第19期 金属的化学腐蚀与防护-【数理报】新教材2023-2024学年高二化学选择性必修1同步学案（人教版2019）

书 金属的腐蚀与防护在日常生活中、工业上、科技领 域上、化学实验中等方面的应用非常丰富，学习金属的 腐蚀与防护可以让我们更加贴近生活实际，学习到更多 的知识．下面举例说明． 例１ 历史上铝制皇冠曾被法国皇帝当作自己富 有的象征炫耀过，但现在各种铝制品已走进寻常百姓 家，这得益于电解法冶炼铝技术的发明．为使铝制品经 久耐用，现代工业生产中常对铝材进行表面处理，具体 过程通常为： （１）铝材脱脂：先用碱液洗涤，然后水洗，以除去铝 材表面的自然氧化膜，碱洗过程中常有气泡产生，原因 是 （用离子方程式表示）． （２）电解氧化：以铝材为阳极，在稀硫酸中进行电 解，铝材表面形成氧化膜，则阳极的电极反应为 ，电解过程中必须使电解质溶液的 ｐＨ 保持相对稳定的原因是 ． 解析：略． 答案：（１）２Ａｌ＋２ＯＨ－＋２Ｈ２ Ｏ ２ＡｌＯ － ２ ＋３Ｈ２↑ （２）２Ａｌ＋３Ｈ２Ｏ－６ｅ － Ａｌ２Ｏ３＋６Ｈ ＋　铝、Ａｌ２Ｏ３均 是两性物质，ｐＨ过大或过小均会导致它们溶解 例２ 如下图为青铜器在潮湿的环境中发生电化 学腐蚀的原理示意图． （１）腐蚀过程中，负极是 （填图中字母“ａ” “ｂ”或“ｃ”）． （２）环境中的 Ｃｌ－扩散到孔口，并与正极反应产物 和负极反应产物作用生成多孔粉状锈 Ｃｕ２（ＯＨ）３Ｃｌ，其 离子方程式为 ． （３）若生成４．２９ｇＣｕ２（ＯＨ）３Ｃｌ，则理论上耗氧体积 为 Ｌ（标准状况）． 解析：（１）据图可知，铜为负极被腐蚀生成 Ｃｕ２＋，正 极氧气得电子生成ＯＨ－． （２）正极反应产物为 ＯＨ－，负极反应产物为 Ｃｕ２＋， 与Ｃｌ－作用生成Ｃｕ２（ＯＨ）３Ｃｌ． （３）ｎ［Ｃｕ２（ＯＨ）３Ｃｌ］＝ ４．２９ｇ ２１４．５ｇ·ｍｏｌ－１ ＝０．０２ｍｏｌ， 所以有０．０４ｍｏｌＣｕ被氧化，根据电子得失守恒ｎ（Ｏ２）＝ ０．０４ｍｏｌ×２ｅ－ ４ｅ－ ＝０．０２ｍｏｌ，标准状况下 Ｖ（Ｏ２）＝ ０．０２ｍｏｌ×２２．４Ｌ·ｍｏｌ－１＝０．４４８Ｌ． 答案：（１）ｃ （２）２Ｃｕ２＋＋３ＯＨ－＋Ｃｌ－ Ｃｕ２（ＯＨ）３Ｃｌ↓ （３）０．４４８ 点拨：日常生活中与金属的腐蚀与防护的应用有许 许多多，但都离不开电池反应． 书 １．电化学腐蚀是指不纯的金属或合金发生原电池反 应，使比较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀． 注意：①构成微小的原电池，产生微弱电流． ②较活泼的金属易被腐蚀． ２．钢铁析氢腐蚀的原理（如下图） （１）酸性水膜形成的原因：钢铁在潮湿的空气中表 面形成一层水膜，水膜又溶解了 ＣＯ２、ＳＯ２、Ｈ２Ｓ等气体， 使水膜中含有一定量的 Ｈ＋，产生过程如下：Ｈ２ 幑幐Ｏ Ｈ＋＋ＯＨ－，Ｈ２Ｏ＋ＣＯ 幑幐２ Ｈ２ＣＯ 幑幐３ Ｈ ＋＋ＨＣＯ－３． （２）钢铁析氢腐蚀的原理分析：钢铁、少量的碳和酸 性水膜构成了原电池．反应如下： 负极：Ｆｅ－２ｅ－ Ｆｅ２＋（氧化反应） 正极：２Ｈ２Ｏ＋２ｅ － Ｈ２↑＋２ＯＨ －（还原反应） 总反应：Ｆｅ＋２Ｈ２ Ｏ Ｆｅ（ＯＨ）２＋Ｈ２↑ 由于在腐蚀过程中不断有 Ｈ２放出，所以叫做析氢 腐蚀． （３）铁锈形成过程：析氢腐蚀中形成的Ｆｅ（ＯＨ）２被 Ｏ２氧化生成Ｆｅ（ＯＨ）３． ４Ｆｅ（ＯＨ）２＋Ｏ２＋２Ｈ２ Ｏ ４Ｆｅ（ＯＨ）３ ２Ｆｅ（ＯＨ）３ Ｆｅ２Ｏ３·ｘＨ２Ｏ＋（３－ｘ）Ｈ２Ｏ ３．钢铁吸氧腐蚀的原理 实验探究： ①实验步骤：将经过酸洗 除锈的铁钉，用饱和食盐水浸 泡一下，放入如右图的具支试 管中． ②实验现象：具支试管中 有铁锈产生，导管内水柱 上升． ③原理分析：通常情况下，在潮湿的空气中，钢铁表 面凝结一层溶解有氧气的水膜，它与钢铁中的碳和铁形 成了原电池．这些微小的原电池遍布钢铁表面（如下 图）． 负极：２Ｆｅ－４ｅ－ ２Ｆｅ２＋（氧化反应） 正极：２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２＋４ｅ － ４ＯＨ－（还原反应） 总反应：２Ｆｅ＋Ｏ２＋２Ｈ２ Ｏ ２Ｆｅ（ＯＨ）２ Ｆｅ（ＯＨ）２继续与空气中的Ｏ２作用，生成Ｆｅ（ＯＨ）３， 再生成铁锈． 小结：①无论是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀，作为负极 的铁都不断地被氧化．而金属腐蚀主要是电化学腐蚀， 而电化学腐蚀中吸氧腐蚀又是主要的（两种腐蚀往往同 时发生）． ②电化学腐蚀过程伴随有电流产生，而化学腐蚀过 程却没有． 题型示例： 例１ 一定条件下，碳钢腐蚀与溶液 ｐＨ的关系如 下表． ｐＨ ２ ４ ６ ６．５ ８ １３．５ １４ 腐蚀快慢 较快 慢 较快 主要产物 Ｆｅ２＋ Ｆｅ３Ｏ４ Ｆｅ２Ｏ３ ＦｅＯ－２ 下列说法错误的是 （　　） Ａ．当ｐＨ＜４时，碳钢主要发生析氢腐蚀 Ｂ．当ｐＨ＞６时，碳钢主要发生吸氧腐蚀 Ｃ．当 ｐＨ＞１４时，正极反应为 Ｏ２＋４Ｈ ＋ ＋４ｅ－ ２Ｈ２Ｏ Ｄ．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率