高中化学 专题1 第三单元 金属的腐蚀与防护学案 苏教版选修4.doc

第三单元金属的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。1根据下列四种电化学装置图，回答问题。(1)装置名称：a电镀池，b电解池，c原电池，d原电池。(2)装置a中fe是阴极，zn是阳极；装置d中fe是负极，c是正极。(3)写出各电极反应式：装置氧化反应还原反应azn2e=zn2zn22e=znbfe2e=fe22h2e=h2cfe2e=fe22h2e=h2dfe2e=fe2o22h2o4e=4oh(4)装置b、c相比较，其反应速率的大小关系是bc。2回答下列问题：(1)铁与氯气反应的化学方程式是2fe3cl22fecl3；纯锌片与盐酸反应的离子方程式是zn2h=zn2h2；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。探究点一金属的腐蚀1金属腐蚀(1)概念：金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象。(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：化学腐蚀：金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而加快。电化学腐蚀：不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。(3)用铝制饭盒盛放醋酸，一段时间后，饭盒被腐蚀，该种腐蚀属于化学腐蚀，反应的化学方程式为2al6ch3cooh=2(ch3coo)3al3h2；若用铝饭盒盛放食盐(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：al3e=al3，正极：o22h2o4e=4oh，4al3o26h2o=4al(oh)3。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，如下图所示：(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：fe2e=fe2；正极：2h2e=h2；总反应：fe2h=fe2h2。(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o2时，将会发生吸氧腐蚀。电极反应式及总反应式为负极：2fe4e=2fe2；正极：2h2oo24e=4oh；总反应：2fe2h2oo2=2fe(oh)2。最终生成fe2o3nh2o，是铁锈的主要成分。归纳总结(1)影响金属腐蚀的因素影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。就金属本性来说，金属越活泼，越容易失去电子而被腐蚀。介质对金属腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。(2)钢铁析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较因钢铁表面水膜酸碱性不同，钢铁发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀，二者正极反应式不同，但负极反应式相同，都是铁失电子被氧化。活学活用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或合金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；只有选项d正确。2如图所示，试管中放一铁钉，溶液为氯化钠溶液，数天后观察到的现象有_。说明铁钉发生了_腐蚀，其中正极的电极反应式为_，溶液中发生反应的化学方程式为_。答案u形管的a端比b端液面高，试管内有红褐色物质生成吸氧2h2oo24e=4oh4fe(oh)2o22h2o=4fe(oh)3解析此题考查了铁的吸氧腐蚀，铁钉腐蚀时吸收试管中的o2，使压强减小，左边液面上升，腐蚀时负极：2fe4e=2fe2，正极：o24e2h2o=4oh。探究点二金属的防护方法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(1)物理保护法在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。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。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。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)化学保护法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(填字母序号)。a铜 b钠 c锌 d石墨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。归纳总结金属的电化学防护方法类型方法原理实例牺牲阳极的阴极保护法在被保护的设备上装上比它更活泼的金属被保护的金属作原电池的正极船舶的外壳上装锌块外加电流的阴极保护法将被保护的设备与惰性电极置于电解质溶液中，接上外加直流电源被保护的金属作电解池的阴极保护海水中的钢闸门活学活用3下列关于金属的防护方法的说法不正确的是()a我们使用的快餐杯表面有一层搪瓷，搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用b给铁件通入直流电，把铁件与电池负极相连接c轮船在船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阳极的阴极保护法d钢铁制造的暖气管管道外常涂有一层较厚的沥青答案a解析a项中搪瓷层破损后金属铁直接暴露在空气中，搪瓷层已不能再对破损部位形成有效的保护；b项中利用的是外加电流的阴极保护法，从而保护铁不被腐蚀；c项是牺牲阳极的阴极保护法；d项是用沥青作涂层的涂层保护法。1下列叙述中不正确的是()a金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍 b钢铁在干燥空气中不易被腐蚀c用铝质铆钉铆接铁板，铁板不易被腐蚀d原电池中电子由正极流入负极答案d2下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是()a钢管与电源正极连接，钢管可被保护b铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀c钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀d钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是fe3e=fe3答案b解析钢管连电源正极，则作阳极，易腐蚀；铜管与钢管堆放在一起，钢管作负极，易腐蚀。3下列与金属腐蚀有关的说法正确的是()a图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重b图b中，开关由m改置于n时，cuzn合金的腐蚀速率减小c图c中，接通开关时zn腐蚀速率增大，zn上放出气体的速率也增大d图d中，znmno2干电池自放电腐蚀主要是由mno2的氧化作用引起的答案b解析a项，插入海水中的铁棒靠近液面的位置与氧气接触，易发生吸氧腐蚀；b项，开关由m改置于n时，zn作负极，cuzn合金作正极，合金受到保护；c项，接通开关形成原电池，zn作负极，zn的腐蚀速率增大，但气体是在pt电极上生成；d项，znmno2中自放电腐蚀主要是zn发生氧化反应而自放电。4铜制品在经常下酸雨的地区电化学腐蚀严重。写出此电化学腐蚀的电极反应式：正极：_；负极：_。答案o22h2o4e=4oh2cu4e=2cu2解析要注意铜的电化学腐蚀与铁的区别，铜不能还原h，故不可能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀；酸雨是一个干扰因素，只是使电解质溶液中的离子浓度增大，反应加快。基础过关一、金属的腐蚀1关于金属腐蚀的叙述中，正确的是()a金属被腐蚀的本质是mnh2o=m(oh)nh2b马口铁(镀锡铁)镀层破损后被腐蚀时，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a中金属腐蚀的本质应包括化学腐蚀和电化学腐蚀，为mne=mn；b选项中sn、fe构成电化学腐蚀，主要是fe2e=fe2，铁先被腐蚀；常温下，空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，难以和非金属氧化剂(cl2、s)等反应发生化学腐蚀。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。3出土的锡青铜(铜锡合金)文物常有cu2(oh)3cl覆盖在其表面。下列说法不正确的是()a锡青铜的熔点比纯铜低b在自然环境中，锡青铜中的锡可对铜起保护作用c锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快d生成cu2(oh)3cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程答案d解析锡青铜是合金，合金的熔点比任何一种纯金属的熔点低，一般合金的硬度比任何一种纯金属的硬度大，可判断a对；由于锡比铜活泼，故在发生电化学腐蚀时，锡失电子保护铜，b正确；潮湿的环境将会加快金属的腐蚀，c正确；电化学腐蚀过程实质是金属失去电子生成金属阳离子，有电子的转移，属于化学反应过程，d错。二、铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀4下列关于钢铁的析氢腐蚀的说法中正确的是()a铁为正极b碳为正极c溶液中氢离子浓度不变d析氢腐蚀在任何溶液中都会发生答案b5在铁的吸氧腐蚀过程中，下列5种变化可能发生的是()fe由2价转化成3价o2被还原产生h2fe(oh)3失水形成fe2o3nh2o杂质c被氧化除去a bc d答案a解析本题考查的是金属吸氧腐蚀的原理。铁能发生吸氧腐蚀，是由于铁所吸附的水膜中溶解了o2，不纯的fe与之构成原电池，其中fe为负极：2fe4e=2fe2，碳为正极：o22h2o4e=4oh，但铁中的杂质碳因性质稳定而未被氧化；又因溶液的酸性弱，h未发生反应生成h2，而是o2被还原生成oh：o22h2o4e=4oh。4fe(oh)2o22h2o=4fe(oh)3，fe由2价转化为3价，然后fe(oh)3失水，生成铁锈fe2o3nh2o。因此正确。6钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为2fe2h2oo2=2fe(oh)2。以下说法正确的是()a负极发生的反应为fe2e=fe2b正极发生的反应为2h2oo22e=4ohc原电池是将电能转变为化学能的装置d钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀答案a解析从电池反应式可知，fe失电子转变成fe2，fe为负极，a项对；正极反应式为2h2oo24e=4oh，b项错；原电池是将化学能转化为电能的装置，c项错；水面的o2浓度较水下浓度高，水面处的金属更易被腐蚀，d项错。7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醋酸溶液，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=fe2da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a为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b中酸性较强，发生析氢腐蚀，有氢气放出，气体压强增大，所以红墨水水柱两边的液面变为左高右低，故b项错。三、金属的防护方法8下列金属的防护方法不正确的是()a对健身器材涂油漆以防止生锈b对某些工具的“机械转动部位”选用刷油漆的方法来防锈c用牺牲锌块的方法来保护船体d自行车的钢圈上镀上一层cr防锈答案b解析“机械转动部位”应涂油脂防锈，油脂既能防水又能防止气体对金属的腐蚀，还能使转动部位灵活。9下列举措不能防止或减缓钢铁腐蚀的是()a在钢铁制品表面镀一层金属锌b将钢铁制品放置在潮湿处c在钢铁中加入锰、铬等金属，以改变钢铁结构d将钢铁制品与电源负极相连答案b10为了防止钢铁锈蚀，下列防护方法中正确的是()a在精密机床的铁床上安装铜螺钉b在排放海水的钢铁阀门上用导线连接一块石墨，一同浸入海水中c在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里d在地下输油的铸铁管上接直流电源的正极答案c解析a、b中形成的原电池都是铁作负极，加速钢铁腐蚀；d中铸铁管作阳极，加速腐蚀；c中锌比铁活泼，铁作正极，防止腐蚀。能力提升11镁、铝、铁是重要的金属，在工业生产中用途广泛。(1)镁与稀硫酸反应的离子方程式为_。(2)铝与氧化铁发生铝热反应的化学方程式为_。(3)在潮湿的空气里，钢铁表面有一层水膜，很容易发生电化学腐蚀。其中正极的电极反应式为_。(4)在海洋工程上，通常用铝合金(alzncd)保护海底钢铁设施，其原理如图所示：其中负极发生的电极反应为_；在实际应用中，用铝合金而不选用纯铝，纯铝不能很好地起到保护作用，其原因是_。答案(1)mg2h=mg2h2(2)2alfe2o3al2o32fe(3)2h2oo24e=4oh(4)al3e=al3铝表面易被氧化，生成一层致密而坚固的氧化物薄膜，使金属铝呈现“惰性”解析(3)属于钢铁的吸氧腐蚀；(4)属于牺牲阳极的阴极保护法。12对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。(1)以下为铝材表面处理的一种方法：碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是_(用离子方程式表示)。为将碱洗后槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的_(填字母序号)。anh3bco2cnaohdhno3以铝材为阳极，在h2so4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极的电极反应式为_。(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是_。(3)利用右图装置，可以模拟铁的电化学防护。若x为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关k应置于_处(填“m”或“n”)。若x为锌，开关k置于m处，该电化学防护法称为_。答案(1)2al2oh2h2o=2alo3h2b2al3h2o6e=al2o36h(2)补充溶液中的cu2，保持溶液中cu2的浓度恒定(3)n牺牲阳极的阴极保护法解析(1)铝与碱反应产生h2，离子方程式为2al2oh2h2o=2alo3h2，通co2气体，可以让溶液中的alo全部转化为al(oh)3沉淀。阳极材料是铝，属于活泼金属电极，电极本身参与反应，反应过程中失去电子而生成al2o3。电解质溶液是稀硫酸，溶液中的水为金属铝提供了氧元素，所以电极反应式为2al3h2o6e=al2o36h。(2)电镀时，镀件作阴极，镀层金属作阳极，镀层金属的盐溶液作电解液。(3)x为碳棒时，开关接m，fe作负极，被腐蚀；开关接n，fe作阴极，被保护。x为zn时，开关接m，形成原电池，zn为负极，fe为正极，属于牺牲阳极的阴极保护法。13钢铁工业是国家工业的基础，请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。(1)生产中可用盐酸来除铁锈。现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式是_。(2)下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀_(填字母序号)。(3)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意图如右：a电极对应的金属是_(写元素名称)，b电极的电极反应式是_。若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12 g，则电镀时电路中通过的电子为_mol。镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因：_。答案(1)2fecl3fe=3fecl2(2)bd(3)铜cu22e=cu0.08铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀解析(1)铁锈的主要成分为氧化铁的水合物，与盐酸反应后生成了三价铁离子，而后铁与三价铁离子会化合生成亚铁离子。(2)为防止铁棒被腐蚀，一般采用牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。(3)为在铁表面镀铜，需将铁作阴极、铜作阳极，当析出1 mol铜时两电极的质量差为64 g64 g128 g，转移2 mol电子，当质量差为5.12 g时，电路中通过的电子为0.08 mol；镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，因为镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，镀铜铁中铁为负极，加速铁的腐蚀。14如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：序号内容实验现象1常温下将铁丝放在干燥空气中一个月干燥的铁丝表面依然光亮2常温下将铁丝放在潮湿空气中一小时铁丝表面依然光亮3常温下将铁丝放在潮湿空气中一个月铁丝表面已变得灰暗4将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时铁丝表面略显灰暗5将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时铁丝表面已变得灰暗6将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时铁丝表面灰暗程度比实验5严重回答以下问题：(1)上述实验中发生了电化学腐蚀的是_(填实验序号)；在电化学腐蚀中，负极反应是_；正极反应是_；(2)由该实验可知，影响铁锈蚀速率的因素是_；(3)为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是_(答两种方法)。答案(1)3、4、5、62fe4e=2fe2(或fe2e=fe2)2h2oo24e=