2018_2019版高中化学第四章电化学基础第四节金属的电化学腐蚀与防护学案新人教版选修.docx

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.金属的腐蚀(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。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物质不同，金属腐蚀可分为两类：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。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。2.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：(1)析氢腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，腐蚀过程中有氢气放出。负极反应式为Fe2e=Fe2；正极反应式为2H2e=H2；总反应方程式为Fe2H=Fe2H2。(2)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氧气时，将会发生吸氧腐蚀。负极反应式为2Fe4e=2Fe2；正极反应式为2H2OO24e=4OH；总反应方程式为2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2。铁锈(Fe2O3xH2O)的形成：2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(3x)H2O。(1)化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大。(2)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。(3)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极都是铁，失电子生成Fe2，而非Fe3。例1下列关于金属腐蚀的说法正确的是()A.金属在潮湿空气中腐蚀的实质是MnH2O=M(OH)nH2B.金属的化学腐蚀的实质是Mne=Mn，电子直接转移给氧化剂C.金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行D.在潮湿的环境中，金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀答案B解析金属腐蚀的实质是金属失去电子，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀放出H2，而在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀，析氢腐蚀和吸氧腐蚀均属于电化学腐蚀。考点金属的腐蚀与防护题点金属的腐蚀与类别例2下列事实与电化学腐蚀无关的是()A.光亮的自行车钢圈不易生锈B.黄铜(Cu、Zn合金)制的铜锣不易生锈C.铜、铝电线一般不连接起来作导线D.生铁比熟铁(几乎是纯铁)容易生锈答案A解析B、C、D项均与原电池有关，能用电化学知识来解释，故选A。考点金属的腐蚀与防护题点金属的腐蚀与类别例3如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH4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O22H2O4e=4OHD.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O22H2O4e=4OH，C正确；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管中溶液pH都增大，D错误。考点金属的腐蚀与防护题点钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀方法点拨金属腐蚀类型的判断方法(1)发生原电池反应引起的腐蚀为电化学腐蚀，无原电池反应发生的腐蚀为化学腐蚀。(2)金属活动性顺序表中氢前面的金属，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀，在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀；金属活动性顺序在氢后面的金属只可能发生吸氧腐蚀。二、金属的防护方法1.电化学保护法(1)牺牲阳极的阴极保护法原电池原理如图1所示，在被保护的钢闸门上装上若干的金属锌块(比铁活泼)，锌块作原电池的负极；钢闸门作原电池的正极。图1图2(2)外加电流的阴极保护法电解原理如图2所示，被保护的钢闸门作阴极，与电源的负极相连；惰性电极作阳极，与电源的正极相连。2.其他保护法(1)加涂保护层：如采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法，使金属与空气、水等物质隔离，防止金属被氧化腐蚀。(2)改变金属的内部结构：如把铬、镍等金属加入普通钢里制成耐腐蚀的不锈钢。 金属的防护例4下列关于如图所示的实验装置的判断中错误的是()A.若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀B.若X为锌棒，开关K置于A或B处都可减缓铁的腐蚀C.若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法D.若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H2e=H2答案D解析若X为碳棒，开关K置于A处，铁作电解池的阴极，属外加电流的阴极保护法，A项正确；若X为碳棒，开关K置于B处，铁作原电池的负极，电极反应为Fe2e=Fe2，D项不正确；若X为锌棒，开关K置于A处，铁作电解池的阴极，属外加电流的阴极保护法，若X为锌棒，开关K置于B处时，铁作原电池的正极，属牺牲阳极的阴极保护法，B项和C项均正确。考点金属的腐蚀与防护题点金属腐蚀的防护方法例5下图所示的各容器中均盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是()A.B.C. D.答案C解析当电解质溶液相同时，同一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。本题中，铁腐蚀由快到慢的顺序为。考点金属的腐蚀与防护题点金属腐蚀快慢的比较方法点拨金属腐蚀快慢的判断方法(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。1.下列有关金属电化学腐蚀的说法正确的是()A.铜既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀B.铁只能发生析氢腐蚀C.铜只能发生吸氧腐蚀D.析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍答案C解析在金属活动性顺序中，铜排在氢之后，铜不能将氢气置换出来，所以不能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀，故A项错误，C项正确；铁既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀，故B错误；在自然界中，吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍，故D错误。考点金属的腐蚀与防护题点金属的腐蚀与类别2.铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是()A.正极电极反应式为2H2e=H2B.此过程中还涉及反应4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3C.此过程中Fe、Cu均被腐蚀D.此过程中电流从Fe流向Cu答案B解析铁铆钉吸氧腐蚀的正极电极反应式为O22H2O4e=4OH，铜作正极不被腐蚀，电子从负极通过导线流向正极。考点金属的腐蚀与防护题点钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀3.为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是()A.正极的电极反应式为O22H2O4e=4OHB.将石墨电极改成镁电极，难以观察到铁锈生成C.若向自来水中加入少量的氯化钠固体，可较快地看到铁锈D.分别向铁、石墨电极附近吹入氧气，前者铁锈出现得快答案D解析铁是负极，失电子被氧化成Fe2，在正极氧气得电子发生还原反应生成OH，正极反应式为O22H2O4e=4OH，A项正确；将氧气吹向石墨电极的腐蚀速率比吹向铁电极快，D项错误；向自来水中加入少量的氯化钠固体，可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率，C项正确；若将石墨电极换成镁电极，负极为镁，铁被保护，难以看到铁生锈，B项正确。考点金属的腐蚀与防护题点钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀4.金属腐蚀在生活和生产中相当普遍。下列措施能防止金属腐蚀的是()A.将铜铝导线焊接在一起使用B.将输送自来水的铁管表面镀锌C.经常用自来水冲洗生铁制品D.将输油铸铁管道埋在潮湿、疏松的土壤中答案B解析日常生活中的金属腐蚀一般是电化学腐蚀。A可形成铜铝原电池；C中生铁可形成原电池；D中提供了水、氧气，完全可形成腐蚀的条件；只有B项是通过牺牲阳极的方法来防止金属腐蚀。考点金属的腐蚀与防护题点金属腐蚀的防护方法5.关于钢铁腐蚀与防护的说法不正确的是()A.钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的负极反应式均为Fe2e=Fe2B.钢铁发生吸氧腐蚀时，正极反应式为O22H2O4e=4OHC.地下钢管连接镁块是采用牺牲阳极的阴极保护法D.用外加电流的阴极保护法防止钢铁腐蚀时，钢铁接电源的正极答案D解析钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀都是铁失去电子作负极，负极反应式均为Fe2e=Fe2，其吸氧腐蚀的正极反应式为O22H2O4e=4OH，A、B正确；地下钢管连接镁块，镁比铁活泼，作负极，铁作正极得到保护，C正确；用外加电流的阴极保护法防止钢铁腐蚀时，钢铁连接电源的负极，D错误。考点金属的腐蚀与防护题点金属腐蚀与防护的相关综合6.下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。(1)该电化学腐蚀称为_。(2)图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是_(填字母)。(3)以锌为负极，采用牺牲阳极的阴极保护法防止铁闸的腐蚀，图中锌块的固定位置最好应在_处(填字母)。答案 (1)吸氧腐蚀(2)B(3)C解析金属在中性或较弱的酸性条件下发生的是吸氧腐蚀，越靠近液面越易接触到氧气，腐蚀的越严重。锌块应固定在腐蚀最严重的C处形成原电池，锌作负极，铁闸作正极，得到保护。考点金属的腐蚀与防护题点金属腐蚀与防护的相关综合对点训练题组一金属的腐蚀1.下列关于金属腐蚀的叙述正确的是()A.金属被腐蚀的本质是MnH2O=M(OH)nH2B.马口铁(镀锡铁)镀层破损后，首先是镀层被氧化C.金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀D.常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀答案C解析金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化为金属阳离子：Mne=Mn，A项错误；马口铁的镀层破损后，Sn、Fe形成原电池，发生电化学腐蚀，则铁先被腐蚀，B项错误；常温下，空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，C项正确，D项错误。考点金属的腐蚀与防护题点金属的腐蚀与类别2.(2017浙江温州中学高二月考)钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是()A.2H2e=H2B.Fe22e=FeC.2H2OO24e=4OHD.Fe3e=Fe2答案C解析钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子。考点金属的腐蚀与防护题点钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀3.(2017辽宁庄河中学高二月考)我国某大城市今年夏季多次降下酸雨。据环保部门测定，该城市整个夏季酸雨的pH平均值为3.2。在这种环境中的铁制品极易被腐蚀。对此条件下铁的腐蚀的叙述不正确的是()A.此腐蚀过程有化学腐蚀也有电化学腐蚀B.发生电化学腐蚀时，正极反应式为2H2OO24e=4OHC.在电化学腐蚀过程中有氢气产生D.发生电化学腐蚀时，负极反应式为Fe2e=Fe2答案B解析金属铁的腐蚀中，金属铁可以和溶液中的氢离子直接发生化学腐蚀，铁制品中含有铁和碳，再加之电解质环境，具备了原电池的构成条件，也会发生电化学腐蚀，故A正确；发生电化学腐蚀时，碳作正极，溶液中的氢离子得电子生成氢气，正极反应式为2H2e=H2，故B错误，C正确；发生电化学腐蚀时，铁作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2，故D正确。考点金属的腐蚀与防护题点钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀4.如图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入含有适量酚酞和氯化钠的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动)。下列叙述正确的是()A.a中铁钉附近呈现红色B.b中铁钉上发生还原反应C.a中铜丝上发生氧化反应D.b中铝条附近有气泡产生答案B解析a中铁比铜活泼，铁作负极，发生氧化反应，铜作正极，发生还原反应，电极反应式分别为负极：2Fe4e=2Fe2，正极：O22H2O4e=4OH，因此A、C不正确；b中铝比铁活泼，铝作负极，发生氧化反应，铁作正极，发生还原反应，电极反应式分别为负极：4Al12e=4Al3，正极：3O26H2O12e=12OH，因此B正确，D不正确。考点金属的腐蚀与防护题点钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀5.如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是()A.生铁块中的碳是原电池的正极B.红墨水水柱两边的液面变为左低右高C.两试管中相同的电极反应式是Fe2e=Fe2D.a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀答案B解析生铁在a中发生吸氧腐蚀，压强降低，在b中发生析氢腐蚀，压强增大，所以红墨水应左高右低。考点金属的腐蚀与防护题点钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀题组二金属腐蚀的防护方法6.下列防护措施中属于电化学保护法的是()A.用氧化剂使金属表面生成致密稳定的氧化物保护膜B.在金属中加入一些铬或者镍制成合金C.在轮船的船壳水线以下部分，装上一锌锭D.在金属表面喷漆答案C解析在轮船的船壳水线以下部分装上锌锭，能形成铁锌原电池，锌为负极，被腐蚀，铁被保护。考点金属的腐蚀与防护题点金属腐蚀的防护方法7.(2017兰州一中)埋在地下的钢管常用如图所示的方法加以保护，使其免受腐蚀。下列说法正确的是()A.金属棒X的材料可能为铜B.金属棒X的材料可能为钠C.钢管附近土壤的pH可能会上升D.这种方法称为外加电流的阴极保护法答案C解析图中没有外加电源，故为牺牲阳极的阴极保护法，D项错误；X的活泼性应大于铁的活泼性，但金属钠的活泼性太强，能与土壤中的H2O直接反应，故X的材料不可能是铜和钠，A、B项错误；O2在钢管处得电子，发生还原反应：O24e2H2O=4OH，故钢管附近土壤的pH可能会上升，C项正确。考点金属的腐蚀与防护题点金属腐蚀的防护方法8.(2017全国卷，11)支持海港码头基础的防腐技术，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极，下列有关表述不正确的是()A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整答案C解析通入保护电流抑制钢管桩失电子，钢管桩几乎不被腐蚀即表面腐蚀电流接近于零，A正确；通电后，被保护的钢管桩作阴极，高硅铸铁作阳极，电子流向：阳极(高硅铸铁)电源正极，电源负极阴极(钢管桩)，B正确；高硅铸铁为惰性辅助阳极，所以不作为损耗阳极材料，只起到传递电流作用，C错误；由于电流受温度、溶液酸碱性、氧气浓度等外界因素影响，因此通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整，D正确。考点金属的腐蚀与防护题点金属腐蚀的防护方法题组三金属腐蚀快慢的比较9.相同材质的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是()答案C解析A中，食醋提供电解质溶液环境，铁勺和铜盆是相互接触的两个金属板，形成原电池，铁是活泼金属作负极；B中，食盐水提供电解质溶液环境，铁炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成的条件，铁是活泼金属作负极，碳作正极；D中，酸雨提供电解质溶液环境，铁铆钉和铜板分别作负、正极，形成原电池；在上述三种情况中，都是铁作负极，铁容易被腐蚀；C中，铜镀层将铁球覆盖，使铁被保护，所以铁不易被腐蚀。考点金属的腐蚀与防护题点金属腐蚀快慢的比较10.研究金属腐蚀及防护的装置如图所示，下列说法中错误的是()A.d为石墨，铁片腐蚀加快B.d为石墨，石墨上电极反应为O22H2O4e=4OHC.d为锌块，铁片不易被腐蚀D.d为锌块，铁片上电极反应为2H2e=H2答案D解析A项，由于活动性：Fe石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化变为Fe2进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时铁片的腐蚀速率快，正确；B项，d为石墨，由于电解质溶液为中性环境，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨电极上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为O22H2O4e=4OH，正确；C项，若d为锌块，则由于金属活动性：ZnFe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，Fe得到保护，铁片不易被腐蚀，正确；D项，d为锌块，由于电解质溶液为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为O22H2O4e=4OH，错误。考点金属的腐蚀与防护题点金属腐蚀快慢的比较11.下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是()A.图1中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重B.图2中，插入溶液中的铁棒容易溶解，主要是发生电化学腐蚀C.图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀D.图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的阴极答案C解析A项，水面附近的铁接触的氧气多，容易腐蚀，错误；B项，铁作为阴极受保护，不容易腐蚀，错误；C项，高温下铁被氧化，正确；D项，镁块为原电池的负极，生活中一般用锌块，因为镁容易形成致密氧化膜，错误。考点金属的腐蚀与防护题点金属腐蚀快慢的比较综合强化12.糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是()A.脱氧过程是吸热反应，可降低温度，延长糕点保质期B.脱氧过程中铁作原电池正极，电极反应：Fe3e=Fe3C.脱氧过程中碳作原电池负极，电极反应：2H2OO24e=4OHD.含有1.12 g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气336 mL(标准状况)答案D解析钢铁腐蚀中铁作负极，碳作正极，B、C错误；n(Fe)0.02 mol，负极电极反应式：2Fe4e=2Fe2，生成的Fe2与正极生成的OH结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3，所以0.02 mol Fe最终失去0.06 mol电子，消耗n(O2)0.015 mol，D选项正确。考点金属的腐蚀与防护题点金属腐蚀与防护的相关综合13.如图是模拟电化学反应装置图。下列说法正确的是()A.开关K置于N处，则铁电极的电极反应式为Fe2e=Fe2B.开关K置于N处，可以减缓铁的腐蚀C.开关K置于M处，则铁电极的电极反应式为2Cl2e=Cl2D.开关K置于M处，电子从碳棒经开关K流向铁棒答案B解析开关K置于N处，构成电解池，铁电极为阴极，电极反应为2H2e=H2，铁的腐蚀减缓；开关K置于M处，构成原电池，铁电极为负极，电极反应式为Fe2e=Fe2，电子从铁棒经开关K流向碳棒。考点金属的腐蚀与防护题点金属腐蚀与防护的相关综合14.如图所示，a为生铁，A、B两个烧杯中为海水，C烧杯中为1 molL1的稀硫酸。(1)C中Cu极的电极反应式为_。(2)B中Zn极的电极反应式为_。Fe极附近溶液的pH_(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)A、B、C中铁被腐蚀的速率最快的是_。答案(1)2H2e=H2(2)Zn2e=Zn2增大(3)C解析(1)装置C中，Cu、Fe、稀H2SO4构成原电池，其中Fe作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2，Cu作正极，电极反应式为2H2e=H2。(2)装置B中，Zn、Fe、海水构成原电池，其