化学第4节 金属的腐蚀与防护学案及答案

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第4节　金属的腐蚀与防护学习目标1.通过金属腐蚀原理的探究,了解金属发生电化学腐蚀的本质。2.通过金属腐蚀内容的学习,知道金属腐蚀的危害。3.通过金属防腐方法的探究,了解防止金属腐蚀的措施。学习任务　探究金属腐蚀与防护1.金属腐蚀(1)概念:金属表面因与周围的物质发生氧化还原反应而遭到破坏的现象。(2)根据与金属接触的气体或液体物质不同,金属腐蚀可分为两类:①化学腐蚀:金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2等)或非电解质液体等直接发生化学反应而引起的腐蚀。例如铜在高温下被空气中的氧气氧化而变黑。②电化学腐蚀:不纯的金属与电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化。例如铁在潮湿的空气中生成红褐色的铁锈。微点拨:电化学腐蚀快于化学腐蚀的原因是化学腐蚀氧化、还原两个半反应在同一界面发生,效率较低;而电化学腐蚀氧化、还原两个半反应在不同电极表面发生,效率较高。2.钢铁的电化学腐蚀　 类别 项目　　析氢腐蚀吸氧腐蚀图形描述条件水膜酸性较强水膜酸性较弱或呈中性负极Fe-2e-Fe2+正极2H++2e-H2↑O2+4e-+2H2O4OH-总反应Fe+2H+Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2后续反应最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·nH2O),反应如下:4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,2Fe(OH)3Fe2O3·nH2O+(3-n)H2O联系通常两种腐蚀同时存在,但后者更普遍 微点拨:金属腐蚀一般是指钢铁腐蚀,因为人类用的最多的金属是Fe、Al、Cu。Cu活泼性较低,不易腐蚀,一般无需防护;Al虽然活泼性强于铁,但是其表面易形成Al2O3膜而起到保护作用,一般也不需要特殊保护。3.金属腐蚀的防护(1)涂层保护法。(2)牺牲阳极保护法。(3)阴极电保护法(也叫外加电流阴极保护法)。(4)加入Ni、Cr制成不锈钢。(5)连接电源正极,保持适当电压使金属表面处于钝化态,可以称之为电钝化保护法。4.金属电化学腐蚀的应用(1)金属电化学腐蚀的两个特点:金属吸氧腐蚀会消耗氧气和水,同时金属电化学腐蚀会放热。(2)金属电化学腐蚀上述两个特点的应用:金属吸氧腐蚀消耗氧气和水,可用于除氧气和干燥,防止食品变质;金属腐蚀放热可用于制作一次性保暖贴等。微点拨:除了除去氧气作食品保鲜剂,作供热剂之外,利用金属电化学腐蚀还可以测量空气中氧气含量,利用其电极反应高活性来进行污水的氧化还原处理等。　某同学设计了如下实验,探究铁吸氧腐蚀发生的部位。实验用品:铁片、铁钉、NaCl溶液、铁氰化钾溶液(与Fe2+反应产生蓝色物质)、酚酞。[实验1] 取一铁片,在上面滴一大滴NaCl溶液(加入了铁氰化钾溶液和酚酞),放在空气中静置观察。现象:液滴中心处产生蓝色物质,液滴表面变红色。[实验2] 取一铁钉放于试管中,试管内加入适量NaCl溶液使铁钉部分露出液面,滴加少量铁氰化钾溶液和酚酞,放在空气中静置,观察现象。现象:铁钉下端产生蓝色物质,液体表面变红色。探究　金属吸氧腐蚀部位问题1:实验1中产生蓝色物质说明液滴中心处生成了含几价铁元素的离子?液滴中心电极反应是什么?提示:+2价。液滴中心是负极,电极反应为Fe-2e-Fe2+。问题2:实验1中液滴表面变红色,说明表面产生较多的哪种离子?为什么?提示:表面产生较多的OH-。表面氧气含量丰富,发生电极反应O2+2H2O+4e-4OH-。问题3:如何解释实验2中的现象?提示:溶液表面氧气丰富,表面部位铁钉作正极,发生反应O2+2H2O+4e-4OH-,显碱性,导致酚酞变红。下端氧气含量少,该部位的铁钉作负极,发生反应Fe-2e-Fe2+,产生的Fe2+与铁氰化钾反应产生蓝色物质。发生吸氧腐蚀时,正极是氧气浓度较高的部位,负极是氧气浓度较低的部位。正极产生OH-向负极移动,负极产生Fe2+向正极移动,两者主要在正、负极之间产生 Fe(OH)2,Fe(OH)2继续被氧化为Fe(OH)3,然后经过一段时间变为Fe2O3的水合物即铁锈,因此铁锈最多的部位是正、负极之间某处部位。1.(2021·安徽宿州期中)下列关于金属的腐蚀与防护的叙述不正确的是(　A　)A.马口铁(镀锡铁)即使镀层破损,依然不易生锈B.图①若将钢闸门与电源的负极相连,可防止钢闸门腐蚀C.图①若断开电源,钢闸门将发生吸氧腐蚀D.图②若金属M比铁活泼,可防止钢铁输水管腐蚀解析:由于Fe比Sn活泼,马口铁(镀锡铁)镀层破损,将因为与空气中的H2O、O2等发生电化学腐蚀,加快铁生锈,A不正确;图①若将钢闸门与电源的负极相连,则钢闸门作阴极,故可防止钢闸门腐蚀,B正确;图①若断开电源,钢闸门中将形成Fe和C两电极,在海水和O2作用下形成原电池,电解质溶液呈中性或弱酸性,故将发生吸氧腐蚀,C正确;图②若金属M比铁活泼,则M作负极,失电子,从而保护了铁,故可防止钢铁输水管腐蚀,D正确。2.(2021·山东济南期中)中学化学教材中,常借助图像这一表现手段清晰地突出实验装置的要点,形象地阐述化学过程的原理。下列有关化学图像表现的内容不正确的是(　C　)A.图1表示牺牲阳极保护法B.图2所示装置中的铁钉几乎没被腐蚀C.图3表示电镀D.用图4装置表示精炼铜,则a极为粗铜,电解质溶液为CuSO4溶液解析:图1中锌比铁活泼,锌失电子,被氧化,从而保护了铁不被腐蚀,故表示牺牲阳极保护法,A正确;由于常温下铁遇到浓硫酸发生钝化,所以图2所示装置中的铁钉几乎没被腐蚀,B正确;电镀时待镀物品(镀件)应该与电源的负极相连作阴极,故图3表示电镀的正、负极接反了,C错误;用图4装置表示精炼铜,则a极与电源的正极相连,作阳极,应接粗铜,电解质溶液为CuSO4溶液,D正确。3.(2021·上海敬业中学期中)“双吸剂”含铁粉、活性炭和氯化钠等,可延长食品保质期。下列有关叙述正确的是(　A　)A.主要发生吸氧腐蚀B.电能转变为化学能C.吸收的气体是O2和CO2D.正极反应为Fe-2e-Fe2+解析:铁为金属,活泼性大于碳,氯化钠为电解质,潮湿环境中形成原电池,为中性环境,发生铁的吸氧腐蚀,A正确;形成原电池,将化学能转化为电能,B错误;该过程发生铁的吸氧腐蚀,正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子,吸收的气体是O2和水蒸气,C错误;负极反应为Fe-2e-Fe2+,正极反应是O2+4e-+2H2O4OH-,D错误。金属腐蚀的本质是金属发生氧化反应,所以金属防腐就是防止金属发生氧化反应的过程。原电池负极、电解池阳极均发生氧化反应,所以只要让金属作原电池的正极及电解池的阴极即可保护金属。【知识整合】【易错提醒】1.误认为发生电化学腐蚀时没有化学腐蚀存在。其实不然,电化学腐蚀的速率远快于化学腐蚀的,因此金属腐蚀主要由电化学腐蚀造成,发生电化学腐蚀的同时也会发生化学腐蚀,只是经常忽略不计。2.误认为金属保护层破坏后起不到保护作用了。其实不然,如果金属保护层的活泼性大于被保护金属的,则保护层破坏后仍能起到保护作用,但如果保护层金属的活泼性比被保护金属的弱,则此时被保护金属作负极,发生氧化反应,不但起不到保护作用,反而加快了腐蚀。3.误认为牺牲阳极保护法是利用了电解原理对金属进行防护。其实不然,因为电化学上规定:发生氧化反应的电极是阳极。原电池的负极发生的就是氧化反应,也就是说,牺牲阳极保护法是遵循了电化学上对阳极的定义,当然,这也是一种习惯叫法。4.误认为无论是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀,作为负极的铁被氧化成Fe3+。其实不然,铁被氧化成Fe2+。