苏教版选修4 专题1第三单元 金属的腐蚀与防护 学案 (1).doc

第三单元 金属的腐蚀与防护 课标要求1了解金属腐蚀及其危害。2了解金属电化学腐蚀的原因及反应原理。3了解金属防护的方法，特别是电化学防护的方法。1金属腐蚀的本质是金属被氧化为金属阳离子，分为化学腐蚀和电化学腐蚀。2钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，在中性或弱酸性环境中主要发生吸氧腐蚀，在酸性较强环境中主要发生析氢腐蚀。3钢铁发生电化学腐蚀的负极反应都是：fe2e=fe2，吸氧腐蚀正极反应为o24e2h2o=4oh，析氢腐蚀正极反应为2h2e=h2。4金属腐蚀由快到慢的顺序：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被保护5金属电化学保护法分为牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。1金属的腐蚀及分类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本质金属原子失去电子而被氧化的过程类型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，使较活泼的金属失电子被氧化而引起的腐蚀2.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀不同点条件水膜酸性较强水膜呈弱酸性或中性正极反应2h2e=h2o24e2h2o=4oh电池反应fe2h=fe2h22feo22h2o=2fe(oh)2普遍性吸氧腐蚀更普遍相同点负极反应fe2e=fe2正极材料碳最终产物铁锈主要成分为fe2o3nh2o钢铁腐蚀中发生的反应还有：4fe(oh)2o22h2o=4fe(oh)3，2fe(oh)3=fe2o3nh2o(3n)h2o特别提醒(1)电化学腐蚀现象比化学腐蚀现象严重得多。(2)钢铁在自然界中的腐蚀主要发生的是吸氧腐蚀。实验1将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入下图所示的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱和铁钉的变化，如图1。实验2向100 ml烧杯中加入约50 ml稀醋酸后，插入两个玻璃筒(无底)；将一个无锈铁钉和一个碳棒分别用导线与电流计连接后，再分别插入两个玻璃筒中，如图2。问题思考1图1实验导管中水柱和铁钉有什么变化？产生这种现象的原因是什么？提示：导管中的水面上升，铁钉表面生锈；产生这种现象的原因是钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀。电极反应，负极：2fe4e=2fe2，正极：2h2oo24e=4oh，由于盛铁钉的具支试管中不断消耗o2而使具支试管中压强减小，从而引起水的倒吸。2图2实验碳棒表面有什么现象？产生这种现象的原因是什么？提示：碳棒表面有气泡产生；原因是发生了析氢腐蚀，电极反应，负极：fe2e=fe2，正极：2h2e=h2。3化学腐蚀与电化学腐蚀的相同点和不同点是什么？提示：相同点都是造成金属被氧化腐蚀。不同点是化学腐蚀是金属和氧化剂直接发生氧化还原反应，无电流产生；电化学腐蚀是发生原电池反应，有电流产生。金属化学腐蚀与电化学腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀(主要)吸氧腐蚀(主要)析氢腐蚀条件金属直接发生化学反应水膜中溶有o2，呈弱酸性或中性水膜酸性较强本质金属被氧化而腐蚀较活泼金属被氧化而腐蚀区别无电流产生有微弱电流产生反应式2fe3cl2=2fecl3fe2h=fe2h22feo22h2o=2fe(oh)2最终生成铁锈(主要成分为fe2o3xh2o)，反应为4fe(oh)2o22h2o=4fe(oh)3,2fe(oh)3=fe2o3xh2o(3x)h2o联系两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍、危害更大特别提醒(1)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。(2)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极均是fe失电子生成fe2，而非fe3。(3)一般情况下，只有在金属活动性顺序中排在氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀。1.如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有ph5的雨水和生铁片。观察到开始时导管内液面下降，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阳极，发生还原反应b雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀c红墨水回升时，碳极反应式：o22h2o4e=4ohd具支试管中溶液ph逐渐减小解析：选c生铁中的铁、碳及电解质溶液构成原电池，铁是负极，铁失去电子发生氧化反应，碳是正极，正极上发生还原反应。开始时，因酸性较强发生析氢腐蚀，一段时间后导管内液面回升且略高于小试管液面，说明具支试管中气体压强减小，即此时发生吸氧腐蚀，反应式是2h2oo24e=4oh，故溶液的ph增大，a、b、d错误；c正确。2.如图所示，烧杯中试管内有一段铁丝，放置数天后观察：(1)铁丝在逐渐生锈，则铁丝的腐蚀属于_腐蚀(填“化学”或“电化学”)。(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：(1)由于铁丝不纯含有碳，则铁为负极，碳为正极，又存在电解质溶液，所以可形成原电池，因此铁丝的腐蚀为电化学腐蚀。(2)试管内液面上升，说明此时试管内的压强减小，应为试管内的气体被消耗所致，结合电化学腐蚀的原理，铁丝发生了吸氧腐蚀。(3)试管内液面下降，说明此时试管内的压强增大，试管内应该有气体产生，结合电化学腐蚀的原理，铁丝发生了析氢腐蚀。答案：(1)电化学(2)弱酸性、中性或碱吸氧fe2e=fe2o24e2h2o=4oh(3)较强酸析氢fe2e=fe22h2e=h2防止金属腐蚀的方法1在金属的表面覆盖保护层(1)具体方法：如在钢铁表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等。(2)目的：使钢铁与空气、水隔绝，以达到防止钢铁锈蚀的目的。2电化学防护法(1)牺牲阳极的阴极保护法原理：将被保护金属与比其更活泼的金属连接在一起，更活泼的金属(如镁、锌等)作阳极(负极)不断被腐蚀，可定期更换，而作为阴极(正极)的金属就能不被腐蚀而得到保护。应用：常用于保护海轮外壳及石油管道等。(2)外加电流的阴极保护法原理：将被保护的钢铁设备作为阴极，另一附加惰性电极作为阳极，两者都处在电解质溶液(如海水)中，接上外加直流电源。通电后，电子流向被保护的钢铁设备，在钢铁表面积累了大量的负电荷，从而抑制钢铁失去电子，阻止钢铁被腐蚀。应用：用于防止土壤、海水及河水中的金属设备的腐蚀。3改变金属组成和结构如在金属中添加其他元素形成耐蚀合金等。1下列关于金属的保护的说法中正确的是()a在特殊的电解质溶液中，以铝为阳极，可以在铝表面生成一层致密的氧化膜，相应的电极反应式为al3e=al3b在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法c生铁(铁碳合金)具有很强的耐酸能力d可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀解析：选ba中对应的电极反应式产物应该是al2o3：2al3h2o6e=al2o36h，a项错误；在海轮外壳(钢铁)连接锌块，fe与zn块形成原电池，zn为负极，从而保护作为正极的fe，b项正确；生铁是合金，更易与酸发生原电池反应，c项错误；外加电流保护法应该与直流电源的负极相连，d项错误。2如下图所示的四个装置中(烧杯中均盛有海水)，能使铁受到保护不被腐蚀的是()abcd解析：选d从装置组成分析：属外加电流的阴极保护法，属牺牲阳极的阴极保护法。3如下图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为()a bc d解析：选b电解池引起的腐蚀(此时这种金属作阳极)原电池引起的腐蚀(此时这种金属作负极)一般金属的腐蚀有防护措施的金属腐蚀。 方法技巧金属腐蚀快慢的判断方法(1)在同一电解质溶液中：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。(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)无保护措施的金属腐蚀有一定保护措施的金属腐蚀牺牲阳极的阴极金属腐蚀有外接电源的阴极金属腐蚀。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。三级训练节节过关1下列有关金属腐蚀的说法正确的是()金属的腐蚀全部是氧化还原反应金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀，只有电化学腐蚀才是氧化还原反应因为二氧化碳普遍存在，所以钢铁的电化学腐蚀以析氢腐蚀为主无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，总是金属被氧化abc d解析：选c金属腐蚀的实质是金属原子失去电子被氧化的过程，所以金属总是被氧化，均是氧化还原反应；钢铁在潮湿的空气中发生的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主，因为尽管有二氧化碳存在，电解质溶液呈酸性，但其酸性很弱，故难以发生析氢腐蚀。2钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是()a2h2e=h2b2h2oo24e=4ohcfe2e=fe2dfe3e=fe3解析：选b钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上应为氧气得电子，电极反应为2h2oo24e=4oh。3为保护地下铜管不受腐蚀，可使它与()直流电源负极相连铜板相连锌板相连直流电源正极相连a bc d解析：选a电化学保护法包括两种，一种是被保护金属与直流电源负极相连的阴极保护法，另一种是牺牲阳极的阴极保护法，被保护金属应与金属活泼性更强的金属相连。4. 如图所示，甲、乙两试管中各放一枚铁钉，甲试管中为稀盐酸，乙试管中为nacl溶液。(1)数天后导管中观察到的现象是_。(2)甲中铁钉的腐蚀主要属于_(填“吸氧”或“析氢”，下同)腐蚀，正极反应为_。(3)乙中铁钉的腐蚀主要属于_腐蚀，正极反应式为_，负极反应式为_，铁锈中铁的化合价为_。解析：甲中溶液呈较强酸性，铁钉发生析氢腐蚀，放出h2导致甲试管内压强增大；乙中nacl溶液呈中性，铁钉发生吸氧腐蚀，o2被消耗，导致乙试管内压强减小，导管中液面左边低右边高；铁锈中铁的化合价为3价。答案：(1)导管中液面左边低右边高 (2)析氢2h2e=h2(3)吸氧2h2oo24e=4ohfe2e=fe231下列关于金属腐蚀的说法正确的是()a金属在潮湿的空气中腐蚀的实质：mnh2o=m(oh)nh2b金属的化学腐蚀的实质：mne=mn，电子直接转移给还原剂c金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行d在潮湿的中性环境中金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀解析：选d金属在潮湿的空气中发生的如果是吸氧腐蚀，则不生成氢气；金属发生化学腐蚀时，电子直接转移给氧化剂；金属的化学腐蚀不一定在酸性条件下进行。2关于牺牲阳极的阴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牺牲阳极的阴极保护法就是原电池的负极(阳极)的金属发生氧化反应被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀。3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解析：选ba项，在钢铁表面镀锌，使内部金属被保护；b项，钢铁在潮湿空气中易发生吸氧腐蚀；c项，在钢铁中加入锰、铬金属，制成不锈钢，能有效防止钢铁被腐蚀；d项，电源负极能为钢铁制品输入电子，防止fe失电子被腐蚀。4下列事实不能用电化学理论解释的是()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速率加快d镀锌铁比镀锡铁耐用解析：选ba项，在船壳上加锌块构成znfe原电池，锌作原电池的负极，从而保护正极铁不受腐蚀；b项，铝在空气中形成氧化膜，可保护铝，与电化学理论无关；c项，由于发生反应zncu2=zn2cu，生成的铜附在锌表面构成了原电池，从而加快了反应的速率；d项，一旦金属镀层受损后，分别形成了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。5用图示的方法可以保护钢质闸门。下列说法正确的是()a当a、b间用导体连接时，则x应发生氧化反应b当a、b间用导体连接时，则x可以是锌或石墨c当a、b与外接电源相连时，a应连接电源的正极d当a、b与外接电源相连时，阴极的电极反应式：2cl2e=cl2解析：选aa项，当a、b间用导体连接时构成原电池，根据题意，x应为负极，发生氧化反应，正确；b项，当a、b间用导体连接时，则x可以是锌，不能选用石墨，错误；c项，当a、b与外接电源相连时，a应连接电源的负极，错误；d项，当a、b与外接电源相连时，阴极发生还原反应，错误。6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铁遇冷浓硝酸表面被钝化，可保护内部不被腐蚀c钢管与铜管露天堆放在一起，钢管不易被腐蚀d钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是fe3e=fe3解析：选b钢管与电源正极连接，钢管作阳极，被腐蚀，a错误；钢管与铜管露天堆放在一起，可形成原电池，钢管中铁作负极被腐蚀，c错误；铁被腐蚀的负极反应是fe2e=fe2，d错误。7下列事实中，与电化学腐蚀无关的是()a镀锡的铁制品，镀层部分受损后，露出的铁表面易被腐蚀b为保护海轮的船壳，常在船壳上镶入锌块c埋在潮湿土壤里的铁管比埋在干燥土壤里的铁管更易被腐蚀d盛放浓硫酸废弃不用的铁制容器表面变得凸凹不平解析：选da项，镀锡铁制品镀层部分受损后，露出的铁和锡形成了原电池，铁作负极被腐蚀，是电化学腐蚀原理；b项，船壳镶嵌锌块是利用牺牲阳极的阴极保护法保护船体；c项，潮湿土壤中的铁管易形成原电池发生电化学腐蚀，干燥土壤中的铁管通常发生化学腐蚀；d项，废弃的铁制容器表面残留浓硫酸遇水形成的稀硫酸与金属铁发生反应：feh2so4=feso4h2，不属于电化学腐蚀。8下图是研究铁钉腐蚀的装置图，下列说法不正确的是()a铁钉在两处的腐蚀速率：aa，正确；b项，a、b中都发生原电池反应，铁钉中的碳作正极，铁作负极，正确；c项，a、b中都发生原电池反应，铁作负极，发生氧化反应，正确；d项，a中发生吸氧腐蚀，正极反应为o24e2h2o=4oh，b中发生析氢腐蚀，正极反应为2h2e=h2，错误。9钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为正极：_，负极：_。(2)为了降低某水库铁闸门被腐蚀的速率，可以采用甲图所示的方案，其中焊接在闸门上的固体材料r可以采用_。a铜b钠c锌d石墨(3)乙图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。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)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌，则锌失去电子被溶解，而铁被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法。(3)属于外加电流的阴极保护法，需把被保护的铁闸门连接在直流电源的负极。答案：(1)o22h2o4e=4oh2fe4e=2fe2(2)c(3)负10下图所示的是某研究性学习小组探究金属腐蚀条件的实验装置图。试分析实验并回答下列问题：(1)若起始时甲、乙、丙三套装置的导管中液面高度相同，过一段时间后液面最高的是_，铁粉腐蚀的速率由大到小的排列顺序为(用甲、乙、丙填写)_。(2)通过甲、乙装置的对比说明钢铁中碳的含量越_(填“高”或“低”)越易腐蚀。(3)乙装置中发生电化学腐蚀时正极的电极反应式为_。(4)针对乙、丙装置研究的结果分析，可采用何种防护措施来减缓金属的腐蚀：_(写出一点即可)。解析：fe粉、c粉、食盐水构成原电池，发生吸氧腐蚀，故乙中液面最高；甲中fe粉中的少量碳也能发生吸氧腐蚀，但由于c的含量少，故不如乙中fe腐蚀的快，丙中乙醇为非电解质，fe粉、炭粉形不成原电池，fe受到保护，故可把钢铁放在油脂或有机溶剂中进行保护。答案：(1)乙乙甲丙(2)高(3)2h2oo24e=4oh(4)将金属放在油脂或有机溶剂中1在钢铁腐蚀过程中，下列六种变化可能发生的是()o2被还原产生h2fe(oh)3失水形成fe2o3xh2o杂质碳被氧化镀层破损后，镀锌铁板比镀锡铁板更耐腐蚀a只 b只c d解析：选c钢铁腐蚀分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀，腐蚀发生时杂质碳作正极，发生吸氧腐蚀时o2在正极上被还原，发生析氢腐蚀时h2在正极上产生，正确；钢铁腐蚀生成的fe(oh)3不稳定，易失水形成fe2o3xh2o，正确；镀层破损后，由于锌的活泼性比铁强，锌被腐蚀，而铁被保护；锡的活泼性比铁弱，铁被腐蚀，正确。2家用铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此过程中不发生的化学反应是()a4fe(oh)22h2oo2=4fe(oh)3b2fe2h2oo2=2fe(oh)2c2h2oo24e=4ohdfe3e=fe3解析：选d铁锅发生电化学腐蚀时，铁作负极，发生反应：fe2e=fe2，碳作正极，发生反应：2h2oo24e=4oh，fe2与oh结合生成fe(oh)2，总反应为2fe2h2oo2=2fe(oh)2；fe(oh)2在空气中被氧化为fe(oh)3,4fe(oh)22h2oo2=4fe(oh)3；但fe被氧化不能直接生成fe3，则fe3e=fe3不能发生。3.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4fe3o2xh2o=2fe2o3xh2o。如图为一放在水槽中的铁架，水位高度如图。最容易生锈的铁架横杆是()a bc d解析：选c处没有和电解质溶液接触，不能构成原电池，锈腐蚀速率较慢；处已与电解质溶液接触，但处含o2较少，所以处腐蚀最快。4.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此过程中铜并不被腐蚀d此过程中电子从fe移向cu解析：选a题图表示吸氧腐蚀，其中铁铆钉为负极，电极反应为2fe4e=2fe2，铜板为正极，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，a项错误。5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()aa中铁钉附近呈现红色bb中铁钉上发生还原反应ca中铜丝上发生氧化反应db中铝条附近有气泡产生解析：选ba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。6一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液ph的关系如下表。ph2466.5813.514腐蚀快慢较快慢较快主要产物fe2fe3o4fe2o3feo下列说法错误的是()a当ph6时，碳钢主要发生吸氧腐蚀c当ph14时，正极反应为o24h4e=2h2od将碱性溶液煮沸除去氧气后，碳钢腐蚀的速率会减缓解析：选c当ph6时，是弱酸性和碱性，碳钢主要发生吸氧腐蚀，b正确；当ph14时，正极反应为o22h2o4e=4oh，c项错误；将碱性溶液煮沸除去氧气后，可以减少吸氧腐蚀，故可以使碳钢腐蚀的速率减缓，d正确。7用压强传感器探究生铁在ph2和ph4醋酸溶液中发生腐蚀的装置及得到的图像如下：分析图像，以下结论错误的是()a析氢腐蚀和吸氧腐蚀的速率一样快b在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀c溶液ph2时，生铁发生析氢腐蚀d两溶液中负极反应均为fe2e=fe2解析：选a根据压强与时间关系图可知，ph2的溶液和ph4的溶液中，变化相同的压强时所用时间不同，前者比后者使用时间长，这说明吸氧腐蚀速率大于析氢腐蚀速率，错误；b项，ph4的醋酸溶液中压强随着反应的进行而逐渐减小，说明发生吸氧腐蚀，因ph4的醋酸溶液呈酸性，所以在酸性溶液中生铁也可能发生吸氧腐蚀，正确；c项，根据ph2的溶液中压强与时间的关系知，压强随着反应的进行而逐渐增大，说明发生的析氢腐蚀，即在溶液ph2时，生铁发生析氢腐蚀，正确；d项，根据以上分析可知两个溶液中都发生电化学腐蚀，铁均作负极，电极反应式为fe2e=fe2，正确。8甲、乙两位同学对铁生锈进行研究。 (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