化学选择性必修1第三节 金属的腐蚀与防护导学案

这是一份化学选择性必修1第三节 金属的腐蚀与防护导学案，共16页。学案主要包含了金属的腐蚀，钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀，金属的防护，金属腐蚀快慢规律等内容，欢迎下载使用。

知识精讲
一、金属的腐蚀
1．概念：金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
2．实质：金属失电子变成阳离子，被氧化，其反应为：M - ne- === Mn+（M为金属元素）。
3．分类：
二、钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
【答案】Fe - 2e- === Fe2+2H+ +2e-=== H2↑ O2 +2H2O + 4e- === 4OH-
Fe + 2H+ === Fe2+ +H2↑ 2Fe + O2 +2H2O === 2Fe(OH)2
三、金属的防护
1．电化学防护法
【答案】原电池电解池正负阴负
2．其他保护方法
（1）改变金属组成和结构
把金属制成防腐的合金，如含铬、镍、硅等合金元素的不锈钢具有很好的抗腐蚀性能。
（2）金属表面覆盖保护层
在金属表面覆盖致密的保护层，如喷油漆、涂油脂、镀抗腐蚀金属等。
四、金属腐蚀快慢规律
同一金属在相同电解质溶液中，腐蚀快慢如下：
对点训练
题型一：金属的化学腐蚀与电化学腐蚀
【变1】（2021·全国·高二课时练习）以下现象与电化学腐蚀无关的是
A．生铁比纯铁容易生锈
B．银质物品久置表面变暗
C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈
D．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿
【答案】B
题型二：析氢腐蚀与吸氧腐蚀
【变2-3】（2020·全国·高二课时练习）如图，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH=4的雨水和生铁片。实验观察到：开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。下列说法正确的是
A．生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应
B．雨水酸性较强，生铁片始终发生析氢腐蚀
C．墨水回升时，碳电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-
D．具支试管中溶液酸性增强
【答案】C
题型三：金属的防护
【变3-2】（2021·山东省济钢高级中学高二阶段练习）钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的三分之一。请回答钢铁在腐蚀、防护过程中的有关问题。
（1）在实际生产中，可在铁件的表面镀上锌保护层或锡保护层防止铁被腐蚀。镀层破损后，镀锡铁和镀锌铁更容易被腐蚀的是______。(填“镀锡铁”或“镀锌铁”)
（2）下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀______。
A． B． C． D．
（3）利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。
①若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于_____处。假设海水中只有NaCl溶质，写出此时总离子反应方程式：_____。
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：_____。
【答案】
（1）镀锡铁
（2）BD
（3）N2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-牺牲阳极保护法(牺牲阳极的阴极保护法)O2+4e-+2H2O=4OH-
题型四：金属的腐蚀与防护综合
【例6】（2020·全国·高二）回答下列问题：
（1）如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。
①该电化学腐蚀称为______________。
②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是________(填字母)。
③以锌为负极，采用牺牲阳极的阴极保护法防止铁闸的腐蚀，图中锌块的固定位置最好应在________处(填字母)。
（2）石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成如图防腐示意图，并作相应标注：
________
（3）下图所示的各容器中均盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是__________________。
（4）如图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中，下列分析正确的是________(填字母)。
A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高
C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法
D．K2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001 ml气体
【答案】吸氧腐蚀 B C ④>②>①>③ B
提分特训
【题1】（2021·全国·高二课时练习）某地下了一场酸雨，在这种环境中的铁制品极易被腐蚀。对该条件下铁制品发生电化学腐蚀的叙述正确的是
A．该电化学腐蚀是析氢腐蚀B．正极反应式：
C．原电池反应减缓了铁制品的腐蚀D．负极反应式：
【答案】A
【题2】（2021·北京十八中高二开学考试）研究小组将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入醋酸溶液，容器中的压强随时间的变化曲线如图2。下列说法不正确的是
A．0-t1时压强增大的原因不一定是铁发生了析氢腐蚀
B．铁粉发生反应：Fe-3e-=Fe3+
C．碳粉上发生了还原反应
D．t2时，容器中压强明显小于起始压强，原因是铁发生了吸氧腐蚀
【答案】B
【题3】（2021·山东·菏泽一中高二期中）下列事实不能用原电池原理解释的是
A．白铁(镀锌)制品比一般铁器耐腐蚀
B．铁片、铝片在冷的浓硫酸中钝化
C．工程施工队在铁制水管外刷一层“银粉”
D．纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量溶液后反应速率加快
【答案】B
【题4】（2021·河北石家庄·高三阶段练习）点蚀又称为孔蚀，是一种集中于金属表面很小的范围并深入到金属内部的腐蚀形态。某铁合金钝化膜破损后的孔蚀如图，下列说法正确的是
A．为防止孔蚀发生可以将外接电源正极与金属相连
B．蚀孔外每吸收2.24LO2，可氧化0.2mlFe
C．由于孔蚀中Fe3+水解导致电解质酸性增强
D．孔隙中可以发生析氢腐蚀
【答案】D
【题6】（2019·重庆南开中学高三阶段练习）以NaCl为主要成分的融雪剂会腐蚀桥梁、铁轨等钢铁设备。某研究小组探究NaCl溶液对钢铁腐蚀的影响。
（1）将滤纸用3.5%的NaCl溶液润湿，涂上铁粉、碳粉的混合物，贴在表面皿上。在滤纸上加几滴检验试剂，再缓慢加入NaCl溶液至没过滤纸，操作如下所示：
①实验ⅰ的现象说明，得电子的物质是_______________________________。
②碳粉的作用是___________________________________________________。
③为了说明NaCl的作用，需要补充的对照实验是_____________________。
（2）向如图示装置的烧杯a、b中各加入30mL 3.5%的NaCl溶液，闭合K，指针未发生偏转。加热烧杯a，指针向右偏转。
①取a、b中溶液少量，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，a中出现蓝色沉淀，b中无变化，b中铁片作________极。
②加热后，指针发生偏转的原因可能是_____________________。
（3）用（2）中图示装置探究不同浓度NaCl溶液对钢铁腐蚀的影响，向烧杯a、b中各加入30mL不同质量分数的NaCl溶液，实验记录如下表所示。
①Ⅱ中，b中电极发生的电极反应式是_______________________________。
②Ⅲ中，铁在饱和NaCl溶液中不易被腐蚀。查阅资料可知：在饱和NaCl溶液中O2浓度较低，钢铁不易被腐蚀。设计实验证明：_______________________________。
（4）根据上述实验，对钢铁腐蚀有影响的因素是_______________________________。
【答案】O2与铁组成原电池，作原电池的正极用水代替NaCl溶液进行上述实验正温度升高，Fe还原性增强，反应速率加快Fe－2e-=Fe2+另取两个烧杯，分别往其中加入铁片和一定量的饱和NaCl溶液，再分别滴加几滴K3Fe(CN)6溶液，然后往其中一个烧杯中通入O2，观察现象温度、NaCl溶液的浓度、O2的浓度
提分作业
【练1】（2021·浙江嘉兴·高二期末）下列关于金属腐蚀的说法错误的是
A．河水中的钢闸门连接电源的负极，使用的是外加电流的阴极保护法
B．金属腐蚀的实质就是金属原子失去电子被氧化的过程
C．镀锌铁皮(白铁皮)的镀层破损后铁皮仍耐腐蚀
D．钢铁在潮湿的空气中生锈，主要发生了析氢腐蚀
【答案】D
【练2】（2021·全国·高二课时练习）锥形瓶内壁用某溶液润洗后，放入混合均匀的新制铁粉和碳粉，塞紧瓶塞，同时测量锥形瓶内压强的变化，如图所示。下列说法错误的是
A．0~t1时，铁可能发生了析氢腐蚀
B．t1~t2时，铁一定发生了吸氧腐蚀
C．负极反应为：Fe-3e-=Fe3+
D．用于润洗锥形瓶的溶液一定显酸性
【答案】C
【练3】（2021·广东天河·高二期末）一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下：
下列说法不正确的是
A．在pH6的溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀
C．在pH>14的溶液中，碳钢腐蚀的正极反应式为O2+4OH-+4e-=2H2O
D．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减慢
【答案】C
【练4】（2021·福建·文博中学高一期中）如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和稀醋酸溶液，各加入生铁块，放置一段时间，下列有关描述错误的是
A．生铁块中的碳是原电池的正极
B．红墨水柱两边的液面为左低右高
C．两试管中相同的电极反应式是： Fe- 2e-=Fe2+
D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
【答案】B
【练5】（2021·贵州·高二学业考试）下列不能有效防止钢铁锈蚀的措施是
A．将钢铁与锌板相连B．将钢铁置于潮湿的空气中
C．在钢铁表面喷油漆D．将钢铁与直流电源负极相连
【答案】B
【练6】（2021·浙江温州·高二期中）下列关于电化学腐蚀及防护的说法不正确的是
A．“牺牲阳极的阴极保护法”就是将被保护的钢铁设备连接到外接直流电源的负极
B．白铁皮是在薄钢板表面镀锌，即便镀层破损，仍然可以保护钢板不被腐蚀
C．在钢铁制品表面喷漆、涂油、镀铬或覆盖搪瓷、塑料都可以避免钢铁腐蚀
D．钢铁表面吸附的溶有氧气的水膜酸性很弱时，仍然以吸氧腐蚀为主
【答案】A
【练7】（2019·陕西·西安电子科技大学附属中学太白校区高二期中）如图，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：
(1)若液面上升，则溶液呈______性，发生______腐蚀，电极反应式为：负极：______________，正极：___________________。
(2)若液面下降，则溶液呈________性，发生_________腐蚀，电极反应式为：负极：______________；正极：__________________。
【答案】中或碱或弱酸性吸氧Fe-2e-=Fe2+O2+2H2O+4e-=4OH-酸析氢Fe-2e-=Fe2+2H++2e-=H2↑
【练9】（2020·福建·三明一中高二阶段练习）钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。
I．如图装置中，U 形管内为红墨水，a、b 试管内分别盛有氯化铵（显酸性）溶液和食盐水，各加入生铁块，放置一段时间均被腐蚀，这两种腐蚀都属于____腐蚀。
（1）红墨水柱两边的液面变为左低右高，则_____（填“a”或“b”）边盛有食盐水。
（2）b 试管中铁发生的是_____腐蚀。
II．下面两个图都是金属防护的例子。
（3）为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R 可以采用_______（从下面选项中选择），此方法叫做_____保护法。 A．铜 B．钠 C．锌 D．石墨
（4）图乙方案也可以降低铁闸门腐蚀的速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的______极。
（5）采取以上两种方法，_________（填“甲”或“乙”）种能使铁闸门保护得更好。
【答案】电化学b吸氧C牺牲阳极负乙
分类
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2、SO2等）直接反应
不纯的金属或合金与电解质溶液接触，
形成原电池
现象
无电流产生
有微弱电流产生
本质
金属被氧化
较活泼的金属被氧化
联系
化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，速率更快
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
图示
条件
水膜呈较强酸性（pH≤4.3）
水膜呈弱酸性、中性或碱性
负极反应
正极反应
总反应式
其他反应
Fe2+ +2OH- === Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2 +2H2O + O2 === 4Fe(OH)3
2Fe(OH)3 === Fe2O3·xH2O + (3﹣x)H2O
联系
通常两种腐蚀同时存在，但吸氧腐蚀更普遍
牺牲阳极的阴极保护法
外加电流的阴极保护法
图示
原理
________原理
________原理
电极要求
被保护的金属作______极，
活泼性更强的金属作______极
被保护的金属作为_____极，
与电源的____极相连
应用
锅炉内壁、船舶外壳安装镁合金或锌块
钢铁闸门，地下管道连接电源负极
实验
a
b
指针偏转方向
I
0.1%
0.01%
向右
II
0.1%
3.5%
向左
Ⅲ
3.5%
饱和溶液
向右
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2+
Fe3O4
Fe2O3
FeO