第1章 第4节 金属的腐蚀与防护（Word教参）-【步步高】2024-2025学年高二化学选择性必修1学习笔记（鲁科版 京粤闽皖豫宁陕）

本高中化学讲义聚焦金属的腐蚀与防护核心知识点，从金属腐蚀的现象及危害入手，梳理化学腐蚀与电化学腐蚀的分类及差异，重点解析电化学腐蚀中吸氧腐蚀与析氢腐蚀的原理，进而阐述防护方法及实际应用，构建“现象-本质-防护-应用”的完整学习支架。 资料通过对比表格明晰化学与电化学腐蚀、吸氧与析氢腐蚀的异同，培养科学思维，结合暖贴制作、铁闸腐蚀等生活实例渗透科学探究与实践。课中辅助教师突破重难点，课后通过判断题、应用题帮助学生巩固知识，查漏补缺。

第4节　金属的腐蚀与防护 [核心素养发展目标]　1.了解金属腐蚀的现象及危害。2.知道金属腐蚀的类型和本质及金属发生电化学腐蚀的条件，能解释金属发生电化学腐蚀的原因。3.掌握防止金属腐蚀的措施及原理。 一、金属电化学腐蚀的原理 1．金属腐蚀现象及危害 金属腐蚀现象普遍存在，每年因金属腐蚀造成的经济损失远远超过因自然灾害和各类事故造成的经济损失的总和。 2．金属腐蚀与分类 3．化学腐蚀和电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与非金属等直接接触 不纯金属或合金与电解质溶液接触形成原电池 结果 金属被氧化 较活泼金属被氧化 实质 M－ne－===Mn＋ 关系 ①化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生； ②电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大 4.金属电化学腐蚀的类型与反应原理 以钢铁的腐蚀为例 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 示意图 条件 水膜酸性很弱或呈中性 水膜酸性较强 离子导体 潮湿的空气或电解质溶液 负极 反应物均为铁，电极反应：Fe－2e－===Fe2＋ 正极 反应物：空气中的氧气 电极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 反应物：H＋ 电极反应：2H＋＋2e－===H2↑ 总反应 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 联系 通常两种腐蚀同时存在，但前者更普遍 (1)无论化学腐蚀还是电化学腐蚀，金属的腐蚀都是金属失电子被氧化的过程(　　) (2)因为CO2普遍存在，所以钢铁腐蚀以析氢腐蚀为主(　　) (3)铜在酸性条件下也可以发生析氢腐蚀(　　) (4)纯铁不易被腐蚀，生铁易被腐蚀，是因为生铁中含碳，能形成原电池发生电化学腐蚀(　　) (5)铁的电化学腐蚀的负极反应为Fe－3e－===Fe3＋(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)× 1.如图装置中，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。 (1)导管内液面下降时，发生____________(填“析氢腐蚀”或“吸氧腐蚀”，下同)。 (2)红墨水回升时，发生____________，此时正极反应式为________________________。 (3)析氢腐蚀时消耗________(填“H＋”或“OH－”，下同)，吸氧腐蚀时产生________，具支试管中溶液pH逐渐________(填“增大”或“减小”)。 答案　(1)析氢腐蚀　(2)吸氧腐蚀　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　(3)H＋　OH－　增大 2．在一块抛光、干净的钢片上滴上一滴含有少量酚酞和铁氰化钾{K3[Fe(CN)6]}的饱和食盐水，几分钟后，液滴中心部分主要呈现蓝色，液滴边缘为一红色圆环，而在两者之间有一棕褐色环。已知：Fe2＋与K3[Fe(CN)6]溶液(黄色)反应生成KFe[Fe(CN)6]沉淀(带有特征蓝色)。这是一种检验溶液中Fe2＋的常用方法。如图所示： 思考下列问题： (1)液滴中心出现蓝色的原因：______________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)液滴边缘为一红色圆环的原因：____________________________。 (3)棕褐色环的主要成分为铁锈，用化学用语表示产生铁锈的过程：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)液滴中心氧气的浓度小，为负极，发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，然后发生反应：Fe2＋ ＋K＋＋[Fe(CN)6]3－ ===KFe[Fe(CN)6]↓(蓝色沉淀) (2)液滴边缘氧气的浓度较大，为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，使酚酞变红 (3)中心区(负极)产生的Fe2＋向边缘(正极)移动，发生如下一系列变化： Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 2Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O(铁锈)＋(3－n)H2O 二、金属腐蚀的防护 1．防护本质 阻止金属发生氧化反应。 2．防护方法 (1)在金属表面覆盖保护层，涂耐腐蚀物质，如涂油漆等。 (2)改变金属内部组成、结构等，如制成不锈钢。 (3)电化学防护方法 电化学防护 牺牲阳极保护法 阴极电保护法 原理 原电池原理 电解池原理 措施 被保护的金属作正极，以一种活动性较强的金属作负极 被保护的金属作阴极，惰性电极作辅助阳极，连接直流电源 应用 如锅炉内壁、船舶外壳、铁塔、铁管道装上若干锌块，可保护钢铁设备 如钢闸门、输送酸性溶液的铁管道等 示意图 联系 被保护的金属都因为电子的流入而免遭腐蚀 (1)在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阴极保护法(　　) (2)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更易生锈(　　) (3)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(　　) (4)给铁件通入直流电，把铁件与电池负极相连接以防止铁腐蚀(　　) (5)用电镀的方法，在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锡、铬、镍等，能够减缓金属的腐蚀(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√ 1．如图所示的各容器中均盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是________________________________________________________________________。 答案　④>②>①>③ 2．利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。 (1)若X为铜，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________处，铁棒上发生的电极反应为______________________________________，该种防护方法称为________。 (2)若X为锌棒，开关K置于M处，铁棒上的电极反应为__________________________， 该电化学防护法称为______________。 答案　(1)N　2H＋＋2e－===H2↑　阴极电保护法 (2)O2＋4e－＋2H2O===4OH－　牺牲阳极保护法 金属腐蚀快慢的判断方法 (1)在同一电解质溶液中，同一种金属腐蚀由快到慢的顺序为电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极>电解池的阴极。 (2)同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液。 (3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。 (4)金属活动性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快。 三、电化学腐蚀原理的应用 (一)制作暖贴 1．市场上出售的“热敷袋”其主要成分是铁屑、石墨粉、木屑、少量氯化钠和水等。热敷袋启用之前用塑料袋密封，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。请回答下列问题： (1)热敷袋放出的热量是利用了铁发生__________反应放出的热量。 (2)加入氯化钠的主要作用是________________________________________________。 (3)有关的电极反应式：负极：__________________，正极：____________________。 (4)试用化学方程式表明上述变化过程：______________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)原电池 (2)NaCl溶于水，形成电解质溶液 (3)Fe－2e－===Fe2＋　2H2O＋O2＋4e－===4OH－ (4)O2＋2Fe＋2H2O===2Fe(OH)2，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O 解析　电解质溶液是中性的，并且具备形成原电池的条件，结合铁锈的存在，可以确定铁发生了吸氧腐蚀。 (二)利用微电解技术处理废水 2．(2023·山东枣庄高二期末)利用烧结的铁碳混合材料可除去废水中的污染物，在有、无溶解氧的情况下均可在溶液中生成絮凝剂，某种环境下其作用原理图示如下： 请回答： (1)图中C电极上的电极反应式是________。 (2)下列叙述正确的是________(填字母)。 A．铁电极为正极，碳电极为负极 B．经过加热烧结的铁碳混合物表面空隙发达，吸附能力大幅提高，有利于除污 C．如图所示，碳电极上的反应环境为无溶解氧环境 D．铁碳混合材料工作过程中电子从铁电极流出，被絮凝剂运输至碳电极表面 答案　(1)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　(2)BC 3．铊(Tl)的价态分析及处理方法是环境保护研究的重点课题。 (1)三价铊各物种[Tl3＋、Tl(OH)2＋、Tl(OH)、Tl(OH)3、Tl(OH)]分布分数(平衡时某物种的物质的量占各物种的总物质的量之和的分数)与pH的关系如图所示。当pH＝1.5时，溶液中浓度最大的含铊物种是__________(填化学式)。 (2)铁盐、铁碳混合物可作为去除废水中Tl＋和Tl3＋的吸附剂。铁碳混合物去除铊的原理是__________。若铁碳混合物中添加少量铝粉，铊的去除速率明显加快，其可能原因是__________。 答案　(1)Tl(OH)　(2)铁碳微电池中铁失去电子变成Fe2＋，Fe2＋进一步被氧化生成Fe3＋，Fe3＋水解形成Fe(OH)3胶体　铝较铁更易失电子(或形成胶体的速率更快) (选择题1～11题，每小题7分，共77分) 题组一　金属的腐蚀及分类 1．下列关于金属腐蚀的叙述正确的是(　　) A．金属被腐蚀的本质：2xM＋yO2===2MxOy B．马口铁(镀锡铁)镀层破损后，首先是镀层被氧化 C．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀 D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀 答案　C 解析　金属腐蚀的本质是金属原子失电子，发生氧化反应：M－ne－===Mn＋，A错误；马口铁的镀层破损后，Sn、Fe形成原电池，发生电化学腐蚀，铁先被腐蚀，B错误；常温下，空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，C正确、D错误。 2．下列有关金属腐蚀的说法正确的是(　　) 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 解析　电化学腐蚀指不纯金属与电解质溶液接触时形成原电池而损耗的过程，不需要外加电流，A、B错误；钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，正极吸收氧气，C错误。 题组二　生活中的腐蚀现象及原因解释 3．市场上某种一次性保暖贴是利用金属电化学腐蚀原理制作的，主要成分为铁粉、水、食盐、活性炭、蛭石等，其中，活性炭是电极材料之一，食盐水为电解质溶液。下列有关保暖贴的说法错误的是(　　) A．该保暖贴中铁作负极，发生的电极反应是Fe－2e－===Fe2＋ B．活性炭作正极，发生的电极反应是O2＋4e－＋2H2O===4OH－ C．该一次性保暖贴放出的热量是氧气与铁粉发生氧化反应时产生的 D．保暖贴使用前要密封保存，使之与空气隔绝 答案　C 解析　该保暖贴中，发生铁的吸氧腐蚀，铁作负极，电极反应是Fe－2e－===Fe2＋，A项正确；活性炭作正极，氧气得电子，发生还原反应，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，B项正确；铁粉与氧气通过无数个微小的原电池发生氧化还原反应，放出大量的热，C项错误。 4．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 解析　A项，食醋提供电解质溶液环境，铁勺和铜盆是相互接触的两个金属电极，形成原电池，铁是活泼金属，作负极；B项，食盐水提供电解质溶液环境，铁炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成的条件，铁是活泼金属，作负极，碳作正极；D项，酸雨提供电解质溶液环境，铁钉和铜板分别作负、正极，形成原电池；在上述三种情况中，都是铁作负极，铁容易被腐蚀；C项，铜镀层均匀地将铁球覆盖，使铁被保护，所以铁不易被腐蚀。 5．生活中处处有化学，下列有关说法正确的是(　　) Ⅰ Ⅱ 现象 切过咸菜的刀不及时清洗，不久便会因被腐蚀而出现锈斑 深埋在潮湿土壤中的供水铁管道，在硫酸盐还原菌作用下出现漏水 原理图 A．Ⅰ和Ⅱ发生的都是吸氧腐蚀 B．Ⅰ和Ⅱ中Fe都为负极，电极反应式是Fe－3e－===Fe3＋ C．输送暖气的铁管道极易发生Ⅱ中的腐蚀 D．Ⅰ中锈斑的主要成分是Fe2O3·nH2O 答案　D 解析　由图可知，Ⅱ中还原菌作用下SO在正极得到电子发生还原反应生成HS－，没有氧气参与正极放电，所以Ⅱ发生的不是吸氧腐蚀，故A错误；由图可知，Ⅰ和Ⅱ中铁都为负极，铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，故B错误；输送暖气的铁管道不易发生Ⅱ中的腐蚀，因为温度过高会使硫酸盐还原菌失活，故C错误；由图可知，Ⅰ中发生的是吸氧腐蚀，锈斑的主要成分是Fe2O3·nH2O，故D正确。 6．糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是(　　) A．脱氧过程是吸热反应，可降低温度，延长糕点保质期 B．脱氧过程中铁作原电池正极，电极反应：Fe－3e－===Fe3＋ C．脱氧过程中碳作原电池正极，电极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－ D．含有1.12 g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气672 mL(标准状况) 答案　C 解析　n(Fe)＝0.02 mol，负极电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋，生成的Fe2＋与正极生成的OH－结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3，所以0.02 mol Fe最终失去0.06 mol电子，消耗n(O2)＝＝0.015 mol，即336 mL O2(标准状况)，D错误。 题组三　金属腐蚀的防护 7．某城市为了减少钢管因锈蚀而造成的损失，拟用如图所示方法保护埋在酸性土壤中的钢管。下列有关说法正确的是(　　) A．在潮湿的酸性土壤中钢管主要发生吸氧腐蚀 B．在潮湿的酸性土壤中金属棒M中的电子通过导线流向钢管 C．在潮湿的酸性土壤中H＋向金属棒M移动，抑制H＋与铁的反应 D．钢管与金属棒M也可用导线分别连接直流电源的正、负极 答案　B 解析　在酸性环境下，钢管主要发生析氢腐蚀，A项错误；金属棒M、钢管在酸性土壤中形成原电池，其中金属棒M作负极，失去电子，失去的电子通过导线流向钢管，钢管作正极被保护，B项正确；在潮湿的酸性土壤中，存在大量H＋，H＋移到正极上得电子被还原，即移动到钢管上得电子，C项错误；若钢管与金属棒M用导线分别连接直流电源的正、负极，则钢管作阳极，腐蚀速率加快，D项错误。 8．浓硫酸贮存罐的钝化金属保护法示意图如图，其原理是利用可钝化的金属与直流电源相连，控制合适的电压，使金属贮存罐表面形成致密的钝化膜，以有效减缓金属腐蚀。下列说法错误的是(　　) A．金属贮存罐可用钢制材料 B．电子沿导线流入辅助电极 C．贮存浓硫酸的金属罐与电源负极相连 D．电压高到一定程度有可能会加剧腐蚀 答案　C 解析　钢的主要成分是铁，铁遇冷的浓硫酸发生钝化，因此金属贮存罐可用钢制材料，A正确；金属贮存罐表面形成致密的钝化膜，发生氧化反应，贮存浓硫酸的金属罐为阳极，连接电源正极，辅助电极是阴极，电子沿导线流向辅助电极，B正确、C错误；金属为阳极，电压过高时，大量金属失电子发生氧化反应，有可能会加剧腐蚀，D正确。 9.如图所示是探究铁发生腐蚀的装置图，下列说法正确的是(　　) A．若B处液面上升，A溶液可能是酸性溶液 B．若A溶液为NaCl溶液，B、C液面始终保持不变 C．可能产生Fe2O3·nH2O D．腐蚀的总反应式一定是2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 答案　C 解析　A溶液若是酸性溶液，则铁钉发生析氢腐蚀，总反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，使B处液面下降，A、D错误；若A溶液为NaCl溶液，则铁钉发生吸氧腐蚀，B处液面上升，B错误；发生吸氧腐蚀：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3部分脱水变为Fe2O3·nH2O，C正确。 10.在城市地下常埋有纵横交错的管道和输电线路，有些地面上还铺有地铁的铁轨，当有电流泄漏进入潮湿的土壤中，并与金属管道或铁轨形成回路时，就会引起后者的腐蚀，其腐蚀原理如图所示。下列有关说法不正确的是(　　) A．原理图可理解为两个串联电解装置 B．溶液中铁丝被腐蚀时，铁丝左侧有无色气体产生，附近产生少量白色沉淀，随后变为灰绿色 C．溶液中铁丝左侧电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ D．地下管道被腐蚀后不易被发现，维修也不便，故应将埋在地下的金属管道表面涂绝缘膜(或油漆等) 答案　C 解析　由原理图可知，左侧铁棒与正极相连，为阳极，铁丝左侧应为阴极，形成电解装置，铁丝右侧为阳极，右侧铁棒为阴极又组成电解装置，所以可理解为两个串联电解装置，A项正确；左侧铁棒为阳极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，左侧铁丝为阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，OH－浓度增大，与阳极产生的Fe2＋结合生成白色Fe(OH)2沉淀，后被氧化成灰绿色，B项正确、C项错误。 11.铁碳微电解技术是利用原电池原理处理酸性污水的一种工艺，装置如图所示。若上端开口关闭，可得到强还原性的H·(氢原子)；若上端开口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性的·OH(羟基自由基)。下列说法正确的是(　　) A．无论是否鼓入空气，负极的电极反应式均为Fe－3e－=== Fe3＋ B．鼓入空气时，每生成1 mol·OH有2 mol电子发生转移 C．不鼓入空气时，正极的电极反应式为H＋ ＋ e－ ===H· D．处理含有C2O的污水时，上端开口应关闭 答案　C 解析　在原电池中，铁作负极，电极反应式是 Fe－2e－===Fe2＋，故A错误；鼓入空气时，氧气在正极发生的电极反应为O2＋2e－＋2H＋===2·OH，每生成1 mol·OH有1 mol电子发生转移，故B错误；不鼓入空气时，正极发生还原反应为H＋ ＋ e－ === H·，故C正确；C2O有还原性，需要用氧化剂把C2O氧化为CO2，所以上端应开口，生成具有强氧化性的·OH，故D错误。 12．(9分)电化学原理在防止金属腐蚀、能量转化等方面应用广泛。 (1)图1中，为减缓钢闸门的腐蚀，材料B可以选择______(填“Zn”或“Cu”)。这种防护方法称为______________________。 (2)(3分)图2为钢铁防护模拟实验装置，则铁作________极，这种防护方法称为______________。检测钢铁保护效果的方法是取少量铁电极附近的溶液于试管中，____________________________，则说明保护效果好。 (3)图2中铁与外加电源的正极相连作阳极时也可以得到防护，只不过应使外加电源电压维持在______________________范围内。 答案　(1)Zn　牺牲阳极保护法　(2)阴　阴极电保护法　先滴加新制氯水，再加KSCN溶液，若溶液不变红色　(3)可使铁发生钝化作用的 13．(6分)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，下同)。 (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______处。 答案　(1)吸氧腐蚀　(2)B　(3)C 14．(8分)关于铁生锈的机理有人提出如下4个步骤： ①Fe－2e－===Fe2＋　②H＋＋e－===H　③4H＋O2===2H2O　④4Fe2＋＋O2＋(4＋2x)H2O===2Fe2O3·xH2O＋8H＋ 试根据以上过程回答下列问题： (1)根据以上机理，判断下列说法正确的是________(填字母，下同)。 A．以上锈蚀过程发生的是化学腐蚀 B．从锈蚀反应的最终结果看，水既是氧化剂，又是还原剂 C．反应的实质是氧气被还原，金属铁被氧化 D．从反应机理看，锈蚀过程发生的是析氢腐蚀 (2)某铁件需长期浸于水下，为了减缓腐蚀，采取的下列措施正确的有__________________。 A．给铁件铆上一些锌板 B．给铁件通入直流电，把铁件与电源正极连接 C．在制造铁件时，在铁中掺入一定比例的铜制成合金 D．在铁件表面涂上一层较厚的沥青 (3)质量为1 000 g的某铁件已在水下生锈，若已知整个锈蚀过程中有6 mol电子发生转移，则参加反应的O2在标准状况下的体积为____________ L，生锈后铁件的质量为______ g(已知铁锈Fe2O3·xH2O中x的值为1)。 答案　(1)C　(2)AD　(3)33.6　1 066 解析　(1)根据反应机理，将方程式叠加：①×4＋②×8＋③×2＋④可得，4Fe＋3O2＋2xH2O===2Fe2O3·xH2O，为吸氧腐蚀。(2)保护铁不被腐蚀，可隔绝O2或采取牺牲阳极保护法等。(3)由4Fe＋3O2＋2H2O===2Fe2O3·H2O得关系式： 3O2　　～　　12e－　　～　　增加质量 3×22.4 L　　　12 mol　　　　132 g V(O2)　　　　　6 mol　　　　　Δm V(O2)＝＝33.6 L，Δm＝＝66 g，生锈后铁件质量为1 000 g＋66 g＝1 066 g。 学科网（北京）股份有限公司 $