2017-2018学年高中化学第四章电化学基础第四节金属的电化学腐蚀与防护教学案新人教版选修4

1、第四节 金属的电化学腐蚀与防护 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钢铁在酸性环境中主要发生析氢腐蚀，放出氢气。2钢铁在中性或弱酸性环境中主要发生吸氧腐蚀，最终生成铁锈的主要成分是Fe2O3nH2O。3钢铁吸氧腐蚀的正极反应式：2H2OO24e=4OH。4金属电化学防护的方法有牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。1金属腐蚀(1)概念：金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。(2)本质：金属本身失去电子变成阳离子的过程(发生氧化反应)：Mne=Mn。2化学腐蚀和电化学腐蚀3钢铁的电化学腐蚀

2、(1)实质。在钢铁表面形成无数微小原电池(2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀。析氢腐蚀吸氧腐蚀图形描述电极反应负极Fe2e=Fe2正极2H2e=H22H2OO24e=4OH总反应Fe2H=Fe2H22Fe2H2OO2=2Fe(OH)2联系通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍特别提醒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

3、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

4、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

5、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

6、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.铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法中，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此过程中铜不被腐蚀D此过程中电子从Fe移向Cu解析：选A图中所示吸氧腐蚀中，铁作负极，铜作正极，溶解了O2的水膜作电解质溶液，正极电极反应式为O22H2O4e=4OH，A错误；

7、负极电极反应式为Fe2e=Fe2，Fe2和正极产生的OH结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2不稳定，容易被空气中的O2氧化生成Fe(OH)3，化学方程式为4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3，B正确；形成的原电池中铜作正极，负极失电子容易被腐蚀，正极不发生反应，所以铜不被腐蚀，C正确；腐蚀过程中，外电路上电子从负极铁流向正极铜，D正确。1金属的防护2金属的电化学防护(1)牺牲阳极的阴极保护法：利用原电池原理，让被保护金属作正极，另找一种活泼性较强的金属作负极。如图所示：(2)外加电流的阴极保护法：利用电解池原理，把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，在电解质溶液里，接

8、外加直流电源。如图所示：3牺牲阳极的阴极保护法的实验探究实验步骤：按图所示连接好装置，观察电压表和Fe电极上的现象，向Fe电极区滴入2滴黄色K3Fe(CN)6(铁氰化钾)溶液，观察烧杯内溶液颜色有无变化。实验装置实验现象(1)电压表指针发生偏转，(2)铁电极上有气泡产生，在铁电极附近滴入铁氰化钾后无蓝色沉淀(填“有”或“无”)电极反应负极(阳极)：Zn2e=Zn2；正极(阴极)：2H2e=H2实验结论Zn、Fe和经过酸化的NaCl溶液构成原电池，该装置中铁未被腐蚀1埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种情况下被腐蚀速率最慢的是()A在潮湿疏松的土壤中B在含铁元素较多的酸性土壤中C在干燥致密不透气的

9、土壤中D在含碳较多的潮湿透气的中性土壤中解析：选C在潮湿疏松的土壤中、在含铁元素较多的酸性土壤中、在含碳较多的潮湿透气的中性土壤中均易发生电化学腐蚀，在干燥致密不透气的土壤中不易发生电化学腐蚀，腐蚀速率最慢。2下列有关金属的保护方法的说法中正确的是()A常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白铁(镀锌铁)镀层破损后，铁皮的腐蚀速率很慢C轮船的船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阴极的阳极保护法D钢铁制造的暖气管道外常涂有一些沥青，这是钢铁的电化学保护法解析：选B搪瓷层破损后，铁与潮湿空气接触而易发生腐蚀，A错误；白铁(镀锌铁)的镀层破损后，Zn作原电池负极，

10、而Fe作正极被保护，B正确；轮船的船壳水线以下装有锌块是利用了牺牲阳极的阴极保护法，C错误；在钢铁制造的管道外涂有一些沥青，属于在金属表面覆盖防护层的方法，而不属于电化学保护法，D错误。三级训练节节过关1下列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(几乎是纯铁)容易生锈C铁质器件附有铜质配件，接触处容易生铁锈D银质奖牌放置久了表面变暗解析：选DA项，锌比铜活泼，形成原电池，锌作负极，铜作正极，属于牺牲阳极的阴极保护法，不符合题意；B项，生铁是合金，能形成原电池，易发生电化学腐蚀，而软铁芯是纯铁，不易形成原电池，一般原电池的反应速率快，不符合题意；C项，

11、铁比铜活泼，形成原电池，铁作负极，易被腐蚀，不符合题意；D项，银与空气中的氧气反应，是化学腐蚀，不是电化学腐蚀，符合题意。2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

12、与外接电源相连时，阴极发生还原反应，错误。3.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红墨水柱两边的液面变为左低右高C两试管中相同的电极反应式是Fe2e=Fe2Da试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀解析：选Ba为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b中酸性较强，发生析氢腐蚀，有氢气放出，气体压强增大，所以红墨水柱两边的液面变为左高右低，故B项错误。4取6根铁钉，6支干净的试管及其他材料，如图所示。试管放入一根铁钉，再注入蒸馏水，使铁钉和空气及水接触；试管在试管

13、底部放入硅胶(是一种干燥剂)，再放入铁钉，用棉花团堵住试管口，使铁钉和干燥空气接触；试管先放入一根铁钉，趁热倒入煮沸的蒸馏水(已赶出原来溶解在蒸馏水中的空气)浸没铁钉，再加上一层植物油，使铁钉不能跟空气接触；试管中放入铁钉注入食盐水，使铁钉和空气及食盐水接触；试管放入相连的铁钉和锌片，注入自来水，浸没铁钉和锌片；试管放入相连的铁钉和铜丝，注入自来水，浸没铁钉和铜丝。把6支试管放在试管架上，几天后观察铁钉被腐蚀的情况。(1)上述实验中铁钉发生了电化学腐蚀的是_(填试管序号)；在电化学腐蚀中，负极反应是_，正极反应是_。(2)从铁钉被腐蚀的情况可知引起和促进铁钉被腐蚀的条件是_。(3)为防止铁的锈

14、蚀，工业上普遍采用的方法是_(答两种方法)。解析：(1)铁钉与水、空气接触，形成了原电池，发生电化学腐蚀，正确；试管加入了干燥剂，不含水，不能形成原电池，不能发生电化学腐蚀，错误；试管不含氧气，不能形成原电池，不能发生电化学腐蚀，错误；试管中放入铁钉注入食盐水，使铁钉和空气及食盐水接触，形成了原电池，发生电化学腐蚀，正确；因为锌的活泼性强于铁，形成的原电池中锌为负极，铁为正极不被腐蚀，错误；铁的活泼性强于铜，铁为原电池的负极，铁发生电化学腐蚀，正确；发生电化学腐蚀时，铁作负极失去电子被氧化，电极反应式为Fe2e=Fe2；正极电极反应式为O22H2O4e=4OH。(2)铁钉发生电化学腐蚀，能形成

15、原电池，而且原电池的负极为铁，所以引起和促进铁钉被腐蚀的条件是水、空气、电解质溶液和不活泼金属的存在。(3)加保护层，利用原电池原理或电解池原理使被保护的铁制品与比其活泼的金属相连，所以为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是在表面涂上油漆、搪瓷、沥青等或镀上不易生锈的合金或牺牲阳极保护法。答案：(1)Fe2e=Fe2O22H2O4e=4OH(2)水、空气、电解质溶液和不活泼金属的存在(3)在表面涂上油漆、搪瓷、沥青等或镀上不易生锈的合金或牺牲阳极保护法(答出其中两种即可)1相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是()解析：选CA、B、C均形成原电池使铁腐蚀，而C中铁被均匀的铜镀层保护。2钢铁发

16、生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是()A2H2e=H2BFe22e=FeC2H2OO24e=4OH DFe3e=Fe2解析：选C钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上O2得电子结合H2O生成OH，电极反应为2H2OO24e=4OH。3下列叙述不正确的是()A铁表面镀锌，铁作阳极B船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀C钢铁吸氧腐蚀的正极反应：O22H2O4e=4OHD工业上电解饱和食盐水的阳极反应：2Cl2e=Cl2解析：选A阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应，在铁件表面镀锌，发生的反应为Zn22e=Zn，所以铁作阴极。4下列各种镀有金属保护层的铁板，镀层破损后在相同的环境中，铁板最易被腐蚀的是()

17、A镀锌铁(白铁)B镀锡铁(马口铁)C镀铜铁 D镀银铁解析：选D镀有金属保护层的铁板，在镀层破损时，与周围环境形成原电池。若活动性：铁镀层金属，则铁易被腐蚀，而且两种金属的活动性相差越大，铁越易被腐蚀，所以选D。5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：选A水中的钢闸门连接电源的负极，钢闸门为阴极，从而得以保护，A项正确；金属护栏表面涂漆的原理是隔绝金属护栏与空气接触，从而减缓金属护栏的腐蚀，B项错误；汽车底盘喷涂高分子膜的原理也是隔绝与空气的接触，C项错误；地下钢管连接镁块，形成了原电池，

18、属于牺牲阳极的阴极保护法，D项错误。6钢铁在锈蚀过程中，下列五种变化：铁由2价转化为3价；氧气被还原；产生氢气；氢氧化铁失水形成Fe2O3H2O；杂质碳被氧化。可能发生的是()A BC D解析：选C中性环境下，钢铁电化学腐蚀中，负极反应：Fe2e=Fe2，正极反应：2H2OO24e=4OH，总反应：2Fe2H2OO24e=2Fe(OH)2，Fe(OH)2被氧化：4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，Fe(OH)3失水变成Fe2O33H2O；酸性环境下，钢铁电化学腐蚀中，负极反应：Fe2e=Fe2，正极反应：2H2e=H2，总反应：Fe2H=2Fe2H2；钢铁锈蚀过程中，碳不参与反应。

19、7.缠有金属丝的铁钉插在含有酚酞的NaCl溶液中，如图所示，可以看到在贴近金属丝一边的溶液中出现粉红色。则该金属丝可能是()A镁 B铝C锌 D铜解析：选D金属丝一边溶液出现粉红色，说明金属丝附近产生OH，即正极反应式：2H2OO24e=4OH，因此金属丝活泼性比Fe差，则金属丝只能是铜。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

20、=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

21、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

22、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，F

23、e2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被氧化不能生成Fe3，则Fe3e=Fe3不能发生。2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MnH2O=M(OH)nH2B金属化学腐蚀的实质是Mne=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在潮湿的中性环境中，金属的电化学腐蚀主要是析氢腐蚀 解析：选B金属与接触的化学物质直接发生氧化还原反应的过程为化学腐蚀，金属失去的电子直接转移给氧化剂；金属的腐蚀以电化学腐蚀为主，在

24、中性或弱酸性环境中，主要发生吸氧腐蚀，电子由金属转移到不活泼的正极材料上被氧化剂得到。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如图所示装置中都盛有0.1 molL1的NaCl溶液，放置一定时间后，装置中的四块相同锌片，腐蚀速率由快到慢的正确顺序是()A BC D解析：选D为原电池，活泼金属Zn为负极，发生氧化反应，腐蚀速率比快，为电解池，

25、阳极金属相当于被强氧化剂氧化，故中的Zn被腐蚀的速率比中的Zn还快，相反，阴极金属相当于被强还原剂保护，从而不易被腐蚀，故中的Zn比中的Zn腐蚀还慢。故由快到慢的顺序是。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，

26、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结合下图判断，下列叙述正确的是()A和中正极均被保护B和中负极反应均是Fe2e=Fe2C和中正极反应均是O22H2O4e=4OHD.和中分别加入少量K3Fe(CN)6溶液，均有蓝色沉淀解析：选A两个装置均为原电池，负极都是活泼金属，根据原电池原理可知，原电池的正极金属受到保护，A项正确；中负极为活泼金属Zn，B项错误；中是酸性溶液，电极反应中不能有OH生成，C项错误；中无Fe2生成，不能生成铁氰化亚铁沉淀，D项错误。7下列与金属腐蚀有关的说

27、法正确的是()A图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重B图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小C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，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的解析：选B图a中，铁棒发生电化学腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻， 选项A错误；图b中开关置于M时，CuZn合金作负极，由M改置于N时，CuZn合金作正极，腐蚀速率减小，选项B正确；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，选项C错误；图d中ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由Zn的氧化反应引起的，选项D错误。8一定条件下，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。9.如右图所示，水槽中的试管内有一枚铁钉，放置数天观