2020化学鲁教选修：金属的腐蚀与防护含解析.doc

教学资料范本2020化学鲁教选修：金属的腐蚀与防护含解析编 辑：_时 间：_第3课时金属的腐蚀与防护学业要求素养对接1.了解电化学腐蚀的本质。2.能利用电化学原理解释金属腐蚀现象并能设计防腐措施。1.微观探析：探究金属腐蚀的实质。2.创新意识：能设计防止金属腐蚀的措施。知 识 梳 理知识点一、金属的腐蚀1. 定义：金属表面与周围的物质发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏的过程。2.实质：金属失去电子发生氧化反应。3.分类：(1)化学腐蚀：指金属与接触到的物质直接发生化学反应、腐蚀过程中无电流产生。(2)电化学腐蚀：涉及电化学原理、腐蚀过程中有微电流产生。知识点二、金属电化学腐蚀的原理1.定义：当两种金属相接触且又同时暴露在潮湿空气里或与电解质溶液接触时、由于形成原电池而发生腐蚀、这种腐蚀就是电化学腐蚀。2.实质：被腐蚀的金属作原电池的负极而失电子被氧化。3.分类：(1)吸氧腐蚀：在水膜酸性很弱或呈中性或碱性时、正极上O2被还原。(2)析氢腐蚀：在水膜酸性较强时、正极上H被还原。知识点三、金属的防护1.改变金属内部结构、如制成合金等。2.加防护层、如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀等。3.电化学防护、电化学保护分为牺牲阳极保护法和外加电流阴极电保护法。自 我 检 测1.判断正误、正确的打“”、错误的打“”(1)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时、负极反应式均是Fe3e=Fe3() (2)钢铁在潮湿的空气中发生电化学腐蚀时、正极发生的主要反应是O22H2O4e=4OH()(3)吸氧腐蚀时正极放出O2、析氢腐蚀时正极放出H2()(4)纯铁在稀硫酸中发生析氢腐蚀()(5)现实生活中电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍()(6)金属作为原电池的负极或电解池的阴极时均被保护()2.相同材料的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是()解析在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极、形成原电池、铁是活泼金属作负极；在B中、食盐水提供电解质溶液环境、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；在C中、铜镀层将铁球覆盖使铁被保护、所以铁不易被腐蚀；在D中、酸雨提供电解质溶液、易形成原电池发生电化学腐蚀。答案C3.如图所示水槽中试管内有一枚铁钉、放置数天观察：(1)铁钉在逐渐生锈、则铁钉的腐蚀属于_腐蚀。(2)若试管内液面上升、则原溶液呈_性、发生_腐蚀、电极反应式：负极： _、正极：_。(3)若试管内液面下降、则原溶液呈_性、发生_腐蚀。电极反应式：负极_、正极：_。解析根据原电池的构成条件：有两种不同的材料(Fe为负极、碳为正极)、有电解质溶液、形成闭合回路、可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀。试管内液面上升、说明试管内压强减小、试管内气体被吸收所致、是铁钉吸氧腐蚀的结果；试管内液面下降、说明试管内气体压强变大、试管内产生了新气体所致、是铁钉的析氢腐蚀的结果。答案(1)电化学(2)弱酸或中或碱吸氧2Fe4e=2Fe2O22H2O4e=4OH(3)较强的酸析氢Fe2e=Fe22H2e=H2学习任务一、金属的腐蚀【交流思考】据估计、每年全世界被腐蚀损耗的钢铁材料、约占全年钢产量的十分之一。那么、金属的腐蚀都有哪些类型？金属的化学腐蚀和电化学腐蚀的区别？提示金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀；区别是腐蚀过程中有没有电流产生。【名师点拨】一、金属的腐蚀1.化学腐蚀与电化学腐蚀比较类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与非金属等直接接触不纯金属或合金与电解质溶液接触形成原电池电流无电流产生有微弱电流产生结果金属被氧化较活泼金属被氧化实质Mne=Mn关系化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍、危害更大2.钢铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的比较区别与联系吸氧腐蚀析氢腐蚀相同点腐蚀的实质金属作原电池负极、失电子被氧化 负极电极反应Fe2e=Fe2不同点条件水膜呈很弱的酸性、中性或碱性 水膜酸性较强正极电极反应O22H2O4e=4OH2H2e=H2总反应2FeO22H2O=2Fe(OH)2Fe2H=Fe2H2其他反应Fe22OH=Fe(OH)24Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈【关键提醒】在通常情况下、潮湿的空气中水膜酸性较弱、金属在潮湿的空气中主要发生的是吸氧腐蚀。【典例1】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NaCl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解析依据原电池原理分析可知： a中b中负极铁：Fe2e=Fe2(氧化反应) 铝：Al3e=Al3(氧化反应)正极铜：O22H2O4e=4OH(还原反应) 溶液变红色铁：O22H2O4e=4OH(还原反应) 溶液变红色a中铁钉附近不变红色、铜丝上发生还原反应；b中铁钉上发生还原反应、铝条附近没有气泡产生。答案B变式训练1下列有关金属腐蚀的说法中正确的是()A.电化学腐蚀是在外加电流作用下不纯金属发生化学反应被损耗的过程B.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.镀锌的铁板比镀锡的铁板更容易被腐蚀解析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A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；镀锌的铁板破损后、Zn作负极、Fe仍受保护、而镀锡的铁板破损后、铁作负极被腐蚀、所以D错误；只有选项B正确。答案B学习任务二、金属腐蚀的快慢与金属的防护【观图思考】如图分别是金属罐粉刷油漆和轮船上焊接锌块、金属的防护措施都有哪些？提示覆盖防护层；电化学防护；改变内部结构等。【名师点拨】1.金属腐蚀的快慢规律(1)在同种电解质溶液中、金属腐蚀由快到慢的顺序为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)同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。(3)同一种电解质溶液、电解质溶液浓度越大、金属腐蚀速率越快(钝化除外)。(4)纯度越高的金属、腐蚀速率越慢。(5)不纯的金属或合金、在潮湿的空气中、氧气浓度越大、腐蚀越快。2.金属的电化学防护牺牲阳极保护法阴极电保护法原理原电池原理电解池原理保护对象正极金属得到保护阴极金属得到保护应用钢铁设备如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌片土壤、海水及水中的金属设备【典例2】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、Zn MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的解析A项、液面处氧气的浓度大且与海水接触、故在液面处铁棒腐蚀最严重；B项、开关由M改置于N时、由于Zn比Cu活泼、CuZn合金的腐蚀速率减小；C项、接通开关后、形成原电池、Zn腐蚀速率增大、H在Pt电极上放电产生H2；干电池自放电腐蚀是NH4Cl产生的H得电子引起的。答案B变式训练2下面各容器中盛有海水、铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是()A. B.C. D.解析铁在海水中的腐蚀属于电化学腐蚀、当铁与比它活泼性差的Sn相连时、Fe被腐蚀的速率增大比大、与活泼性比其强的锌相连时、锌作负极、被腐蚀、铁被保护、其腐蚀的速率要比小；为电解装置、Fe为阳极、发生氧化反应、铁腐蚀的速率最快。答案A1.研究电化学腐蚀及防护的装置如下图所示。下列有关说法错误的是()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解析由于活动性：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的速率快、正确。B.d为石墨、由于中性电解质、所以发生的是吸氧腐蚀、石墨上氧气得到电子、发生还原反应、电极反应为O22H2O4e=4OH、正确。C.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、铁得到保护、铁片不易被腐蚀、正确。D.d为锌块、由于电解质为中性环境、发生的是吸氧腐蚀、在铁片上电极反应为O22H2O4e=4OH、错误。答案D2.已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、硫酸。按要求回答下列问题：(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因_。(2)若电极材料选铜和石墨、电解质溶液选硫酸铁溶液、外加导线、能否构成原电池？_。若能、请写出电极反应式、负极：_、正极：_。(若不能、后两空不填)(3)设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池、要求画出装置图(需标明电极材料及电池的正、负极)。解析(1)当Cu、Al导线连接时、接触到潮湿的空气就易形成原电池而被腐蚀。(2)因为FeCl3能与Cu发生反应：2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2、因此根据给出条件可以设计成原电池、其负极为Cu、电极反应为Cu2e=Cu2、正极为石墨、电极反应为2Fe32e=2Fe2。(3)因为反应为FeH2SO4=FeSO4H2、所以负极为Fe、正极可为Cu、Ag或石墨、电解质溶液为稀硫酸、即可画出装置图。答案(1)二者连接在一起时、接头处在潮湿的空气中形成原电池而造成铝被腐蚀(2)能Cu2e=Cu22Fe32e=2Fe2(3)3.下列叙述错误的是()A.生铁中含有碳、抗腐蚀能力比纯铁弱B.用锡焊接的铁质器件、焊接处易生锈C.在铁制品上镀铜时、镀件为阳极、铜盐为电镀液D.铁管上镶嵌锌块、铁管不易被腐蚀答案C4.铜制品在经常下酸雨的地区发生电化学腐蚀严重。写出此电化学腐蚀的电极反应式：正极：_、负极：_。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。答案O22H2O4e=4OH2Cu4e=2Cu2课时作业基 础 练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。答案C2.江西海昏侯墓是目前我国发现的面积最大、保存最好、内涵最丰富的汉代列侯等级墓葬、里面发现有大量青铜制品、为了避免青铜器生成铜绿、以下方法正确的是()将青铜器放在银质托盘上将青铜器保存在干燥的环境中将青铜器保存在潮湿的空气中在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜A. B. C. D.解析Cu比Ag活泼、放在银质托盘上更易受腐蚀、错；将其保存在干燥的环境中避免与空气中的水分和CO2等物质接触、可避免腐蚀、正确、错误；覆盖防渗的高分子膜也可以隔绝潮湿空气、正确。答案C3.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解析锡青铜是合金、合金的熔点比任何一种纯金属的熔点都低、一般合金的硬度比任何一种纯金属的硬度都大、A正确；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。答案D4.铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示、下列有关说法不正确的是()A.正极的电极反应为2H2e=H2B.此过程中还涉及反应：4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3C.此过程中铜并不被腐蚀D.此过程中电子从Fe移向Cu解析该图表示吸氧腐蚀、其中铁铆钉为负极、电极反应为Fe2e=Fe2、铜板做正极、电极反应为O22H2O4e=4OH、当形成Fe(OH)2后、还发生反应4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3。答案A5. 为了探究金属腐蚀的条件和速率、某课外小组学生用不同金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置内、并将这些装置在相同的环境中放置相同的一段时间、下列对实验结束时现象的描述不正确的是()A.实验结束时、装置左侧的液面一定下降B.实验结束时、装置一定比装置左侧液面低C.实验结束时、装置中的铁钉腐蚀最严重D.实验结束时、装置中的铁钉几乎没被腐蚀解析装置中铁钉处于盐酸的蒸气中、被浸蚀而释放出H2、使左侧液面下降、右侧液面上升；装置中铁钉同样处于盐酸的蒸气中、所不同的是悬挂铁钉的金属丝由铁丝换成了铜丝、由于Fe比Cu活泼、在这种氛围中构成的原电池也会加速铁钉的腐蚀而放出更多的H2、使左测液面下降得更多、右侧液面上升得更多；装置中虽然悬挂铁钉的还是铜丝、但由于浓硫酸有吸水性而无挥发性、使铁钉处于一种较为干燥的空气中、因而在短时间内几乎没有被浸蚀。答案B6.化学与工农业生产、人们日常生活密不可分。以下现象或应用中、与电化学腐蚀无关的是()A.图中的金属材料R可以用金属锌B.生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生铁锈C.铁质器件附有铜质配件、在接触处易生铁锈D.金属铝制品较耐腐蚀解析锌、铁与水构成原电池、锌的活动性强于铁的、故锌作负极保护铁闸门、与电化学有关。生铁中含有杂质碳等、可与铁构成原电池、碳为正极、铁作负极、易生锈、与电化学有关。铁和铜也构成原电池、铁的活动性强于铜的、铁作负极、易生锈、与电化学腐蚀有关。金属铝活动性强、在其表面生成一层致密的氧化膜、不容易被腐蚀、与电化学腐蚀无关。答案D7.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B8.下列事实不能用电化学原理解释的是()A.轮船水线以下的船壳上装一定数量的锌块B.铝片不用特殊方法保护C.纯锌与稀硫酸反应时、滴入少量硫酸铜溶液后反应速率增大D.镀锌铁比镀锡铁耐用解析选项A是通过构成ZnFe原电池、在船壳上加锌块作原电池的负极、从而保护正极铁不受腐蚀。选项B可形成氧化膜保护铝。选项C中由于发生ZnCu2=Zn2Cu、生成的铜附在锌表面构成了原电池、从而增大了反应速率。选项D中一旦金属镀层受损后、分别形成ZnFe原电池和FeSn原电池、前者Zn被腐蚀从而保护了铁、而后者Fe首先被腐蚀、所以镀锌铁比镀锡铁耐用。答案B9.将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上、一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗、在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)、如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。下列说法正确的是()A.液滴中的Cl由a区向b区迁移B.液滴边缘是正极区、发生的电极反应为O22H2O4e=4OHC.液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀、生成的Fe2由a区向b区迁移、与b区的OH形成Fe(OH)2、进一步氧化、脱水形成铁锈D.若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板、在铜铁接触处滴加NaCl溶液、则负极发生的电极反应为Cu2e=Cu2解析液滴边缘O2多、在碳粒上发生正极反应O22H2O4e=4OH。液滴下的Fe发生负极反应、Fe2e=Fe2、腐蚀区(a)作负极、Cl由b区向a区迁移、A错误、B正确；液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀、C错误；Cu更稳定、作正极、电极反应为O22H2O4e=4OH、D错误。答案B10.支撑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解析钢管桩接电源的负极、高硅铸铁接电源的正极、通电后、外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极、从负极流向钢管桩(阴极)、A、B正确；C项、题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗、错误。答案C11.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)下列装置可防止铁棒被腐蚀的是_(填字母)。(3)在实际生产中、可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀、装置示意图如图。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12.铁是用途最广的金属材料之一、但生铁易生锈。请讨论电化学实验中有关铁的性质。(1)某原电池装置如上图所示、右侧烧杯中的电极反应式为_、左侧烧杯中的Cl_(填“增大”、“减小”或“不变”)。已知下图甲、乙两池的总反应式均为FeH2SO4=FeSO4H2、且在同侧电极(指均在“左电极”或“右电极”)产生H2。请在两池上标出电极材料(填“Fe”或“C”)。(2)装置丙中、易生锈的是_点(填“a”或“b”)。装置丁中可观察到的实验现象是_。解析(1)电池反应中Fe作负极、石墨棒作正极、右侧电极反应式为2H2e=H2。由于平衡电荷的需要、盐桥中的Cl向负极迁移、故NaCl溶液中Cl增大。装置乙是电解装置、阴极(右侧)产生H2、同时根据总反应式可知Fe只能作阳极(左侧)。由已知条件知、在装置甲中、Fe作原电池的负极、在左侧、C作原电池的正极、在右侧。(2)装置丙中由于a点既与电解液接触、又与空气接触、故易生锈。装置丁中铁屑发生吸氧腐蚀、负极：Fe2e=Fe2、正极：O24e2H2O=4OH、生成的离子继续反应：Fe22OH=Fe(OH)2、4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3、2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(