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1原电池金属腐化和防护

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  1原电池金属腐蚀和防护_理化生_高中教育_教育专区。原电池 一、原电池原理 二、金属的腐蚀和防护 三、化学电源 一、原电池原理 实验分析: 1.电流是如何产生的? 2.铜片上为什么有气泡? 锌片(-) : Zn-2e- =Zn2+ 铜片(+)

  原电池 一、原电池原理 二、金属的腐蚀和防护 三、化学电源 一、原电池原理 实验分析: 1.电流是如何产生的? 2.铜片上为什么有气泡? 锌片(-) : Zn-2e- =Zn2+ 铜片(+) : 2H+ + 2e- = H2↑ 定义: 把化学能转变为电能的装置。 问题探究: 1.形成原电池的条件: 2.原电池的电极名称、电极反应、电极判断 负极:电子流出的一极,发生氧化反应,较活泼的一极 锌片(-):2Zn-2e- =Zn 2+ 正极:电子流入的一极,发生还原反应,较不活泼的一极 铜片(+): 2H+ + 2e- = H2↑ 总反应: Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑ 电子流动方向:负极--外电路--正极.电流方向:反 问题探究: 3.标准原电池: 盐桥的作用是什么? 材料:琼脂+饱和氯化 钾溶液或饱和硝酸铵溶液 作用:可提供定向移动 的阴阳离子,使由它连接 的两溶液保持电中性。 导线的作用是传递电 子,沟通外电路。而盐桥 的作用则是沟通内电路。 问题探究: 3.标准原电池: 负极:Fe-2e- =Fe2+ 正极:2H++2e-=H2↑ 总反应: Fe+2H+= Fe2++H2↑ FeSO4 或 Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑ 2+ 负极: Zn-2e =Zn 正极: Cu2++2e-=Cu 总反应:Zn+Cu2+=Zn2++Cu 或 Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu 原电池原理的运用: 1.提高反应速率 例如:实验室Zn与稀硫酸反应制H2,用粗锌更快;或者在反应 液中滴加少量的CuSO4溶液。 2.比较金属活动性大小 3.判断金属腐蚀的快慢 ①电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐 措施的腐蚀 ②同种金属,在强电解质溶液中比在弱电解质溶液中腐蚀的快 4.金属的腐蚀和防护 5.制作化学电池。许多有实际应用的化学电池,都是 原电池原理的应用。 练习1: 1.判断下列哪些装置构成了原电池?若不是,请说明理由; 若是,请指出正负极名称,并写出电极反应式. ② (× ) ① (× ) 负极: Fe-2e- =Fe2+ ③ (∨) 正极: Cu2++2e- =Cu 总反应: Fe+Cu2+=Fe2++Cu Fe+CuSO4=Cu+FeSO4 ④ ⑤ (× ) (× ) 2+ 负极: Zn-2e =Zn ⑥ 正极: Cu2++2e-=Cu 总反应:Zn+Cu2+=Zn2++Cu 或 Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu (∨ ) 练习1: Cu Zn 2、观察右图,下列有关叙 述正确的( A )。 稀硫酸 (a)构成原电池,铜是正极,锌为负极。 (b)H+向铜片移动,并在铜片上发生氧化反应 (c)H+向锌片移动 (d)电子由铜片沿导线.如图所示,在铁圈和银圈的焊接处,用一根棉线将其悬在盛 水的烧杯中,使之平衡;小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液, (D) 片刻后可观察到的现象是 A. B. C. D. 铁圈和银圈左右摇摆不定; 保持平衡状态; 铁圈向下倾斜; 银圈向下倾斜; 4.试将下列两个氧化还原反应分别设计成两个原电池 ⑴ Zn + 2AgNO3=Zn(NO3)2+2Ag ⑵ 2Fe3++Fe=3Fe2+ ( Zn∣AgNO3∣C ) ( Fe∣Fe2(SO4)3∣C ) 练习1: 5.一个原电池的总反应的离子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2++Cu,该反应的原电池的正确组成是 ( D ) (A) 正极 负极 电解质溶 液 Zn Cu CuCl2 (B) Cu Zn H2SO4 (C) Cu Zn HCl (D) Cu Zn CuCl2 练习2: 6.把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中,用导线 两两相连组成原电池。若a、b相连时,a为负极;c、 d相连时,电流由d到c;a、c相连时,c极上产生大量 气泡;b、d相连时,b上有大量气泡产生,则这四种 金属的活动性顺序由强到弱为 a> c> d> b _________________ 。 作为负极的金属较正极金属活泼,电子流动 方向由负极流向正极,电流方向与电子流向 相反。故可作出以下判断:a>c>d>b。 练习2: 7.(高考海南化学卷,原电池) 依据氧化还原反应: 2Ag+(aq)+Cu(s) = Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如 图所示。 请回答下列问题: 铜(或Cu); (1)电极X的材料是________ AgNO3溶液 ; 电解质溶液Y是___________ 正 (2)银电极为电池的________ 极, 发生的电极反应为 Ag++e-= Ag _________________ X电极上发生的电极反应为 Cu -2e-= Cu2+ __________________ ; 负(Cu) (3)外电路中的电子是从_______ 正(Ag) 电极。 电极流向________ A X 盐桥 电流计 Ag CuSO4溶液 Y 练习2: 8.判断右边原电池的两极, 并写出电极反应式。 负极:Cu 正极:NO3-+e- +2H+ =NO2↑+H2O 稀硫酸 负极:Mg -2e- == Mg2+ 正极:2H++2e-== H2↑ NaOH溶 负极:Al+4OH--3e-=AlO2- + 2H2O 正极:2H2O +2e- =H2↑+2OH2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ -2e=Cu2+ Cu A Fe - + 浓HNO3溶液 Mg A Al - + 稀硫酸溶液 Mg + A Al - NaOH溶液 二、金属的腐蚀和防护 探究: Fe 下列装置是否为原电池? 如果是,请标出两 极的名称,并写出电极方程式. C Fe C Fe C A稀盐酸 A装置: (-)Fe: Fe-2e-=Fe2+ (+)C: 2H++2e-=H2↑ 总: Fe+ 2H+= Fe2++H2↑ B食盐水 B C装置: C自来水 (-)Fe: 2Fe-4e-=2Fe2+ (+)C: O2+2H2O+4e-=4OH总: 2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3 = Fe2O3· nH2O(铁锈) A装置: (-)Fe: Fe-2e-=Fe2+ B C装置: (-)Fe: 2Fe-4e-=2Fe2+ (+)C: O2+2H2O+4e-=4OH总: 2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3 =Fe2O3· nH2O(铁锈) (+)C: 2H++2e-=H2↑ 总: Fe+ 2H+= Fe2++H2↑ 一、金属的腐蚀: (1)化学腐蚀: 金属跟接触到的物质(如O2、Cl2、SO2等)直接发 生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。 (2)电化学腐蚀: 不纯的金属跟电解质溶液接触时,发生原电池反 应引起的腐蚀叫做电化学腐蚀。 金属腐蚀的类型: 化学腐蚀 析氢腐蚀 电化腐蚀 (常见普遍) 吸氧腐蚀 失 e- 金属腐蚀的本质: 金属原子 金属阳离子 电化腐蚀与化学腐蚀的比较: 电化腐蚀 化学腐蚀 金属与氧化剂直接接 触 无电流产生 条件 现象 本质 相互关 系 不纯金属或合金与电解 质溶液接触 有微弱电流产生 较活泼金属被氧化,原电池 金属被氧化,简单氧化 反应 还原反应 化学腐蚀与电化腐蚀往往同时发生,但电化腐蚀 更普遍,危害更严重 钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较: 析氢腐蚀 水膜呈强酸性 条 件 CO2、SO2、H2S的H2O溶液 吸氧腐蚀 水膜呈弱酸性 中性 碱性 (-)Fe: 2Fe-4e-=2Fe2+ (-)Fe: Fe-2e-=Fe2+ -=4OH电 O +2H O+4e 2 2 (+)C: 极 (+)C: 2H++2e-=H2↑ 总: 2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2 反 应 总: Fe+ 2H+= Fe2++H2↑ 4Fe(OH) +2H O+O =4Fe(OH) 2 2 2 3 Fe2O3· nH2O(铁锈) 联 系 通常两种腐蚀同时存在,但以后者更普遍。 金属腐蚀的危害: ⒈ 使桥梁、建筑物的金属结构强度降低而造成坍塌 ⒉地下金属管道发生泄漏 ⒊轮船的船体损坏 ⒋金属及其设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低, 直至报废 惊人的数字: 发达国家每年有余金属腐蚀造成的直接损失约 占全年国民生产总值的2%-4%,远远超过水灾、风 灾、地震等自然灾害造成损失的总和。 练习1: 1.如图, 水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天观察: (1) 若试管液面上升,则溶液呈 中性或碱性 性,发生 吸氧 腐蚀,电极反应式为:负极: 2Fe–4e-=2Fe , 2+ 正极: O2+2H2O+4e-=4OH- ; (2) 若试管液面下降,则溶液呈 酸性 正极: 2H2O+2e-=H。 2 ↑ +2OH 性,发生 析氢 腐蚀,电极反应式为:负极: Fe–2e-=Fe2+ 或2H++ 2e-=H2 ↑ 练习1: 2、 分析右图,按要求写出有关反应方程式: (1)铁棒上的电极反应式为: (2)碳棒上的电极反应式为: (3)溶液中发生反应的化学方程式: 负极:Fe–2e-=Fe2+ 正极:O2+2H2O+4e-=4OH溶液中的离子反应Fe2++2OH-= Fe(OH)2 ↓ 原电池总反应2a+b+2c: (a) (b) (c) 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 在空气中的变化: (1)4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 (2)氢氧化铁变成水合氧化铁即铁锈 二、金属的防护: 1、普通方法:隔绝空气、干燥储存 2、在金属表面覆盖保护层(电镀、油漆、钝化等) 3、改变金属结构(如制成不锈钢) 4、电化学保护法(重点!) 牺牲阳极法和外加电流法。 *电化学保护法 (1)牺牲阳极的阴极保护法 原理 :形成原电池反 应时,让被保护金属 做正极,不反应,起 到保护作用;而活泼 金属反应受到腐蚀。 *电化学保护法 (2)外加电流的阴极保护法 原理:把要保护的钢铁设备作为 阴极,另外用不溶性电极作为 辅助阳极,两者都放在电解质 溶液里,接上外加直流电 源.通电后,大量电子被强制 流向被保护的钢铁设备,使钢 铁表面产生负电荷(电子)的 积累,只要外加足够强的电压, 金属腐蚀而产生的原电池电流 就不能被输送,因而防止了钢 铁的腐蚀. 辅助阳极 (不溶性) 资料: 白铁与马口铁 白铁即镀锌铁板, 当镀锌铁板出现划痕时,暴露出 来的铁将与锌形成原电池的两个电极,且锌为负极, 铁为正极,故铁板上的镀锌层将先被腐蚀,镀锌层腐 蚀完后才腐蚀铁板本身。所以白铁更耐腐蚀。 马口铁即镀锡铁板,当有划痕时,锡将成为原电池 的正极,铁为负极,这样就会加速铁的腐蚀。 练习2: 1.下列各情况,在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是 (5) (2) (1) (3) (4) 无 防 护 措 施 电 解 池 的 阳 极 原 电 池 的 负 极 原 电 池 的 正 极 电 解 池 的 阴 极 金属腐蚀由快到慢的规律:电解池的阳极原电池的负 极无防护措施原电池的正极电解池的阴极 练习2: 2.下列装置中四块相同的Zn片,放置一段时间后腐蚀速 率由慢到快的顺序是 (4) (2) (1) (3) 三、判断金属腐蚀快慢的规律: 一、不纯金属或合金的腐蚀快慢: (1)与构成原电池的材料有关,两极材料活泼性差别越大, 氧化还原反应的速率越快,活泼金属腐蚀就越快; (2)与金属接触的电解质溶液的相关离子浓度大小相关,相 关离子浓度越大,金属腐蚀越快。 二、同样的电极材料: 强电解质溶液引起的腐蚀﹥弱电解质溶液引起的腐蚀﹥非电解 质引起的腐蚀 电解原理引起的腐蚀﹥原电池原理引起的腐蚀﹥化学腐蚀﹥有 防护措施的腐蚀 练习3: 1.以下现象与电化学腐蚀无关的是 ( D ) A.黄铜(铜锌合金)制做的铜锣不易产生铜绿 B.生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈 C.铁质器件附有铜质配件,在接触处易生铁锈 D.银质奖牌久置后表面变暗 A中的Cu与Zn、B中的Fe与C、C中的Fe与Cu,它们中的两种物质 与空气水膜形成原电池,其中较活泼的Zn、Fe、Fe作负极而被 腐蚀,A中Cu不生成铜绿,B、C中铁生锈。D中Ag长期在空气中 与硫化氢反应生成了少量Ag2S,而呈黑色。 练习3: 2. 氢镍电池是近年开发出来的可充电电池,它可以取 代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是: H2+2NiO(OH) 放电 2Ni(OH)2 充电 根据此反应式判断,下列叙述中正确的是 CD A.电池放电时,电池负极周围溶液的OH 不断增大 B.电池放电时,镍元素被氧化 C.电池充电时,氢元素被还原 D.电池放电时,H2是负极 练习3: 3.熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到 重视。可用 Li2CO3 和 Na2CO3 的熔融盐混合物作 电解质, CO 为阳极燃气,空气与 CO2 的混合气 为阴极助燃气,制得在6500℃下工作的燃料电 池,完成有关的电池反应式: 阳极反应式: 2CO+2CO32--4e- =4CO2 。 阴极反应式:O2+2CO2+4e-=2CO32总电池反应式: 2CO+O2=2CO2 。 解析:本题中CO为还原剂,空气中O2为氧化剂,电池总反应式为: 2CO+O2==2CO2。用总反应式减去电池负极(即题目指的阳极)反应式,就可 得到电池正极(即题目指的阴极)反应式:O2+2CO2+4e-== 2CO32- 。 解此类题目应把握好 (1)放电的过程应用原电池原理,充电过程应 用电解池原理。 (2)从反应前后相关元素化合价的变化判断正 负极、阴阳极等相关命题的正确性。 (3)电极材料由金属和金属化合物构成,则金 属为负极。电子得失均由两电极本身发生。 (4)在书写电极反应式时,考虑电解质对电极 的影响(如生成难溶物、弱电解质等)。 (5)介质为酸性溶液时,反应式两边不能出现 OH- 离子;碱性溶液为介质时,反应式两 边不能出现H+离子。

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