第4章 第3节 金属的腐蚀与防护-【创新大课堂系列】2025-2026学年高中化学选择性必修1同步辅导与测试(人教版)

化学选择性必修1 石墨烯（石墨烯包裹的ZO)和石墨烯，石墨烯：5.如下图所示是离子交换膜法电解饱和食盐水制 电极区发生反应为 烧碱的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离 DEDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+ 子通过。 22EDTA-Fe3++H2S -2H++S+ 2EDTA-Fe2+ 光伏电池 ZnO EDTA-Fe2 2H+SA 离子交换膜 2H ② ①》 石墨烯 完成下列填空： CO HS EDTA-Fe 天然气 质子 天然气 (1)写出电解精制饱和食盐水的离子方程式： (CH、CO等)交换膜 (CH4、CO2、H2S等) 该装置工作时，下列叙述错误的是 (2)离子交换膜的作用为 A.阴极的电极反应：CO2+2H++2e CO+H2O B.协同转化总反应：CO2+H,S一CO+H2O (3)精制饱和食盐水从图中 (填“a”“b” +S “c”或“d”,下同)位置补充，氢氧化钠溶液从图 C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高 中 位置流出。 D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA Fe2+,溶液可为中性 温馨提示 请做课时分层检测（二十） 第三节 金属的腐蚀与防护 【课程标准要求】1.了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害。2.了解防止金属腐蚀 的措施。3.能利用电化学原理解释金属腐蚀的现象，选择并设计防腐蚀措施。 必备知识·自主梳理 预习新知夯实基础 一、金属的腐蚀 3.钢铁的电化学腐蚀 1.金属腐蚀 由于条件不同，钢铁腐蚀可分为析氢腐蚀和吸 (1)概念：金属或合金与周围的气体或液体发生 氧腐蚀两种类型。 反应而引起损耗的现象。 类别 (2)分类：由于与金属接触的气体或液体物质不 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 项目 同，发生腐蚀的情况也不同，一般金属腐蚀可分 F心2电解质 为两类： 腐蚀与 腐蚀。 溶液 图形描述 2.化学腐蚀与电化学腐蚀 e e Fe Fe 定义 金属与其表面接触的一些物质直接发 生化学反应而引起的腐蚀 条件 水膜酸性较强 水膜酸性较弱或呈中性 蚀 条件 干燥气体，如氧气、氯气、二氧化硫等， 负极 有机液体，如石油 电极正极 化学 定义 不纯的金属与电解质溶液接触时发生 反应总反 Fe+2H+ =Fe2+ 2Fe+2H20+02= 反应，比较活泼的金属发生氧 应 +H2个 2Fe(OH)2 化反应而被腐蚀 蚀 条件 接触到 溶液 联系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍 94 第四章化学反应与电能 【练一练】 ②用化学方法在钢铁部件表面进行 处 1.判断正误（正确的打“/”，错误的打“×”）。 理；利用 处理铝制品的表面，形成致密 (1)A1、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化： 氧化膜而钝化等。 物 ( ③采用离子注人、表面渗镀等方式在金属表面 (2)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生 形成稳定的钝化膜等。 成Fe3+ ( ）3.电化学保护法 (3)纯银制品表面变黑和钢铁表面生锈的腐蚀！ 电化学保护 牺牲阳极法 外加电流法 原理相同 依据 原电池原理 电解池原理 (4)钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容： 被保护金属作 将被保护金属与电源 易腐蚀 ( (阴极)；活泼金 的 相连作 二、金属的防护 原理 属作 (阳 :另一附加电 1.金属防护的原理 极)。阳极要定期予 极与电源的 金属的防护主要是从金属与金属接触的物质及 以更换 相连作 两者反应的条件等方面来考虑的。 e F可+ 实例 2.金属防护的措施 钢闸 锌板 辅助 示意图 (阴极) 海水（牺牲 (阴极) 海水阳极 (1)改变金属材料的组成 阳极) (不溶性) 在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能： 【练一练】 优异的 ,例如，在普通钢中加入铬、镍2.判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。 等制成 产品。 (1)牺牲阳极法利用的是电解池原理( (2)在金属表面覆盖保护层 (2)铁制品涂油脂、喷油漆是为了隔绝铁与氧气 在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与： 的接触，起到保护铁制品的作用 () 周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。 (3)铁闸门可与外加电源的正极相连，起到保护 ①在钢铁制品表面喷涂 、矿物性油脂： 作用 () 或覆盖搪瓷、塑料等。用电镀等方法在钢铁表： (4)原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，故 面镀上一层锌、锡、铬、镍等金属。 不能用来减缓金属的腐蚀 关键能力·合作探究 讲练设计探究重点 新知探究（一） 金属的电化学腐蚀 探究活动 :1.实验1导管中水柱和铁钉有什么变化？产生这 种现象的原因是什么？ [实验1]将经过酸洗除锈的 铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入 如图所示的具支试管中。几分钟 食盐水 浸泡过 后，观察导管中水柱和铁钉的变化。 的铁钉 [实验2]取两支试管，分别放入两颗锌粒 和等体积、等浓度的稀盐酸，观察现象。然后，向 其中一支试管中滴加1一2滴硫酸铜溶液，观察 现象。 95 化学选择性必修1 2.实验2中反应过程中的现象有什么？为什么？ 对点题组 1.在生产、生活中，金属腐蚀会带来严重的损失。 下列事实与金属电化学腐蚀无关的是() A.铁制器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈 B.金属钠置于空气中表面变暗 C.黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿 D.埋在潮湿土壤里的铁管比埋在干燥土壤里 的铁管更容易被腐蚀 2.相同材质的铁在下列图中的四种情况下腐蚀最 归纳总结 快的是 不同条件下金属腐蚀快慢的判断 铁勺 铁炒锅 铝铲 铜盆 条件 快慢顺序 食醋 食盐水 A B 铁球 电解原理引起的腐蚀>原电池原理 均 引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措 铜镀层 腐蚀类型不同 施的腐蚀（原电池原理的防护>电 遥食盐水 酸雨铁铆钉 wf 一锌板 解原理的防护) 塑料盆 塑料板 C 3.如图所示各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀， 强电解质溶液>弱电解质溶液>非 同种金属 电解质溶液 腐蚀的速率由快到慢的顺序为 Fe Cu 活泼性差别越大，活泼性强的金属 活泼性不同的两金属 腐蚀越快 ② ③ ④ A.⑤②①③④ B.③②⑤④① 同种电解质溶液 电解质溶液浓度越大，腐蚀越快 C.⑤④③②① D.⑤②①④③ 新知探究（二） 金属的防护 (1)电流表指针发生偏转，说明该装置产生了电 探究活动 流，试分别判断两极并写出电极反应式。 牺牲阳极法实验探究(1) 如图装置反应一段时间后，往Fe电极区滴入2： 滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液。观察 到的现象是：Zn片逐渐溶解，电流表指针发生 偏转，铁电极表面有气泡产生，铁电极附近没有 蓝色沉淀生成。 Zn Fe 经过酸化的 3%NaCI溶液 96 第四章化学反应与电能 (2)已知：Fe2+与K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)反 归纳总结 应生成带有特征蓝色的KFe[Fe(CN),]沉淀， 依据上述实验现象，你得出的实验结论是什么？：1.金属的防护措施 牺牲阳极法 被保护金属作原电池正极 外加电流法 被保护金属作电解池阴极 改变金属内部组织结构 如制成防腐合金、不锈钢等 在金属表面覆盖防护层 如涂油漆、油脂；电镀、喷镀等 2.钢闸门保护的两模型 (1)牺牲阳极法 钢闸门 牺牲阳极法实验探究(2) (阴极) 海水 锌板 □栖牲阳极) 在两个培养皿中分别放入含有NaCl的琼脂，并： 注人5~6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液混合 (2)外加电流法 均匀，取两个2~3cm的铁钉，用砂纸擦光，将裹： e-+ 有锌皮的铁钉放入a,缠有铜丝的铁钉放人b。 钢闸门 、阴极) 海水 辅助阳极 于（不溶性） b 对点题组 实验现象：a中铁钉周围变红。 :1.下列有关金属的保护方法的说法中正确的是 b中铁钉周围生成蓝色沉淀，铜丝周围变红。 ) (1)a中铁钉周围变红及b中铁钉周围生成蓝 A.常使用的快餐杯表面有一层搪瓷，搪瓷层破 色沉淀的原因是什么？ 损后仍能起到防止铁生锈的作用 B.白铁（镀锌铁）镀层破损后，铁皮的腐蚀速率 很慢 C.轮船的船壳水线以下常装有一些锌块，这是 利用了牺牲阴极的阳极保护法 D.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 2.钢铁防护方法有多种，图中的方法描述正确 的是 () (2)由上述实验现象，你得出的实验结论是 电源 什么？ at 1b] 铁 闸 海水 门 辅助电极 A.b为电源负极 B.电源改用导线连接进行防护时，辅助电极发 生氧化反应 C.电子流向：a→钢铁闸门→辅助电极→b→a D.该方法是牺牲阳极法 97 化学选择性必修1 3.支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流法： A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近 进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为 于零 惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是 B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢 ( 管桩 直流电源 C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递 电流 高硅铸铁 D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进 海水 行调整 素养演练·提升技能 达标训练素养提高 1.下列不能有效防止钢铁锈蚀的措施是 ( C.断电时，锌环上的电极反应为Zn2++2e A.将钢铁与锌板相连 -Zn B.将钢铁置于潮湿的空气中 D.断电时，仍能防止铁帽被腐蚀 C.在钢铁表面喷油漆 5.钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失 D.将钢铁与直流电源负极相连 的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一。请回答 2.下列防护措施中属于电化学保护法的是( 钢铁在腐蚀、防护过程中的有关问题。 A.用氧化剂使金属表面生成致密稳定的氧化： (1)在实际生产中，可在铁件的表面镀上锌保护 物保护膜 层或锡保护层防止铁被腐蚀。镀层破损后，镀 B.在金属中加入一些铬或者镍制成合金 锡铁和镀锌铁更容易被腐蚀的是 (填 C.在轮船的船壳水线以下部分，装上锌锭 “镀锡铁”或“镀锌铁”)。 D.在金属表面喷漆 (2)下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀 3.中国生产的首艘国产航母已经服役。为保护航 铁 铁 母、延长服役寿命可采用两种电化学方法。方 ,碳铁 锌 铁 棒棒官 铜 棒 棒围棒 法1：舰体镶嵌一些金属块；方法2：航母舰体与 水 水 水 棒 水 C 电源相连。下列有关说法正确的是 ( ) (3)利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。 A.方法1叫外加电流的保护法 B.方法2叫牺牲阳极的保护法 K M C.方法1中金属块可能是锌、锡和铜 D.方法2中舰体连接电源的负极 4.高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀 海水 现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐 ①若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置 蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是 于 处。假设海水中只有NaCI溶质，写 ( 出此时总离子反应方程式： 锌环 流1 铁帽 湿润的 绝缘子表面 ②若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护 法称为 ,写出铁电极处的电极反应式： A.通电时，锌环是阳极，发生氧化反应 B.通电时，阴极上的电极反应为2H2O+2e -H2↑+2OH 温馨提示 请做课时分层检测（二十一） 980.005mo1=0.025molL-1。(3)由2e~20H知，A中生成 0.2L 0.02mol()H,则c(()H)=0.1mol·L1,c(H+)= 1.0×10-14 mol·L-1=1.0×10-13mol·L1,pH=13。 0.1 答案(1)负(2)0.025mol·L1(3)13 素养演练·提升技能 1,B[电镀槽中，要求镀件作阴极，可用镀层金属作阳极，电镀液通 常采用含有镀层金属离子的可溶性盐溶液，A、D项中AgC】和 AgSO,均为沉淀，只有B项符合要求。] 2.B[金属冶炼方法选取的主要依据是金属的活动性强弱，不活泼 的金属可以用热分解法制备，如加热氧化汞；比较活泼的金属用 热还原法制备，如用焦炭炼铁：活泼的金属离子很难被其他还原 剂还原，只能用电解方法制备。由于钠、镁、铝是活泼金属，所以 只能用电解法。 3.C[Fe、Zn、Ni比Cu活泼，电解时首先放电，不会形成阳极泥。] 4.D [由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳 极，则Z()@石墨烯电极为阴极，电解时阴极反应式为C),十 2H++2e C)十H,(),A项正确：将阴、阳两极反应式合并可 得总反应式为C),十H,S (C()十H,()十S,B项正确：阳极接电 源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比 Zn()@石墨烯上的高，C项正确：Fe3+、Fe2+易水解而只能存在于 酸性溶液中，D项错误。] 5,解析(1)电解特制饱和食盐水可制得氟气、氢气和烧碱，反应的 电解 离子方程式为2C1+2H,0 2)H十H,↑+C12◆。(2)该 装置中所用的离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子和气体不能 通过，电解精制饱和食盐水时，阳极上生成氟气，阴极上生成氢 气，氯气和氢气被离子交换膜隔离，防止氯气和氢气混合发生爆 炸，且能阻止阴极室中的(OH进入阳极室与C1,反应。(3)电解 槽中氯气在阳极生成，根据装置图分析可知精制饱和食盐水从阳 极补充，即进口为，阴极上氢离子放电生成氢气，促使水的电离 平衡正向移动，氢氧根离子浓度增大，()H与Na十结合生成氢氧 化钠，故NaOH溶液的出口为d。 答案(1)2CI+2H,0电解 2OH+H2个+C12↑ (2)阻止阳极产生的C,和阴极产生的H,混合发生爆炸，阻止 )H进入阳极室与C1。发生副反应 (3)ad 第三节 金属的腐蚀与防护 必备知识·自主梳理 一、1.(1)氧化还原化学电化学 2.原电池电解质 3.Fe-2e- =Fe2+ 2H++2e-=H,42H0+(0,+4e =4)H 练一练 1.(1)×(2)×(3)×(4)× 二、2.(1)合金不锈钢(2)①油漆②发蓝阳极氧化 3.正极负极负极阴极正极阳极 练一练 2.(1)×(2)/(3)×(4)× 关键能力·合作探究 新知探究（一） 探究活动 1.提示：导管中的水柱液面上升，铁钉表面生锈；产生这种现象的原 因是钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀。负极电极反应：F 2e- =Fe2+,正极电极反应：2H2)十)2十4e =4()H,由于 盛铁钉的具支试管中不断消耗()。而使具支试管中气体压强减 小，从而引起水的倒吸 2.提示：开始时，两试管中均有气泡冒出且速率相同，一支试管中加 入CuS),溶液后，该试管冒气泡的速率加快了。因为加入CuS) 后，Zn将Cu置换出来覆盖在Zn表面，形成了Zn一Cu原电池，反 应加快了。 对点题组 1.B[A.铁和钢接触处和电解质溶液会形成原电池反应，铁做负极 发生氧化反应被腐蚀，A不符合：B.金属钠暴露在空气中表面变 暗是因为钠被氧化生成了氧化钠，属于化学变化，与金属电化学 腐蚀无关，B符合题意：C.钢锌合金在电解质溶液中形成原电池 反应，锌做负极被腐蚀，正极被保护，所以不易形成钢绿，和电化 学有关，C不符合：D.埋在潮湿土壤里的铁管由于潮湿土壤中的 电解质更容易导电，发生电化学反应，故比埋在干燥土壤里的铁 管更容易被腐蚀，D不符合。 2.A「铁、钢和食醋构成原电池，铁作负极，加快其腐蚀：铝、铁和食 盐水构成原电池，铝作负极，铁作正极，铁被保护，不易被腐蚀：铁 表面镀钢可以隔绝空气和水，保护铁不被腐蚀；锌、铁和酸雨构成 原电池，锌作负极，铁作正极，铁被保护，不易被腐蚀。] 2 3.A「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。 新知探究（二） 探究活动 牺牲阳极法实验探究(1) (1)提示：Zn作负极，电极反应式为：Zn一2e -Zn2 Fe作正极，电极反应式为：2H+十2e=H2个 (2)提示：溶液中不含F+,说明铁电极未被腐蚀，铁电极（即原电 池的正极)受到了保护。 牺牲阳极法实验探究(2) (1)提示：a中铁钉作原电池的正极，电极反应式为：2H,()十()，十 =4OH,铁钉周围酚酞遇碱变红色：b中铁钉作原电池的 负极，电极反应式为Fe一2e =Fe2+,铁钉周围生成的Fe+与 K[Fe(CN):]反应生成KFe[Fe(CN):]蓝色沉淀。 (2)提示：铁作原电池负极易被腐蚀，而作原电池正极，则受到保 护而不被腐蚀。 对点题组 1.B [搪瓷层破损后，铁与潮湿空气接触而易发生腐蚀，A错误：白 铁（镀锌铁）的镀层破损后，Zn作原电池负极，而Fe作正极被保 护，B正确：轮船的船壳水线以下装有锌块是利用了牺牲阳极法， C错误；在钢铁制造的管道外涂有一些沥青，属于在金属表面覆盖 防护层的方法，而不属于电化学保护法，D错误。] 2.B [从图示可知，由于有外加电源，故此为外加电流法。A.在外 加电流法中，钢铁要做电解池的阴极，即a为电源的负极，则b为 电源的正极，选项A错误；B.电源改用导线连接进行防护时，即栖 牡阳极法，则铺助电极要做负极，发生氧化反应，远项B正确；C 在电解池中，电子由电解池的阳极→电源的正极，电源的负极→ 电解池的阴极，即电子要由辅助电极→b,a→钢铁闸门，远项C错 误：D.该方法是外加电流法，远项D错误。] 3.C 「依题意，钢管桩为阴极，电子流向阴极，阴极被保护，铁不容 易失去电子，故钢管桩表面腐蚀电流（指铁失去电子形成的电流） 接近于0，A项正确：阳极上发生氧化反应，失去电子，电子经外电 路流向阴极，B项正确：高硅铸铁作阳极，阳极上发生氧化反应，阳 极上主要是海水中的水被氧化生成氧气，惰性辅助阳极不被损 耗，C项错误；根据海水对钢管桩的腐蚀情况，增大或减小电流强 度，D项正确。] 素养演练·提升技能 1.B[A.由于金属活动性Zn>Fe,所以钢铁与锌极相连，首先被腐 蚀的是活动性强的Zn,Fe就得到了保护，所以能有效防止钢铁腐 蚀，A不符合题意：B.钢铁置于潮湿空气中，会加速钢铁生锈，不 能有效防止钢铁腐蚀，B符合题意；C,在钢铁表面喷涂油漆，起到 隔绝空气和水作用，能有效防止钢铁腐蚀，C不符合题意；D.钢铁 与电源的负极相连，钢铁为阴极，外加电流的阴极保护法，钢铁受 到保护，D不符合题意。 2.C在轮船的船壳水线以下部分装上锌锭，能形成原电池，锌为 负极，被腐蚀，铁被保护。 3.D舰体上镶嵌活泼性比铁强的金属如锌，该方法为牺牲阳极保 护法，A、C错误；靓体与直流电源的负极相连，该法为外加电流保 护法，B错误、D正确。 4.C [通电时，锌环与电源正极相连，锌环作阳极，锌失电子发生氧 化反应，故A正确；铁帽为阴极，阴极上H得到电子生成氢气， 发生还原反应为2H,O十2e =H2个十2OH,故B正确：断电 时，锌铁形成原电池，锌失电子生成Z2+,锌环上的电极反应为 Zn一2e一Zn+,Fe作正极被保护，仍能防止铁帽被腐蚀，故C 错误、D正确。] 5.解析(1)铁比锡活泼，形成原电池反应时，铁为负极，锡为正极， 镀层破损后，镀锡铁比镀锌铁更容易被腐蚀，而锌比铁活泼，形成 原电池反应时，铁为正极，锌为负极，铁难以被氧化：(2)A.形成原 电池反应，铁为负极，碳为正极，为铁的吸氧腐蚀，故A错误：B.锌 比铁活泼，铁为正极，被保护而难以腐蚀，故B正确：C水中溶解 氧气，铁可发生腐蚀，故C错误：D.铁连接电源负极，为阴极，被保 护不易腐蚀，故D正确；故答案为BD:(3)①若X为碳棒，由于Fe 比较活泼，为减缓铁的腐蚀，应使F为电解池的阴极，故K连接 N处，假设海水中只有NaCI溶质，测此时总离子反应方程式为 2C+2H,0通电H◆+C1,◆+20H;②若X为锌，开关K置 于M处，Zn为负极被膺蚀，Fe为正极被保护，该防护法称为栖牲 阳极法，正极反应为(02十4e十2H)一4()H。 答案(1)镀锡铁(2)BD(3)N2C1-十2H,O通电H,◆+ C1,◆+2OH- 牺牲阳极法(O2十4e十2H2O一4OH 0