高中化学苏教版 (2019)选择性必修1专题1 化学反应与能量第三单元 金属的腐蚀与防护导学案

这是一份高中化学苏教版 (2019)选择性必修1专题1 化学反应与能量第三单元 金属的腐蚀与防护导学案，共8页。


1．解有关金属腐蚀类题的步骤
(1)根据题意与金属的类型，判断出金属腐蚀究竟是化学腐蚀还是电化学腐蚀。
(2)根据金属所处的电解质溶液的酸碱性，判断出金属究竟发生的是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀。
(3)根据判断出来的结果，正确书写出相应的电极反应式和总反应式。
2．比较金属腐蚀快慢的分析方法
(1)分析是电化学腐蚀还是化学腐蚀。
(2)分析金属的环境，即电解质溶液。活泼金属在电解质溶液中的腐蚀速率比在非电解质溶液中的大，在强电解质溶液中的腐蚀速率比在弱电解质溶液中的大。
(3)分析是否构成原电池或电解池。电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>应用原电池原理有保护措施的腐蚀>应用电解原理有保护措施的腐蚀
(4)分析金属的活动性。两电极材料的活动性差别越大，氧化还原反应的速率越大，活泼金属被腐蚀的速率就越大。
3．金属防护的分析方法
(1)认识金属防护的常用方法，将题中给出的装置、说法等与这些方法加以对照、联系。
(2)分析牺牲阳极的阴极保护法的实质与外加电流的阴极保护法的实质，联系已学过的原电池原理和电解池原理，从而在根本上掌握这两种电化学保护法。
(3)根据题目的具体描述，采用适当的原理，对相关题目进行正确的解答。
(2020·江苏高考)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法正确的是 ( )
A．阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B．金属M的活动性比Fe的活动性弱
C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
C [该装置中阴极发生还原反应，A项错误；金属M被氧化，即金属活动性：M>Fe，B项错误；钢铁设施为原电池的正极，表面积累大量电子而被保护，C项正确；海水中含有大量的NaCl等电解质，而河水中电解质较少，故钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢，D项错误。]
1．(2019·江苏高考)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是( )
A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
C [分析：根据实验所给条件可知，本题铁发生的是吸氧腐蚀，负极反应为：Fe－2e－===Fe2＋；正极反应为：O2＋2H2O ＋4e－===4OH－；据此解题；详解：A．在铁的电化学腐蚀中，铁单质失去电子转化为二价铁离子，即负极反应为：Fe－2e－===Fe2＋，故A错误；B．铁的腐蚀过程中化学能除了转化为电能，还有一部分转化为热能，故B错误；C．活性炭与铁混合，在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池，加速了铁的腐蚀，故C正确；D．以水代替氯化钠溶液，水也呈中性，铁在中性或碱性条件下易发生吸氧腐蚀，故D错误。]
2．(2018·北京高考)验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3% NaCl溶液)。下列说法不正确的是( )
A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe
B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
D [A．②中铁没有被腐蚀，而③铁腐蚀，可说明铁连接锌后，锌保护了铁，故A正确；B．①②相比较，可知铁棒表面被氧化，但溶液中没有亚铁离子，可能的原因为K3[Fe(CN)6]将Fe氧化，故B正确；C．如铁不纯，也可形成原电池反应而被氧化，加入K3[Fe(CN)6]可在铁的表面生成蓝色沉淀，则验证Zn保护Fe时不能用①的方法，应用②的方法，故C正确；D．实验①可说明铁被氧化，说明方法存在缺陷，不能比较金属的活泼性，则换成铜，也不能证明金属的活泼性，故D错误。]
3．为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩内保存一星期后，下列对实验结束时现象描述不正确的是( )
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
A．装置Ⅰ左侧的液面一定会上升
B．左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低
C．装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重
D．装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀
B [Ⅰ中铁钉发生吸氧腐蚀，左端液面上升；Ⅱ中盐酸挥发，和铁钉反应生成H2，腐蚀最严重，Ⅱ中左端下降；Ⅲ中浓硫酸吸水，而铁钉在干燥空气中几乎不腐蚀。]
铁、铜、石墨与生产、生活关系密切。
1．下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。
图1
2．石墨可用于自然水体中铜件的电化学腐蚀，下图是实验室研究某防腐问题示意图的一部分。
图2
[问题1] (1)图1中该腐蚀是哪一种类型的腐蚀？
[提示] 铁在中性和弱酸性条件下发生吸氧腐蚀，在酸性条件下发生析氢腐蚀。因此该腐蚀是电化学中的吸氧腐蚀。
(2)图1中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是哪一个区域？
[提示] 在B点的海水中氧气浓度最大，发生的吸氧腐蚀最快，生成的铁锈最多。
(3)写出图1中发生电化学腐蚀时正负极的电极反应式。
[提示] 图1中发生吸氧腐蚀，正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－；负极：2Fe－4e－===2Fe2＋。
[问题2] 请完成图2中防腐示意图，并作相应标注。
[提示]
通过本情境素材中电化学腐蚀类型的判断、正负极电极反应式的书写、防腐示意图的完善，提升了证据推理与模型认知的化学核心素养。
1．下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是( )
A．纯银器的表面在空气中因电化学腐蚀渐渐变暗
B．当镀锌铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用
C．金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更为普遍
D．相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更容易被腐蚀
A [A．金属银在空气中易被氧气氧化因生成氧化银而变质，属于化学腐蚀，故A错误；B．镀锌铁制品的镀层受损后，形成铁、锌原电池，金属铁作正极被保护，不易发生腐蚀，镀层锌仍能对铁制品起保护作用，故B正确；C．金属的化学腐蚀和电化学腐蚀共存，但以电化学腐蚀为主，故C正确；D．海轮指在大海里面行驶的轮船，内河跟大海的区别就是海水中含较多的电解质，所以海轮更容易被腐蚀，故D正确。]
2．研究金属桥墩的腐蚀及防护是桥梁建设的重要课题。下列有关说法正确的是( )
图1 图2
A．图1辅助电极的材料应为铜
B．图1通入的保护电流只与钢铁桥墩和辅助阳极的材料有关
C．图2钢铁桥墩上发生的反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．钢铁桥墩在河水的腐蚀比海水中更快
C [A．辅助电极与电源正极相连，作阳极，Cu在阳极失电子被腐蚀消耗，成本增大，不能用Cu作阳极，A错误；B．在保护过程中要使被保护金属结构电位低于周围环境，通入的保护电流应该根据环境条件变化(pH值，离子浓度，温度等)进行调整，B错误；C．图2是牺牲阳极的阴极保护法，钢铁桥墩作正极被保护，正极上氧气得电子发生还原反应O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；D．河水中的电解质少于海水中的电解质，所以钢铁桥墩在海水中比在河水中腐蚀更快，D错误。]
3．某同学通过如图所示装置探究铝制品表面出现的白斑，下列说法正确的是( )
A．铝箔为正极，发生氧化反应而被腐蚀
B．负极反应为 2H2O＋O2＋4e－===4OH－
C．Cl－由活性炭区向铝箔表面区迁移，铝箔表面有氯气产生
D．白斑的主要成分可能是Al2O3
D [A、铝是活泼金属，应作负极，故A错误；B、铝作负极，故B错误；C、根据原电池的工作原理，阴离子应从正极移向负极，即移向铝箔表面区，但铝箔表面没有氯气产生，故C错误；D、反应方程式为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，氢氧化铝进一步分解成氧化铝，因此白斑可能是氧化铝，故D正确。]
4．用压强传感器探究生铁在pH＝2和pH＝4醋酸溶液中发生腐蚀的装置及得到的图像如图，以下结论错误的是( )
A．溶液pH≤2时，生铁发生析氢腐蚀
B．在酸性溶液中生铁不可能发生吸氧腐蚀
C．吸氧腐蚀的速率比析氢腐蚀快
D．两溶液中负极反应均为：Fe－2e－===Fe2＋
B [A．pH＝2时由图可知压强随着反应的进行而增大，产生了大量气体，发生了析氢腐蚀，溶液pH≤2时，生铁发生析氢腐蚀，A项正确；B．pH＝4时压强随着反应的进行而减小，气体的量减少，发生了吸氧腐蚀，所以在酸性溶液中生铁可能发生析氢腐蚀也可能发生吸氧腐蚀，B项错误；C．由两幅图可知变化相同的压强所用的时间不同，析氢腐蚀所用时间长而吸氧腐蚀所用的时间短，因而吸氧腐蚀的速率比析氢腐蚀快，C项正确；D．不论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，负极均为铁失电子，负极反应均为：Fe－2e－＝Fe2＋，D项正确。]
5．金属腐蚀的电化学原理可用如图模拟。
(1)请写出有关电极反应式：
①铁棒上的电极反应式：____________________________________________
_________________________________________________________________
碳棒上的电极反应式：______________________________________________
_________________________________________________________________
(2)该图所表示的是_______________________________(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀。
(3)若将O2撤走，并将NaCl溶液改为稀H2SO4溶液，则此图可表示________(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀原理；若用牺牲阳极法来保护铁棒不被腐蚀溶解，即可将碳棒改为________棒。
[解析] 金属的腐蚀，在中性溶液中发生吸氧腐蚀，在酸性溶液中发生析氢腐蚀。
[答案] (1)①2Fe－4e－===2Fe2＋ ②O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)吸氧 (3)析氢 锌(或其他比铁活泼的金属)
探 究 任 务
理解金属腐蚀与防护的原理，通过具体生活、生产实际事例的描述，掌握用金属腐蚀与防护的原理来解决实际问题的方法。
用金属腐蚀与防护的原理解决实际问题
①
②
③
在Fe表面生成蓝色沉淀
试管内无明显变化
试管内生成蓝色沉淀