2025~2026高中化学选择性必修1教案学案23第四章第三节金属的腐蚀与防护

第三节金属的腐蚀与防护1．通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因，认识金属腐蚀的主要类型，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应。2．认识金属腐蚀产生的危害和影响，树立防止金属腐蚀的意识，熟知金属腐蚀常用的防护方法。一、金属的腐蚀1．金属腐蚀2．化学腐蚀和电化学腐蚀3．钢铁的电化学腐蚀(1)实质eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(铁：负极,水膜：电解质溶液,碳：正极))在钢铁表面形成无数微小原电池(2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀项目类别析氢腐蚀吸氧腐蚀图形描述条件水膜酸性较强水膜酸性较弱或呈中性有关反应负极Fe－2e－=Fe2＋正极2H＋＋2e－=H2↑2H2O＋O2＋4e－=4OH－总反应Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑2Fe＋2H2O＋O2=2Fe(OH)2联系通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍4.实验探究金属的腐蚀(1)将经过酸洗除锈的铁钉和饱和食盐水浸泡一下，放入具支试管中，几分钟后，可以观察到的现象是导管中的液面上升，说明铁发生了吸氧腐蚀。(2)取两支试管，分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀硫酸，实验现象是两支试管中均有气泡产生，反应的离子方程式为Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑，向其中一支试管中滴加1～2滴硫酸铜溶液，观察到的现象是产生气泡速率增大，原因是锌置换出铜，形成原电池。二、金属的防护1．金属的防护方法2．金属的电化学防护(1)牺牲阳极法①理论依据：利用原电池原理。②装置示意图③电极反应负极：Zn－2e－=Zn2＋；正极：2H＋＋2e－=H2↑。(2)外加电流法①理论依据：利用电解原理。②装置示意图金属的腐蚀与防护港珠澳大桥在世界桥梁建筑历史上创造了无数奇迹，里程最长，施工难度最大，设计使用寿命最长，技术含量最高……在大桥应用的多项关键技术中，由中国科学院金属研究所提供的桥基钢管复合桩系列防腐解决方案，为保证大桥达到120年的超长寿命发挥了关键作用。活动1地下钢管生锈属于哪种类型的电化学腐蚀？提示：属于吸氧腐蚀。活动2写出钢管生锈时两极的电极反应。提示：Fe作负极，电极反应为2Fe－4e－=2Fe2＋；C作正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－。活动3为保护地下钢管不被腐蚀，可采取的电化学防护措施有哪些？提示：将钢管与锌板相连，或将钢管与直流电源负极相连。1．为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是()A．加入AgNO3溶液产生沉淀B．加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现C．加入KSCN溶液无红色出现D．加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成D解析：镀层有破损的镀锌铁片被腐蚀，则将其放入酸化的3%NaCl溶液中，会构成原电池，由于锌比铁活泼，作原电池的负极，而铁片作正极，锌对铁仍能起到保护作用，为了证明防腐效果，可以检验溶液中是否含有Fe2＋。氯化钠溶液中始终存在氯离子，所以加入硝酸银溶液后，不管铁片是否被腐蚀，均会出现白色沉淀，故A不符合题意；淀粉碘化钾溶液可检测氧化性物质，但不论铁片是否被腐蚀，均无氧化性物质可与碘化钾发生反应，故B不符合题意；KSCN溶液可检测铁离子的存在，无法检测Fe2＋的存在，所以无论铁片是否被腐蚀，加入KSCN溶液后，均无红色出现，故C不符合题意；K3[Fe(CN)6]是用于检测Fe2＋的试剂，若铁片没有被腐蚀，则溶液中不会生成亚铁离子，则加入K3[Fe(CN)6]溶液就不会出现蓝色沉淀，故D符合题意。2．如图所示装置，若开始时a、b两端液面相平，放置一段时间后，下列有关叙述正确的是()A．铁丝在两处的腐蚀速率：a>bB．a、b两端相同的电极反应为Fe－3e－=Fe3＋C．一段时间后，a端液面高于b端液面D．a端总反应为Fe＋2H2O=Fe(OH)2＋H2↑C解析：U形管左边，生铁发生吸氧腐蚀，U形管右边，生铁发生析氢腐蚀。A项，生铁发生析氢腐蚀的速率比吸氧腐蚀的速率大，错误；B项，a端负极上铁失电子，正极上氧气得电子，b端负极上铁失电子，正极上氢离子得电子，所以a、b两端相同的电极反应为Fe－2e－=Fe2＋，错误；C项，a端发生吸氧腐蚀，b端发生析氢腐蚀，一段时间后，a端气体压强减小，b端气体压强增大，导致溶液从b端向a端移动，所以a端液面高于b端液面，正确；D项，a端发生吸氧腐蚀，其总反应为2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2，错误。3．利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法错误的是()A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应B解析：若X为锌棒，开关K置于M处时，锌作负极，铁作正极被保护，A正确、B错误；若X为碳棒，开关K置于N处，铁连接电源负极作阴极被保护，X连接电源正极作阳极被氧化，C、D正确。4．请回答下列问题：(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。①该电化学腐蚀称为________。②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是________(填字母)。③以锌为负极，采用牺牲阳极法防止铁闸的腐蚀，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。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O2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防腐保护铜，只能用电解原理，碳接电源正极，铜接电源负极。答案：(1)①吸氧腐蚀②B③C(2)金属腐蚀快慢的比较思路(1)根据图示装置判断腐蚀类型是化学腐蚀还是电化学腐蚀。(2)判断各装置中的电极材料，并写出相应的电极反应。原电池的负极被腐蚀，正极被保护，电解池的阳极被腐蚀，阴极被保护。(3)腐蚀速率大小关系：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>应用原电池原理有保护措施的腐蚀>应用电解原理有保护措施的腐蚀。知识点1金属的腐蚀1．远洋轮船的船体材料是合金钢，为了避免船体遭受腐蚀，通常在船壳(船底及船侧)上镶嵌一些金属块M。下列有关说法错误的是()A．该方法称为牺牲阳极法B．M可以是锌、镁、锡等金属C．船壳主要发生吸氧腐蚀D．该方法中，负极反应为M－ne－=Mn＋B解析：为避免船体遭受腐蚀，通常在船壳上镶嵌锌等比铁更活泼的金属，发生腐蚀时形成原电池，船体作正极而受到保护，该方法称为牺牲阳极法，A正确；金属M可以是锌、镁等比铁活泼的金属，但不能是锡等比铁活泼性弱的金属，B错误；海水呈弱碱性，船壳在海水中发生吸氧腐蚀，C正确；该方法中，M作负极发生氧化反应，电极反应为M－ne－=Mn＋，D正确。2．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()A．d为石墨，铁片腐蚀加快B．d为石墨，石墨上的电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．d为锌块，铁片不易被腐蚀D．d为锌块，铁片上的电极反应为2H＋＋2e－=H2↑D解析：d为石墨，形成原电池时，铁片作负极，腐蚀加速，石墨是正极，发生吸氧腐蚀，电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，A、B均正确；d为锌块，形成原电池时，铁作正极而受到保护，不易被腐蚀，C正确；由于海水呈弱碱性，发生吸氧腐蚀，铁片上的电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，D错误。3．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：M＋nH2O=M(OH)n＋eq\f(n,2)H2↑B．金属发生化学腐蚀的实质：M－ne－=Mn＋，该过程有电流产生C．金属在酸性条件下进行的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀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D解析：金属在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀而变质，如铁的腐蚀：2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2，A错误；金属发生化学腐蚀的实质：M－ne－=Mn＋，是金属失电子直接和氧化剂反应的过程，不产生电流，B错误；金属活动性顺序中排在氢之后的金属的电化学腐蚀，在酸性或碱性环境下均有可能进行，只能是吸氧腐蚀，C错误；在潮湿的中性环境中，金属的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主，D正确。知识点2金属的防护4．下列叙述正确的是()A．金属腐蚀就是金属失去电子被还原的过程B．将水库中的水闸(钢板)与外加直流电源的负极相连，正极连接到一块废铁上可防止水闸被腐蚀C．纯银质物品久置表面变暗，是银发生吸氧腐蚀的结果D．钢板上的铁铆钉处在潮湿的空气中直接发生反应：Fe－3e－=Fe3＋，继而形成铁锈B解析：金属腐蚀就是金属失去电子被氧化的过程，A错误；将水库中的水闸(钢板)与外加直流电源的负极相连接，作电解池的阴极被保护，可防止水闸被腐蚀，B正确；纯银质物品久置变暗是因为银的表面形成硫化银，与吸氧腐蚀无关，C错误；钢板上的铁铆钉处在潮湿的空气中形成原电池，发生吸氧腐蚀，负极电极反应为Fe－2e－=Fe2＋，D错误。5．高压直流电线路的瓷绝缘子经日晒雨淋容易出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是()A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－=ZnD．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀C解析：通电时，锌环与电源正极相连，为阳极，发生氧化反应，A正确；通电时，铁帽为阴极，发生还原反应：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，B正确；断电时，形成原电池，锌环为负极，发生氧化反应：Zn－2e－=Zn2＋，C错误；断电时为牺牲阳极法，仍能防止铁帽被腐蚀，D正确。6．用压强传感器探究生铁在pH＝2和pH＝4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．溶液pH≤2时，生铁发生析氢腐蚀B．在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀C．析氢腐蚀和吸氧腐蚀的速率一样大D．两溶液中负极反应均为Fe－2e－=Fe2＋C解析：由图可知pH＝2时压强随着反应的进行而增大，产生了大量气体，发生了析氢腐蚀，溶液pH≤2时，生铁发生析氢腐蚀，故A正确；pH＝4时压强随着反应的进行而减小，气体的量减少，发生了吸氧腐蚀，所以在酸性溶液中生铁可能发生析氢腐蚀也可能发生吸氧腐蚀，故B正确；由图可知变化相同的压强所用的时间不同，析氢腐蚀所用时间长而吸氧腐蚀所用的时间短，因而吸氧腐蚀的速率比析氢腐蚀快，故C错误；析氢腐蚀和吸氧腐蚀负极反应均为Fe－2e－=Fe2＋，故D正确。7．下列关于金属腐蚀与防护的说法，不正确的是()A．图①，放置于干燥空气中的铁钉不会生锈B．图②，若断开电源，钢闸门将发生吸氧腐蚀C．图②，若将钢闸门与电源的正极相连，可防止钢闸门腐蚀D．图③，若金属M比Fe活泼，可防止输水管腐蚀C解析：铁钉在潮湿空气中与O2、H2O反应而被腐蚀，在干燥空气中，不会被腐蚀生锈，A正确；断开电源，钢是铁碳合金，故钢闸门在海水中发生吸氧腐蚀，B正确；将钢闸门与电源的正极相连，则钢闸门作电解池的阳极，其腐蚀速率增大，C错误；金属M比Fe活泼，发生腐蚀时，金属M作负极而被腐蚀，输水管作正极而被保护，D正确。8．(挑战创新题)据了解，铜锈的成分非常复杂，主要成分有Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl。考古学者将铜锈分为无害锈(形成了保护层)和有害锈(使器物损坏程度逐步加剧，并不断扩散)，结构如图所示。下列说法正确的是()A．Cu2(OH)3Cl属于有害锈B．Cu2(OH)2CO3属于复盐C．青铜器表面刷一层食盐水可以作保护层D．用NaOH溶液法除锈可以保护青铜器的艺术价值，做到“修旧如旧”A解析：从图中可知Cu2(OH)3Cl没有阻止潮湿的空气和Cu接触，可以加快Cu的腐蚀，因此属于有害锈，A正确；Cu2(OH)2CO3中只有氢氧根、酸根离子和铜离子，因此只能属于碱式盐，不属于复盐，B错误；食盐水能够导电，所以在青铜器表面刷一层食盐水，会在金属表面形成原电池，发生吸氧腐蚀，C错误；有害锈的形成过程中会产生难溶性的CuCl，用NaOH溶液浸泡，会产生Cu2(OH)3Cl，不能阻止空气进入内部进一步腐蚀铜，因此不能做到保护青铜器的艺术价值，D错误。9．了解金属腐蚀的原因和寻求防止金属腐蚀的方法具有重要意义。(1)分别放在以下装置(都盛有0.1mol·L－1的硫酸)中的四块相同的纯锌片，其中腐蚀最快的是__________(填字母)。(2)利用下图装置，可以模拟铁的电化学防护。其中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