蘇教版化學(xué)選修《金屬的腐蝕與防護(hù)》教案

導(dǎo)學(xué)案：第三單元金屬的腐蝕與防護(hù)課前預(yù)習(xí)問題導(dǎo)入日常生活中用來做飯的鐵鍋，若用水洗凈后，放置一天的時(shí)間就會(huì)有紅棕色的銹跡產(chǎn)生，這是為什么呢？如何才能防止鐵鍋出現(xiàn)上述現(xiàn)象呢？答案：鐵鍋水洗后放置，發(fā)生了電化學(xué)腐蝕，其主要反應(yīng)為2Fe+O2+2H2O====2Fe（OH）2，4Fe（OH）2+O2+2H2O====4Fe（OH）3，從而生成紅棕色的物質(zhì)。若將洗后的鐵鍋內(nèi)殘余的水除去，就不再出現(xiàn)銹跡了。基礎(chǔ)知識(shí)一、金屬腐蝕1.金屬___________與周圍的物質(zhì)發(fā)生___________而遭到破壞，稱為金屬腐蝕（corrosionofmetal）。金屬腐蝕可分為___________和___________。銅在高溫下被空氣中的氧氣氧化而變黑，這種腐蝕就是___________腐蝕，化學(xué)腐蝕過程中___________電流產(chǎn)生。電化學(xué)腐蝕過程涉及到___________原理，腐蝕過程中___________電流產(chǎn)生。答案:或合金化學(xué)反應(yīng)化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕化學(xué)無原電池有2.通常狀況下，在___________空氣中，鋼表面會(huì)形成一層___________的水膜，它與鋼鐵中的___________和___________組成原電池。在這些原電池中，___________是負(fù)極，___________為正極，在兩極發(fā)生氧化、還原反應(yīng)而導(dǎo)致鋼鐵腐蝕。由于上述電化學(xué)腐蝕中吸收___________，因此___________被稱為腐蝕。其中負(fù)極反應(yīng)為：___________；正極反應(yīng)為_____________________。電池總反應(yīng)為______________________________，然后Fe（OH）2被氧化成___________，反應(yīng)方程式為______________________________，失去部分水生成___________，此即鐵銹。答案:潮濕溶有O2碳鐵鐵碳氧氣吸氧Fe-2e-====Fe2+O2+2H2O+4e-====4OH-2Fe+O2+2H2O====2Fe（OH）2Fe（OH）34Fe（OH）2+O2+2H2O====4Fe（OH）3Fe2O3·nH2O3.若鋼鐵表面的水膜中酸性___________，此時(shí)，正極就會(huì)析出___________，發(fā)生___________腐蝕。其正極、負(fù)極反應(yīng)式分別為2H++2e-=H2↑，F(xiàn)e-2e-=Fe2+，隨著H2的析出，水膜pH___________，F(xiàn)e2+與OH-結(jié)合生成___________，進(jìn)而被O2氧化成___________，最后形成鐵銹。答案:較強(qiáng)氫氣析氫上升Fe（OH）2Fe（OH3）4.從本質(zhì)上看，金屬的電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕都是金屬___________電子被___________的過程。在一般情況下，兩種腐蝕同時(shí)發(fā)生，只是___________腐蝕比___________腐蝕普遍得多，腐蝕速率也___________。答案:失去氧化電化學(xué)化學(xué)大得多二、金屬防護(hù)1.金屬的腐蝕通常發(fā)生在金屬___________。因此，給金屬表面加上一層保護(hù)層，將___________與___________隔開，可以起到防止金屬腐蝕的作用。保護(hù)層可以是油漆、搪瓷、陶瓷、玻璃、瀝青、塑料、橡膠等非金屬材料，也可以是通過___________而加上的___________較強(qiáng)的___________或___________。答案:表面金屬空氣電鍍穩(wěn)定性金屬非合金2.根據(jù)電化學(xué)腐蝕的原理，要防止金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕，關(guān)鍵在于使___________成為原電池的___________，避免它發(fā)生___________而溶解。這種方法被稱為___________________。答案:金屬正極反應(yīng)犧牲陽極的陰極保護(hù)法3.可將被保護(hù)金屬與外加直流電源的______極相連，讓其成為_________極，而將外加直流電源的極接到一些廢鐵上，使廢鐵成為極。這種防止金屬腐蝕的方法叫做外加電流的________。答案:負(fù)陰正陽陰極保護(hù)法4.除了用電化學(xué)方法防止金屬腐蝕外，也可以采用___________________的方法防止金屬腐蝕。如在金屬中添加其他元素而形成________的合金。答案:改變金屬組成和結(jié)構(gòu)耐腐蝕課堂互動(dòng)三點(diǎn)剖析難點(diǎn)1金屬腐蝕的本質(zhì)1.金屬（M）腐蝕的本質(zhì)是金屬與其周圍的物質(zhì)發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，即金屬的反應(yīng)中失電子被氧化，M-ne-Mn+而被損耗的過程。2.金屬的化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕（1）二者的比較化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件金屬跟氧化性物質(zhì)直接接觸不純金屬（合金）跟電解質(zhì)溶液接觸現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生本質(zhì)金屬被氧化的過程活潑金屬被氧化的過程相互關(guān)系金屬的化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕同時(shí)發(fā)生，后者為主（2）電化學(xué)腐蝕的實(shí)質(zhì)（鋼鐵腐蝕為例）鋼鐵電化學(xué)腐蝕示意圖如上圖所示，鋼鐵與其所含的碳、鋼鐵表面的水膜構(gòu)成了無數(shù)微小的原電池。Fe作負(fù)極，發(fā)生電極反應(yīng)為Fe-2e-Fe2+，F(xiàn)e失去的電子通過鐵轉(zhuǎn)移到C的表面。碳作正極，其表面發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)取決于水膜的酸堿性。當(dāng)水膜呈弱酸性和中性時(shí)，發(fā)生的電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-4OH-；當(dāng)水膜呈較強(qiáng)酸性時(shí)，發(fā)生的電極反應(yīng)為2H++2e-H2↑。總之，不管哪種腐蝕，被腐蝕金屬始終作原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)被損耗。（3）電化學(xué)腐蝕類型吸氧腐蝕析氫腐蝕條件水膜呈弱酸性或中性水膜呈較強(qiáng)酸性正極反應(yīng)2H2O+O2+4e-4OH-2H++2e-H2↑負(fù)極反應(yīng)Fe-2e-Fe2+總反應(yīng)2Fe+O2+2H2O====2Fe（OH）2—【例1】如下圖各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序?yàn)椋ǎ〢.②①③④B.④③①②C.④②①③D.③②④①解析：①中Fe放置在海水中，形成了無數(shù)微小原電池，發(fā)生電化學(xué)腐蝕。②③④均構(gòu)成了原電池。②中Fe的活潑性強(qiáng)于Sn，F(xiàn)e作負(fù)極發(fā)生了電化學(xué)腐蝕；③中Zn的活潑性比Fe強(qiáng)，Zn作負(fù)極被腐蝕，而Fe被保護(hù)；④中Fe的活潑性遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于Cu，所以Fe作負(fù)極被腐蝕，并且②中形成的電流弱于④中電流，所以④中Fe比②腐蝕得快，①比②腐蝕得慢。因此Fe被腐蝕由快到慢的順序?yàn)棰堍佗冖鄞鸢福篊難點(diǎn)2鋼鐵生銹鋼鐵生銹主要是發(fā)生電化學(xué)腐蝕（主要是吸氧腐蝕）造成，其主要過程如下：1.鋼鐵均含有一定量的碳，在潮濕空氣中與其表面的水膜構(gòu)成了原電池。正極：O2+2H2O+4e-4OH-①負(fù)極：2Fe-4e-2Fe2+②①+②得原電池反應(yīng)：2Fe+O2+2H2O====2Fe（OH）2，所以水膜中有Fe（OH）2生成。2.Fe（OH）2很不穩(wěn)定，在空氣中立即被O2氧化而轉(zhuǎn)化成Fe（OH）3，發(fā)生反應(yīng)：4Fe（OH）2+O2+2H2O====4Fe（OH）3。Fe（OH）3在水膜中逐漸分解，最后變成了鐵銹（Fe2O3·nH2O），所以我們看到的鐵銹均為紅棕色?！纠?】下列關(guān)于鋼鐵銹蝕的敘述中，錯(cuò)誤的是（）A.酸雨能使鋼鐵更容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕B.鋼鐵在潮濕的地窖中較易發(fā)生析氫腐蝕C.鐵銹的主要成分是Fe2O3·nH2OD.鋼鐵銹蝕時(shí)，鐵原子失去電子成為Fe3+，而后生成Fe（OH）3，再部分脫水成為氧化鐵的水合物解析：地窖中CO2含量較高，B正確，A、C均正確。鋼鐵在銹蝕時(shí)，鐵原子失電子生成Fe2+，D錯(cuò)誤。答案：D重點(diǎn)金屬防護(hù)方法1.犧牲陽極的陰極保護(hù)法：此法應(yīng)用原電池原理，讓被保護(hù)金屬作為正極，另找一種活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬作為負(fù)極。例如在鍋爐內(nèi)壁、船舶外殼裝上若干鋅塊，就可保護(hù)鋼鐵設(shè)備。發(fā)生的電極反應(yīng)：負(fù)極：Zn-2e-Zn2+正極：O2+4e-+2H2O4OH-Zn不斷被腐蝕，可定期拆換，而鐵得到保護(hù)。2.外加電流的陰極保護(hù)法、此法應(yīng)用電解原理，讓被保護(hù)金屬作陰極，惰性電極作輔助陽極，兩者都存在于海水中，接上直流電源。例如鋼閘門，可用此法防止腐蝕。此法中陽極上放電的粒子是海水中的陰離子，陰極上放電的粒子是海水中的陽離子?！纠?】下列事實(shí)與電化學(xué)腐蝕無關(guān)的是（）A.埋在潮濕土壤中的鐵管比干燥土壤中的更易被腐蝕B.為保護(hù)海輪的船殼，常在船殼外面鑲上鋅塊C.在空氣中金屬銀的表面生成一層黑色物質(zhì)D.鍍銀的鐵制品，鍍層破損后，露出的鐵更易被腐蝕解析：金屬在潮濕土壤中易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，而干燥空氣中難發(fā)生，A與電化學(xué)腐蝕有關(guān)。B中所述船殼是鋼鐵與較活的Zn組成原電池，Zn作負(fù)極被腐蝕而Fe被保護(hù)，B與電化學(xué)腐蝕有關(guān)。鍍銀的鐵器破損后形成“FeAg”原電池，其中Fe作負(fù)極被腐蝕。D與電化學(xué)腐蝕有關(guān)。正確選項(xiàng)為C。答案：C各個(gè)擊破類題演練1以下現(xiàn)象說明是化學(xué)腐蝕的是（）A.黃銅（銅鋅合金）制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠B.生鐵比軟鐵芯（幾乎是純鐵）容易生銹C.鐵質(zhì)器件附有銅質(zhì)配件，在接觸處易生鐵銹D.鋁制品擦亮后，幾天后表面又變暗，但不像Fe一樣生銹解析：黃銅中Zn比Cu活潑，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，Zn作負(fù)極被腐蝕，而銅作正極受到保護(hù)。B中生鐵不純，內(nèi)含C等雜質(zhì)，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，而純鐵由于不能形成原電池而腐蝕得慢。C中Fe與Cu接觸處形成原電池，活潑性較強(qiáng)的鐵作負(fù)極被氧化而腐蝕。鋁與O2反應(yīng)成生致密的氧化膜，使鋁制品受到保護(hù)。綜上所述，答案為D。答案：D變式訓(xùn)練1下列關(guān)于金屬腐蝕的敘述正確的是（）A.金屬在潮濕的情況下腐蝕，基實(shí)質(zhì)是：2M+2nH2O====2M（OH）n+nH2↑B.金屬發(fā)生化學(xué)腐蝕的實(shí)質(zhì)是：M-ne-====Mn+，金屬失去電子，被氧化C.金屬的化學(xué)腐蝕必須在酸性條件下進(jìn)行D.金屬的電化學(xué)腐蝕必須在酸性條件下進(jìn)行解析：金屬的腐蝕是普遍現(xiàn)象，不僅有析氫腐蝕還有吸氧腐蝕，電化學(xué)腐蝕是化學(xué)腐蝕的一種。答案：B類題演練2鐵釘與碳棒用導(dǎo)線連接后，浸入到0.01mol·L-1的食鹽溶液中，可能發(fā)生的反應(yīng)是（）A.碳棒上放出Cl2B.碳棒附近產(chǎn)生OH-C.碳棒上放出O2D.鐵釘被氧化解析：鐵釘和碳棒用導(dǎo)線連接后浸入食鹽溶液中，剛好滿足構(gòu)成原電池的三個(gè)條件，由于食鹽溶液是中性的，因此發(fā)生的反應(yīng)是鐵的吸氧腐蝕，鐵作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)：2Fe-4e-2Fe2+，碳棒為正極，溶解在溶液中的O2被還原：2H2O+O2+4e-4OH-，正極附近產(chǎn)生OH-，正極附近的溶液呈堿性。答案：BD變式訓(xùn)練2如圖：水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察：試管內(nèi)液面上升，則溶液呈現(xiàn)___________性，電極反應(yīng)方程式：負(fù)極：___________，正極：___________。若試管內(nèi)液面下降，則溶液呈___________性，發(fā)生___________腐蝕，電極反應(yīng)方程式，負(fù)極：___________，正極：___________________解析：該題在原題的基礎(chǔ)上進(jìn)一步考查了析氫腐蝕、吸氧腐蝕的基本概念。該題的關(guān)鍵是弄清試管內(nèi)液面上升或下降的原因。上升是因?yàn)闅怏w減少，壓強(qiáng)降低，吸收了氧氣，發(fā)生了吸氧腐蝕；下降是因?yàn)闅怏w增多，壓強(qiáng)增大，發(fā)生了析氫腐蝕。答案：堿Fe-2e-====Fe2+O2+2H2O+4e-====4OH-酸析氫Fe-2e-====Fe2+2H++2e-====H2↑類題演練3如右圖所示，甲、乙兩試管中各放一枚鐵釘，甲試管中為NH4Cl溶液，乙試管為NaCl溶液。數(shù)天后觀察到的現(xiàn)象是______________，甲中正極反應(yīng)為______________，乙中正極反應(yīng)為______________。試管中殘留氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量的變化為：甲______________，乙______________。解析：該題在析氫腐蝕與吸氧腐蝕的基礎(chǔ)上，綜合氣壓原理、平均相對(duì)分子質(zhì)量概念，增強(qiáng)了題目的綜合性。NH4Cl溶液水解顯酸性，甲試管中發(fā)生析氫腐蝕，生成氫氣，氣壓增高，NaCl溶液呈中性，乙試管中發(fā)生吸氧腐蝕，氧氣被消耗，氣壓降低，所以左側(cè)導(dǎo)管中水柱下降，右側(cè)導(dǎo)管中水柱上升。又由于甲試管中生成了摩爾質(zhì)量小的氫氣，乙試管中消耗了摩爾質(zhì)量大的氧氣，甲、乙兩試管中殘留氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量都會(huì)減小。答案：左側(cè)導(dǎo)管中水柱下降，右側(cè)導(dǎo)管中水柱上升2H++2e-====H2↑2H2O+O2+4e-====4OH-變小變小變式訓(xùn)練3造成鋼鐵腐蝕的主要外界條件是（）A.酸、堿B.酸霧、O2C.SO2、H2OD.H2O、解析：鋼鐵的腐蝕主要是吸氧腐蝕，是溶有O2的弱酸性或中性介質(zhì)引起的，故應(yīng)選D。答案：D類題演練4下列操作對(duì)鋼鐵不能起保護(hù)作用的是（）A.鐵制品表面鍍金B(yǎng).鐵閘門與直流電源正極相連C.鐵閘門水下部分鑲上鋅D.鋼鐵中加入Ni、Cr組成合金解析：金屬的防護(hù)方法有很多。A中的鐵制品與空氣隔絕，受到了保護(hù)。B中將Fe與電源正極相連，使其失電子速率加大，加快了腐蝕，不能起到保護(hù)作用。C中Fe與Zn組成原電池兩極，F(xiàn)e作正極得到了保護(hù)。D中的合金為不銹鋼，具有能抗腐蝕的性能。答案：B變式訓(xùn)練4下列金屬腐蝕得最慢的是（）A.①B.②C.③D.④解析：①中Fe放置在海水中，形成了無數(shù)微小原電池，發(fā)生電化學(xué)腐蝕。②③④均構(gòu)成了原電池。②中Fe的活潑性強(qiáng)于Sn，F(xiàn)e作負(fù)極發(fā)生了電化學(xué)腐蝕。③中Zn作陽極被腐蝕，而Fe被保護(hù)。④中Fe的活潑性遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于Cu，所以Fe作負(fù)極被腐蝕，并且②中形成的電流弱于④中電流，所以④中Fe比②腐蝕得快，①比②腐蝕得慢。答案：C課后集訓(xùn)基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)1.下列幾種金屬制品的鍍層損壞后，金屬腐蝕速率最快的是（）A.鍍鋁塑料B.食品罐頭盒（鍍錫）C.白鐵水桶（鍍鋅）D.鍍銀銅質(zhì)獎(jiǎng)?wù)陆馕觯築、C、D選項(xiàng)中的材料在損壞后，均能形成原電池。其中B中Fe作負(fù)極，C中Zn作負(fù)極，D中Cu作負(fù)極，所以B、C中金屬腐蝕加快，其中Fe腐蝕更快。答案：B2.下列敘述不正確的是（）A.金屬的電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普通B.鋼鐵在干燥空氣里不易被腐蝕C.用鋁質(zhì)鉚釘鉚接鐵板，鋁鉚釘易被腐蝕D.原電池中電子由正極流入負(fù)極解析：金屬易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，A正確。在干燥空氣中鋼鐵難于形成電化學(xué)腐蝕，B正確。鋁質(zhì)鉚釘易與鐵板形成原電池兩極，F(xiàn)e作負(fù)極易發(fā)生腐蝕，C不正確。D正確。答案：C3.下列敘述不正確的是()A.鋅跟稀硫酸反應(yīng)制取氫氣，加入少量的硫酸銅能加快反應(yīng)速率B.鍍層破損后，白鐵（鍍鋅的鐵）比馬口鐵（鍍錫的鐵）更易被腐蝕C.鋼鐵表面常易被銹蝕生成Fe2O3·nH2OD.鋼鐵在發(fā)生析氫腐蝕和吸氧腐蝕時(shí)，完全相同的反應(yīng)是負(fù)極反應(yīng)解析：鋅與硫酸反應(yīng)中加入CuSO4后生成Cu與鋅形成原電池，反應(yīng)加快。A正確。鍍層破損后，白鐵中Fe作正極而馬口鐵中Fe作負(fù)極，B不正確。鋼鐵表面生成的鐵銹主要成分為Fe2O3·nH2O，C正確，電化學(xué)腐蝕中的負(fù)極反應(yīng)為Fe-2e-====Fe2+，D正確。答案：B4.鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)是()A.2H2O+2e-====H2↑+2OH-B.O2+2H2O+4e-====4OH-C.Fe-2e-====Fe2+D.4OH--4e-====2H2O+O2↑解析：鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為Fe-2e-====Fe2+。所以C是正確。答案：C5.X、Y、Z、M代表四種金屬元素，金屬X和Z用導(dǎo)線連接放入稀H2SO4中時(shí)，X溶解，Z極上有H2放出，若電解Y2+和Z2+共存的溶液時(shí)，Y先析出，又知M2+的氧化性強(qiáng)于Y2+。則這四種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?)A.X＞Z＞Y＞MB.X＞Y＞Z＞MC.M＞Z＞X＞YD.X＞Z＞M＞Y解析：金屬X和Z連線放入硫酸中，X作負(fù)極，Z作正極，活動(dòng)性X＞Z，電解Y2+和Z2+共存的溶液中，Z2+氧化性弱于Y2+，活動(dòng)性Z＞Y；因M2+的氧化性強(qiáng)于Y2+。則活動(dòng)性Y＞M。綜上所述，四種金屬活動(dòng)性：X＞Z＞Y＞M。答案：A6.把鋅片和鐵片放在盛有含酚酞的稀食鹽水的玻璃器皿中，如下圖。經(jīng)過一段時(shí)間后，首先觀察到溶液變紅的區(qū)域是（）A.Ⅰ和Ⅲ附近B.Ⅰ和Ⅳ附近C.Ⅱ和Ⅲ附近D.Ⅱ和Ⅳ附近解析：甲裝置是電解裝置，F(xiàn)e作陽極，反應(yīng)為Fe-2e-====Fe2+；Zn作陰極，反應(yīng)為：2H++2e-====H2↑；H+減少后，OH-濃度增大，堿性增強(qiáng)，溶液變紅。乙裝置屬于電化學(xué)腐蝕，F(xiàn)e作正極，反應(yīng)為O2+2H2O+4e-====4OH-，生成了OH-使溶液堿性增強(qiáng)而首先變紅。答案：B綜合運(yùn)用7.我國(guó)銅鑄的牛首、猴首和虎首距今已200多年，現(xiàn)看上去仍然熠熠生輝，下列對(duì)其原因的分析，最可能的是（）A.它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金B(yǎng).環(huán)境污染日益嚴(yán)重，它們表面的銅綠被酸雨溶解洗去C.銅的金屬活動(dòng)性比氫弱，因此不易被氧化D.它們是含一定比例金、銀、鋅的銅合金解析：在200多年前還沒有掌握電鍍技術(shù)，A不正確。銅綠被酸雨沖洗后，表面將失去光澤，B不正確。Cu可與空氣中O2、CO2、H2O發(fā)生反應(yīng)，生成銅綠而被腐蝕，C也不正確。銅合金中有比Cu活潑的金屬Zn，使Zn被腐蝕而使Cu得到保護(hù)。答案：D8.如右圖所示，試管中放一鐵釘，溶液為氯化鈉溶液，數(shù)天后觀察到的現(xiàn)象有______________。說明鐵釘發(fā)生了_______________腐蝕，其中正極的電極反應(yīng)式為__________________，溶液中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________。解析：鐵釘在NaCl溶液中發(fā)生了吸氧腐蝕，使裝置中O2減少，氣體壓強(qiáng)減小，使a端液面上升，b端液面下降。其中Fe作負(fù)極，發(fā)生反應(yīng)為：Fe-2e-====Fe2+；正極發(fā)生反應(yīng)為：O2+2H2O+4e-====4OH-。答案：a端液面上升，b端液面下降，鐵釘表面有紅棕色鐵銹生成吸氧O2+2H2O+4e-====4OH-2Fe+O2+2H2O====2Fe（OH）2，4Fe（OH）2+O2+2H