专题1 第3单元 金属的腐蚀与防护(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中化学选择性必修1（苏教版2019）

第三单元　金属的腐蚀与防护 [学习目标]　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。 知识点一　金属的腐蚀 1．金属腐蚀 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 金属与接触到的物质直接反应 不纯的金属在潮湿的空气或电解质溶液中发生原电池反应 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.钢铁的电化学腐蚀 类别 项目　　 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 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 后续反应 最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O 联系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍 (1)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe2＋，而不是生成Fe3＋。 (2)因为通常情况下，金属表面不会遇到酸性较强的溶液，所以金属腐蚀的主要形式是电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，而且析氢腐蚀最终也会被吸氧腐蚀代替。 (3)金属活动性顺序中位于氢前和氢后的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有氢前的金属才可能发生析氢腐蚀。　 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．化学腐蚀与电化学腐蚀的区别与联系 类别 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 水膜中溶有O2，酸性很弱或呈中性 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 现象 无电流产生 有微弱电流产生 反应式 (以铁腐蚀为例) 2Fe＋3Cl2===2FeCl3 负极：2Fe－4e－===2Fe2＋ 正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 正极：4H＋＋4e－===2H2↑ 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.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，活泼性越强的金属腐蚀越快 同种电解质溶液 电解质溶液浓度越大，腐蚀越快 1．(2023·山师大附中检测)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正确；图c中，Zn腐蚀速率增大，但Zn上无气体放出，C错误；钢铁发生电化学腐蚀时，负极反应是Fe－2e－===Fe2＋，D错误。 答案　B 2．如图所示各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀，腐蚀的速率由快到慢的顺序为(　　) A．⑤②①③④　　　　 B．③②⑤④① C．⑤④③②① D．⑤②①④③ 解析　①中只有一种金属，所以不能构成原电池，正常被腐蚀；②符合原电池构成条件而构成原电池，铁易失电子而作负极，加速被腐蚀；③符合原电池构成条件而构成原电池，锌易失电子而作负极，铁作正极，所以铁被保护；④该装置是电解池，铁与电源负极相连而作阴极，被保护；⑤该装置是电解池，铁与电源正极相连而作阳极，加速被腐蚀，且腐蚀速率大于铁作负极；则铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是⑤②①③④。 答案　A 知识点二　金属的防护方法 1．金属的防护原理 金属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，应从金属腐蚀的化学反应原理、腐蚀的类型等方面来确定金属防护的具体方法。 2．金属防护的方法 (1)改变金属的内部组织结构 如把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢，就大大增强了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。 (2)在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖致密的保护层，从而使金属制品与周围物质(外界空气、水、电解质溶液等)隔离，这是一种被普遍采用的防护方法。 ①非金属保护层：如喷油漆、涂油脂。 ②金属保护层：如铁制品上镀铜、锌等。 (3)电化学防护法 ①牺牲阳极的阴极保护法 原理：原电池原理。 要求：活泼性强的金属作负极，被保护金属作正极。 ②外加电流的阴极保护法 原理：电解池原理。 要求：被保护的金属与外接电源负极相连作阴极。 1．防止金属的腐蚀是世界级难题，每年全世界钢产量的四分之一因腐蚀而损失。 (1)为降低某水库铁闸门的腐蚀速率，可以采用图甲方案，焊接在铁闸门上的固体材料R采用什么金属？ (2)图乙所示方案也可降低铁闸门的腐蚀速率，铁闸门应连接直流电源的什么极，这属于哪种防护方法？ (3)上述两种保护方法的原理有何不同？ 提示　(1)R活泼性应比铁强且能稳定存在于水溶液中，通常选锌。 (2)铁闸门接电源负极，这是外加电流的阴极保护法。 (3)甲是在被保护设备上装上比它更活泼的金属，被保护金属作原电池的正极，称为牺牲阳极的阴极保护法。乙是被保护设备与电源的负极相连接，作电解池的阴极，称为外加电流的阴极保护法。 2．在钢铁的表面镀锌属于金属的电化学保护法吗？ 提示　不是。电镀虽然是应用电解原理，但对金属的防护来说是在金属的表面增加了保护层，属于涂覆盖层保护法，不属于电化学保护法。 3．马口铁(镀锡铁板)的镀层遭到破坏后，是否还能起到保护铁的作用？白铁皮(镀锌铁板)呢？ 提示　马口铁的镀层遭到破坏后，由于镀层金属锡的活泼性比铁弱，当发生电化学腐蚀时，铁将作原电池的负极，会加速金属铁的腐蚀，不能起到保护铁的作用。白铁皮的镀层遭到破坏后，因为镀层金属锌的活泼性比铁强，因此当发生电化学腐蚀时，铁将作原电池的正极，会被保护，可以起到保护铁的作用。 4．不锈钢是采用什么方法来防止金属腐蚀的？ 提示　冶炼钢铁时向其中加入一些其他元素，制成合金，是通过改变金属的内部结构来防止金属腐蚀的。 1．金属的防护措施 2．电化学防护法 (1)牺牲阳极的阴极保护法 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)外加电流的阴极保护法 1．如图是金属牺牲阳极的阴极保护法的实验装置，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的蓝色沉淀 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，A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，B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，C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，D错误。 答案　C 2．(2023·莆田期中)研究金属桥墩腐蚀及防护是跨海建桥的重要课题。下列判断中正确的是(　　) A．用装置①模拟研究时未见a上有气泡产生，说明铁棒没有被腐蚀 B．②中桥墩与外加电源正极连接能确保桥墩不被腐蚀 C．③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩 D．①②③中海水均是实现化学能与电能相互转化的电解质 解析　①是吸氧腐蚀，a极是氧气得电子生成OH－，而铁是负极，发生氧化反应生成亚铁离子，铁被腐蚀，A错误；金属作电解池的阴极被保护，而钢铁桥墩与电源正极相连，作阳极，发生氧化反应，被腐蚀，B错误；锌比铁活泼，所以锌失电子，③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩，C正确；海水是混合物，不是化合物，既不是电解质，也不是非电解质，D错误。 答案　C 1．铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列说法中不正确的是(　　) A．正极的电极反应：2H＋＋2e－===H2↑ B．此过程中还涉及的反应： 4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3 C．此过程中铜不被腐蚀 D．此过程中电子从Fe流向Cu 解析　铁铆钉发生吸氧腐蚀时，负极的电极反应为2Fe－4e－===2Fe2＋，正极的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，总反应为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2；生成的Fe(OH)2继续被氧化，发生反应4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水形成铁锈。 答案　A 2．下图是家庭燃气灶的部件说明图，下列说法正确的是(　　) A．炉头容易生锈，主要是高温下铁发生电化学腐蚀 B．外壳是铝合金材料，不易锈蚀是因为铝不活泼 C．锅支架生锈的主要原因是经常沾上盐水，铁发生化学腐蚀 D．灶脚由螺钉和外层电木(一种耐高温塑料)组成，电木起到了防止金属腐蚀的作用 解析　燃气灶的中心部位容易生锈，主要是高温下铁发生化学腐蚀，不是电化学腐蚀，故A错误；铝合金材料，不易锈蚀是因为铝表面形成致密的氧化膜，故B错误；锅支架生锈的主要原因是经常沾上盐水，发生电化学腐蚀，故C错误；外层电木保护了内层的螺钉，起到了防止金属腐蚀的作用，故D正确。 答案　D 3．如下图所示装置中都盛有0.1 mol/L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．③①④② 　　　　　 B．①②④③ C．①②③④ D．②①④③ 解析　由电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有电解池防护措施的腐蚀可知，腐蚀速率由快到慢的顺序是②①④③。 答案　D 4．为使埋在地下的钢管不被腐蚀，所采取的下列措施错误的是(　　) A．在钢管外填埋干燥土壤，避开电解质溶液 B．在钢管外镀上一层锌皮，此锌皮会作负极 C．将钢管连接在直流电源的负极上，作阴极 D．在钢管外涂上油漆、沥青等使与土壤隔绝 解析　土壤对材料的腐蚀主要源于土壤中的水、氧气和一些电解质，在钢管外填埋干燥土壤，避开电解质溶液，此措施并不能防止钢管被腐蚀，A错误；与锌皮相连，锌比铁活泼，为原电池的负极，失电子被腐蚀，钢管作正极被保护，B正确；外加电流的阴极保护法：把金属连接在电源的负极上，这样就能消除引起金属腐蚀的原电池反应，C正确；在钢管外涂上油漆、沥青等使与土壤隔绝，防止腐蚀，D正确。 答案　A 5．如图所示，a为生铁，A、B两个烧杯中为海水，C烧杯中为1 mol·L－1的稀硫酸。 (1)C中Cu极的电极反应式为________________________________________________。 (2)B中Zn极的电极反应式为________________________________________________。 Fe极附近溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)A、B、C中铁被腐蚀的速率最快的是________。 解析　(1)装置C中，Cu、Fe、稀H2SO4构成原电池，其中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。(2)装置B中，Zn、Fe、海水构成原电池，其中负极(Zn)反应式为Zn－2e－===Zn2＋，正极(Fe)反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故Fe极附近c(OH－)增大，pH增大。(3)C中铁作原电池的负极，腐蚀速率加快；B中铁作原电池的正极，被保护；经比较，铁被腐蚀的快慢顺序为C>A>B。 答案　(1)2H＋＋2e－===H2↑ (2)Zn－2e－===Zn2＋　增大　(3)C 学科网（北京）股份有限公司 $$