第4章第3節(jié)-金屬的腐蝕與防護(hù)(第2課時(shí)-金屬的防護(hù))(教師版)

《2021-2022學(xué)年高二化學(xué)同步精品學(xué)案（新人教版選擇性必修1）》第四章化學(xué)反應(yīng)與電能第三節(jié)金屬的腐蝕與防護(hù)（2）二、金屬的防護(hù)：主要從金屬、與金屬接觸的物質(zhì)及兩者反應(yīng)的條件等方面來(lái)考慮。1．改變金屬材料的組成：在金屬中添加其他（非）金屬制成合金。如不銹鋼、鈦合金等。2．在金屬表面覆蓋保護(hù)層：在金屬表面覆蓋致密的保護(hù)層，將金屬制品與周?chē)镔|(zhì)隔開(kāi)。eq\a\vs0\al(（1）非金屬保護(hù)層：油漆、礦物性油脂或搪瓷、塑料等。,（2）金屬保護(hù)層：用電鍍等方法在鋼鐵表面鍍上一層金屬。,（3）發(fā)藍(lán)處理：通過(guò)化學(xué)方法使鋼鐵部件表面生成一層致密的Fe3O4薄膜。,（4）鈍化處理：利用陽(yáng)極氧化處理鋁制品的表面，使之形成致密的氧化膜而鈍化。,（5）其它方法：離子注入、表面滲鍍等方式在金屬表面也可以形成穩(wěn)定的鈍化膜等。)3．電化學(xué)保護(hù)法金屬在發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，總是作為原電池負(fù)極(陽(yáng)極)的金屬被腐蝕，作為正極(陰極)的金屬不被腐蝕，如果能使被保護(hù)的金屬成為陰極，就不易被腐蝕。如鋼鐵的防腐通常采用下列兩種陰極保護(hù)法。犧牲陽(yáng)極法外加電流法示意圖工作原理原電池原理電解池原理電極設(shè)計(jì)負(fù)極：活潑性更強(qiáng)的金屬正極：被保護(hù)的金屬陽(yáng)極：惰性金屬或石墨陰極：被保護(hù)的金屬【思考與討論】犧牲陽(yáng)極法和外加電流法都要采用輔助陽(yáng)極，將被保護(hù)的金屬作為陰極。在這兩種方法中：（1）輔助陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)類(lèi)型是否相同?（2）對(duì)于用作輔助陽(yáng)極的金屬的化學(xué)性質(zhì)各有什么要求?【實(shí)驗(yàn)探究】實(shí)驗(yàn)4—4〔資料卡片〕Fe2＋的檢驗(yàn)Fe2＋與黃色K3[Fe(CN)6]（鐵氰化鉀）溶液反應(yīng)生成特征藍(lán)色沉淀KFe[Fe(CN)6]。（1）犧牲陽(yáng)極法的實(shí)驗(yàn)探究連接如圖裝置，過(guò)一段時(shí)間，用膠頭滴管從Fe電極區(qū)域取少量溶液于試管中，再向試管中滴入2滴K3[Fe(CN)6]溶液實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象電極反應(yīng)電流表指針偏轉(zhuǎn)Fe電極有氣泡產(chǎn)生；試管中溶液未生成藍(lán)色沉淀。2H＋＋2e－H2↑Zn電極鋅棒溶解變細(xì)Zn－2eˉ==Zn2+實(shí)驗(yàn)結(jié)論溶液中不含F(xiàn)e2＋，鐵作正極未被腐蝕（2）兩個(gè)培養(yǎng)皿a、b中均放入含有NaCl的瓊脂，并注入5～6滴酚酞和K3[Fe(CN)6]溶液。實(shí)驗(yàn)裝置裹有鋅皮的鐵釘纏有銅絲的鐵釘現(xiàn)象紅色鐵釘周?chē)兗t銅絲周?chē)兗t藍(lán)色沉淀未見(jiàn)藍(lán)色沉淀鐵釘周?chē)伤{(lán)色沉淀電極反應(yīng)Zn－2eˉ==Zn2+O2+4eˉ+2H2O==4OHˉFe－2eˉ==Fe2+O2+4eˉ+2H2O==4OHˉ結(jié)論Zn被腐蝕，F(xiàn)e被保護(hù)。Fe被腐蝕，Cu被保護(hù)?！绢A(yù)習(xí)檢驗(yàn)】1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)（1）若在海輪外殼上附著一些銅塊，則可以減緩海輪外殼的腐蝕（×）（2）鍍鋅鐵和鍍錫鐵在保護(hù)層破損后，就失去了對(duì)金屬的保護(hù)作用（×）（3）生鐵比純鐵容易生銹（√）（4）在鋼鐵表面進(jìn)行發(fā)藍(lán)處理，生成氧化鐵薄膜保護(hù)金屬（×）（5）陰極還原處理鋁制品生成致密的保護(hù)膜屬于電化學(xué)保護(hù)法（×）（6）外加電流法是把被保護(hù)的鋼閘門(mén)作為陽(yáng)極，把惰性電極作為輔助陰極（×）2．我國(guó)有多條高壓直流電線(xiàn)路的瓷絕緣子出現(xiàn)鐵帽腐蝕現(xiàn)象，在鐵帽上加鋅環(huán)能有效防止鐵帽的腐蝕，防護(hù)原理如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．通電時(shí)，鋅環(huán)是陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)B．通電時(shí)，陰極上的電極反應(yīng)為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．?dāng)嚯姇r(shí)，鋅環(huán)上的電極反應(yīng)為Zn2＋＋2e－=ZnD．?dāng)嚯姇r(shí)，仍能防止鐵帽被腐蝕【答案】C〔解析〕鋅環(huán)與電源的正極相連，為陽(yáng)極，A項(xiàng)正確；斷電時(shí)，Zn比鐵活潑，作負(fù)極，電極反應(yīng)為Zn－2e－=Zn2＋，C項(xiàng)錯(cuò)誤。3．如圖是自來(lái)水表的常見(jiàn)安裝方式。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是()A．該安裝方式的水表更容易被腐蝕B．發(fā)生腐蝕過(guò)程中，電子從接頭流向水表C．腐蝕時(shí)水表發(fā)生的電極反應(yīng)為2H2O+O2+4e?=4OH?D．腐蝕過(guò)程還涉及反應(yīng)：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3【答案】A〔解析〕構(gòu)成原電池，腐蝕鐵，保護(hù)銅，所以該安裝方式的水表不易被腐蝕，故A不正確；電子由鐵流向銅，即電子從接頭流向水表，故B正確；水表發(fā)生了吸氧腐蝕，氧氣在水表的表面得電子，電極反應(yīng)式為2H2O+O2+4e?=4OH?，故C正確；負(fù)極放電產(chǎn)生的Fe2+與正極產(chǎn)生的OH?結(jié)合成Fe(OH)2，F(xiàn)e(OH)2被空氣中的氧氣氧化生成氫氧化鐵，所以腐蝕過(guò)程還涉及反應(yīng)：4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3，故D正確。4．支撐海港碼頭基礎(chǔ)的鋼管樁，常用外加電流法進(jìn)行防腐，工作原理如圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽(yáng)極。下列有關(guān)表述不正確的是()A．通入保護(hù)電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零B．通電后外電路電子被強(qiáng)制從高硅鑄鐵流向鋼管樁C．高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽(yáng)極材料和傳遞電流D．通入的保護(hù)電流應(yīng)該根據(jù)環(huán)境條件變化進(jìn)行調(diào)整【答案】C〔解析〕題給信息高硅鑄鐵為“惰性輔助陽(yáng)極”不損耗，C項(xiàng)錯(cuò)誤。5．“暖寶寶”主要成分有鐵粉、水、食鹽、活性炭、吸水性樹(shù)脂等，工作時(shí)利用微孔透氧技術(shù)反應(yīng)發(fā)熱。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．發(fā)熱時(shí)鐵粉發(fā)生了吸氧腐蝕B．食鹽作電解質(zhì)，活性炭為正極C．工作時(shí)，吸水性樹(shù)脂可供水D．暖寶寶可以重復(fù)使用【答案】D〔解析〕A項(xiàng)，固體混合物組成原電池，發(fā)熱時(shí)鐵粉失電子，生成亞鐵離子，而正極上，氧氣得電子，與水反應(yīng)生成氫氧根離子，故放電時(shí)發(fā)生了吸氧腐蝕，正確；B項(xiàng)，固體混合物組成原電池，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，鐵作負(fù)極，食鹽作電解質(zhì)，活性炭為正極，正確；C項(xiàng)，吸水性樹(shù)脂是一種吸水能力特別強(qiáng)的功能高分子材料，可反復(fù)釋水、吸水，工作時(shí)，吸水性樹(shù)脂可供水，正確；D項(xiàng)，鐵發(fā)生吸氧腐蝕后，不能再還原為鐵粉，則“暖寶寶”不可以重復(fù)使用，錯(cuò)誤。6．驗(yàn)證犧牲陽(yáng)極法，實(shí)驗(yàn)如下（燒杯內(nèi)均為經(jīng)過(guò)酸化的3%NaCl溶液）。①②③在Fe表面生成藍(lán)色沉淀試管內(nèi)無(wú)明顯變化試管內(nèi)生成藍(lán)色沉淀下列說(shuō)法不正確的是（）A．對(duì)比②③，可以判定Zn保護(hù)了FeB．對(duì)比①②，K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化C．驗(yàn)證Zn保護(hù)Fe時(shí)不能用①的方法D．將Zn換成Cu，用①的方法可判斷Fe比Cu活潑【答案】D〔解析〕②中Zn作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)生成Zn2＋，F(xiàn)e作正極被保護(hù)，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入鐵氰化鉀溶液，試管內(nèi)無(wú)明顯變化。但③中沒(méi)有Zn保護(hù)Fe，F(xiàn)e在酸性環(huán)境中發(fā)生析氫腐蝕，F(xiàn)e作負(fù)極被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入鐵氰化鉀溶液，生成藍(lán)色沉淀，對(duì)比②③可知Zn保護(hù)了Fe，A項(xiàng)正確；①與②的區(qū)別在于：前者是將鐵氰化鉀溶液直接滴入燒杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加鐵氰化鉀溶液，①中出現(xiàn)了藍(lán)色沉淀，說(shuō)明有Fe2＋生成。對(duì)比分析可知，可能是鐵氰化鉀氧化Fe生成了Fe2＋，B項(xiàng)正確；通過(guò)上述分析可知，驗(yàn)證Zn保護(hù)Fe時(shí)不能用①的方法，C項(xiàng)正確；若將Zn換成Cu，鐵氰化鉀仍會(huì)將Fe氧化為Fe2＋，在鐵的表面同樣會(huì)生成藍(lán)色沉淀，所以無(wú)法判斷Fe2＋是不是負(fù)極產(chǎn)物，即無(wú)法判斷Fe與Cu的活潑性，D項(xiàng)錯(cuò)誤。7．回答下列問(wèn)題：（1）如圖是實(shí)驗(yàn)室研究海水對(duì)鐵閘不同部位腐蝕情況的剖面示意圖。①該電化腐蝕稱(chēng)為_(kāi)_____________。②圖中A、B、C、D四個(gè)區(qū)域，生成鐵銹最多的是______(填字母)。③以鋅為負(fù)極，采用犧牲陽(yáng)極法防止鐵閘的腐蝕，圖中鋅塊的固定位置最好應(yīng)在________處(填字母)。（2）某同學(xué)進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證鐵的腐蝕：操作現(xiàn)象取一塊打磨過(guò)的生鐵片，在其表面滴一滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食鹽水放置一段時(shí)間后，生鐵片上出現(xiàn)如圖所示“斑痕”，其邊緣為紅色，中心區(qū)域?yàn)樗{(lán)色，在兩色環(huán)交界處出現(xiàn)鐵銹中心區(qū)的電極反應(yīng)式為_(kāi)_________________，邊緣處的電極反應(yīng)式為_(kāi)___________________，交界處發(fā)生的反應(yīng)為_(kāi)________________________。（3）利用如圖所示裝置，可以模擬鐵的電化學(xué)防護(hù)。若X為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，開(kāi)關(guān)K應(yīng)置于________處。若X為鋅，開(kāi)關(guān)K置于M處，該電化學(xué)防護(hù)法稱(chēng)為_(kāi)_______________________。【答案】（1）①吸氧腐蝕②B③C（2）Fe－2e－=Fe2＋2H2O＋O2＋4e－=4OH－4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3、2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O（3）N犧牲陽(yáng)極法〔解析〕（1）①金屬在中性或較弱的酸性條件下發(fā)生的是吸氧腐蝕。②發(fā)生吸氧腐蝕，越靠近液面接觸到的O2越多，腐蝕得越嚴(yán)重。③鋅塊應(yīng)固定在腐蝕最嚴(yán)重的C處形成原電池，鋅作負(fù)極，鐵閘作正極，得到保護(hù)。（2）Fe作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋，F(xiàn)e2＋與K3[Fe(CN)6]反應(yīng)生成藍(lán)色的鐵氰化亞鐵沉淀，故中心區(qū)域?yàn)樗{(lán)色；邊緣處發(fā)生電極反應(yīng)：2H2O＋O2＋4e－=4OH－，堿能使酚酞變紅，交界處Fe(OH)2被空氣中的O2氧化成Fe(OH)3，最終變?yōu)殍F銹(Fe2O3·xH2O)。（3）鐵被保護(hù)，可以作原電池的正極或電解池的陰極。故若X為碳棒，開(kāi)關(guān)K應(yīng)置于N處，F(xiàn)e作陰極受到保護(hù)；若X為鋅，開(kāi)關(guān)K置于M處，鐵作正極，稱(chēng)為犧牲陽(yáng)極法。8．銅也是一種日常廣泛應(yīng)用的金屬。（1）用相關(guān)式子表示銅制品在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕生成銅綠的原理。（2）下圖為青銅器在潮濕環(huán)境中發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原理示意圖。①腐蝕過(guò)程中，負(fù)極是________(填圖中字母“a”或“b”或“c”)；②環(huán)境中的Cl－擴(kuò)散到孔口，并與正極反應(yīng)產(chǎn)物和負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物作用生成多孔粉狀銹Cu2(OH)3Cl，其離子方程式為_(kāi)__________________________________________；③若生成4.29gCu2(OH)3Cl，則理論上耗氧體積為_(kāi)_______L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)?！敬鸢浮浚?）銅銹的形成負(fù)極：2Cu－4e－=2Cu2＋正極：O2＋2H2O＋4e－=4OH－2Cu＋2H2O＋O2=2Cu(OH)22Cu(OH)2＋CO2=Cu2(OH)2CO3（銅綠）＋H2O（2）①c②2Cu2＋＋3OH－＋Cl－=Cu2(OH)3Cl↓③0.448〔解析〕（2）①負(fù)極發(fā)生失電子的反應(yīng)，銅作負(fù)極失電子，因此負(fù)極為c。負(fù)極反應(yīng)：Cu－2e－=Cu2＋，正極反應(yīng)：O2＋2H2O＋