【高中化学】同步知识清单:(新人教版选择性必修1)第4章 化学反应与电能

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名称 【高中化学】同步知识清单:(新人教版选择性必修1)第4章 化学反应与电能
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文件大小 2.8MB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 化学
更新时间 2024-12-12 10:39:04

文档简介

第四章 化学反应与电能
第一节 原电池
一、原电池的工作原理
1、原电池的构成条件
(1)定义:能把 化学能 转化为 电能 的装置。
(2)实质:利用能自发进行的 氧化还原 反应将化学能转化为电能。
(3)构成条件:①两个 活泼性不同 的电极;② 电解质 溶液;③形成 闭合 回路;④自发进行的氧化还原 反应。
2、实验4-1:锌铜原电池的工作原理
装置示意图 注:盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶
现象 锌片 逐渐溶解 ,铜片上 有红色物质生成 ,电流表指针发生 偏转
能量转换 化学能 转化为 电能
微观探析 在硫酸锌溶液中,负极一端的 Zn 失去电子形成 Zn2+ 进入溶液 在硫酸铜溶液中,正极一端的 Cu2+ 获得电子变成 Cu 沉积在铜片上
电子或离子 移动方向 电子: 负 极流向 正 极 盐桥: Cl— 移向ZnSO4溶液, K+ 移向CuSO4溶液
工作原理, 电极反应式 负极:Zn-2e-===Zn2+( 氧化 反应) 正极:Cu2++2e-===Cu( 还原 反应)
总反应:Zn+Cu2+===Zn2++Cu
(1)Zn ZnSO4半电池:在ZnSO4溶液中,锌片逐渐溶解,即Zn被 氧化 ,锌原子失去电子,形成Zn2+进入溶液,即Zn-2e-===Zn2+;从锌片上释放出的 电子 ,经过导线流向铜片。
(2)Cu CuSO4半电池:CuSO4溶液中的Cu2+从铜片上得到 电子 , 还原 为铜单质并沉积在铜片上,即Cu2++2e-===Cu。
(3)盐桥的作用:电池工作时,盐桥中的 Cl- 会移向ZnSO4溶液, K+ 移向CuSO4溶液,使两溶液均保持电中性。当取出盐桥后,形成断路,反应停止。
3、原电池工作原理
(1)原理图解
(2)电极名称与反应类型:正极→ 还原 反应;负极→ 氧化 反应。
(3)电子流向:负极→正极。
(4)电流方向:正极→负极。
(5)离子流向:阳离子→ 正 极;阴离子→ 负 极。
4、原电池的应用
(1)加快氧化还原反应的速率:构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。
例如:在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液,CuSO4与锌发生置换反应生成 Cu ,从而形成Cu-Zn微小原电池,加快产生 H2 的速率。
(2)比较金属活动性强弱
例如:有两种金属a和b,用导线连接后插入稀硫酸中,观察到a极溶解,b极上有气泡产生。由此可判断出a是 负极 、b是 正极 ,且金属活动性: a>b 。
(3)设计原电池
例如:2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2
①化合价升高的物质 负极:Cu
②活泼性较弱的物质 正极:C
③化合价降低的物质 电解质溶液:FeCl3
示意图
一、化学电源概述 一次电池
1、化学电源的分类
(1)一次电池:也叫做 干电池 ,放电后不可再充电。
(2)二次电池:又称 可充电 电池或蓄电池,放电后可以 再充电 使活性物质获得再生。
(3)燃料电池:连续地将 燃料 和 氧化剂 的化学能直接转化为电能的化学电源。
2、判断电池优劣的主要标准
(1)比能量: 单位质量 或 单位体积 所能输出电能的多少,单位是(W·h)·kg-1或(W·h)·L-1。
(2)比功率:单位质量或 单位体积 所能输出功率的大小,单位是W·kg-1或W·L-1。
(3)电池可储存时间的长短。
3、化学电池的回收利用
使用后的废弃电池中含有大量的 重金属 、酸和碱等有害物质,随处丢弃会给土壤、 水源 等造成严重的污染。 废弃电池 要进行回收利用。
4、化学电源的发展方向
小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐。如 镍氢 电池、 锂离子 电池等。
5、一次电池:锌锰干电池
普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池
示意图
构造 负极: 锌 正极: 石墨棒 电解质溶液: 氯化铵和氯化锌 负极反应物: 锌粉 正极反应物: 二氧化锰 电解质溶液: 氢氧化钾
工作 原理 负极:Zn-2e-+2NH===Zn(NH3)+2H+ 正极:2MnO2+2H++2e-===2MnO(OH) 总反应:Zn+2NH4Cl+2MnO2===Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH) 负极:Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2 正极:2MnO2+2H2O+2e-===2MnO(OH)+2OH- 总反应:Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2
6、二次电池:铅蓄电池
Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
(1)负极是 Pb ,正极是 PbO2 ,电解质溶液是 H2SO4 溶液。
(2)放电反应原理
①负极反应式是Pb+SO-2e-===PbSO4 ;
②正极反应式是PbO2+4H++SO+2e-===PbSO4+2H2O ;
③放电过程中,负极质量的变化是增大,H2SO4溶液的浓度减小。
(3)充电反应原理
①阴极(还原反应)反应式是: PbSO4+2e-===Pb+SO ;
②阳极(氧化反应)反应式是:PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++SO ;
③充电时,铅蓄电池正极与直流电源 正极 相连,负极与直流电源 负 极相连。口诀:“负极接负极,正极接正极”。
7、二次电池:锂离子电池
电极 电极反应
负极 嵌锂石墨(LixCy): LixCy-xe-===xLi++Cy
正极 钴酸锂(LiCoO2): Li1-xCoO2+xLi++xe-===LiCoO2
总反应 LixCy+Li1-xCoO2LiCoO2+Cy
8、氢氧燃料电池是一种清洁高效的燃料电池
(1)基本构造
(2)工作原理
酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH)
负极反应 2H2-4e-===4H+ 2H2-4e-+4OH-===4H2O
正极反应 O2+4e-+4H+===2H2O O2+4e-+2H2O===4OH-
总反应 2H2+O2===2H2O
燃料电池电极的书写
如:CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法:
第一步 确定生成物
CH4
故CH4的 最终产物 为CO和H2O;
第二步 确定价态变化及电子转移:H4-8e-―→O+H2O;
第三步 依据电解质性质,用OH-使电荷守恒:CH4-8e-+10OH-―→CO+H2O;
第四步 最后据氢原子守恒配平H2O的化学计量数:CH4-8e-+10OH-===CO+7H2O。
第二节 电解质
一、电解原理
1、实验探究:电解CuCl2溶液
电解装置
电解过程分析 通电前 存在微粒 Cu2+、Cl-、H+、OH-
微粒运动 自由移动
通电后 微粒运动 Cu2+、H+ 移向阴极, Cl-、OH- 移向阳极
电极反应 阴极:Cu2++2e-===Cu
阳极:2Cl--2e-===Cl2↑
电解反应 CuCl2Cu+Cl2↑
实验现象 阴极: 覆盖一层红色固体 阳极:①有气泡放出;② 闻到刺激性的气味 ;③湿润的淀粉碘化钾试纸变为 蓝色
2、电解和电解池
(1)电解:使电流通过 电解质溶液 (或熔融电解质)而在阳极、阴极引起 氧化还原 反应的过程。
(2)电解池:将 电能 转化为 化学能 的装置(也称电解槽)。
(3)电解池的构成条件:①直流电源;②两个电极;③电解质溶液或熔融电解质;④形成 闭合回路 。
3、电解原理
(1)电极反应类型:阳极→ 氧化 反应;阴极→ 还原 反应。
(2)电子流向:电源 负 极→ 阴 极; 阳 极→电源 正 极。
(3)电流方向:电源 正 极→ 阳 极; 阴 极→电源 负 极。
(4)离子流向:阳离子→ 阴 极;阴离子→ 阳 极。
二、电解原理的应用
1、电解饱和食盐水的原理
(1)通电前:溶液中的离子是 Na+、Cl-、H+、OH- 。
(2)通电后:①移向阳极的离子是 Cl-、OH- ,Cl-比OH-容易失去电子,被氧化成 氯气 。
(3)阳极:2Cl--2e-===Cl2↑( 氧化 反应)。
(4)移向阴极的离子是 Na+、H+ , H+比 Na+ 容易得到电子,被还原成 氢气 。其中H+是由水电离产生的。
(5)阴极:2H2O+2e-===H2↑+2OH-( 还原 反应)。
(6)总反应:
化学方程式为2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH;
离子方程式为2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-。
2、氯碱工业生产流程
(1)阳离子交换膜电解槽
(2)阳离子交换膜的作用:只允许 Na+ 等阳离子通过,不允许 Cl-、OH- 等阴离子及气体分子通过,可以防止阴极产生的 氢气 与阳极产生的 氯气 混合发生爆炸,也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量。
3、氯碱工业产品及其应用
(1)氯碱工业产品主要有 NaOH、Cl2、H2、 盐酸、含氯漂白剂。
(2)电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、 造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药 、金属冶炼等领域中广泛应用。
4、电镀与电解精炼
装置 电镀 精炼
阳极材料 镀层金属Cu 粗铜(含 锌、银、金 等杂质)
阴极材料 镀件金属Fe 纯铜
阳极反应 Cu-2e-===Cu2+ Zn-2e-===Zn2+、Cu-2e-===Cu2+等
阴极反应 Cu2++2e-===Cu Cu2++2e-===Cu
溶液变化 硫酸铜溶液浓度保持不变 Cu2+浓度减小,金、银等金属沉积形成阳极泥
5、电冶金
(1)金属冶炼的本质:使矿石中的 金属离子 获得电子变成 金属单质 的过程。如Mn++ne-=== M。
(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如 钾、钠、镁、铝 等),但不能电解其盐溶液,应电解其熔融态。
如:电解熔融的氯化钠可制取金属钠的反应式: 阳极:2Cl--2e-===Cl2↑; 阴极:2Na++2e-===2Na;
总反应:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。
第三节 金属的腐蚀与防护
一、金属的腐蚀
1、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。其实质是金属原子 失去 电子变为阳离子,金属发生 氧化 反应。
(2)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。腐蚀的速率随温度升高而 加快 。
②电化学腐蚀: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。
2、钢铁的电化学腐蚀
类别 项目   析氢腐蚀 吸氧腐蚀
图形描述
条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性
负极 Fe-2e-===Fe2+
正极 2H++2e-===H2↑ O2+4e-+2H2O===4OH-
总反应 Fe+2H+===Fe2++H2↑ 2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2
后续反应 最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O),反应如下:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O
联系 通常两种腐蚀同时存在,但后者更普遍
3、实验探究:电化学腐蚀
实验操作 实验现象 实验解释
导管中 液面上升 装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池,铁钉发生 吸氧 腐蚀
①试管中产生气泡的速率 快 Zn与CuSO4反应生成Cu,Zn、Cu和稀盐酸构成 原电池 ,形成 电化学 腐蚀,速率更 快
二、金属的防护
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 。如普通钢加入 镍、铬 制成不锈钢, 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是一种普遍采用的防护方法。如,在钢铁制品表面喷油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷等;电镀锌、锡、铬、镍等,利用化学方法、 离子注入 法、表面渗镀 等方式在金属表面形成稳定的 钝化膜 。
3、电化学保护法
金属在发生电化学腐蚀时,总是作为原电池 负极 (阳极)的金属被腐蚀,作为 正极 (阴极)的金属不被腐蚀,如果能使被保护的金属成为 阴极 ,就不易被腐蚀。
(1)牺牲阳极法
原理:原电池原理
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。
实例 实验4-4-1:
如图装置反应一段时间后,往Fe电极区滴入2滴 黄 色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液,观察实验现象。
已知Fe2+与[Fe(CN)6]3-反应生成带有特征蓝色的KFe[Fe(CN)6]沉淀。
实验装置 电流表 阳极(负极区) 阴极(正极区)
现象 指针 偏转 Zn溶解 有 气泡 产生, 无 蓝色沉淀生成
有关反应 — Zn-2e-===Zn2+ 2H++2e-===H2↑
结论 溶液中不含 Fe2+ ,铁作正极未被腐蚀
实例 实验4-4-2:
培养皿中放入含有NaCl的琼脂,并注入5~6滴酚酞和K3[Fe(CN)6]溶液,取两个2~3 cm的铁钉,用砂纸擦光,将裹有锌皮的铁钉放入a,缠有铜丝的铁钉放入b。
实验 装置
现象 铁钉周围 变红 铁钉周围生成 蓝色沉淀 ,铜丝周围 变红
结论 铁作为 负极 时易腐蚀,作为 正极 时未腐蚀
(2)外加电流法
原理:电解池原理
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 。第四章 化学反应与电能
第一节 原电池
一、原电池的工作原理
1、原电池的构成条件
(1)定义:能把 转化为 的装置。
(2)实质:利用能自发进行的 反应将化学能转化为电能。
(3)构成条件:①两个 的电极;② 溶液;③形成 回路;④自发进行的 反应。
2、实验4-1:锌铜原电池的工作原理
装置示意图 注:盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶
现象 锌片 ,铜片上 ,电流表指针发生
能量转换 化 转化为
微观探析 在硫酸锌溶液中,负极一端的 失去电子形成 进入溶液 在硫酸铜溶液中,正极一端的 获得电子变成 沉积在铜片上
电子或离子 移动方向 电子: 极流向 极 盐桥: 移向ZnSO4溶液, 移向CuSO4溶液
工作原理, 电极反应式 负极:Zn-2e-===Zn2+( 反应) 正极:Cu2++2e-===Cu( 反应)
总反应:Zn+Cu2+===Zn2++Cu
(1)Zn ZnSO4半电池:在ZnSO4溶液中,锌片逐渐溶解,即Zn被 ,锌原子失去电子,形成Zn2+进入溶液,即Zn-2e-===Zn2+;从锌片上释放出的 ,经过导线流向铜片。
(2)Cu CuSO4半电池:CuSO4溶液中的Cu2+从铜片上得到 , 为铜单质并沉积在铜片上,即Cu2++2e-===Cu。
(3)盐桥的作用:电池工作时,盐桥中的 会移向ZnSO4溶液, 移向CuSO4溶液,使两溶液均保持电中性。当取出盐桥后,形成断路,反应停止。
3、原电池工作原理
(1)原理图解
(2)电极名称与反应类型:正极→ 反应;负极→ 反应。
(3)电子流向:负极→正极。
(4)电流方向:正极→负极。
(5)离子流向:阳离子→ 极;阴离子→ 极。
4、原电池的应用
(1)加快氧化还原反应的速率:构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。
例如:在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液,CuSO4与锌发生置换反应生成 ,从而形成Cu-Zn微小原电池,加快产生 的速率。
(2)比较金属活动性强弱
例如:有两种金属a和b,用导线连接后插入稀硫酸中,观察到a极溶解,b极上有气泡产生。由此可判断出a是 、b是 ,且金属活动性: 。
(3)设计原电池
例如:2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2
①化合价升高的物质 负极:Cu
②活泼性较弱的物质 正极:C
③化合价降低的物质 电解质溶液:FeCl3
示意图
一、化学电源概述 一次电池
1、化学电源的分类
(1)一次电池:也叫做 ,放电后不可再充电。
(2)二次电池:又称 电池或蓄电池,放电后可以 使活性物质获得再生。
(3)燃料电池:连续地将 和 的化学能直接转化为电能的化学电源。
2、判断电池优劣的主要标准
(1)比能量: 或 所能输出电能的多少,单位是(W·h)·kg-1或(W·h)·L-1。
(2)比功率:单位质量或 所能输出功率的大小,单位是W·kg-1或W·L-1。
(3)电池可储存时间的长短。
3、化学电池的回收利用
使用后的废弃电池中含有大量的 、酸和碱等有害物质,随处丢弃会给土壤、 等造成严重的污染。 要进行回收利用。
4、化学电源的发展方向
小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐。如 电池、 电池等。
5、一次电池:锌锰干电池
普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池
示意图
构造 负极: 正极: 电解质溶液: 负极反应物: 正极反应物: 电解质溶液:
工作 原理 负极:Zn-2e-+2NH===Zn(NH3)+2H+ 正极:2MnO2+2H++2e-===2MnO(OH) 总反应: 负极:Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2 正极:2MnO2+2H2O+2e-===2MnO(OH)+2OH- 总反应:
6、二次电池:铅蓄电池
Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
(1)负极是 ,正极是 ,电解质溶液是 溶液。
(2)放电反应原理
①负极反应式是Pb+SO-2e-===PbSO4 ;
②正极反应式是PbO2+4H++SO+2e-===PbSO4+2H2O ;
③放电过程中,负极质量的变化是增大,H2SO4溶液的浓度减小。
(3)充电反应原理
①阴极(还原反应)反应式是: PbSO4+2e-===Pb+SO ;
②阳极(氧化反应)反应式是:PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++SO ;
③充电时,铅蓄电池正极与直流电源 相连,负极与直流电源 极相连。口诀:“负极接负极,正极接正极”。
7、二次电池:锂离子电池
电极 电极反应
负极 嵌锂石墨(LixCy):
正极 钴酸锂(LiCoO2):
总反应 LixCy+Li1-xCoO2LiCoO2+Cy
8、氢氧燃料电池是一种清洁高效的燃料电池
(1)基本构造
(2)工作原理
酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH)
负极反应 2H2-4e-+4OH-===4H2O
正极反应 O2+4e-+4H+===2H2O
总反应 2H2+O2===2H2O
燃料电池电极的书写
如:CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法:
第一步 确定生成物
CH4
故CH4的 为CO和H2O;
第二步 确定价态变化及电子转移:H4-8e-―→O+H2O;
第三步 依据电解质性质,用OH-使电荷守恒:CH4-8e-+10OH-―→CO+H2O;
第四步 最后据氢原子守恒配平H2O的化学计量数:CH4-8e-+10OH-===CO+7H2O。
第二节 电解质
一、电解原理
1、实验探究:电解CuCl2溶液
电解装置
电解过程分析 通电前 存在微粒 Cu2+、Cl-、H+、OH-
微粒运动 自由移动
通电后 微粒运动 移向阴极, 移向阳极
电极反应 阴极:Cu2++2e-===Cu
阳极:2Cl--2e-===Cl2↑
电解反应 CuCl2Cu+Cl2↑
实验现象 阴极: 阳极:①有气泡放出;② ;③湿润的淀粉碘化钾试纸变为
2、电解和电解池
(1)电解:使电流通过 (或熔融电解质)而在阳极、阴极引起 反应的过程。
(2)电解池:将 转化为 的装置(也称电解槽)。
(3)电解池的构成条件:①直流电源;②两个电极;③电解质溶液或熔融电解质;④形成 。
3、电解原理
(1)电极反应类型:阳极→ 反应;阴极→ 反应。
(2)电子流向:电源 极→ 极; 极→电源 极。
(3)电流方向:电源 极→ 极; 极→电源 极。
(4)离子流向:阳离子→ 极;阴离子→ 极。
二、电解原理的应用
1、电解饱和食盐水的原理
(1)通电前:溶液中的离子是 。
(2)通电后:①移向阳极的离子是 ,Cl-比OH-容易失去电子,被氧化成 。
(3)阳极:2Cl--2e-===Cl2↑( 反应)。
(4)移向阴极的离子是 , 比 容易得到电子,被还原成 。其中H+是由水电离产生的。
(5)阴极:2H2O+2e-===H2↑+2OH-( 反应)。
(6)总反应:
化学方程式为2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH;
离子方程式为2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-。
2、氯碱工业生产流程
(1)阳离子交换膜电解槽
(2)阳离子交换膜的作用:只允许 等阳离子通过,不允许 等阴离子及气体分子通过,可以防止阴极产生的 与阳极产生的 混合发生爆炸,也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量。
3、氯碱工业产品及其应用
(1)氯碱工业产品主要有 盐酸、含氯漂白剂。
(2)电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、 、金属冶炼等领域中广泛应用。
4、电镀与电解精炼
装置 电镀 精炼
阳极材料 镀层金属Cu 粗铜(含 等杂质)
阴极材料 镀件金属Fe 纯铜
阳极反应 Cu-2e-===Cu2+ Zn-2e-===Zn2+、Cu-2e-===Cu2+等
阴极反应
溶液变化 硫酸铜溶液浓度保持不变 Cu2+浓度减小,金、银等金属沉积形成阳极泥
5、电冶金
(1)金属冶炼的本质:使矿石中的 获得电子变成 的过程。如Mn++ne-=== M。
(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如 等),但不能电解其盐溶液,应电解其熔融态。
如:电解熔融的氯化钠可制取金属钠的反应式: 阳极:2Cl--2e-===Cl2↑; 阴极:2Na++2e-===2Na;
总反应:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。
第三节 金属的腐蚀与防护
一、金属的腐蚀
1、金属的腐蚀
(1)概念:金属或合金与周围的 发生 反应而引起损耗的现象。其实质是金属原子 电子变为阳离子,金属发生 反应。
(2)根据与金属接触的 不同,金属腐蚀可分为两类:
①化学腐蚀:金属与其表面接触的一些物质(如 等)直接反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而 。
②电化学腐蚀:当 的金属与 溶液接触时会发生 反应,比较 的金属发生氧化反应而被腐蚀。
2、钢铁的电化学腐蚀
类别 项目   析氢腐蚀 吸氧腐蚀
图形描述
条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性
负极 Fe-2e-===Fe2+
正极 2H++2e-===H2↑ O2+4e-+2H2O===4OH-
总反应
后续反应 最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O),反应如下:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O
联系 通常两种腐蚀同时存在,但后者更普遍
3、实验探究:电化学腐蚀
实验操作 实验现象 实验解释
导管中 装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池,铁钉发生 腐蚀
①试管中产生气泡的速率 Zn与CuSO4反应生成Cu,Zn、Cu和稀盐酸构成 ,形成 腐蚀,速率更
二、金属的防护
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 。如普通钢加入 制成不锈钢, 合金不仅具有优异的 能且具有良好的 。
2、在金属表面覆盖保护层
在金属表面覆盖致密的 ,将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如,在钢铁制品表面喷油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷等;电镀锌、锡、铬、镍等,利用化学方法、 法、 等方式在金属表面形成稳定的 。
3、电化学保护法
金属在发生电化学腐蚀时,总是作为原电池 (阳极)的金属被腐蚀,作为 (阴极)的金属不被腐蚀,如果能使被保护的金属成为 ,就不易被腐蚀。
(1)牺牲阳极法
原理:原电池原理
要求:被保护的金属作 ,活泼性更强的金属作 。
应用:锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块。
实例 实验4-4-1:
如图装置反应一段时间后,往Fe电极区滴入2滴 色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液,观察实验现象。
已知Fe2+与[Fe(CN)6]3-反应生成带有特征蓝色的KFe[Fe(CN)6]沉淀。
实验装置 电流表 阳极(负极区) 阴极(正极区)
现象 指针 Zn溶解 有 产生, 蓝色沉淀生成
有关反应 — Zn-2e-===Zn2+ 2H++2e-===H2↑
结论 溶液中不含 ,铁作正极未被腐蚀
实例 实验4-4-2:
培养皿中放入含有NaCl的琼脂,并注入5~6滴酚酞和K3[Fe(CN)6]溶液,取两个2~3 cm的铁钉,用砂纸擦光,将裹有锌皮的铁钉放入a,缠有铜丝的铁钉放入b。
实验 装置
现象 铁钉周围 铁钉周围生成 ,铜丝周围
结论 铁作为 时易腐蚀,作为 时未腐蚀
(2)外加电流法
原理:电解池原理
要求:被保护的金属作为 ,与电源的 相连。
应用:钢铁闸门,高压线铁架,地下管道连接直流电源的 。