4.4 金属的电化学腐蚀与防护 第1课时（导学案）化学沪科版选择性必修1

4.4 金属的电化学腐蚀与防护 课时1 金属的电化学腐蚀 一、知识目标 1. 理解金属腐蚀的本质及其原因，掌握金属腐蚀的主要类型（化学腐蚀和电化学腐蚀）。 1. 掌握吸氧腐蚀和析氢腐蚀的原理，能够正确书写相关电极反应式和总反应式。 1. 了解金属腐蚀的危害，掌握影响金属腐蚀速率的因素以及判断金属腐蚀快慢的规律。 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：能从宏观上观察金属腐蚀的现象，从微观角度分析金属腐蚀的本质和原理，理解化学腐蚀和电化学腐蚀的区别与联系。 2. 证据推理与模型认知：通过实验现象和数据，推理出金属腐蚀的过程和影响因素，建立金属腐蚀的模型，培养逻辑思维能力。 3. 科学探究与创新意识：通过设计和完成金属腐蚀的实验，培养科学探究能力和创新精神，提高解决实际问题的能力。 4. 科学态度与社会责任：认识金属腐蚀对社会经济和环境的影响，增强环保意识和社会责任感，培养正确的科学态度。 一、学习重点 1. 金属腐蚀的本质、电化学腐蚀的原理（析氢腐蚀和吸氧腐蚀）。 2. 金属腐蚀速率的影响因素及判断腐蚀快慢的规律。 二、学习难点 1. 析氢腐蚀和吸氧腐蚀的原理及电极反应式的书写。 2. 判断金属腐蚀快慢规律的应用。 一、金属的腐蚀 1．金属的腐蚀 (1)概念：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。其实质是金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。 (2)根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类： ①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。腐蚀的速率随温度升高而加快。 ②电化学腐蚀：当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。 特别提醒　金属腐蚀过程中，电化学腐蚀和化学腐蚀同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀，且比化学腐蚀的速率大得多。 2．钢铁的电化学腐蚀 类别 项目　　 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 示意图 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 负极反应式 Fe－2e－===Fe2＋ 正极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 联系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍 3.实验探究 实验操作 实验现象 实验解释 导管中液面上升 装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀 ①试管中产生气泡的速率快 Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，发生电化学腐蚀，产生气泡的速率更快 结论：①电化学腐蚀中吸氧腐蚀更为普遍；②电化学腐蚀速率比化学腐蚀大得多。 （一）问题探究 1. 金属腐蚀的本质及类型 · 问题：结合生活实际，查找资料说明金属腐蚀会带来哪些具体的危害？ · 答案：金属腐蚀会造成巨大的经济损失，如桥梁、建筑物的金属构架可能因腐蚀强度降低而造成坍塌；机器设备、仪器、仪表会因腐蚀精度和灵敏度降低直至报废；地下管道泄漏会导致资源浪费和环境污染；轮船船体损坏会影响航行安全等。 · 问题：通过查阅资料，了解化学腐蚀和电化学腐蚀在工业生产中的具体案例，并分析其发生的条件和原理。 · 答案： · 化学腐蚀案例：在化工生产中，铁制容器与氯气直接接触，会发生化学腐蚀，铁与氯气直接反应生成氯化铁。发生条件是金属与强氧化性物质直接接触，原理是金属与其他物质直接发生氧化还原反应，如。 · 电化学腐蚀案例：在潮湿的空气中，钢铁制品容易发生电化学腐蚀。以钢铁桥梁为例，当表面形成水膜时，铁和碳形成原电池，铁作负极，碳作正极。若水膜酸性较强，发生析氢腐蚀；若水膜酸性很弱或显中性，发生吸氧腐蚀。析氢腐蚀的条件是水膜酸性强，原理是负极，正极；吸氧腐蚀的条件是水膜酸性弱或中性，原理是负极，正极。 1. 影响金属腐蚀速率的因素 · 问题：调查不同地区金属腐蚀的情况，分析地理环境因素（如湿度、温度、空气质量等）对金属腐蚀速率的影响，并结合所学知识进行解释。 · 答案：一般来说，相对干燥的地区，水分少，金属不易腐蚀；而潮湿多雨的地区，温度高，金属易发生电化学腐蚀。因为湿度大时，金属表面容易形成水膜，为电化学腐蚀提供了电解质溶液；温度升高会加快化学反应速率，从而加快金属腐蚀的速率；空气质量差，如空气中含有较多的二氧化硫、氯气等污染物，会使水膜的酸性增强，也会加快金属的腐蚀。 （二）问题思考 1. 金属腐蚀的本质 · 问题：从氧化还原反应的角度分析，金属腐蚀过程中金属原子发生了怎样的变化？ · 答案：金属腐蚀的实质是金属原子失去电子，化合价升高，被氧化。用方程式表示为（表示金属）。 · 问题：判断下列关于金属腐蚀的说法是否正确，并说明理由。 · 金属腐蚀就是金属与氧气发生化学反应。 · 金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化。 · 金属腐蚀只有化学腐蚀一种类型。 · 金属腐蚀对人类没有任何好处。 · 答案： · 错误。金属腐蚀是金属与周围环境中的物质发生氧化还原反应，不只是与氧气反应，还可能与其他物质如氯气、含硫化合物等反应。 · 正确。金属腐蚀的本质就是金属原子失去电子，化合价升高，被氧化。 · 错误。金属腐蚀包括化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。 · 错误。金属腐蚀会给人类带来损失，但在某些情况下也有一定的应用，如牺牲阳极的阴极保护法。 1. 化学腐蚀和电化学腐蚀 · 问题：化学腐蚀和电化学腐蚀的本质区别是什么？ · 答案：化学腐蚀是金属与其他物质直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀，无电流产生；电化学腐蚀是指不纯的金属或合金与电解质溶液接触，发生原电池反应，使比较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀，伴随着原电池电流产生。 · 问题：在实验中，将铁棒放入稀硫酸中，和将铁棒和碳棒接触并同时放入稀硫酸中，现象有何不同？为什么？ · 答案：将铁棒放入稀硫酸中，铁片表面出现大量气泡，发生反应；将铁棒和碳棒接触并同时放入稀硫酸中，碳棒表面出现大量气泡，反应速率更快，铁片腐蚀更严重。这是因为铁棒和碳棒接触并放入稀硫酸中形成了原电池，铁作负极，碳作正极，加快了铁的腐蚀，发生析氢腐蚀，负极反应式为，正极反应式为。 · 问题：钢铁在潮湿的空气中主要发生哪种类型的腐蚀？写出其电极反应式和总反应式。 · 答案：钢铁在潮湿的空气中，表面形成的水膜酸性很弱或显中性，主要发生吸氧腐蚀。负极反应式为，正极反应式为，总反应式为，后续会进一步被氧化为，失去部分水生成（铁锈）。 1. 影响金属腐蚀速率的因素及判断规律 · 问题：影响金属腐蚀速率的因素有哪些？请举例说明。 · 答案：影响金属腐蚀速率的因素有： · 金属本性：金属越活泼，越易被腐蚀。例如，在相同条件下，钠比铁更容易被腐蚀。 · 温度：环境温度越高，腐蚀速率越快。如在高温环境中，金属的腐蚀速率比在常温下快。 · 氧化剂浓度：氧化剂浓度越大，腐蚀速率越快。例如，铁在高浓度的氧气中比在低浓度的氧气中腐蚀得快。 · 问题：判断金属腐蚀快慢有哪些规律？请结合具体例子说明。 · 答案： · 与构成原电池两极的材料有关：两极材料的活动性差别越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属被腐蚀的速度越快。例如，铁和铜构成原电池时，铁比铁和锡构成原电池时腐蚀得快，因为铁和铜的活动性差别比铁和锡的大。 · 同一电解质溶液中：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。例如，在稀硫酸中，铁作电解池阳极时腐蚀最快，作原电池负极时次之，发生化学腐蚀时较慢，作原电池正极时受到保护，作电解池阴极时被保护得更好。 · 同一种金属在相同浓度不同介质中：强电解质中 > 弱电解质中 > 非电解质中。例如，铁在氯化钠溶液（强电解质）中比在醋酸溶液（弱电解质）中腐蚀得快，在植物油（非电解质）中不易腐蚀。 · 有无保护措施的腐蚀快慢顺序：无保护措施的金属腐蚀 > 有一定保护措施的金属腐蚀 > 牺牲阳极的阴极保护法引起的金属腐蚀 > 有外加电流的阴极保护法引起的金属腐蚀。例如，裸露的铁比涂有油漆的铁腐蚀得快，涂有油漆的铁比用锌块保护的铁（牺牲阳极的阴极保护法）腐蚀得快，用锌块保护的铁比连接电源负极的铁（有外加电流的阴极保护法）腐蚀得快。 · 同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快。例如，铁在浓氯化钠溶液中比在稀氯化钠溶液中腐蚀得快。 （三）归纳总结 1. 金属腐蚀的本质、类型及危害 · 问题：请归纳金属腐蚀的本质、主要类型及危害。 · 答案： · 本质：金属原子失去电子，被氧化，用方程式表示为。 · 主要类型： · 化学腐蚀：金属与其他物质直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀，无电流产生，如铁与氯气直接反应、输油输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀等。 · 电化学腐蚀：不纯的金属或合金与电解质溶液接触，发生原电池反应，使比较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀，包括析氢腐蚀和吸氧腐蚀。 · 危害：桥梁、建筑物金属构架坍塌；机器设备、仪器报废；地下管道泄漏、轮船船体损坏等。 1. 析氢腐蚀和吸氧腐蚀 · 问题：对比析氢腐蚀和吸氧腐蚀的条件、电极反应式和总反应式。 · 答案： 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性强 水膜酸性弱或中性 负极反应式 正极反应式 总反应式 1. 影响金属腐蚀速率的因素及判断规律 · 问题：总结影响金属腐蚀速率的因素和判断金属腐蚀快慢的规律。 · 答案： · 影响因素：金属本性（越活泼越易腐蚀）、温度（温度越高，腐蚀越快）、氧化剂浓度（浓度越大，腐蚀越快）。 · 判断规律： · 与构成原电池两极的材料有关（两极材料的活动性差别越大，活泼金属被腐蚀的速度越快）。 · 同一电解质溶液中（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）。 · 同一种金属在相同浓度不同介质中（强电解质中 > 弱电解质中 > 非电解质中）。 · 有无保护措施的腐蚀快慢顺序（无保护措施的金属腐蚀 > 有一定保护措施的金属腐蚀 > 牺牲阳极的阴极保护法引起的金属腐蚀 > 有外加电流的阴极保护法引起的金属腐蚀）。 · 同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快。 1.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：M＋nH₂O = M(OH)ₙ＋n/2H₂↑ B．金属的化学腐蚀的实质是：M－ne⁻ = 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．在潮湿的环境中，金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀 【答案】B 【解析】A选项，金属在潮湿空气中的腐蚀主要是电化学腐蚀，不一定发生M＋nH₂O = M(OH)ₙ＋n/2H₂↑反应，A错误；B选项，金属的化学腐蚀是金属直接与氧化剂反应，实质是M－ne⁻ = Mⁿ⁺，电子直接转移给氧化剂，B正确；C选项，金属的化学腐蚀不一定在酸性条件下进行，如铁在氯气中腐蚀，C错误；D选项，在潮湿环境中，若水膜酸性很弱或呈中性，发生吸氧腐蚀，不一定是析氢腐蚀，D错误。 2.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Fe－2e⁻ = Fe²⁺ D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀 【答案】B 【解析】A选项，生铁块中Fe和C形成原电池，Fe较活泼作负极，C作正极，A正确；B选项，a试管中发生吸氧腐蚀，消耗氧气，压强减小，b试管中发生析氢腐蚀，产生氢气，压强增大，所以红墨水水柱两边的液面变为左高右低，B错误；C选项，两试管中都是Fe作负极，电极反应式为Fe－2e⁻ = Fe²⁺，C正确；D选项，a试管中食盐水呈中性，发生吸氧腐蚀，b试管中氯化铵溶液呈酸性，发生析氢腐蚀，D正确。 3.铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是() A．正极反应式为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Fe、Cu均被腐蚀 D．此过程中电流从Fe流向Cu 【答案】B 【解析】A选项，吸氧腐蚀正极反应式为O₂＋4e⁻＋2H₂O = 4OH⁻，A错误；B选项，负极铁失电子生成亚铁离子，与氢氧根离子结合生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁易被氧化为氢氧化铁，即4Fe(OH)₂＋2H₂O＋O₂ = 4Fe(OH)₃，B正确；C选项，该过程中Fe被腐蚀，Cu作正极不被腐蚀，C错误；D选项，电流从正极（Cu）流向负极（Fe），D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选项，铁直接与空气和水接触，会发生电化学腐蚀；B选项，铁与铜形成原电池，铁作负极，加快铁的腐蚀；C选项，铁与锌形成原电池，锌作负极，铁作正极被保护，不易被腐蚀；D选项，铁作阳极，发生氧化反应，被腐蚀。所以最不易被腐蚀的是C。 5.宝鸡被誉为“青铜器之乡”，出土了大盂鼎、毛公鼎、散氏盘等五万余件青铜器。研究青铜器(含Cu、Sn等)在潮湿环境中发生的腐蚀对于文物保护和修复有重要意义。下图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图，下列说法不正确的是() A．青铜器发生电化学腐蚀，图中c作负极 B．潮湿环境中Cl⁻浓度大时有利于多孔粉状锈的生成 C．若生成0.2molCu₂(OH)₃Cl，则消耗的O₂体积为4.48L D．环境中的Cl⁻与正、负两极反应的产物作用生成a的离子方程式为2Cu²⁺＋3OH⁻＋Cl⁻ = Cu₂(OH)₃Cl↓ 【答案】C 【解析】A选项，根据电化学腐蚀原理，较活泼金属作负极，所以图中c作负极，A正确；B选项，潮湿环境中Cl⁻浓度大时，会促进反应进行，有利于多孔粉状锈的生成，B正确；C选项，未说明是否在标准状况下，无法计算消耗氧气的体积，C错误；D选项，根据示意图可知，环境中的Cl⁻与正、负两极反应的产物作用生成Cu₂(OH)₃Cl，离子方程式为2Cu²⁺＋3OH⁻＋Cl⁻ = Cu₂(OH)₃Cl↓，D正确。 一、金属的腐蚀 1．金属的腐蚀 (1)概念：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。其实质是金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。 (2)根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类： ①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。腐蚀的速率随温度升高而加快。 ②电化学腐蚀：当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。 ③注意：金属腐蚀过程中，电化学腐蚀和化学腐蚀同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀，且比化学腐蚀的速率大得多。 2．钢铁的电化学腐蚀 类别 项目 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 示意图 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 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 3.实验探究：电化学腐蚀 (1) 实验操作 实验现象 实验解释 导管中液面上升 装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀 (2) 实验操作 实验现象 实验解释 ①试管中产生气泡的速率快 Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，发生电化学腐蚀，产生气泡的速率更快 (3)结论：①电化学腐蚀中吸氧腐蚀更为普遍。②电化学腐蚀速率比化学腐蚀大得多。 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　金属被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.铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是(　　) 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Fe、Cu均被腐蚀 D．此过程中电流从Fe流向Cu 答案　B 解析　铁铆钉吸氧腐蚀的正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，铜作正极不被腐蚀，电子从负极通过外电路流向正极。 3.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　析氢腐蚀的总反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，使B处液面下降，则A溶液不可能是酸性溶液，A错误；若A溶液为NaCl溶液，则发生吸氧腐蚀，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，氧化产物变为Fe2O3·nH2O，C正确；如果是析氢腐蚀，总反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，D错误。 4．宝鸡被誉为“青铜器之乡”，出土了大盂鼎、毛公鼎、散氏盘等五万余件青铜器。研究青铜器(含Cu、Sn等)在潮湿环境中发生的腐蚀对于文物保护和修复有重要意义。如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图，下列说法不正确的是(　　) A．青铜器发生电化学腐蚀，图中c作负极 B．潮湿环境中Cl－浓度大时有利于多孔粉状锈的生成 C．若生成0.2 mol Cu2(OH)3Cl，则消耗的O2体积为4.48 L D．环境中的Cl－与正、负两极反应的产物作用生成a的离子方程式为2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓ 答案　C 解析　根据题图知，氧气得电子生成氢氧根离子、Cu失电子生成铜离子，发生吸氧腐蚀，腐蚀过程中c作负极，A项正确；潮湿环境中的Cl－与正极反应产物氢氧根离子和负极反应产物铜离子作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，离子方程式为2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓，潮湿环境中Cl－浓度大时，有利于多孔粉状锈的生成，B、D项正确；未指明是否为标准状况，无法计算消耗的O2体积，C项错误。 5．下列对生铁片锈蚀对比实验的分析正确的是(　　) 序号 ① ② ③ 实验 现象 8小时未观察到明显锈蚀 8小时未观察到明显锈蚀 1小时观察到明显锈蚀 A.对比实验①②③，说明苯能隔绝O2 B．实验①中，生铁片未见明显锈蚀的主要原因是缺少O2 C．实验②中，饱和食盐水中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀 D．实验③中，属于铁的吸氧腐蚀，负极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 答案　C 解析　对比①②③，说明生铁腐蚀，碳为正极，铁为负极，需足量O2和水，由实验③可知，生铁片明显锈蚀，说明苯不能隔绝O2，故A错误；原电池的形成条件：有两个活泼性不同的电极、电解质溶液、闭合回路，实验①中，苯不是电解质溶液，生铁难以腐蚀，故B错误；实验③中，铁是负极，发生氧化反应，生成Fe2＋，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，故D错误。 6．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：M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑ B．金属的化学腐蚀的实质是：M－ne－===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．在潮湿的环境中，金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀 答案　B 7.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Fe－2e－===Fe2＋ D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀 答案　B 解析　a试管中为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b试管中酸性较强，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。 8．铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．正极反应式为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Fe、Cu均被腐蚀 D．此过程中电流从Fe流向Cu 答案　B 解析　铁铆钉吸氧腐蚀的正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，铜作正极不被腐蚀，电子从负极通过导线流向正极。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.4 金属的电化学腐蚀与防护 课时1 金属的电化学腐蚀 一、知识目标 1. 理解金属腐蚀的本质及其原因，掌握金属腐蚀的主要类型（化学腐蚀和电化学腐蚀）。 1. 掌握吸氧腐蚀和析氢腐蚀的原理，能够正确书写相关电极反应式和总反应式。 1. 了解金属腐蚀的危害，掌握影响金属腐蚀速率的因素以及判断金属腐蚀快慢的规律。 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：能从宏观上观察金属腐蚀的现象，从微观角度分析金属腐蚀的本质和原理，理解化学腐蚀和电化学腐蚀的区别与联系。 2. 证据推理与模型认知：通过实验现象和数据，推理出金属腐蚀的过程和影响因素，建立金属腐蚀的模型，培养逻辑思维能力。 3. 科学探究与创新意识：通过设计和完成金属腐蚀的实验，培养科学探究能力和创新精神，提高解决实际问题的能力。 4. 科学态度与社会责任：认识金属腐蚀对社会经济和环境的影响，增强环保意识和社会责任感，培养正确的科学态度。 一、学习重点 1. 金属腐蚀的本质、电化学腐蚀的原理（析氢腐蚀和吸氧腐蚀）。 2. 金属腐蚀速率的影响因素及判断腐蚀快慢的规律。 二、学习难点 1. 析氢腐蚀和吸氧腐蚀的原理及电极反应式的书写。 2. 判断金属腐蚀快慢规律的应用。 一、金属的腐蚀 1．金属的腐蚀 (1)概念：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。其实质是金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。 (2)根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类： ①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。腐蚀的速率随温度升高而加快。 ②电化学腐蚀：当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。 特别提醒　金属腐蚀过程中，电化学腐蚀和化学腐蚀同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀，且比化学腐蚀的速率大得多。 2．钢铁的电化学腐蚀 类别 项目　　 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 示意图 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 负极反应式 Fe－2e－===Fe2＋ 正极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 联系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍 3.实验探究 实验操作 实验现象 实验解释 导管中液面上升 装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀 ①试管中产生气泡的速率快 Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，发生电化学腐蚀，产生气泡的速率更快 结论：①电化学腐蚀中吸氧腐蚀更为普遍；②电化学腐蚀速率比化学腐蚀大得多。 （一）问题探究 1. 金属腐蚀的本质及类型 · 问题：结合生活实际，查找资料说明金属腐蚀会带来哪些具体的危害？ · 答案：金属腐蚀会造成巨大的经济损失，如桥梁、建筑物的金属构架可能因腐蚀强度降低而造成坍塌；机器设备、仪器、仪表会因腐蚀精度和灵敏度降低直至报废；地下管道泄漏会导致资源浪费和环境污染；轮船船体损坏会影响航行安全等。 · 问题：通过查阅资料，了解化学腐蚀和电化学腐蚀在工业生产中的具体案例，并分析其发生的条件和原理。 · 答案： · 化学腐蚀案例：在化工生产中，铁制容器与氯气直接接触，会发生化学腐蚀，铁与氯气直接反应生成氯化铁。发生条件是金属与强氧化性物质直接接触，原理是金属与其他物质直接发生氧化还原反应，如。 · 电化学腐蚀案例：在潮湿的空气中，钢铁制品容易发生电化学腐蚀。以钢铁桥梁为例，当表面形成水膜时，铁和碳形成原电池，铁作负极，碳作正极。若水膜酸性较强，发生析氢腐蚀；若水膜酸性很弱或显中性，发生吸氧腐蚀。析氢腐蚀的条件是水膜酸性强，原理是负极，正极；吸氧腐蚀的条件是水膜酸性弱或中性，原理是负极，正极。 2. 影响金属腐蚀速率的因素 · 问题：调查不同地区金属腐蚀的情况，分析地理环境因素（如湿度、温度、空气质量等）对金属腐蚀速率的影响，并结合所学知识进行解释。 · 答案：一般来说，相对干燥的地区，水分少，金属不易腐蚀；而潮湿多雨的地区，温度高，金属易发生电化学腐蚀。因为湿度大时，金属表面容易形成水膜，为电化学腐蚀提供了电解质溶液；温度升高会加快化学反应速率，从而加快金属腐蚀的速率；空气质量差，如空气中含有较多的二氧化硫、氯气等污染物，会使水膜的酸性增强，也会加快金属的腐蚀。 （二）问题思考 3. 金属腐蚀的本质 · 问题：从氧化还原反应的角度分析，金属腐蚀过程中金属原子发生了怎样的变化？ · 答案：金属腐蚀的实质是金属原子失去电子，化合价升高，被氧化。用方程式表示为（表示金属）。 · 问题：判断下列关于金属腐蚀的说法是否正确，并说明理由。 · 金属腐蚀就是金属与氧气发生化学反应。 · 金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化。 · 金属腐蚀只有化学腐蚀一种类型。 · 金属腐蚀对人类没有任何好处。 · 答案： · 错误。金属腐蚀是金属与周围环境中的物质发生氧化还原反应，不只是与氧气反应，还可能与其他物质如氯气、含硫化合物等反应。 · 正确。金属腐蚀的本质就是金属原子失去电子，化合价升高，被氧化。 · 错误。金属腐蚀包括化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。 · 错误。金属腐蚀会给人类带来损失，但在某些情况下也有一定的应用，如牺牲阳极的阴极保护法。 4. 化学腐蚀和电化学腐蚀 · 问题：化学腐蚀和电化学腐蚀的本质区别是什么？ · 答案：化学腐蚀是金属与其他物质直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀，无电流产生；电化学腐蚀是指不纯的金属或合金与电解质溶液接触，发生原电池反应，使比较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀，伴随着原电池电流产生。 · 问题：在实验中，将铁棒放入稀硫酸中，和将铁棒和碳棒接触并同时放入稀硫酸中，现象有何不同？为什么？ · 答案：将铁棒放入稀硫酸中，铁片表面出现大量气泡，发生反应；将铁棒和碳棒接触并同时放入稀硫酸中，碳棒表面出现大量气泡，反应速率更快，铁片腐蚀更严重。这是因为铁棒和碳棒接触并放入稀硫酸中形成了原电池，铁作负极，碳作正极，加快了铁的腐蚀，发生析氢腐蚀，负极反应式为，正极反应式为。 · 问题：钢铁在潮湿的空气中主要发生哪种类型的腐蚀？写出其电极反应式和总反应式。 · 答案：钢铁在潮湿的空气中，表面形成的水膜酸性很弱或显中性，主要发生吸氧腐蚀。负极反应式为，正极反应式为，总反应式为，后续会进一步被氧化为，失去部分水生成（铁锈）。 5. 影响金属腐蚀速率的因素及判断规律 · 问题：影响金属腐蚀速率的因素有哪些？请举例说明。 · 答案：影响金属腐蚀速率的因素有： · 金属本性：金属越活泼，越易被腐蚀。例如，在相同条件下，钠比铁更容易被腐蚀。 · 温度：环境温度越高，腐蚀速率越快。如在高温环境中，金属的腐蚀速率比在常温下快。 · 氧化剂浓度：氧化剂浓度越大，腐蚀速率越快。例如，铁在高浓度的氧气中比在低浓度的氧气中腐蚀得快。 · 问题：判断金属腐蚀快慢有哪些规律？请结合具体例子说明。 · 答案： · 与构成原电池两极的材料有关：两极材料的活动性差别越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属被腐蚀的速度越快。例如，铁和铜构成原电池时，铁比铁和锡构成原电池时腐蚀得快，因为铁和铜的活动性差别比铁和锡的大。 · 同一电解质溶液中：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。例如，在稀硫酸中，铁作电解池阳极时腐蚀最快，作原电池负极时次之，发生化学腐蚀时较慢，作原电池正极时受到保护，作电解池阴极时被保护得更好。 · 同一种金属在相同浓度不同介质中：强电解质中 > 弱电解质中 > 非电解质中。例如，铁在氯化钠溶液（强电解质）中比在醋酸溶液（弱电解质）中腐蚀得快，在植物油（非电解质）中不易腐蚀。 · 有无保护措施的腐蚀快慢顺序：无保护措施的金属腐蚀 > 有一定保护措施的金属腐蚀 > 牺牲阳极的阴极保护法引起的金属腐蚀 > 有外加电流的阴极保护法引起的金属腐蚀。例如，裸露的铁比涂有油漆的铁腐蚀得快，涂有油漆的铁比用锌块保护的铁（牺牲阳极的阴极保护法）腐蚀得快，用锌块保护的铁比连接电源负极的铁（有外加电流的阴极保护法）腐蚀得快。 · 同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快。例如，铁在浓氯化钠溶液中比在稀氯化钠溶液中腐蚀得快。 （三）归纳总结 6. 金属腐蚀的本质、类型及危害 · 问题：请归纳金属腐蚀的本质、主要类型及危害。 · 答案： · 本质：金属原子失去电子，被氧化，用方程式表示为。 · 主要类型： · 化学腐蚀：金属与其他物质直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀，无电流产生，如铁与氯气直接反应、输油输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀等。 · 电化学腐蚀：不纯的金属或合金与电解质溶液接触，发生原电池反应，使比较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀，包括析氢腐蚀和吸氧腐蚀。 · 危害：桥梁、建筑物金属构架坍塌；机器设备、仪器报废；地下管道泄漏、轮船船体损坏等。 7. 析氢腐蚀和吸氧腐蚀 · 问题：对比析氢腐蚀和吸氧腐蚀的条件、电极反应式和总反应式。 · 答案： 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性强 水膜酸性弱或中性 负极反应式 正极反应式 总反应式 1. 影响金属腐蚀速率的因素及判断规律 · 问题：总结影响金属腐蚀速率的因素和判断金属腐蚀快慢的规律。 · 答案： · 影响因素：金属本性（越活泼越易腐蚀）、温度（温度越高，腐蚀越快）、氧化剂浓度（浓度越大，腐蚀越快）。 · 判断规律： · 与构成原电池两极的材料有关（两极材料的活动性差别越大，活泼金属被腐蚀的速度越快）。 · 同一电解质溶液中（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）。 · 同一种金属在相同浓度不同介质中（强电解质中 > 弱电解质中 > 非电解质中）。 · 有无保护措施的腐蚀快慢顺序（无保护措施的金属腐蚀 > 有一定保护措施的金属腐蚀 > 牺牲阳极的阴极保护法引起的金属腐蚀 > 有外加电流的阴极保护法引起的金属腐蚀）。 · 同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快。 1.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：M＋nH₂O = M(OH)ₙ＋n/2H₂↑ B．金属的化学腐蚀的实质是：M－ne⁻ = 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．在潮湿的环境中，金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀 2.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Fe－2e⁻ = Fe²⁺ D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀 3.铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是() A．正极反应式为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Fe、Cu均被腐蚀 D．此过程中电流从Fe流向Cu 4.相同材质的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是() 5.宝鸡被誉为“青铜器之乡”，出土了大盂鼎、毛公鼎、散氏盘等五万余件青铜器。研究青铜器(含Cu、Sn等)在潮湿环境中发生的腐蚀对于文物保护和修复有重要意义。下图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图，下列说法不正确的是() A．青铜器发生电化学腐蚀，图中c作负极 B．潮湿环境中Cl⁻浓度大时有利于多孔粉状锈的生成 C．若生成0.2molCu₂(OH)₃Cl，则消耗的O₂体积为4.48L D．环境中的Cl⁻与正、负两极反应的产物作用生成a的离子方程式为2Cu²⁺＋3OH⁻＋Cl⁻ = Cu₂(OH)₃Cl↓ 一、金属的腐蚀 1．金属的腐蚀 (1)概念：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。其实质是金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。 (2)根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类： ①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。腐蚀的速率随温度升高而加快。 ②电化学腐蚀：当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。 ③注意：金属腐蚀过程中，电化学腐蚀和化学腐蚀同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀，且比化学腐蚀的速率大得多。 2．钢铁的电化学腐蚀 类别 项目 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 示意图 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 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 3.实验探究：电化学腐蚀 (1) 实验操作 实验现象 实验解释 导管中液面上升 装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀 (2) 实验操作 实验现象 实验解释 ①试管中产生气泡的速率快 Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，发生电化学腐蚀，产生气泡的速率更快 (3)结论：①电化学腐蚀中吸氧腐蚀更为普遍。②电化学腐蚀速率比化学腐蚀大得多。 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 2.铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是(　　) 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Fe、Cu均被腐蚀 D．此过程中电流从Fe流向Cu 3.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 4．宝鸡被誉为“青铜器之乡”，出土了大盂鼎、毛公鼎、散氏盘等五万余件青铜器。研究青铜器(含Cu、Sn等)在潮湿环境中发生的腐蚀对于文物保护和修复有重要意义。如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图，下列说法不正确的是(　　) A．青铜器发生电化学腐蚀，图中c作负极 B．潮湿环境中Cl－浓度大时有利于多孔粉状锈的生成 C．若生成0.2 mol Cu2(OH)3Cl，则消耗的O2体积为4.48 L D．环境中的Cl－与正、负两极反应的产物作用生成a的离子方程式为2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓ 5．下列对生铁片锈蚀对比实验的分析正确的是(　　) 序号 ① ② ③ 实验 现象 8小时未观察到明显锈蚀 8小时未观察到明显锈蚀 1小时观察到明显锈蚀 A.对比实验①②③，说明苯能隔绝O2 B．实验①中，生铁片未见明显锈蚀的主要原因是缺少O2 C．实验②中，饱和食盐水中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀 D．实验③中，属于铁的吸氧腐蚀，负极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 6．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：M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑ B．金属的化学腐蚀的实质是：M－ne－===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．在潮湿的环境中，金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀 7.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Fe－2e－===Fe2＋ D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀 8．铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．正极反应式为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Fe、Cu均被腐蚀 D．此过程中电流从Fe流向Cu 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $