专题1 第3单元 金属的腐蚀与防护-【金版教程】2025-2026学年高中化学选择性必修1创新导学案全书Word（苏教版2019）

化学 选择性必修1 SJ 第三单元　金属的腐蚀与防护 1.能从电化学角度解释金属腐蚀现象。2.能结合实例提出金属防护的常用方法。3.能利用金属腐蚀原理思考生产和生活中的有关问题，设计解决问题的合理方案。 一、金属的电化学腐蚀 1．金属腐蚀 (1)概念：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。其本质为金属原子失去电子被氧化的过程。 (2)分类 ①化学腐蚀：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。 ②电化学腐蚀：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。钢铁在潮湿的空气中生锈就是最典型的电化学腐蚀。在日常生活中，电化学腐蚀现象比化学腐蚀现象严重得多。 2．钢铁的电化学腐蚀 (1)吸氧腐蚀 通常情况下，在潮湿的空气中，钢铁表面凝结了一层溶解有氧气的水膜，它与钢铁中的碳和铁形成了原电池。这些微小的原电池遍布钢铁的表面。在这些原电池中，铁是负极，碳是正极，在两电极分别发生氧化反应、还原反应而导致钢铁腐蚀。由于上述电化学腐蚀过程中吸收氧气，因此称为吸氧腐蚀。 相应的电极反应式分别为 负极：2Fe－4e－===2Fe2＋(氧化反应) 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(还原反应) 总反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 (2)析氢腐蚀 当钢铁表面水膜的酸性较强，正极析出氢气发生“析氢腐蚀”。 发生的电极反应式分别为 负极：Fe－2e－===Fe2＋(氧化反应) 正极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应) 总反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ (3)铁锈的生成 吸氧腐蚀中生成的Fe(OH)2会进一步被O2氧化成Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水生成铁锈Fe2O3·nH2O。 析氢腐蚀中，随着H2的析出，水膜的pH上升，Fe2＋与OH－结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2继续与空气中的O2作用，生成Fe(OH)3，进而形成铁锈。 二、金属的电化学防护 1．电化学保护法 (1)牺牲阳极的阴极保护法 利用原电池原理，被保护金属作阴(正)极，比被保护金属更活泼的金属作阳(负)极。此方法常用于保护海轮外壳及石油管道等。 (2)外加电流的阴极保护法 利用电解原理，外加直流电源，被保护的钢铁设备作阴极，惰性电极作阳极。此方法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。 2．其他保护法 (1)在金属表面覆盖保护层：如在钢铁表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等，使钢铁与空气、水隔绝，以达到防止钢铁锈蚀的目的。 (2)改变金属的组成或结构：如把铬、镍等金属加入普通钢里制成耐腐蚀的合金。 3．金属腐蚀原理的应用 印刷电路的制作、电化学刻蚀、等离子刻蚀、防腐等，以及生活中常用的“暖宝宝”是利用吸氧腐蚀的原理制造的。 　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)钢铁的腐蚀以吸氧腐蚀为主。(　　) (3)铜在酸性条件也可以发生析氢腐蚀。(　　) (4)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更易生锈。(　　) (5)牺牲阳极的阴极保护法利用的是电解池原理。(　　) (6)在铁制品表面镀锌，是为了防止铁制品的腐蚀，而且镀层有损坏，仍可对铁制品起到保护作用。(　　) (7)铁制品涂油脂、喷油漆是为了隔绝铁与氧气、水的接触，起到保护铁制品的作用。(　　) (8)铁闸门可与外加电源的正极相连，起到保护作用。(　　) 答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√　(7)√　(8)× 知识点一　金属的电化学腐蚀 1．化学腐蚀和电化学腐蚀的比较 化学腐蚀 电化学腐蚀 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 定义 金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应引起的腐蚀 不纯金属(或合金)跟接触到的电解质溶液发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀 条件 金属与物质直接接触 水膜中溶有O2，呈弱酸性、中性或碱性 水膜酸性较强 本质 金属被氧化 较活泼的金属被氧化 区别 不产生电流 有微弱的电流产生 联系 两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更大 2．不同条件下金属腐蚀快慢的判断方法 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(有原电池原理防护的腐蚀>有电解原理防护的腐蚀) 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 一般地，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快 1．某课外小组学生研究金属腐蚀的条件和速率，用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中，再放在玻璃钟罩里保存相同的一段时间，下列对实验结束时的现象描述不正确的是(　　) A．装置Ⅰ左侧的液面一定会下降 B．装置Ⅰ的左侧液面比装置Ⅱ的左侧液面低 C．装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重 D．装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀 答案：B 2．相同材质的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是(　　) 答案：C 知识点二　金属的电化学防护 1．金属的电化学保护法 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法 依据 原电池原理 电解原理 原理 形成原电池时，被保护的金属作正极；更活泼的金属作负极参加反应 被保护的金属与电源的负极相连，充当阴极；另一惰性材料与电源的正极相连，充当阳极 应用 保护一些钢铁设备，如锅炉内壁、船体外壳等装有镁合金或锌片 保护土壤、海水及河水中的金属设备 图示 2.金属防护的基本思路主要有：防止金属与氧化剂直接接触；防止金属表面形成电解质溶液层；改变金属的内部组成或结构。 3．下列有关金属的腐蚀与防护，说法正确的是(　　) A．在钢铁表面进行发蓝处理，生成四氧化三铁薄膜保护金属 B．当镀锡铁和镀锌铁镀层破损时，后者更易被腐蚀 C．铁与电源正极连接可实现电化学保护 D．阳极氧化处理铝制品生成致密的保护膜属于电化学保护法 答案：A 4.支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(　　) A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 答案：C 本课总结 自我反思：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 随堂提升 1．下列有关金属腐蚀的说法中正确的是(　　) A．金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程 B．电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程 C．钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈 D．金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化学腐蚀伴有电流产生 答案：D 2．金属腐蚀造成的损失约占国民生产总值的2%～4%。下列有关说法错误的是(　　) A．改变金属的结构，可将金属制成防腐的合金 B．喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化是金属防护的物理方法 C．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿与金属的电化学防护有关 D．将钢闸门连接直流电源的负极可以起到防护作用 答案：B 3．下列事实中，主要是吸氧腐蚀引起的是(　　) A．煤气灶炉头生锈 B．装浓硝酸的铁桶内部变黑 C．纯银手链长时间佩戴后变黑 D．炒完菜的铸铁锅长时间用水浸泡导致生锈 答案：D 4．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，石墨上电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．d为锌块，铁片不易被腐蚀 D．d为锌块，铁片上电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ 答案：D 5．钢铁很容易被腐蚀而生锈，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的1/4。 (1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，写出该腐蚀过程中的电极反应式。 负极：________________________；正极：________________________。 (2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用如图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________(填字母)。 A．铜 B．钠 C．锌 D．石墨 这时作为正极的铁就能不被腐蚀而得到保护，此法称为________________保护法。 (3)图乙所示的方案也可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。在这个系统中使铁闸门被迫成为____极而受到保护，此法称为____________________保护法。 答案：(1)Fe－2e－===Fe2＋　O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)C　牺牲阳极的阴极　 (3)负　阴　外加电流的阴极 课时作业 一、选择题(每小题只有一个选项符合题意) 1．2020年5月5日，广东省东莞虎门大桥出现桥面抖动现象，专家对桥墩的主体钢筋进行了全面检测，并确定了其安全性。以下说法不正确的是(　　) A．桥墩钢筋容易发生析氢腐蚀 B．在海面与空气交界处的钢铁铁锈最多 C．可以在桥墩钢铁上嵌附锌片，减慢其腐蚀速率 D．将桥墩钢铁与外接电源负极相连的方法，称为外加电流的阴极保护法 答案：A 2．我国有着丰富的海风资源，在海水中建立风电设备，防腐蚀是一个突出问题。下列说法正确的是(　　) A．钢铁构件表面的镀铜破损后依然会保护内部钢铁不被腐蚀 B．可将钢铁构件与电源负极连接减缓腐蚀发生 C．钢铁发生吸氧腐蚀时负极发生的反应为Fe－3e－===Fe3＋ D．海水中发生化学腐蚀的速率大于电化学腐蚀速率 答案：B 3．下列防止金属腐蚀的做法不可行的是(　　) A．在某些工具的机械转动部位刷油漆 B．衣架和电线外面包上一层塑料层 C．在钢材制造的大型船舶上装上一定数量的锌块 D．自行车的钢圈和车铃上镀上一层铬，既耐腐蚀又美观耐磨 答案：A 解析：在某些工具的机械转动部位刷油漆，能隔绝空气和水，但转动部位的漆易脱落，应该涂油，故A不可行。 4．出土的锡青铜(铜锡合金)文物常有Cu2 (OH)3Cl覆盖在其表面。下列说法不正确的是(　　) A．锡青铜的熔点比纯铜低 B．在自然环境中，锡青铜中的锡可对铜起保护作用 C．锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快 D．生成Cu2(OH)3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程 答案：D 解析：电化学腐蚀的过程中发生原电池反应，属于化学反应，D错误。 5．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是(　　) A．图甲中，插入海水中的锌棒，越靠近底端腐蚀越严重 B．图乙中，插入溶液中的铁棒溶解，主要是发生析氢腐蚀 C．图丙中，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 D．图丁中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极 答案：C 解析：水面附近的锌容易腐蚀，因为既有水，又有空气，A错误；铁作阴极受保护，不容易腐蚀，B错误；高温下铁被氧化，C正确；镁块相当于原电池的负极，D错误。 6.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 7．硫酸铜参比电极具有电位稳定的优点，在工业上可用于监测土壤环境中钢质管道的电位，进而判断钢质管道的腐蚀情况，电化学原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．钢质管道在潮湿土壤中主要发生电化学腐蚀 B．铜棒为正极，发生还原反应 C．负极的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋ D．测量前后参比电极中CuSO4溶液的浓度不变 答案：C 8．下列关于铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀(如图所示)的说法中，不正确的是(　　) A．正极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ B．此过程中还涉及反应4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3 C．此过程中铜并不被腐蚀 D．此过程中电子从Fe移向Cu 答案：A 解析：铁铆钉发生吸氧腐蚀时，负极为铁，反应式为2Fe－4e－===2Fe2＋，正极为铜，反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，A错误。 9．表面皿中都装有混合了饱和食盐水、酚酞和铁氰化钾溶液的琼脂，分别将缠有铜丝的铁钉(图A)和缠有锌皮的铁钉(图B)放置其中，如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．图B中铁钉受锌皮保护，为牺牲阳极的阴极保护法 B．图B中铁钉上的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ C．离子在半凝固态的琼脂内可定向移动 D．图A中，会出现蓝、红、蓝三个色块 答案：B 解析：图B中，锌比铁活泼，Zn失去电子为负极，以保护铁钉不被腐蚀，A正确；图B中，铁钉作正极，在中性溶液中反应，故铁钉上的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，B错误；因为形成了原电池，所以离子可定向移动，C正确；图A中铁比铜活泼，故铁钉作负极，发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋遇铁氰化钾溶液显蓝色，铜为正极，O2得电子生成OH－，铜丝附近呈红色，由于铜丝裹在铁钉的中部，故会出现蓝、红、蓝三个色块，D正确。 10．将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)变暗，在液滴外沿形成棕色环(b)，如图所示。下列说法正确的是(　　) A．铁片发生还原反应而被腐蚀 B．液滴边缘是负极区，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋ C．铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域 D．出现该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少 答案：D 解析：氯化钠溶液滴到一块光亮清洁的铁板表面上，铁在氯化钠溶液中发生吸氧腐蚀，由于液滴之下氧气含量比边缘处少，铁作负极发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，液滴边缘是正极，氧气在正极得到电子，发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，亚铁离子与氢氧根离子反应生成的氢氧化亚铁极易被氧化为氢氧化铁，氢氧化铁脱水形成了棕色铁锈环(b)，铁片腐蚀过程发生的总化学方程式为4Fe＋nH2O＋3O2===2Fe2O3·nH2O。由上述分析可知，A、B错误；铁片腐蚀最严重的区域不是生锈最多的区域，而是液滴覆盖的圆圈中心区，C错误。 11．(浙江1月选考)破损的镀锌铁皮在氨水中发生电化学腐蚀，生成[Zn(NH3)4]2＋和H2，下列说法不正确的是(　　) A．氨水浓度越大，腐蚀趋势越大 B．随着腐蚀的进行，溶液的pH变大 C．铁电极上发生的电极反应式为2NH3＋2e－===H2↑＋2NH D．每生成标准状况下224 mL H2，消耗0.010 mol Zn 答案：C 解析：Zn比Fe活泼，在氨水中二者可形成原电池，电化学腐蚀的总反应方程式为Zn＋4NH3·H2O===[Zn(NH3)4]2＋＋H2↑＋2H2O＋2OH－，氨水浓度越大，生成[Zn(NH3)4]2＋的速率越快，腐蚀趋势越大，A正确；总反应方程式中有OH－生成，故溶液pH变大，B正确；Zn生成[Zn(NH3)4]2＋，发生氧化反应，作负极，则Fe作正极，正极上水解离出来的H＋得电子生成氢气，结合电解液为氨水知Fe电极上发生的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C错误；根据总反应方程式，可得关系式：H2～Zn，故每生成标准状况下224 mL(0.010 mol)H2，消耗0.010 mol Zn，D正确。 二、非选择题 12．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________________。 (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)。 答案：(1)乙　乙>甲>丙　(2)高　 (3)2H2O＋O2＋4e－===4OH－　 (4)将金属放在油脂或有机溶剂中 解析：Fe粉、C粉、食盐水构成原电池，发生吸氧腐蚀，故乙中液面最高；甲中含少量碳的Fe粉也能发生吸氧腐蚀，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、炭粉不能形成原电池，Fe受到保护，故可把钢铁放在油脂或有机溶剂中进行保护。 13 学科网（北京）股份有限公司 $$