高中化学 第3章 探索生活材料 第2节 金属的腐蚀和防护教师用书 新人教版选修1.doc

第二节金属的腐蚀和防护1掌握金属腐蚀的类型，了解温度对反应速率的影响。(重点)2通过实验探究理解铁钉锈蚀的条件，以及在什么条件下锈蚀的速率较快。(重点)3常用金属防护方法的原理及在实际生活中的应用。(难点)一、金属的腐蚀1定义金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。2本质金属原子失去电子变成阳离子的过程。3分类(1)金属腐蚀(2)化学腐蚀和电化学腐蚀的比较类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与氧化性物质直接接触不纯金属(或合金)与电解质溶液接触发生原电池反应本质金属被氧化较活泼金属被氧化区别无电流产生有微弱电流产生关系化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更严重4.吸氧腐蚀与析氢腐蚀比较(以fe为例)类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜呈弱酸性或中性水膜呈酸性示意图正极反应(c)o22h2o4e=4oh2h2e=h2负极反应(fe)fe2e=fe2fe2e=fe2电池总反应2feo22h2o=2fe(oh)2fe2h=fe2h2铁锈的形成fe22oh=fe(oh)24fe(oh)2o22h2o=4fe(oh)32fe(oh)3=fe2o3nh2o(3n)h2o1铁锅用完后要洗刷干净并保持干燥，如果炒完菜之后不刷锅，残留的菜汤会对铁锅产生什么影响？【提示】铁锅是用生铁加工成的，菜汤中含有nacl等电解质溶液，这样fe、c、nacl电解质溶液一起构成了原电池，fe作负极，c作正极，负极：2fe4e=2fe2，正极：o22h2o4e=4oh，总化学方程式为2feo22h2o=2fe(oh)2，而生成的fe(oh)2迅速被o2氧化：4fe(oh)2o22h2o=4fe(oh)3,2fe(oh)3=fe2o3nh2o(3n)h2o，这样铁锅就易生成铁锈，加速了铁锅的腐蚀。二、金属的防护1影响金属腐蚀的因素(1)金属的性质金属越活泼，越易被腐蚀。若金属中能导电的杂质不如该金属活泼，则容易形成原电池而使金属发生电化学腐蚀。(2)介质的影响在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。2金属的防护方法2金属电化学防护的原理是什么？举例说明。【提示】(1)应用的是原电池原理，被保护金属作正极，另一活动性较强的金属作负极。(2)轮船船身上装锌块。负极：zn2e=zn2；正极：o22h2o4e=4oh，zn不断被腐蚀，需定期更换。金属腐蚀快慢的判断方法第1步导思问题引入，自主探究1金属越活泼，一般越容易发生腐蚀。铝比铁活泼，但铝制品却比铁制品耐腐蚀，为什么？【提示】铝在空气中容易形成一层致密的氧化物保护膜，对内部金属有保护作用。2镀锡铁板和镀锌铁板镀层破坏后谁更耐腐蚀？【提示】因为金属的活泼性snfe，znfe，故镀层破损发生原电池反应时，镀锡铁板中铁被腐蚀。镀锌铁板中锌被腐蚀，铁被保护，因此镀锌铁板更耐腐蚀。第2步阐述要点归纳，深化知识1影响金属腐蚀速率的因素(1)金属的本性：金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀，如果金属中能导电的杂质不如该金属活泼，则容易形成原电池而使金属发生电化学腐蚀。(2)介质：与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。(3)温度：温度越高，腐蚀速率越快。2金属腐蚀快慢的判断方法(1)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)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。(3)活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快。第3步例证典例印证，思维深化如图，一根铁丝插入煮沸过的蒸馏水中，铁丝上有三点。(1)a、b、c三点中腐蚀最快的是_。(2)若向蒸馏水中加入少量食盐，b处的腐蚀速率将_(填“加快”“不变”或“减慢”)。(3)若将蒸馏水换成：0.1 moll1 h2so4溶液；1 moll1 h2so4溶液；18.4 moll1 h2so4溶液，则a处腐蚀由快到慢的顺序是_。【解析】(1)根据题意可知：a在煮沸的蒸馏水内部，因缺少氧气，很难形成电解质溶液，几乎不腐蚀。b在水面处，发生了电化学腐蚀。c在水面以上，与氧气发生化学腐蚀，根据同一种物质，发生电化学腐蚀与化学腐蚀的对比可知b处铁丝的腐蚀比c处的快。(2)蒸馏水中加入少量食盐(强电解质)，增强了原电池中电解质溶液的导电能力，b点腐蚀速率远大于以前。(3)硫酸为稀硫酸，但是中硫酸的浓度小于中硫酸的浓度，铁丝在中的腐蚀速率比中的快，中18.4 moll1的硫酸(98%)是浓硫酸，铁很快发生了钝化，几乎不腐蚀。【答案】(1)b(2)加快(3)判断金属腐蚀类型和金属腐蚀的程度，注意以下几点：(1)金属纯度。金属越纯越不易形成原电池，越抗腐蚀。(2)杂质的活泼性。杂质比主体金属活泼，主体金属被保护，否则，会加快主体金属腐蚀。(3)镀层的活泼性。镀层被破坏时镀层金属比主体金属稳定，则主体金属腐蚀速度加快。(4)水膜(电解质溶液)的成分。含电解质越多(浓度越大)，金属腐蚀越严重。第4步运用精选习题，落实强化1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的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的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的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，可以影响铁锈蚀速率的因素是_。【解析】解答第(1)题应注意联系金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的区别，电化学腐蚀是不纯的金属与电解质溶液接触，因发生原电池反应，较活泼的金属失电子而被氧化，分析题中实验可知，实验3、4、5、6发生了电化学腐蚀，其中负极反应是fe2e=fe2，正极反应是o22h2o4e=4oh。解答第(2)题时，对比实验1和3可得出湿度增大，可使铁锈蚀速率加快；对比实验3、4可知增大o2浓度可加快铁锈蚀的速率；对比实验4、5可知升高温度可加快铁锈蚀的速率；对比实验5、6可知电解质的存在会使铁锈蚀的速率加快。【答案】(1)3、4、5、6fe2e=fe2(或2fe4e=2fe2)2h2oo24e=4oh(2)湿度、温度、o2的浓度、电解质的存在金属防护的常用方法比较第1步导思问题引入，自主探究1在金属部件上涂油为什么能防止金属生锈？【提示】阻止金属部件与空气中的氧气接触。2在工业上常用亚硫酸钠除去水中溶解的氧气，防止输水管被腐蚀，请简要说明原因。【提示】钢铁易发生吸氧腐蚀，na2so3具有较强的还原性，能与水中溶解的氧气反应：2na2so3o2=2na2so4，防止输水管腐蚀。第2步阐述要点归纳，深化知识原理方法适用对象防止化学腐蚀使氧化剂与金属隔离包覆塑料层工具或车把涂油漆户外铁制设备涂矿物油机械运转部分电镀精密仪器或设备改变金属内部结构制成不锈钢精密仪器或设备防止电化学腐蚀牺牲锌(镁)块牺牲锌(镁) 保护铁大型门闸与舰船与外接电源负极相连铁作阴极被保护大型水上设施电化学保护法(1)牺牲阳极的阴极保护法用比被保护金属活泼的金属或合金作负极，连接在被保护金属上，形成腐蚀电池，被保护金属作正极而得到保护。(注：在电化学中常将发生氧化反应的电极称为阳极，故原电池中负极也叫阳极，原电池的正极也叫阴极，但通常情况下原电池的两极称为正、负极，一般不称作阴、阳极)(2)外加电流的阴极保护法将被保护金属与外接直流电源连接，使被保护的金属作为阴极，在外加电流的作用下使阴极得到保护。与牺牲阳极的阴极保护法统称为电化学保护法。第3步例证典例印证，思维深化下列各种方法中：金属表面涂抹油漆改变金属内部结构保持金属表面清洁干燥在金属表面进行电镀使金属表面形成致密的氧化物薄膜能对金属起到防护或减缓腐蚀作用的是()abcd全部【解析】金属腐蚀的防护方法有加保护层，如，改变内部结构，加入某种金属制成合金，如。由于化学腐蚀比电化学腐蚀慢，保持表面清洁干燥可防止电化学腐蚀的发生，如。【答案】d第4步运用精选习题，落实强化2现有：汽车；机器上的齿轮；门把手；锯条；铁制洗脸盆等常见铁制品。为了防止它们生锈，通常适合采用下面哪一种方法？(填序号) (1)在表面喷漆_；(2)在表面涂油_；(3)在表面镀一层其他金属_；(4)在表面烧制搪瓷_；(5)使其表面形成致密的氧化物保护膜_。【解析】防止金属被腐蚀主要采用：(1)表面上加保护层，如烤漆、涂机油或凡士林、电镀、烤蓝等；(2)电化学方法，牺牲阳极的阴极保护法、外加电源的阴极保护法；(3)改变金属的内部结构等。【答案】(1)(2)(3)(4)(5)1古老的铁桥，经常每隔一段时间，就要油漆一遍，但仍看到有锈迹。下列说法中合理的是()a油漆只起美观作用，而与腐蚀无关b铁桥生锈主要是铁和空气中的氧气发生了化学腐蚀c铁桥生锈主要是铁与空气中的o2、h2o等发生电化学腐蚀d铁桥腐蚀与外界环境无关，只由金属内部结构决定【解析】铁桥腐蚀主要是fe与空气中的o2、h2o等发生了电化学腐蚀中的吸氧腐蚀的结果，而油漆起到了隔绝o2、h2o的作用。【答案】c2如图所示各试管中的铁钉最易锈蚀的是()【解析】含有少量铜的铁钉放在自来水中，会与水中溶解的少量电解质构成原电池，铁钉作为负极，最易腐蚀。【答案】c3如图各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为() abcd【解析】、实质均为原电池装置。中fe为正极，被保护；、中fe为负极，均被腐蚀，但相对来说，fe和cu的金属活动性较fe和sn的差别大，故cufe原电池中fe被腐蚀得最快；中因铁不纯而发生微小原电池反应。选c。【答案】c4下列材料保护的措施中不正确的是()a将搪瓷快餐杯脱瓷的部位用醇酸油漆涂严实，防止杯被腐蚀b将自行车的铁链条涂上植物油，防止链条被腐蚀c将埋在地下的铁水管缠上废铜丝，防止水管被腐蚀d将待埋在地下的木头桩先用火将表面烧焦，防止木材被腐蚀【解析】铁和铜在电解质溶液里构成铁为负极、铜为正极的原电池，加快铁的腐蚀。木材烧焦的部分主要是木炭，木炭的化学性质比较稳定，不易腐烂。【答案】c5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：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：负极_；正极_。【解析】根据原电池的构成条件，两种不同的材料在有电解质溶液时，若形成闭合回路，即可构成原电池。铁钉实际上是钢制成的，在这种情况下具备形成原电池的条件，此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件、原理及结果可知：试管内液面上升，说明试管内压强减小，气体被吸收所致，是铁钉吸氧腐蚀的结果，据此写出电极反应；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，据此写出电极反应。【答案】(1)电化学(2)弱酸性或中吸氧2fe4e=2fe2o24e2h2o=4oh(3)较强的酸析氢fe2e=fe22h2e=h26市场上出售的“热敷袋”中的成分主要是铁粉、炭粉、木屑和少量氯化钠、水等。热敷袋用塑料袋密封，使用时从袋中取出轻轻揉搓就会放出热量，用完后袋内有大量铁锈生成，回答下列各问题。 【导学号：72062058】(1)热敷袋放出的热是由于_。(2)炭粉和氯化钠的作用分别是_。(3)写出有关的电极反应式和化学方程式：_、_、_、_。【解析】【答案】(1)形成原电池，铁被氧化而放出热量(2)炭粉构成原电池正极，nacl溶液起电解质溶液的作用，从而形成原电池，加速fe的氧化(3)负极：2fe4e=2fe2正极：2h2oo24e=4oh4fe(oh)2o22h2o=4fe(oh)32fe(oh)3=fe2o33h2o学业分层测评(十)(建议用时：30分钟) 学业达标1铜制品上的铝质铆钉，在潮湿空气中易腐蚀的原因可描述为() a形成原电池时铝作负极b形成原电池时铜作负极c形成原电池时，电流由铝经导线流向铜d铝铆钉发生了化学腐蚀【解析】在潮湿环境下铜、铝形成的原电池，活泼铝为负极，失电子发生氧化反应，铜得电子发生还原反应，电子由铝流向铜，而电流应由铜流向铝，发生电化学腐蚀。【答案】a2下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是 () 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】抓住题干中的关键字“使用外加电流”便可快速解答。a.水中的钢闸门连接电源的负极，即使用了外加电流，正确。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，是牺牲阳极的阴极保护法。【答案】a3家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的反应是()a4fe(oh)22h2oo2=4fe(oh)3b2fe2h2oo2=2fe(oh)2c2h2oo24e=4ohdfe3e=fe3【解析】金属在作为电极参与电极反应时，总是“过量”的，所以铁在电极反应中不能生成3价。a、b、c的反应恰好是铁发生吸氧腐蚀时的变化，b是铁发生电化学腐蚀的总反应化学方程式。【答案】d4如图液面上浮着一个空心铁球，数天后可观察到的现象是 ()铁球表面出现红棕色锈斑铁球表面出现黑色锈斑量筒内水位下降量筒内水位上升abcd【解析】量筒中的空气、溶有o2的食盐水和铁碳合金(铁球)组成原电池，发生了吸氧腐蚀，铁球表面出现红棕色(fe2o3nh2o)锈斑，因不断消耗o2导致量筒内气体压强小于外界大气压，量筒内水位上升。【答案】b5下列方法可用于金属防护的是()原电池原理电解原理涂油漆电镀置于干燥环境abcd全部【解析】金属防护的基本思路是防止金属与化学物质直接接触，防止金属与环境形成原电池。常用的防护方法有改变金属的结构(如不锈钢)、加防护层(如电镀、涂漆等)、电化学保护法(外加电流的阴极保护法和牺牲阳极的阴极保护法)。【答案】d6下列关于铁制品腐蚀或保护措施的说法中不正确的是()a在如图所示环境中，铁被腐蚀速率： b军事演习期间给坦克的履带上刷上油漆以防止生锈c在海轮的外壳上常焊有锌块，且定期更新 d将不锈钢制成刀具和餐具，有的刀具还进行烤蓝处理【解析】a项中铁作原电池负极腐蚀速率加快，中铁作原电池正极被保护，腐蚀速率减慢，所以铁被腐蚀速率： ；b项军事演习期间给坦克的履带上刷上油漆，油漆会很快脱落起不到保护作用，b项错误；c项锌作负极保护海轮，正确；d项保护措施正确。【答案】b7为防止碳素钢菜刀生锈，在使用后特别是切过咸菜后，应将其()a洗净、擦干b浸泡在水中c浸泡在食醋中d直接置于空气中【解析】切过咸菜的菜刀含有电解质，如果不洗干净擦干很容易形成原电池，原电池会加快菜刀的腐蚀。【答案】a8如图表示的是钢铁在海水中的锈蚀过程，以下有关说法正确的是() a该金属腐蚀过程为析氢腐蚀b正极为c，发生的反应为氧化反应c在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀d正极反应为o22h2o4e=4oh【解析】从题图看出，该反应正极上o2得电子，发生吸氧腐蚀；正极为碳，正极反应式为o22h2o4e=4oh；金属在酸性条件下发生析氢腐蚀。【答案】d能力提升9某探究小组对铁生锈进行探究。(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