碳) 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 总反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O 联系 吸氧腐蚀更普遍 【注意】 ①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 ②钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极均是Fe失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋ ③一般情况下，只有在金属活动性顺序中排在氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀，金属活动顺序表中氢后的金属不能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀 ④金属活动顺序表中氢之前、镁之后金属的电化学腐蚀与钢铁的电化学腐蚀相似 5．判断金属腐蚀快慢的规律 (1)同一金属在相同电解质溶液中，金属腐蚀的快慢：电解原理引起的腐蚀(即电解池的阳极)＞原电池原理引起的腐蚀(即原电池的负极)＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀(即电解池的阴极、原电池的正极及加有镀层的金属等) (2)同一金属在不同电解质溶液中，金属腐蚀的快慢：强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液 (3)活动性不同的两种金属，活动性越强，腐蚀得越快 (4)同一金属在相同电解质溶液中，电解质浓度越大，腐蚀越快 二、金属的防护：金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑 1．改变金属材料的组成：在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金 如：把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢产品；钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性能且具有良好的生物相容性 2．在金属表面覆盖保护层：在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开。 (1)在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质 (2)用电镀的方法，在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如：锌、锡、铬、镍等 (3)工业上常利用一些溶液的氧化作用，在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜 (4)利用阳极氧化处理铝制品的表面，使之形成致密的氧化膜而钝化 (5)采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面可以形成稳定的钝化膜 3．电化学防护法 (1)牺牲阳极法——原电池原理 原理 利用原电池原理，让被保护金属做正极，一种活泼性较强的金属做负极，用导线相连 要求 被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极 应用 锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块 (2)外加电流法——电解原理 原理 利用电解池原理，把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者均放在电解质溶液里，接外加直流电源。通电后，调整外加电压，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零。在这个系统中，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护 要求 被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连 应用 钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极 (3)两种保护方法的比较：外加电流法保护效果大于牺牲阳极法 例1．下列实验方案能达到实验目的的是    A．装