新教材適用2024-2025學年高中化學第4章化學反應與電能第3節(jié)金屬的腐蝕與防護學案新人教版選擇性必修1

第三節(jié)金屬的腐蝕與防護,學習目標1．了解金屬發(fā)生電化學腐蝕的本質(zhì)，知道金屬腐蝕的危害。2．了解防止金屬腐蝕的措施。核心素養(yǎng)1．通過試驗科學探究金屬腐蝕的本質(zhì)及其緣由，培育科學探究與創(chuàng)新意識。2．通過相識金屬腐蝕產(chǎn)生的危害和影響，培育科學看法和社會責隨意識。屹立于美國紐約港外一個海島上15層樓高的自由女神銅像，歷來被認為是美利堅合眾國的象征。然而，經(jīng)過近百年的風風雨雨，它和人一樣，已經(jīng)生“病”了。自由女神銅像近百年來始終受著一種“疾病”的熬煎，那就是電化學腐蝕?！白杂膳瘛钡耐鈿げ牧鲜倾~，而支撐整個雕像的內(nèi)支架卻是鐵的，在它們之間僅用一層浸透油的毛氈隔開。隨著時間的消逝，那一層毛氈失去了隔離作用，而大西洋夾帶著鹽分的潮濕空氣不斷地向自由女神進行攻擊，多數(shù)的原電池便在“自由女神”的身上形成了。這種原電池以鐵為負極，銅為正極，夾帶鹽分的濕空氣正好在兩極之間起著電解質(zhì)溶液的作用，結果加速了鐵的腐蝕。面對自由女神雕像的腐蝕問題，應實行什么措施和方法？秦始皇兵馬俑一號坑在寂靜了24年后，考古學者對它進行了第三次大規(guī)模發(fā)掘，同前兩次一樣，這一次也出土了大量的青銅器，其中有的青銅兵器在地下埋藏兩千多年，但出土后依舊光亮如新，銳利無比。這些兵器為什么會保存的完整無損呢？在生產(chǎn)生活中如何愛護金屬制品不受腐蝕呢？新知預習一、金屬的電化學腐蝕1．金屬腐蝕：2．化學腐蝕和電化學腐蝕：3．鋼鐵的電化學腐蝕：(1)實質(zhì)。eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(鐵：負極,水膜：電解質(zhì)溶液,碳：正極))在鋼鐵表面形成多數(shù)微小原電池(2)析氫腐蝕和吸氧腐蝕。類別項目析氫腐蝕吸氧腐蝕圖形描述條件水膜酸性較強水膜酸性較弱或呈中性電極反應負極Fe－2e－=Fe2＋正極2H＋＋2e－=H2↑2H2O＋O2＋4e－=4OH－總反應Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑2Fe＋2H2O＋O2=2Fe(OH)2聯(lián)系通常兩種腐蝕同時存在，但后者更普遍二、金屬的電化學防護電化學防護犧牲陽極的陰極愛護法外加電流的陰極愛護法依據(jù)原電池原理電解池原理原理被愛護金屬作_正極__(陰極)；活潑金屬作_負極__(陽極)。陽極要定期予以更換將被愛護金屬與電源的_負極__相連作_陰極__；另一附加電極與電源的_正極__相連作_陽極__實例示意圖三、金屬的其他防護方法1．加涂愛護層：如采納噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法，使金屬與_空氣、水__等物質(zhì)隔離，防止金屬被氧化腐蝕。2．變更金屬的內(nèi)部結構：如把鉻、鎳等金屬加入一般鋼中制成耐腐蝕的_不銹鋼__。預習自測1．下列有關金屬腐蝕與防護的說法正確的是(C)A．鋼鐵析氫腐蝕和吸氧腐蝕的速率一樣快B．當鍍錫鐵制品的鍍層破損時，鍍層仍能對鐵制品起愛護作用C．海輪外殼焊接鋅塊是采納了犧牲陽極的陰極愛護法D．可將地下輸油鋼管與外加直流電源的正極相連以愛護它不受腐蝕解析：鋼鐵的腐蝕主要是析氫腐蝕和吸氧腐蝕，由于所處的溶液酸堿性不同，因此二者的腐蝕速率不同，故A錯誤；Fe、Sn形成原電池時，F(xiàn)e為負極，負極失電子被腐蝕，所以當鍍錫鐵制品的鍍層破損時，鍍層不能對鐵制品起愛護作用，故B錯誤；Fe、Zn形成原電池時，F(xiàn)e為正極，Zn為負極失電子，則Fe被愛護，屬于犧牲陽極的陰極愛護法，故C正確；Fe與正極相連作陽極，活性電極作陽極時，電極失電子被腐蝕，則地下輸油鋼管與外加直流電源的負極相連以愛護它不受腐蝕，故D錯誤。2．以下現(xiàn)象與電化學腐蝕無關的是(B)A．生鐵比純鐵簡單生銹B．銀質(zhì)物品久置表面變暗C．鐵質(zhì)器件附有銅質(zhì)配件，在接觸處易生鐵銹D．黃銅(銅鋅合金)制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠解析：生鐵中金屬鐵、碳、潮濕的空氣能構成原電池，金屬鐵為負極，易被腐蝕而生銹，和電化學腐蝕有關，故A不符合題意；銀質(zhì)物品久置表面變暗是由于金屬銀和空氣中的成分發(fā)生反應的結果，屬于化學腐蝕，與電化學腐蝕無關，故B符合題意；鐵質(zhì)器件附有銅質(zhì)配件，在接觸處形成原電池，其中金屬鐵為負極，易生鐵銹，和電化學腐蝕有關，故C不符合題意；黃銅(銅鋅合金)制作的銅鑼中，金屬鋅為負極，金屬銅做正極，Cu被愛護，不易腐蝕，和電化學腐蝕有關，故D不符合題意。3．下列關于金屬腐蝕的說法正確的是(C)A．金屬腐蝕的本質(zhì)是金屬原子失去電子而被還原B．金屬的化學腐蝕必需在酸性條件下進行C．金屬的化學腐蝕實質(zhì)是M－ne－=Mn＋，電子干脆轉(zhuǎn)移給氧化劑D．在潮濕環(huán)境中，金屬的電化學腐蝕肯定是析氫腐蝕解析：金屬腐蝕的本質(zhì)是金屬原子失去電子而被氧化的過程，A錯誤；金屬的化學腐蝕在酸性或堿性環(huán)境中均有可能進行，如金屬鋁的化學腐蝕可能在堿性條件下進行，B錯誤；金屬的化學腐蝕實質(zhì)是金屬原子失去電子變?yōu)榻饘訇栯x子，可表示為M－ne－=Mn＋，電子由金屬原子干脆轉(zhuǎn)移給氧化劑，C正確；在潮濕環(huán)境中，金屬的電化學腐蝕主要以吸氧腐蝕為主，D錯誤。學問點1金屬的腐蝕問題探究：1．純鐵片放入稀硫酸中發(fā)生的是什么腐蝕？2．在鐵的表面鍍上一層其他金屬是常見的防止鐵生銹的方法，常見的有鍍錫(馬口鐵)和鍍鋅(白鐵皮)，為什么鍍層破損后，鍍鋅鋼板(白鐵皮)比鍍錫鋼板(馬口鐵)耐腐蝕？探究提示：1．純鐵片放入稀硫酸中發(fā)生反應：Fe＋H2SO4(稀)=FeSO4＋H2↑，發(fā)生的是化學腐蝕。2．鍍層破損后，白鐵皮形成原電池，因鋅比鐵活潑，易失去電子，從而愛護了鐵；而馬口鐵破損后，因為形成原電池時，鐵比錫活潑，鐵被腐蝕。所以在鍍層破損后，鍍鋅鋼板比鍍錫鋼板耐腐蝕。學問歸納總結：1．金屬的化學腐蝕和電化學腐蝕的聯(lián)系和區(qū)分：化學腐蝕電化學腐蝕吸氧腐蝕析氫腐蝕條件金屬與干燥氣體或非電解質(zhì)液體等干脆接觸水膜中溶有O2，酸性很弱或呈中性水膜酸性較強本質(zhì)金屬被氧化而腐蝕較活潑金屬被氧化而腐蝕現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生反應式(以鐵腐蝕為例)2Fe＋3Cl2=2FeCl3負極：2Fe－4e－=2Fe2＋負極：2Fe－4e－=2Fe2＋正極：2H2O＋O2＋4e－=4OH－正極：4H＋＋4e－=2H2↑聯(lián)系兩種腐蝕往往同時發(fā)生，只是電化學腐蝕比化學腐蝕更普遍、危害更大2.金屬的腐蝕類題目的解題思路：(1)正確推斷金屬的腐蝕是化學腐蝕還是電化學腐蝕。發(fā)生原電池反應引起的腐蝕為電化學腐蝕，無原電池反應發(fā)生的腐蝕為化學腐蝕。(2)假如是電化學腐蝕，推斷出正、負極，較活潑的金屬為負極被腐蝕，較不活潑的金屬為正極被愛護。(3)正確推斷“介質(zhì)”溶液的酸堿性是分析析氫腐蝕和吸氧腐蝕的關鍵。潮濕的空氣、中性溶液中發(fā)生吸氧腐蝕；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液中發(fā)生析氫腐蝕。(4)依據(jù)金屬活動性依次表分析析氫腐蝕和吸氧腐蝕。金屬活動性依次表中氫前面的金屬，在酸性較強的電解質(zhì)溶液中發(fā)生析氫腐蝕，在中性或酸性較弱的電解質(zhì)溶液中發(fā)生吸氧腐蝕；金屬活動性依次在氫后面的金屬只可能發(fā)生吸氧腐蝕。3．金屬腐蝕受多種因素影響(1)就金屬本性來說，金屬越活潑，越易失電子被腐蝕。(2)金屬越純越難腐蝕，如純鐵即使在酸性溶液中反應也很慢，但生鐵在潮濕空氣中就會發(fā)生腐蝕而生銹。(3)介質(zhì)對金屬腐蝕的影響也很大，如金屬在潮濕的空氣中，接觸腐蝕性氣體或電解質(zhì)溶液，都易被腐蝕。典例1如圖所示裝置，若起先時a、b兩端液面相平，放置一段時間后，下列有關敘述中正確的是(C)A．鐵絲在兩處的腐蝕速率：a>bB．a(chǎn)、b兩端相同的電極反應式為Fe－3e－=Fe3＋C．一段時間后，a端液面高于b端液面D．a(chǎn)處總反應為Fe＋2H2O=Fe(OH)2＋H2↑解析：左邊試管中，生鐵發(fā)生吸氧腐蝕，右邊試管中，生鐵發(fā)生析氫腐蝕。A項，生鐵發(fā)生析氫腐蝕的速率比吸氧腐蝕的速率大，錯誤；B項，a處負極上鐵失電子，正極上氧氣得電子，b處負極上鐵失電子，正極上氫離子得電子，所以a、b兩處相同的電極反應式為Fe－2e－=Fe2＋，錯誤；C項，a處發(fā)生吸氧腐蝕，b處發(fā)生析氫腐蝕，一段時間后，a處氣體壓強減小，b處氣體壓強增大，導致溶液從b處向a處移動，所以a處液面高于b處液面，正確；D項，a處發(fā)生吸氧腐蝕，其總反應為2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2，錯誤。變式訓練?下列說法不正確的是(A)A．鋼鐵因含雜質(zhì)而簡單發(fā)生電化學腐蝕，所以合金都不耐腐蝕B．原電池反應是導致金屬腐蝕的主要緣由，但人們可以利用原電池原理來減緩金屬的腐蝕C．鋼鐵電化學腐蝕兩種類型主要區(qū)分在于水膜的酸性不同，正極反應不同D．無論哪種類型的腐蝕，其實質(zhì)都是金屬被氧化解析：不銹鋼和鋁合金等耐腐蝕，A項錯誤；金屬作原電池正極時被愛護，B項正確；水膜酸性較強時，鐵主要發(fā)生析氫腐蝕，水膜中性或弱酸性時發(fā)生吸氧腐蝕，C項正確；金屬被腐蝕的實質(zhì)是金屬失電子，被氧化，D項正確。學問點2金屬的防護問題探究：1．為愛護地下鋼管不被腐蝕，可實行的電化學愛護措施有哪些？2．鐵制品在潮濕的環(huán)境中和在干燥環(huán)境中哪種環(huán)境更易生銹？其緣由是什么？探究提示：1．將鋼管與鋅板相連，或?qū)摴芘c直流電源負極相連。2．潮濕環(huán)境中更易生銹；鐵制品中含有雜質(zhì)碳，在潮濕環(huán)境下的電解質(zhì)溶液中構成原電池，加快了鐵被氧化的反應速率。學問歸納總結：1．常見金屬的防護措施：2．金屬腐蝕快慢的推斷方法：(1)對同一種金屬來說，腐蝕的快慢：強電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。(2)活動性不同的兩金屬：活動性差別越大，活動性強的金屬腐蝕越快。(3)對同一種電解質(zhì)溶液來說：電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕越快，且氧化劑的濃度越高，氧化性越強，腐蝕越快。(4)不同原理引起的腐蝕的速率：電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕。(5)從防腐措施方面分析腐蝕的快慢：外加電流的愛護法防腐<犧牲陽極的愛護法防腐<有一般防護條件的防腐<無防護條件的防腐。【易錯提示】不要因為“陽極”“陰極”而把犧牲陽極的愛護法的工作原理當作電解原理。典例2鋼鐵很簡單生銹而被腐蝕，每年因腐蝕而損失的鋼鐵占世界鋼鐵年產(chǎn)量的三分之一。請回答鋼鐵在腐蝕、防護過程中的有關問題。(1)在實際生產(chǎn)中，可在鐵件的表面鍍上鋅愛護層或錫愛護層防止鐵被腐蝕。鍍層破損后，鍍錫鐵和鍍鋅鐵更簡單被腐蝕的是_鍍錫鐵__。(填“鍍錫鐵”或“鍍鋅鐵”)(2)下列哪個裝置可防止鐵棒被腐蝕_BD__。(3)利用如圖裝置可以模擬鐵的電化學防護。①若X為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，開關K應置于_N__處。假設海水中只有NaCl溶質(zhì)，寫出此時總離子反應方程式：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。②若X為鋅，開關K置于M處，該電化學防護法稱為_犧牲陽極愛護法(犧牲陽極的陰極愛護法)__，寫出鐵電極處的電極反應式：O2＋4e－＋2H2O=4OH－。解析：(1)鐵比錫活潑，形成原電池反應時，鐵為負極，錫為正極，鍍層破損后，鍍錫鐵比鍍鋅鐵更簡單被腐蝕，而鋅比鐵活潑，形成原電池反應時，鐵為正極，鋅為負極，鐵難以被氧化；(2)形成原電池反應，鐵為負極，碳為正極，為鐵的吸氧腐蝕，故A錯誤；鋅比鐵活潑，鐵為正極，被愛護而難以腐蝕，故B正確；水中溶解氧氣，鐵可發(fā)生腐蝕，故C錯誤；鐵連接電源負極，為陰極，被愛護不易腐蝕，故D正確。故選BD；(3)①若X為碳棒，由于Fe比較活潑，為減緩鐵的腐蝕，應使Fe為電解池的陰極，故K連接N處，假設海水中只有NaCl溶質(zhì)，則此時總離子反應方程式為2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－；②若X為鋅，開關K置于M處，Zn為負極被腐蝕，F(xiàn)e為正極被愛護，該防護法稱為犧牲陽極的陰極愛護法，正極反應為O2＋4e－＋2H2O=4OH－。變式訓練?據(jù)最近報道，中國生產(chǎn)的首艘國產(chǎn)航母已經(jīng)下水。為愛護航母、延長服役壽命可采納兩種電化學方法。方法1：艦體鑲嵌一些金屬塊；方法2：航母艦體與電源相連。下列有關說法正確的是(D)A．方法1叫外加電流的愛護法B．方法2叫犧牲陽極的愛護法C．方法1中金屬塊可能是鋅、錫和銅D．方法2中艦體連接電源的負極解析：艦體上鑲嵌活潑性比鐵強的金屬，如鋅，該方法為犧牲陽極愛護法，A、C錯誤；艦體與直流電源的負極相連，該法為外加電流愛護法，B錯，D正確，故選D。補牙劑與原電池常用的補牙劑中有一種汞合金，它含有幾乎等質(zhì)量的汞、銀、錫、銅和鋅。這種補牙劑特別堅實，耐腐蝕，不產(chǎn)生有毒物質(zhì)或可溶性物質(zhì)。但是，用了這種補牙劑的人可能會遇到一個麻煩，當他們享用口香糖或糖果時，假如補過的牙不當心咬到包裝用的鋁箔——?。√?！據(jù)牙科醫(yī)生說，兩顆壞牙上的補牙劑接觸時也會產(chǎn)生難受。這是為什么呢？補牙劑汞合金中含有組成大致為Ag2Hg3、Ag3Sn、SnxHg(x＝7～9)的物質(zhì)，它們可能發(fā)生電極反應，如：3Hg2＋＋2Ag＋6e－=Ag2Hg3Sn2＋＋3Ag＋2e－=Ag3Sn鋁比汞合金中任何一種金屬都活潑，可能發(fā)生的電極反應為：Al－3e－=Al3＋當鋁與這種補牙劑接觸時，唾液充當電解液，鋁電極發(fā)生氧化反應成為負極，補牙劑中的合金發(fā)生還原反應成為正極，形成一個微電池。微電池產(chǎn)生的微電流刺激牙神經(jīng)，就產(chǎn)生了難受感。1．如圖所示是探究鐵發(fā)生腐蝕的裝置圖。發(fā)覺起先時U形管左端紅墨水水柱下降，一段時間后U形管左端紅墨水水柱又上升。下列說法中不正確的是(D)A．起先時發(fā)生的是析氫腐蝕B．一段時間后發(fā)生的是吸氧腐蝕C．兩種腐蝕負極的電極反應式均為Fe－2e－=Fe2＋D．析氫腐蝕的總反應式為2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2解析：在酸性條件下發(fā)生析氫腐蝕：2H＋＋2e－=H2↑，產(chǎn)生的氫氣使試管內(nèi)壓強增大，造成U形管左端紅墨水水柱下降，A項正確；發(fā)生析氫腐蝕一段時間后，溶液中的c(H＋)漸漸減小，在酸性很弱或中性條件下則發(fā)生吸氧腐蝕：2H2O＋O2＋4e－=4OH－，反應中消耗氧氣使試管內(nèi)壓強減小，造成U形管左端紅墨水水柱上升，B項正確；無論是析氫腐蝕還是吸氧腐蝕，負極都是鐵失去電子，即Fe－2e－=Fe2＋，C項正確；析氫腐蝕，負極：Fe－2e－=Fe2＋，正極：2H＋＋2e－=H2↑，總反應式為Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑，D項錯誤。2．有關遠洋輪船船殼腐蝕與防護敘述錯誤的是(D)A．可在船殼外刷油漆進行愛護B．可將船殼與電源的負極相連進行愛護C．可在船底安裝鋅塊進行愛護D．在海上航行時，船殼主要發(fā)生析氫腐蝕解析：在船殼外刷油漆可以防止金屬和海水、空氣接觸，所以在船殼外刷油漆可以對船殼進行愛護，故A正確；將船殼與電源的負極相連，即船殼為陰極，陰極材料不易被腐蝕，電解池的陰極金屬被愛護，故B正確；在船底安裝鋅塊，形成原電池，金屬鋅是負極，被腐蝕，正極材料Fe被愛護，故C正確；海水是中性環(huán)境，金屬會發(fā)生吸氧腐蝕，即在海上航行時，船殼主要發(fā)生吸氧腐蝕，故D錯誤。3．《我在故宮修文物》這部紀錄片里關于古代青銅器的修復引起了某研學小組的愛好。“修舊如舊”是文物愛護的主旨。(1)查閱中學教材得知銅銹為Cu2(OH)2CO3，俗稱銅綠，可溶于酸。請寫出銅綠與鹽酸反應的化學方程式。(2)接著查閱中國知網(wǎng)，了解到銅銹的成分特別困難，主要成分有Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl?？脊艑W家將銅銹分為無害銹和有害銹，結構如圖所示：Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl分別屬于無害銹和有害銹，請說明緣由。(3)如圖為青銅器在潮濕環(huán)境中發(fā)生電化學腐蝕生成有害銹Cu2(OH)3Cl的原理示意圖，①寫出在發(fā)生電化學腐蝕的過程中正極的電極反應式。②若生成2.145gCu2(OH)3Cl，計算理論上消耗標準狀況氧氣體積。③文獻顯示有害銹的形成過程中會產(chǎn)生CuC