鲁科版选修4 第一单元第三节 化学能转化为电能——电池（第2课时） 学案.doc

第三节 化学能转化为电能电池第2课时金属的腐蚀与防护1.理解金属腐蚀的电化学原理。2.了解金属腐蚀的危害。3.掌握金属防护的原则及主要方法。金属的腐蚀学生用书p211金属腐蚀的定义和分类2化学腐蚀和电化学腐蚀金属腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀定义金属与接触到的物质直接反应不纯的金属在潮湿的空气或电解质溶液中发生_反应现象金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀区别_电流产生_微弱电流产生实质与联系(1)实质：都是金属原子失去电子被_而损耗；(2)化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但_更普遍3.钢铁的电化学腐蚀类别吸氧腐蚀析氢腐蚀条件_正极反应_负极反应_自我校对：电化学作用氧化析氢吸氧原电池无有氧化电化学腐蚀水膜酸性不强水膜酸度较高o22h2o4e=4oh2h2e=h2fe2e=fe21判断正误(1)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为fe3e=fe3。()(2)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更易生锈。()(3)al、fe、cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。()答案：(1)(2)(3)2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解析：选b。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。3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：选a。该图表示吸氧腐蚀，其中铁铆钉为负极，电极反应为2fe4e=2fe2，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。金属腐蚀的快慢比较1不同类型腐蚀快慢规律在同一电解质溶液中，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原电池原理引起的腐蚀快慢规律只有一个条件不同时一般存在以下规律：(1)强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液；(2)电解质溶液浓度越大，腐蚀越快；(3)正极反应物氧化性越强，腐蚀越快；(4)两种金属活动性差别越大，活泼的金属被腐蚀越快。活泼金属既能发生析氢腐蚀，又能发生吸氧腐蚀，而不活泼金属只能发生吸氧腐蚀，且生活中金属制品所处环境多为中性或弱酸性，因此金属的吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍。研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是()ad 为石墨，铁片腐蚀加快bd为石墨，石墨上电极反应为o22h2o4e=4ohcd为锌块，铁片不易被腐蚀dd为锌块，铁片上电极反应为2h2e=h2解析a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.d为石墨，由于是中性电解质，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，fe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d(1)若将例题装置中“海水”改为“酸雨”，d为石墨，则腐蚀类型属于哪种？正极反应式如何书写？(2)若将例题装置中“海水”改为“浓硝酸”，d为铜，则被腐蚀的金属是哪种？解释原因。答案：(1)属于析氢腐蚀。正极反应式为2h2e=h2。(2)铜被腐蚀。铁遇浓硝酸发生钝化被保护，铁为正极，铜为负极，铜发生氧化反应而被腐蚀。金属电化学腐蚀原理及应用1菜刀上沾有食盐水后，置于空气中一段时间会生锈，其原理是()选项正极负极afe2e=fe22h2oo24e=4ohb2h2e=h2fe2e=fe2c2h2oo24e=4ohfe3e=fe3d2h2oo24e=4ohfe2e=fe2解析：选d。菜刀上沾有食盐水，形成原电池，发生吸氧腐蚀，fe作负极失电子：fe2e=fe2，正极上是溶解在食盐水中的o2得电子：o24e2h2o=4oh。2.如图所示，将拴有金属条的铁钉插在含有酚酞的nacl溶液中，可以看到靠近金属条的溶液出现粉红色。则该金属条可能是()a铜b镁c铝 d锌解析：选a。由题给现象可知，该金属条上发生反应2h2oo24e=4oh，则该金属条为正极，负极为fe，故正极为比铁活泼性弱的金属。3.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稀醋酸溶液，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红墨水柱两边的液面为左低右高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解析：选b。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，所以红墨水柱两边的液面变为左高右低，故b项错。金属腐蚀快慢的比较4如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为()a bc d解析：选c。中fe做电解池的阳极，腐蚀最快；均为原电池，中fe为正极，几乎不被腐蚀；中fe均为负极，被腐蚀，但相对来说，fe和cu的金属活动性差别较fe和sn的大，故中铁腐蚀较快；中因铁不纯而发生原电池反应，铁被腐蚀，但比中腐蚀速率慢。所以腐蚀速率由快到慢的顺序为。5.铁生锈是一种常见的自然现象，其主要的化学反应方程式为2feo2xh2o=fe2o3xh2o。如图是一放在水槽中的铁架，水位高度如图所示，则最容易生锈的铁架横杆是()a bc d解析：选c。处横杆没有和水接触，腐蚀速率较慢；处横杆均已与水接触，构成原电池，但处o2较少，所以处横杆被腐蚀最快，最容易生锈。6某课外小组学生研究金属腐蚀的条件和速率，用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中，再放在玻璃钟罩里保存相同的一段时间，下列对实验结束时的现象描述不正确的是()a装置左侧的液面一定会下降b装置的左侧液面比装置的左侧液面低c装置中的铁钉腐蚀最严重d装置中的铁钉几乎没被腐蚀解析：选b。装置中铁钉与铜丝相连，金属活动性相差较大，且用挥发性盐酸，因此装置中的铁钉腐蚀最严重，c选项正确。装置中虽然也用了盐酸，但铁钉与铁丝相连，腐蚀不及装置，由于均发生了2h2e=h2，装置和装置中均生成了气体，液面都会下降，装置的左侧液面比装置的左侧液面低，a选项正确，b选项错误；装置中虽然铁钉也与铜丝相连，但由于所装试剂为不挥发性硫酸，因此铁钉几乎没被腐蚀，d选项正确。金属的防护学生用书p221金属防护的方法(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)电化学防护法。2电化学防护法(1)牺牲阳极保护法：利用_原理，将还原性较强的金属与被保护金属相连接，使被保护金属成为_。(2)阴极电保护法(外加电流阴极保护法)：利用_原理，使被保护金属与外加直流电源的负极相连使之成为_。自我校对：原电池正极电解阴极1关于牺牲阳极保护法的叙述正确的是()a正极就是阳极b负极就是阴极c阳极上发生氧化反应d正极上发生氧化反应解析：选c。电化学上规定发生氧化反应的电极为阳极，发生还原反应的电极为阴极。此保护法是被保护的金属做原电池的正极，正极发生还原反应，在电池内部称为阴极；被消耗的金属做原电池的负极，发生氧化反应，在电池内部称为阳极。2下列防腐措施中，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镍制成金属合金c在轮船的船壳水线以下部分，装上一定数量的锌锭d金属表面喷漆解析：选c。金属的电化学保护法包括两种：一是牺牲阳极保护法(利用原电池原理)；二是外加电流阴极保护法(利用电解原理)。金属的电化学防护牺牲阳极保护法阴极电保护法(外加电流阴极保护法)示意图原理原电池原理电解原理措施被保护的金属做正极(阴极)，以一种活动性较强的金属做负极(阳极)被保护的金属做阴极，惰性电极做辅助阳极，连上直流电源应用如锅炉内壁、船舶外壳、铁塔、铁管道装上若干锌块，可保护钢铁设备如钢闸门、输送酸性溶液的铁管道等(2017高考全国卷，11，6分)支撑海港码头基础的钢管桩，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依题意，钢管桩为阴极，电子流向阴极，阴极被保护，钢管桩表面腐蚀电流是指铁失去电子形成的电流，接近于0，铁不容易失去电子，a项正确；阳极上发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向阴极，b项正确；高硅铸铁作阳极，阳极上发生氧化反应，阳极上主要是海水中的水被氧化生成氧气，惰性辅助阳极不被损耗，c项错误；根据海水对钢管桩的腐蚀情况，增大或减小电流强度，d项正确。答案c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，可保护内部金属不被腐蚀c钢管与铜管露天堆放在一起，钢管不易被腐蚀d镀锌铁皮发生析氢腐蚀时，铁做负极解析：选b。钢管与电源的正极相连，钢管做阳极，加快了钢管的腐蚀，a错误；铁钝化后，表面生成了致密的氧化膜，内部金属不易被腐蚀，b正确；钢管与铜管堆放在一起，易形成原电池，加快了钢管的腐蚀，c错误；镀锌铁皮发生腐蚀时，锌失去电子做负极，d错误。 金属的防护1下列关于金属防护的方法不正确的是()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身d在自行车的钢圈上镀上一层铬来防锈解析：选b。“机械转动部位”应涂油脂防锈，不宜刷油漆。2.利用如图装置探究铁在海水中的电化学腐蚀与防护。下列说法不正确的是()a若x为锌棒，开关k置于m处，可减缓铁的腐蚀，采用了牺牲阳极保护法b若x为锌棒，开关k置于n处，x极的反应：4oh4e=o22h2oc若x为碳棒，开关k置于n处，可减缓铁的腐蚀，采用了外加电流阴极保护法d若x为碳棒，开关k置于m处，x极的反应：o24e2h2o=4oh解析：选b。若x为锌棒，开关k置于m处，形成原电池，锌为负极被腐蚀，保护了铁，a正确；若x为锌棒，开关k置于n处，形成电解池，锌棒为活性阳极，电极反应：zn2e=zn2，b错误；若x为碳棒，开关k置于n处，形成电解池，铁棒做阴极被保护，c正确；若x为碳棒，开关k置于m处，形成原电池，铁发生吸氧腐蚀，x极的电极反应：o24e2h2o=4oh，d正确。3钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一。请回答下列问题：(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，写出该腐蚀过程中的电极反应式：负极_，正极_。(2)为了降低某水库铁闸门的腐蚀速率，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_(填字母)。a铜b钠c锌 d石墨(3)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的_极上。解析：(1)发生吸氧腐蚀时，负极上fe失去电子，正极上o2得到电子。(2)铁闸门上连接比较活泼的金属时，活泼的金属做负极被氧化，fe做正极被保护，属于牺牲阳极保护法。na与水会剧烈反应，本题应该选用锌。(3)图乙所示方案属于外加电流阴极保护法，需把被保护的铁闸门连接在直流电源的负极上。答案：(1)2fe4e=2fe2o22h2o4e=4oh(2)c(3)负重难易错提炼1.记住金属腐蚀的两个“两种类型”(1)金属腐蚀两种类型：化学腐蚀和电化学腐蚀；(2)电化学腐蚀两种类型：吸氧腐蚀和析氢腐蚀。2掌握一个金属腐蚀快慢的规律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。3电化学保护的两种方法牺牲阳极保护法和阴极电保护法(也称外加电流阴极保护法)。4.熟记钢铁吸氧腐蚀的五个式子正极反应：o22h2o4e=4oh负极反应：fe2e=fe2生成铁锈的反应：fe22oh=fe(oh)24fe(oh)22h2oo2=4fe(oh)32fe(oh)3=fe2o3xh2o(3x)h2o课后达标检测学生用书p88(单独成册)基础巩固1下列现象与电化学腐蚀无关的是()a生铁比纯铁易生锈b纯银饰品久置表面变暗c黄铜(铜锌合金)制品不易产生铜绿d与铜管连接的铁管易生锈解析：选b。b项，纯银不符合构成原电池的条件，故它表面变暗与电化学腐蚀无关。2下列电极一定被保护的是()原电池的负极原电池的正极电解池的阳极 电解池的阴极a bc d解析：选d。原电池的正极和电解池的阴极一定不参加反应。3为了避免青铜器生成铜绿，下列方法中正确的是()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abcd解析：选c。cu比ag活泼，将青铜器放在银质托盘上，构成原电池时青铜器作负极，青铜器更易被腐蚀，错误；将青铜器保存在干燥的环境中，可避免其与空气中的水接触，不易被腐蚀，正确；青铜器在潮湿的空气中易被腐蚀，错误；覆盖防渗的高分子膜可以隔绝潮湿的空气，正确。4下列各装置中都盛有0.1 moll1的nacl溶液，放置一定时间后，纯锌片的腐蚀速率由快到慢的顺序是()a bc d解析：选a。中纯锌片为原电池的负极，中纯锌片为电解池的阳极，故中纯锌片腐蚀的速率较快，且；中纯锌片为电解池的阴极受到保护，腐蚀速率最慢，故腐蚀速率由快到慢的顺序为。5下列金属防腐的措施中，使用外加电流阴极保护法的是()a水中的钢闸门连接电源的负极b金属护栏表面涂漆c汽车底盘喷涂高分子膜d地下钢管连接镁块解析：选a。a.水中的钢闸门连接电源的负极，即使用了外加电流阴极保护法。b.金属护栏表面涂漆，是一种使用外加涂层而使金属隔绝空气和水分的保护方法。c.汽车底盘喷涂高分子膜，也是一种使用外加涂层而使金属隔绝空气和水分的保护方法。d.地下钢管连接镁块，是牺牲阳极保护法。6下列装置可防止铁棒被腐蚀的是()解析：选b。原电池的正极和电解池的阴极不被腐蚀。7(2018济南高二检测)钢铁的锈蚀过程中，下列五种变化可能发生的是()fe由2价转化为3价o2被还原h被还原有fe2o3xh2o生成杂质碳被氧化除去a bc d解析：选c。钢铁在发生电化学腐蚀时，依据介质的不同可以发生两类原电池反应：(1)当钢铁表面的电解质溶液的酸性较强时，钢铁发生析氢腐蚀，其电极反应式是正极：2h2e=h2，负极：fe2e=fe2；(2)当钢铁表面的电解质溶液的酸性较弱或呈中性时，钢铁发生吸氧腐蚀，其电极反应式是正极：o22h2o4e=4oh，负极：fe2e=fe2。钢铁发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀，导致钢铁表面生成铁锈，发生的一系列反应为2feo22h2o=2fe(oh)2，4fe(oh)22h2oo2=4fe(oh)3，fe(oh)3脱去一部分水生成fe2o3xh2o。8镀锌铁在发生析氢腐蚀时，若有0.2 mol电子发生转移，下列说法中正确的是 ()有5.6 g金属被腐蚀有6.5 g金属被腐蚀在标准状况下有2.24 l气体放出在标准状况下有1.12 l 气体放出a b c d解析：选b。在镀锌铁的析氢腐蚀中，负极(zn)：zn2e=zn2，有0.2 mol电子转移时，有0.1 mol zn溶解，即6.5 g；正极(fe)：2h2e=h2，生成0.1 mol h2，标准状况下的体积为2.24 l。9(2018哈尔滨高二质检)据环保部门测定，某城市整个夏季酸雨的ph平均为3.2，在这种环境条件下铁制品极易被腐蚀。下列关于此条件下铁的腐蚀的叙述不正确的是()a此条件下铁的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解析：选b。在金属铁的腐蚀过程中，金属铁可以和酸雨中的氢离子直接发生化学腐蚀，又可以因为构成原电池而发生电化学腐蚀，故a项正确；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，电极反应式为2h2e=h2，故b项错误、c项正确；发生电化学腐蚀时，金属铁作负极，电极反应式为fe2e=fe2，故d项正确。10.金属腐蚀的电化学原理可用如图模拟。(1)请写出有关电极反应式。铁棒上电极反应式：_；碳棒上电极反应式：_。(2)该图所表示的是_(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀。(3)若将o2撤走，并将nacl溶液改为稀硫酸溶液，则此图可表示_(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀原理；若用牺牲阳极保护法来保护铁棒不被腐蚀溶解，将碳棒改为_棒即可。解析：电解质是氯化钠，溶液呈中性，发生吸氧腐蚀，负极反应式是2fe4e=2fe2，正极反应式是o22h2o4e=4oh。若将o2撤走，并将nacl溶液改为稀硫酸溶液，此时发生析氢腐蚀；若用牺牲阳极保护法来保护铁棒不被腐蚀溶解，此时构成的原电池中铁棒做正极，负极是比铁活泼的金属，因此可将碳棒改为锌棒或铝棒或镁棒。答案：(1)2fe4e=2fe2o22h2o4e=4oh(2)吸氧 (3)析氢锌(或铝或镁)11.某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)：编号实验目的碳粉/g铁粉/g醋酸/%为以下实验作参照0.52.090.0醋酸浓度的影响0.536.00.22.090.0(2)编号实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了_腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了_(填“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式是_。(3)该小组对图2中ot1时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二。假设一：发生析氢腐蚀产生了气体；假设二：_。解析：(1)对比编号，编号中碳粉的质量与编号相同，醋酸的浓度与编号不同，所以铁粉的质量应与编号相同，即2.0 g；编号中碳粉质量与编号不同，铁粉质量和醋酸浓度均与编号相同，显然编号目的是探究碳粉含量的影响。(2)t2时，容器中压强明显小于起始压强，说明容器中气体减少，所以铁发生的是吸氧腐蚀。在铁发生吸氧腐蚀的过程中，铁为负极，发生氧化反应，形成fe2；碳为正极，发生还原反应：2h2oo24e=4oh。(3)ot1时压强增大，应从两方面考虑，一是生成气体，二是温度升高，则由假设一内容可得假设二应是此反应是放热反应，温度升高。答案：(1)编号实验目的碳粉/g铁粉/g醋酸/%2.0碳粉含量的影响(2)吸氧如图还原2h2oo24e=4oh(3)反应放热，温度升高能力提升12如图，下列判断中正确的是()a烧杯a中溶液的ph升高b烧杯b中发生还原反应c烧杯a中发生的反应为2h2e=h2d烧杯b中发生的反应为2cl2e=cl2解析：选a。由电子流动方向可知，zn电极为负极，fe电极为正极，则a烧杯中电极反应为o22h2o4e=4oh，a烧杯中溶液的ph升高；b烧杯中电极反应为zn2e=zn2，zn失电子发生氧化反应。综上所述，a项正确。13.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圈中心区(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处少。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：选b。由题中信息可知，液滴边缘应为正极区，电极反应为o22h2o4e=4oh，液滴下的铁构成了负极区，发生氧化反应，cl向负极区即a区移动，故a、c两项错误、b项正确；铁、铜、nacl溶液构成原电池，铁为负极发生氧化反应而被腐蚀，电极反应：fe2e=fe2，故d项错误。14某研究小组对铁生锈进行研究。(1)甲同学设计了a、b、c一组实验(如图)，探究铁生锈的条件。经过较长时间后，甲同学观察到的现象是a中铁钉生锈；b中铁钉不生锈；c中铁钉不生锈。通过上述实验现象分析，可得出铁生锈的外部条件是_。由于与金属接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于_，正极电极反应式为_。实验b所用的水要经过_处理；植物油的作用是_。实验c中碱石灰的作用是_。(2)乙同学为了达到同样目的，设计了实验d(如图)，发现一段时间后，试管中的液面升高，其原因是_，该实验_(填“能”或“不能”)说明水对铁钉生锈产生影响。解析：铁内部一般含有碳，在铁发