第4章 第3节 金属的腐蚀与防护（讲义word）-【勤径学升】2024-2025学年高中化学选择性必修1同步练测（人教版2019）

第三节　金属的腐蚀与防护 学习目标 核心素养 1．了解金属腐蚀带来的危害，认识防止金属腐蚀的重要意义。 2．了解化学腐蚀和电化学腐蚀的含义，认识钢铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀发生的条件及原理，会书写电极反应式和总反应式。 3．知道常见的防止金属腐蚀的方法，并能解释其原理。 1．科学探究与创新意识：通过对金属腐蚀与防腐实验探究，激发探究化学问题的兴趣和动机，培养科学探究与创新意识。 2．科学态度与社会责任：关心金属腐蚀造成的巨大损失，增加关注国情的责任感和使命感，关注化学在生活中的应用，做到学以致用，形成节约资源，资源循环使用的可持续发展观念。 [对应学生用书第95页] 一、金属的腐蚀 1．金属腐蚀 概念 金属腐蚀是金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象 特征 金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能等方面就会发生变化 本质 金属腐蚀的本质是金属失电子变成阳离子，发生氧化反应 分类 化学 腐蚀 金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀 电化学 腐蚀 不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀 2.钢铁的电化学腐蚀 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 图形描述 条件 水膜呈酸性 水膜呈中性 或酸性很弱 电极反应 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 2Fe－4e－===2Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋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，但吸氧腐蚀更普遍 其他反应 铁锈的形成： 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O 3.钢铁生锈原理探究 实验装置 实验现象 实验结论 导管中水柱上升，铁钉表面有铁锈生成 装置中铁、碳和食盐水构成原电池，铁发生吸氧腐蚀 滴加CuSO4溶液的试管中生成气体速率加快 Zn与CuSO4反应生成的Cu与Zn、稀盐酸构成原电池，加快了反应速率 1．下列与金属腐蚀有关的说法中，不正确的是 (　　) A．钢铁在潮湿空气中生锈属于电化学腐蚀 B．电化学腐蚀一般可分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀 C．金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化的过程 D．铝具有较强的抗腐蚀能力，是因为其不易与氧气发生反应 答案　D 二、金属的防护 　金属的防护主要是从金属、与金属接触的物质_及两者反应的条件等方面来考虑的。 1．改变金属材料的组成 在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。 2．在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。 3．电化学保护法 电化学 防护 牺牲阳极法 外加电流法 依据 原电池原理 电解池原理 原理 被保护金属作正极(阴极)；活泼金属作负极(阳极)。阳极要定期予以更换 将被保护金属与电源的负极相连作阴极；另一附加电极与电源的正极相连作阳极 实例 示意图 4.其他金属防护的方法 例如：可以根据不同的设计条件选用不同的金属或非金属材料；也可以控制和改善环境介质因素(如选用缓蚀剂)等。 2．下列金属防腐的措施中，使用外加电流法的是(　　) 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 答案　A [对应学生用书第96页] 要点一　金属的腐蚀 1．发生金属腐蚀的原因是什么？ 提示：对金属腐蚀的原因应从内因和外因两个方面分析：(1)金属本身“不纯”，为形成原电池创造了“先天”条件；(2)长期将金属制品放置于潮湿或酸性较强的空气中，为金属腐蚀创造了“后天”环境。 2．如何判断金属的腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀？二者关系如何？ 提示：判断金属的腐蚀类型要从本质入手，化学腐蚀和电化学腐蚀的本质区别在于是否产生电流。腐蚀过程中有电流产生的为电化学腐蚀，否则为化学腐蚀。化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但多数属于电化学腐蚀。 1．金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的比较(以铁为例) 化学腐蚀 电化学腐蚀(主要) 定义 金属跟接触到的物质直接发生化学反应引起的腐蚀 不纯金属(或合金)接触到电解质溶液所发生的原电池反应，较活泼金属原子失去电子被氧化而引起的腐蚀 吸氧腐蚀(主要) 析氢腐蚀 条件 金属与氧化性物质直接接触 水膜中溶有O2，呈极弱酸性或中性(吸氧腐蚀)或水膜酸性较强(析氢腐蚀) 本质 金属被氧化生成金属离子 区别 无电流产生 有微弱电流产生 反应 式 2Fe＋3Cl2===2FeCl3 负极：Fe－2e－===Fe2＋ 正极： 2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 正极： 2H＋＋2e－ ===H2↑ 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；吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍 2.不同条件下金属腐蚀快慢的判断 条件 快慢顺序 腐蚀类 型不同 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(原电池原理的防护>电解原理的防护) 同种 金属 强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液 活泼性不同 的两金属 活泼性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快 同种电解 质溶液 电解质溶液浓度越大，腐蚀越快 [特别警示]　 (1)析氢腐蚀和吸氧腐蚀取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。 [例1]　(辽宁沈阳五校协作体高二期中)利用如图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，将装置密封放置一段时间。下列说法不正确的是(　　) A．a处生铁发生吸氧腐蚀，b处生铁发生析氢腐蚀 B．一段时间后，a处液面高于b处液面 C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小 D．a、b两处具有相同的负极反应式：Fe－2e－===Fe2＋ 解析　a处是中性溶液，所以生铁发生吸氧腐蚀，b处是酸性溶液，生铁发生析氢腐蚀，选项A正确。a处发生吸氧腐蚀，消耗O2导致气体压强减小，b处发生析氢腐蚀，生成氢气导致气体压强增大，装置内形成压强差，所以一段时间后，a处液面高于b处液面，选项B正确。a处发生吸氧腐蚀，铁失电子生成亚铁离子，氧气得电子生成氢氧根离子，所以a处溶液pH增大；b处发生析氢腐蚀，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，反应过程中消耗H＋，溶液的pH增大，选项C不正确。a、b两处的原电池中，铁都作负极，a、b两处具有相同的负极反应式：Fe－2e－===Fe2＋，选项D正确。 答案　C 1．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 B．图b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 C．图c中，接通开关时Zn的腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大 D．钢铁发生电化学腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋ 解析　浓硫酸有吸水性，铁钉处在干燥的环境中，不易被腐蚀，A项错误；高温条件下，煤气灶中金属因被氧气氧化而腐蚀，属于化学腐蚀，B项正确；图c中，Zn腐蚀速率增大，但Zn上无气体放出，C项错误；钢铁发生电化学腐蚀时，负极反应是Fe－2e－===Fe2＋ ，D项错误。 答案　B 要点二　金属的防护 深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根离子腐蚀，其电化学腐蚀原理如图所示。 (1)输送暖气的管道是否易发生此类腐蚀？ 提示：输送暖气的管道不易发生此类腐蚀，因为温度过高会使还原菌失活。 (2)可以采取哪些措施延缓管道的腐蚀？ 提示：可以在管道上刷油漆来延缓管道的腐蚀。 1．金属防护的方法 方法 举例 改变金属内部组成结构 不锈钢 在金属表面覆盖保护层 涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料 镀抗蚀金属——电镀、热镀、喷镀法 用化学方法使其表面形成一层致密氧化膜，金属的钝化 电化学保护法 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法 2.电化学防护法 (1)牺牲阳极法 ①原理：应用原电池原理； ②要求：被保护金属作正极，另一活泼性较强的金属作负极。 (2)外加电流法 [例2]　(北京房山区高二期末)下列铁制品防护的装置或方法中，不正确的是(　　) A．外加电流 B．牺牲阳极 C．表面镀铜 D．表面刷油漆 解析　A项，此为外加电流法，被保护金属钢制管桩应与电源负极相连，错误；镁比铁活泼，此为牺牲阳极法，B正确；铁上镀铜，铁质镀件接电源负极，铜接电源正极，硫酸铜作电镀液，C正确；表面刷漆可以隔绝空气，起到防护作用，D正确。 答案　A 2．如图是金属牺牲阳极法的实验装置，下列有关说法正确的是 (　　) A．该装置为电解池 B．本实验牺牲了金属Fe来保护金属Zn C．若加入K3[Fe(CN)6]溶液，Fe电极附近不会产生特征蓝色的沉淀 D．远洋货轮上镶嵌的金属Zn不需要更换 解析　该装置没有外接电源，所以是原电池而不是电解池，故A项错误；锌比铁活泼，失电子作负极，铁作正极，所以牺牲了锌保护了铁，故B项错误；铁被保护，所以溶液中不会产生亚铁离子，加入K3[Fe(CN)6]溶液后，Fe电极附近不会产生特征蓝色的沉淀，故C项正确；远洋货轮船底镶嵌锌块，其中锌与铁构成原电池，锌作负极，失电子发生氧化反应，锌被腐蚀，为保护货轮需定期更换，故D项错误。 答案　C [对应学生用书第98页] 1．下列说法正确的是 (　　) A．生产和生活中，化学腐蚀比电化学腐蚀普遍，危害更大 B．大多数金属腐蚀的原因是发生氧化还原反应 C．化学腐蚀的速度随着温度升高而加快 D．化学腐蚀和电化学腐蚀过程中都产生电流 解析　电化学腐蚀比化学腐蚀普遍，危害更大，A项错误；所有金属腐蚀的原因均为发生氧化还原反应，B项错误；温度升高，化学反应速率增大，C项正确；化学腐蚀过程中无电流产生，电化学腐蚀过程中有微弱电流产生，D项错误。 答案　C 2．(江西赣州高二联考)海底的天然气管道主要材料为钢，损坏的管道在海水中主要发生吸氧腐蚀。下列叙述错误的是(　　) A．吸氧腐蚀属于电化学腐蚀 B．改用生铁可以延长管道寿命 C．正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．O2浓度越大，吸氧腐蚀速率越大 解析　电化学腐蚀分吸氧腐蚀和析氢腐蚀，A项正确；生铁中的碳含量比钢高，更容易构成原电池使铁被腐蚀，B项错误；正极上O2得电子被还原，C项正确；根据反应速率的影响因素可知，O2浓度越大，吸氧腐蚀速率越大，D项正确。 答案　B 3．(河南安阳调研)家用的一种储水式电热水器的结构如图所示，其中a、b为水管口。下列说法正确的是(　　) A．电热水器通电时，可将少量的水电解 B．镁棒因提供电子而作阴极，保护了钢制外壳 C．镁棒因表面生成Mg(OH)2而使钢制外壳得到有效保护 D．电热水器可将电能转化为热能 解析　电热水器通电时，加热棒工作，电路不和水接触，不会电解水，A错误；较活泼的金属镁作负极，失去电子而被腐蚀，钢制外壳作正极得到保护，B错误；镁棒在负极被氧化为Mg2＋，正极上水电离出的H＋放电，OH－与Mg2＋在溶液中结合生成Mg(OH)2，C错误；电热水器是用电能加热，使水温升高，该过程电热水器能将电能转化为热能，D正确。 答案　D 4．某课外小组同学对不同条件下铁钉的锈蚀进行了实验。 实验 序号 ① ② ③ ④ 实验 内容 放置一周后观察。回答下列问题： (1)铁钉被腐蚀程度最大的是________(填实验序号)。 (2)实验③中主要发生的是____________(选填“化学腐蚀”或“电化学腐蚀”)。 (3)铁钉发生电化学腐蚀的负极反应式为________________________________。 (4)根据上述实验，你认为铁钉发生电化学腐蚀的条件是___________________。 (5)据资料显示，全世界每年因腐蚀而报废的金属材料相当于其年产量的20%以上。 为防止金属被腐蚀可采取的措施有____________(填序号)。 ①健身器材刷油漆 ②自行车钢圈镀铬 ③将钢管用导线与锌块连接 ④将钢管用导线与碳棒连接 ⑤将钢闸门与外接电源负极相连 解析　(1)①在干燥空气中难以腐蚀；②隔绝空气，也难以腐蚀；③④易发生电化学腐蚀，但④中电解质溶液离子浓度大，导电性强，电化学腐蚀速率更快。(2)③中蒸馏水能与铁钉中的铁和碳构成原电池，发生吸氧腐蚀。(3)反应中铁是负极，发生氧化反应，生成Fe2＋，即Fe－2e－===Fe2＋。(4)电化学腐蚀发生了原电池反应，原电池的形成条件包括：两个活泼性不同的电极、电解质溶液、闭合回路，故铁钉发生电化学腐蚀的条件为铁钉接触空气和电解质溶液(或铁钉与潮湿空气接触)。(5)①②为覆盖保护层的保护法，可以隔绝空气；③中金属锌比铁活泼，属于牺牲阳极法；④中加快了金属的腐蚀；⑤中钢闸门与外接电源负极相连，属于外加电流法，故①②③⑤可采取。 答案　(1)④　(2)电化学腐蚀　(3)Fe－2e－===Fe2＋ (4)铁钉接触空气和电解质溶液(铁钉与潮湿空气接触) (5)①②③⑤ 学科网（北京）股份有限公司 $$