高中化学选修四金属的腐蚀与防护

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。一金属的电化学腐蚀导学探究夯实基础突破叢点导学探究夯实基础突破叢点金属腐蚀概念：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。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。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2AI+6CH3COOH===2(CH3COO)3AI+3H2T;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：AI—3e===AI3+，正极：O2+2H2O+4e===40H，总反应：4AI+3O2+6H2O===4AI(OH)3。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，如图所示：酬铁的新镇膺蚀示茂图钢挾的陨覺册蚀爪住图酬铁的新镇膺蚀示茂图钢挾的陨覺册蚀爪住图(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：Fe—2e===Fe2;正极：2H*+2e===出f；总反应：Fe+2H*===Fe2++出匸。⑵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：2Fe—4e—===2Fe2+；正极：2出0+O2+4e—===4OH—；

总反应：2Fe+2出0+O2===2Fe(OH)2。最终生成Fe2O3nHgO，是铁锈的主要成分。金属腐蚀快慢的比较电解池阳极＞原电池负极＞化学腐蚀＞原电池正极＞电解池阴极。原电池的腐蚀：两极材料活动性差别越大，腐蚀速率越快。［归纳总结：金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。活学活用金属腐蚀的类型活学活用(1)化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系两者往往冋时发生，电化学腐蚀更普遍(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强(pH＜4.3)水膜酸性很弱或呈中性电极负极2Fe—2e_===Fe+反应正极2H++2e-===H2?。2+2H2O+4e—===4OH—总反应式Fe+2H+===Fe2++出f2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2联系吸氧腐蚀更普遍即时即练巩固提升i•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•如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH=4的雨水和生铁片。观察到：开始导管内液面下降，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负极，发生还原反应B.雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀C.墨水回升时，碳极反应式为02+2H2O+4e===40HD.具支试管中溶液pH逐渐减小答案C解析生铁片中的碳是原电池的正极，A错误；雨水酸性较强，开始时铁片发生析氢腐蚀,产生氢气，导管内液面下降，一段时间后铁片发生吸氧腐蚀，吸收氧气，导管内液面回升，B错误；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，电极反应式为02+2H2O+4e-===40H-,C正确；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管内溶液pH均增大，D错误。导学探究二金属的防护方法导学探究二金属的防护方法夯实基础突破萝点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：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。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。(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①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）。A.铜B.钠C.锌D.石墨②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：活学活用金属的电化学防护方法活学活用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，接上外加直流被保护的金属作电解池的阴极保护海水中的钢闸门电源即时即练巩固提升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C项是牺牲阳极的的保护；BC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。下列对如图所示的实验装置的判断中错误的是（）为碳棒，开关为锌棒，开关C.为锌棒，开关为碳棒，开关K置于A为碳棒，开关为锌棒，开关C.为锌棒，开关为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H*+2e===出f答案解析若X为碳棒，开关K置于A处，Fe作电解池的阴极，属外加电流的阴极保护法,解析项正确；若X为碳棒，开关K置于B处，Fe作原电池的负极，电极反应为Fe—2e~===Fe2+,D项不正确；若X为锌棒，K置于A处，Fe作电解池的阴极，属外加电流的阴极保护法，K置于B处时，Fe作原电池的正极，属牺牲阳极的阴极保护法，B项和C项均正确。匕学僭画金网・蚀4!防沪測孟保护卑匕学僭画金网・蚀4!防沪測孟保护卑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M+nH20===M（0H）n+f

B•金属化学腐蚀的实质是M—ne「===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.钢铁在自然环境中主要发生化学腐蚀答案B解析金属在潮湿的环境中易发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种电化学腐蚀，主要发生吸氧腐蚀,其腐蚀的本质都是金属失电子，即M—ne-===Mn+,所以A项不正确，B正确；金属的化学腐蚀是金属直接接触到化学物质如酸、CI2等发生腐蚀，所以C项不正确；钢铁在自然环境中主要发生电化学腐蚀，所以D项不正确。为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是()打墨铁打墨铁A.正极的电极反应方程式为02+2H2O+4e===40H将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成若向自来水中加入少量NaCI(s)，可较快地看到铁锈D.分别向铁、石墨电极附近吹入02,前者铁锈出现得快答案D解析铁是负极，失电子被氧化成Fe2+,在正极氧气得电子发生还原反应生成0H-,反应式为O2+2H2O+4e—===40H,A项正确；将氧气吹向石墨电极的腐蚀速率比吹向铁电极快，D项错误；向自来水中加入NaCI(s)，可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率，C项正确；但若将石墨电极换成Mg电极，则负极为Mg,Fe被保护，难以看到铁生锈，B项正确。下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是()A.纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗B.当镀锡铁制品的镀层破损后，镀层仍能对铁制品起保护作用C.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D.可将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀答案BA项正确;A项正确;AA•Ki闭合，铁棒上发生的反应为2H*+2e===H2T铁与锡构成原电池，铁作负极，加快了铁的腐蚀,B铁与锡构成原电池，铁作负极，加快了铁的腐蚀,B项错误；海轮外壳中的金属与连接的锌块构成原电池，锌作负极，可以保护海轮，C项正确；外加直流电源保护器件时，必须连接电源负极，D项正确。4•回答下列问题:(1)如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。该电化学腐蚀称为。图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是(填字母)。以锌为负极，采用牺牲阳极的阴极保护法防止铁闸的腐蚀，图中锌块的固定位置最好应在(填字母)处。(2)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成如图防腐示意图，并作相应标注：三三二--=■==■一三三三二--=■==■一三>-«i_三三一一一三-一二三二一獻三二一一------<--如图所示的各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是(4)如图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCI溶液的U(4)如图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCI溶液的U形管中，下列分析正确的是血和NjCI懒液B.K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升咼K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法K2闭合，电路中通过0.002Na个电子时，两极共产生0.001mol气体答案（1）①吸氧腐蚀②B③C解析（1）①金属在中性或较弱的酸性条件下发生的是吸氧腐蚀。②发生吸氧腐蚀，越靠近液面接触到的02越多，腐蚀得越严重。③锌块应固定在腐蚀最严重的C处形成原电池，锌作负极，铁闸作正极，得到保护。（2）要用石墨通过电化学腐蚀保护铜，只能用电解池原理，碳接电源正极，铜接电源负极。（3）当电解质溶液相同时，同一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。故本小题中，铁腐蚀由快到慢的顺序为④＞②＞①〉③。（4）A项，Ki闭合时，该装置构成了Fe—C—NaCI溶液原电池，铁作负极，发生氧化反应，电极反应式是Fe—2e-===Fe2+;B项，石墨棒作正极，发生的电极反应式是2H2O+02+4e—===40H-,故石墨棒周围溶液pH逐渐升高；C项，K?闭合时，该装置构成了Fe—C—外加电源的电解池，C作阳极，Fe作阴极而不被腐蚀，该方法称为外加电流的阴极保护法；D项，K2闭合时，阳极的电极反应式是2CI——2e—===Cl2^,阴极的电极反应式是2H++2e—===出匸，所以当电路中通过0.002Na个即0.002mol电子时，生成H2和Cl2的物质的量均为0.001mol，则两极共产生0.002mol气体。40分钟课时作业［经典基础题］题组1金属的腐蚀与防护1•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

2.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C下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是（A.图1中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重B•图2中，插入溶液中的铁棒容易溶解，主要是发生电化学腐蚀C.图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀D•图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的阴极答案C解析A项，水面附近的铁接触的氧气多，容易腐蚀，错误；B项，铁作为阴极受保护，不容易腐蚀，错误；C项，高温下铁被氧化，正确；D项，镁块为原电池的负极，一般用锌块,因为镁容易形成致密氧化膜，错误。下列说法中正确的是（）①镀层破损后，白铁（镀锌的铁）比马口铁（镀锡的铁）更易被腐蚀②钢铁表面常易锈蚀生成Fe2O3xH2O锌和铁构成原电池时，铁作负极④铅蓄电池中铅作负极，PbO2作正极，两极浸到稀H2SO4中A.只有②④B.只有①③C.①②③D.①②③④答案A解析镀层破损后，白铁形成原电池时，因为锌比铁活泼，易失电子，从而保护了铁，而马口铁破损后，因为形成原电池时，铁比锡活泼，铁被腐蚀，所以在镀层破损后，马口铁比白铁更易被腐蚀，①说法错误。钢铁无论发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀，铁都是失电子变成Fe2+,吸氧腐蚀更普遍，02得电子变成0H-,与Fe2+结合生成Fe（0H）2,Fe（0H）2在空气中很易被氧化成Fe（0H）3,因此铁锈的成分常用Fe2O3xH2O表示，②说法正确。锌和铁构成原电池时，锌比铁活泼，应该是锌作负极。③说法不正确。④说法正确，故A为正确选项。5•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—3+D.钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe—3e===Fe答案B解析铁易失去电子，故钢管与电源正极相连时，更易使铁失去电子，故A项错误；铁遇冷浓硝酸时表面能形成一层致密的氧化物薄膜，故B项正确；铁比铜活泼，当铁、铜相接触时构成原电池，铁作负极，被腐蚀，故C项错误；钢铁发生析氢腐蚀时，负极发生反应：Fe—2e—===Fe2+,故D项错误。题组2析氢腐蚀与吸氧腐蚀吨恢块b6•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—2+C.两试管中相同的电极反应式是Fe—2e===FeD•a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀答案B解析生铁在a中发生吸氧腐蚀，压强降低，在b中发生析氢腐蚀，压强增大，所以红墨水应左咼右低。7•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NaCI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中铁钉附近呈现红色B•b中铁钉上发生还原反应a中铜丝上发生氧化反应b中铝条附近有气泡产生答案B解析a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2分别为负极：2Fe—4e-===2Fe+,正极：O2+2H2O+4e_===40H一，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3极：4AI—12e—===4Al+,正极：302+6H2O+12e—===120H—,因此B正确，D不正确。&下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(A.图a中，铁钉易被腐蚀图b中，开关由M改置于N时，Cu—Zn合金的腐蚀速率减小图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—Mn02干电池自放电腐蚀主要是由MnO?的氧化作用引起的答案B解析选项A，图a中，铁钉与溶液不接触不能形式原电池，因此不易被腐蚀，错误；选项B，图b中开关置于M时，Cu—Zn合金作负极，由M改置于N时，Cu—Zn合金作正极，腐蚀速率减小，正确；选项C,图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，但氢气在Pt极上放出，错误；选项D，图d中Zn—MnO2干电池自放电腐蚀主要是由Zn的还原作用引起的，错误。

铁镌环⑹嗨蚀区｛町9.将NaCI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铁镌环⑹嗨蚀区｛町（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C「由a区向b区迁移B.液滴边缘是正极区，发生的电极反应式为O2+2H2O+4e===40HC.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0H形成Fe（0H）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NaCI溶液，则负极发生的电极反应TOC\o"1-5"\h\z—2+式为Cu—2e===Cu答案B解析液滴边缘02多，在碳粒上发生正极反应：02+2H2O+4e—===40H-。液滴下的Fe发生负极反应：Fe—2e—===Fe2+,为腐蚀区⑻，B选项正确；阴离子应移向负极，即CI—由b区向a区迁移，A选项错误；液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀，C选项错误；铜螺丝钉在铁板上，Cu不如铁活泼，作正极，反应为O2+2H2O+4e—===40H-,D选项错误。10•银器的保护主要是维持它的原貌。对于轻微腐蚀蒙有硫化银的银器，可将其和铝片一起接触浸泡在稀NaOH溶液中，经一定时间后污迹消失，取出后用水洗干净，再用软布或棉团擦光。下列有关叙述中，不正确的是（）A.溶液中的OH—向负极移动B.在银表面上的反应为Ag2S+2e—===2Ag+S2——3+C.在铝表面上的反应为Al—3e===AlD.在铝表面的反应为Al+4OH——3e—===AlO2+2H2O答案C解析金属铝、硫化银和NaOH溶液构成了原电池，金属铝、硫化银分别充当了负极和正极，电极反应分别是在银表面上：Ag2S+2e—===2Ag+S2—,在铝表面：Al—3e—===Al3+,在碱性条件下，AI3+又会与过量的OH-反应生成AlO—，所以在铝表面的实际反应为Al+4OH——3e-===AIO—+2H2O，溶液中的OH-向负极移动，A、B、D均正确。［能力提升题］试分析实验并回答下图中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,列问题：

试分析实验并回答下NaCI虹軽水JH3常液虹畫木佃混的铁翰和就粉的均划NaCI虹軽水JH3常液虹畫木佃混的铁翰和就粉的均划fi△妬M弩用乙醉河曜£1號水的铁粉和炭粉的均合惟含物丙屮若起始时甲、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)。⑵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⑷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)。答案⑴乙乙>甲〉丙(2)高(3)2H2O+02+4e「===40H—⑷将金属放在油脂或有机溶剂中解析铁粉一炭粉一食盐水构成原电池，发生吸氧腐蚀，故乙中液面最高；甲中铁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腐蚀得快，丙中乙醇为非电解质，铁粉、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防护。钢铁在自然界中的腐蚀比较普遍。远洋轮船的钢铁船体在海水中易发生电化学腐蚀中的腐蚀。为防止这种腐蚀，通常把船体与浸在海水里的Zn块相连，或与像铅酸蓄电池这样的直流电源的(填“正”或“负”)极相连。若用钢铁(含Fe、C)制品盛装NaCIO溶液会发生电化学腐蚀，钢铁制品表面生成红褐色沉淀，溶液会失去漂白、杀菌消毒功效。该电化腐蚀过程中的正极反应式为铁器深埋地下，也会发生严重的电化学腐蚀，原因是一种称为硫酸盐还原菌的细菌，能提供正极反应的催化剂，将土壤中的so2「还原为s2「，试写出该电化学腐蚀的正极反应式利用如图装置，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。若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为c图I曲II答案⑴吸氧腐蚀负(2)CI0「+出0+2e_===