1.3 金属的腐蚀与防护学案2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

新苏教版高中化学选择性必修1《化学反应原理》PAGEPAGE1第三单元金属的腐蚀与防护【课程标准要求】1.了解金属腐蚀的原因，能结合生活及实验探究理解电化学腐蚀的原理，正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式。2.掌握金属防护的方法，能够利用电化学知识进行金属的防护，树立防止金属腐蚀的意识。一、金属的腐蚀及其分类1.金属腐蚀(1)概念金属腐蚀是指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。(2)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其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的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现象金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀区别无电流产生有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氧化而损耗；(2)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3.钢铁的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水膜酸性很弱或呈中性电极反应负极Fe－2e－=Fe2＋正极2H＋＋2e－=H2↑O2＋2H2O＋4e－=4OH－电池反应Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2【微自测】1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)无论化学腐蚀还是电化学腐蚀，金属的腐蚀都是失电子被氧化的过程()(2)钢铁在潮湿的空气中易发生化学腐蚀()(3)菜刀放于食盐水中主要发生吸氧腐蚀()(4)铁锌合金发生吸氧腐蚀时，负极反应为Fe－2e－=Fe2＋()答案(1)√(2)×(3)√(4)×二、金属的防护1.电化学防护法(1)牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理在被保护的钢铁设备上装上若干活泼金属如镁合金或锌块，作原电池的负极(阳极)；让被保护的金属作原电池的正极(阴极)。(2)外加电流的阴极保护法用被保护的金属作阴极，用惰性电极作阳极，外接直流电源。2.其他方法(1)改变金属内部结构，如制成防腐的合金；(2)加涂保护层，如喷油漆、涂油脂。【微自测】2.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质，能够减缓金属的腐蚀()(2)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，能够减缓金属的腐蚀()(3)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()(4)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()(5)给铁件通入直流电，把铁件与电池负极相连接以防止铁腐蚀()答案(1)√(2)√(3)√(4)√(5)√一、金属电化学腐蚀的条件与类型向铁粉中加入少量炭粉，混合均匀后，撒入内壁分别用氯化钠溶液和稀醋酸润湿过的两支具支试管(分别标记为a、b)中，按下图组装好仪器。几分钟后，打开止水夹，观察、比较导管中水柱(在水中滴加几滴红墨水)的变化和试管中的现象。(1)图a导管中水柱和具支试管中的铁粉有什么变化？产生这种现象的原因是什么？提示导管中水柱上升，铁粉表面生锈；产生这种现象的原因是铁粉在NaCl溶液的中性环境中发生了吸氧腐蚀。由于盛铁粉的具支试管中不断消耗O2而使体系内的压强减小，从而引起水的倒吸。(2)图b导管中水柱及具支试管中的铁粉有什么变化？如何解释？提示导管中水柱下降，铁粉表面生锈；产生这种现象的原因是铁粉在酸性较强的环境中发生了析氢腐蚀。产生的H2使体系内的压强增大，从而使导管中的水柱下降。(3)若将图b中的稀醋酸换为盐酸(足量)，则实验中存在哪些形式的腐蚀？提示若换为盐酸，则实验中会发生铁与盐酸的化学腐蚀，同时也有电化学腐蚀。1.金属化学腐蚀和电化学腐蚀的联系和区别化学腐蚀电化学腐蚀吸氧腐蚀析氢腐蚀条件金属与干燥气体或非电解质液体等直接接触不纯金属或合金表面水膜中溶有O2，酸性很弱或呈中性不纯金属或合金表面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现象无电流产生有微弱电流产生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2.金属腐蚀类题目的解答思路(1)正确判断金属的腐蚀类型。发生原电池反应引起的腐蚀为电化学腐蚀，无原电池反应发生的腐蚀为化学腐蚀。(2)判断出电化学腐蚀正、负极，较活泼的金属为负极被腐蚀，较不活泼的金属为正极被保护。(3)正确判断介质溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、中性溶液中发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液中发生析氢腐蚀。(4)根据金属活动性顺序分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀。金属活动性顺序中氢前面的金属，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀，在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀；金属活动性顺序在氢后面的金属只可能发生吸氧腐蚀。1.如图所示，拴上金属条的铁钉插在含有酚酞的NaCl溶液中，可以看到在贴近金属条一边的溶液出现粉红色。该金属条可能是()A.镁 B.锡C.铝 D.锌答案B解析拴上金属条的铁钉插在含有酚酞的NaCl溶液中，可以看到在贴近金属条一边的溶液出现粉红色，说明铁钉发生吸氧腐蚀，铁易失电子作负极，另一金属作正极，故另一种金属的活泼性小于铁，B项符合要求。2.如图装置中，右侧小试管内为红墨水，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O2＋2H2O＋4e－=4OH－D.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O2＋2H2O＋4e－=4OH－，C正确；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管中溶液pH都增大，D错误。3.铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是()A.正极的电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑B.此过程中还涉及反应4Fe(OH)2＋2H2O＋O2=4Fe(OH)3C.此过程中Fe、Cu均被腐蚀D.此过程中电流从Fe流向Cu答案B解析铁铆钉吸氧腐蚀的正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，铜作正极不被腐蚀，电子从负极流向正极。二、金属的电化学防护1.电化学防护法的比较电化学防护牺牲阳极的阴极保护法外加电流的阴极保护法依据原电池原理电解池原理原理被保护金属形成原电池正极(阴极)，不反应受到保护；活泼金属作负极(阳极)发生腐蚀反应。阳极要定期予以更换将被保护金属与另一附加电极分别作为电解池的阴极和阳极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护应用一些钢铁设备如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌块土壤、海水及河水中的金属设备等示意图2.金属腐蚀快慢的判断方法(1)在同一电解质溶液中，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)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。(4)金属活动性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快。4.下列装置可防止铁棒被腐蚀的是()答案B解析在B装置形成的原电池里，锌为负极，失去电子被氧化；铁为正极，被保护，不易生锈。5.下图所示的各容器中均盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是()A.④>②>③>① B.②>①>③>④C.④>②>①>③ D.③>②>④>①答案C解析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。本题中，铁腐蚀由快到慢的顺序为④>②>①>③。6.(2021·南京学情调研)保护海水中钢闸门的一种方法如图所示。下列说法不正确的是()A.锌板作牺牲阳极B.钢闸门作正极(阴极)C.锌板发生的电极反应式为Zn－2e－=Zn2＋D.电子由钢闸门向锌板移动答案D解析锌板、钢闸门与海水形成原电池，锌比铁活泼，故锌板作负极(牺牲阳极)，发生氧化反应，电极反应式为：Zn－2e－=Zn2＋，A、C项正确；钢闸门作正极(被保护的阴极)，B项正确；电子由负极(锌板)通过导线移向正极(钢闸门)，D项错误。1.以下现象与电化学腐蚀无关的是()A.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿B.生铁比软铁芯(几乎为纯铁)容易生锈C.铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈D.银质奖牌长期放置后其表面变暗答案D解析银质奖牌是由较纯的银制作的，不构成原电池，久置后表面变暗是跟空气中的多种物质反应造成的。2.下列叙述正确的是()A.金属的化学腐蚀比电化学腐蚀更普遍B.用铝质铆钉铆接铁板，铁板易被腐蚀C.钢铁在干燥空气中不易被腐蚀D.输送酸液的管道易发生吸氧腐蚀答案C解析金属的电化学腐蚀更普遍，A项错误；铝质铆钉与铁板在空气中形成原电池使铝被腐蚀，铁不易被腐蚀，B项错误；钢铁在干燥空气中不形成原电池，不易被腐蚀，C项正确；输送酸液的管道易发生析氢腐蚀，D项错误。3.为了防止钢铁锈蚀，下列防护方法中正确的是()A.在精密机床的铁床上安装铜螺钉B.在排放海水的钢铁闸门上用导线连接一块石墨，一同浸入海水中C.在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里D.在地下输油的铸铁管上接直流电源的正极答案C解析A、B中形成的原电池都是铁作负极，加速钢铁腐蚀；D中铸铁管作阳极，加速腐蚀；C中锌比铁活泼，铁作正极。4.关于钢铁腐蚀与防护的说法不正确的是()A.钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的负极反应式均为Fe－2e－=Fe2＋B.钢铁发生吸氧腐蚀时，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－C.地下钢管连接镁块是采用牺牲阳极的阴极保护法D.用外加电流的阴极保护法防止钢铁腐蚀时，钢铁接电源的正极答案D解析用外加电流的阴极保护法防止钢铁腐蚀时，钢铁应作电解池的阴极，接电源的负极，D项错误。5.如图所示装置中，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(呈酸性)，并各加入一块生铁块。(1)放置一段时间后，我们可以发现a、b中的生铁块都发生了腐蚀，红墨水柱两边的液面变为左________(填“低”或“高”，下同)右________，从而我们得出a试管中发生了________腐蚀，b试管中发生了________腐蚀。在腐蚀中________作原电池的负极，________作原电池的正极。(2)写出下列电极反应式：a试管中负极反应式为________________________________________，总反应式为______________________________________________；b试管中正极反应式为_______________________________________，总反应式为______________________________________________。