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第四节 金属的电化学腐蚀与防护

[学习目标定位] 1.认识金属腐蚀的危害，并能解释金属发生电化学腐蚀的原因，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。2.熟知金属腐蚀的防护方法。

一 金属的腐蚀

1.回答下列问题：

点燃

(1)铁与氯气反应的化学方程式是2Fe＋3Cl2=====2FeCl3；纯锌片与盐酸反应的离子方程式是Zn＋2H===Zn＋H2↑；上述两反应过程不是(填“是”或“不是”)原电池反应。 (2)铁制品在潮湿的环境中比在干燥的环境中易生锈，其原因是铁制品中含有杂质碳，在潮湿环境下的电解质溶液中构成原电池，加快了铁被氧化的反应速率。 2.金属腐蚀

(1)概念：金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。 (2)根据与金属接触的气体或液体物质不同，金属腐蚀可分为两类：

①化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而加快。

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。

(3)用铝制饭盒盛放醋酸，一段时间后，饭盒被腐蚀，这种腐蚀属于化学腐蚀，反应的化学方程式为2Al＋6CH3COOH===2(CH3COO)3Al＋3H2↑；若用铝制饭盒盛放食盐(含水时)，一段时间后，饭盒被腐蚀，这种腐蚀属于电化学腐蚀，反应原理是(写电极反应式和总反应式)：负极：Al－3e===Al，正极：O2＋2H2O＋4e===4OH，总反应：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3。 3.钢铁的电化学腐蚀

根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，如下图所示：

－

3＋

－

－

＋

2＋

(1)钢铁的析氢腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，腐蚀过程中有H2放出。Fe是负极，C是正极。发生的电极反应式及总反应式为 负极：Fe－2e===Fe； 正极：2H＋2e===H2↑；

＋

－－

2＋

总反应：Fe＋2H===Fe＋H2↑。

(2)钢铁的吸氧腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液呈中性或呈弱酸性并溶有一定量的O2时，将会发生吸氧腐蚀。发生的电极反应式及总反应式为 负极：2Fe－4e===2Fe； 正极：2H2O＋O2＋4e===4OH； 总反应：2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2。

铁锈(Fe2O3·xH2O)的形成：2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O。 归纳总结 1.金属腐蚀的本质

金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。 2.金属腐蚀的类型 (1)化学腐蚀与电化学腐蚀

类型 条件 现象 本质 联系

(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀

类型 条件 电极反应 负极 正极 ＋－－

－

－

2＋

＋2＋

化学腐蚀 金属跟非金属单质直接接触 无电流产生 金属被氧化 电化学腐蚀 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 有微弱电流产生 较活泼金属被氧化 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 析氢腐蚀 水膜酸性较强(pH≤4.3) －吸氧腐蚀 水膜酸性很弱或呈中性 2＋Fe－2e===Fe 2H＋2e===H2↑ Fe＋2H===Fe＋H2↑ ＋2＋O2＋2H2O＋4e===4OH 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 －－总反应式 联系 吸氧腐蚀更普遍 提示 (1)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。 (2)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。

1.下列有关金属腐蚀的说法中正确的是( )

A.金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程 B.电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程 C.钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈

D.金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化学腐蚀伴有电流产生 答案 D

解析 金属腐蚀的本质，主要是金属原子失电子被氧化，腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，外因是金属与空气、水和其他腐蚀性的物质接触，腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀，所以A错误；电化学腐蚀指不纯金属与电解质溶液接触时发生原电池反应而损耗的过程，不需要外加电流，所以B错误；钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，正极吸收氧气，而不是负极吸收氧气，所以C错误。

2.如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4的雨水和生铁片。观察到：开始导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。以下有关解释合理的是( )

A.生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应 B.雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀

C.墨水回升时，碳极反应式为O2＋2H2O＋4e===4OH D.具支试管中溶液pH逐渐减小 答案 C

解析 生铁片中的碳是原电池的正极，A错误；雨水酸性较强，开始时铁片发生析氢腐蚀，产生氢气，导管内液面下降，一段时间后铁片发生吸氧腐蚀，吸收氧气，导管内液面回升，B错误；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e===4OH

－

－

－

－

，C正确；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管内溶液pH均增大，D错误。

二 金属的防护方法

1.金属的防护就是防止金属的腐蚀，要解决的主要问题是使金属不被氧化。从金属腐蚀的反应实质、影响因素等方面分析，确定金属防护的方法：

(1)改变金属的内部结构，使金属性质改变，增强其本身的抗腐蚀能力，成为耐腐蚀金属。 (2)使金属与化学物质相互隔离，在金属表面覆盖油漆、镀层金属、氧化膜等保护层。 2.常见的金属防护方法 (1)物理保护法

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把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢，就大大地增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。 (2)电化学保护法

①为了减小某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用C(填字母)。 A.铜 B.钠 C.锌 D.石墨

②图乙所示的方案也可以减慢铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的负极。

归纳总结

1.金属的电化学防护方法

类型 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法 2.判断金属腐蚀快慢的方法

(1)同一金属在相同电解质溶液中，金属腐蚀的快慢是电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。

(2)同一金属在相同电解质溶液中，电解质浓度越大，腐蚀越快。

(3)同一金属在不同电解质溶液中，金属腐蚀的快慢是强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。

方法 在被保护的设备上装上比它更活泼的金属 将被保护的设备与惰性电极置于电解质溶液里，接上外加直流电源 原理 被保护的金属作原电池的正极 被保护的金属作电解池的阴极 实例 船舶的外壳上装锌块 保护海水中的钢闸门

3.下列说法正确的是( )

A.金属腐蚀就是金属原子失去电子被还原的过程 B.合金都比纯金属易被腐蚀

C.将金属与外加直流电源的负极相连，而将正极接到废铁上，可以防止金属被腐蚀 D.镀锌铁比镀锡铁更容易被腐蚀 答案 C