高中化学第3节 化学反应的速率第3课时教案及反思

第3课时　金属的腐蚀与防护

目标与素养：1.了解金属腐蚀的原因，能辨别金属发生腐蚀的类型。(宏观辨识)2.理解金属发生电化学腐蚀的原理及类型，了解金属腐蚀带来的危害。(证据推理与模型认知)3.掌握金属防护的方法以及金属的电化学防护的原理。(变化观念与平衡思想)

1．金属的腐蚀

(1)金属腐蚀的定义和分类

(2)化学腐蚀和电化学腐蚀

(3)钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀

2.金属的防护

(1)在金属表面覆盖保护层

①涂油漆等。

②镀抗腐蚀金属，如电镀等。

③镀膜，如烤蓝等。

(2)改变金属内部组成、结构等，如制成不锈钢。

(3)电化学防护

①牺牲阳极保护法。

利用原电池原理，在被保护的金属上连接更活泼的金属，使被保护金属成为正极。

②外加电流阴极电保护法。

利用电解池原理，使被保护的金属连接电源的负极成为阴极。

1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)

(1)金属被腐蚀的本质是M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑。 (　　)

(2)马口铁(镀锡铁)镀层破损后，首先是镀层被氧化。 (　　)

(3)金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀。 (　　)

(4)常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀。 (　　)

(5)钢铁发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的正极反应式相同。 (　　)

[提示]　(1)×　金属被腐蚀的本质是M－ne－===Mn＋。

(2)×　活动性：Fe＞Sn，故马口铁破损后形成Fe－Sn原电池，Fe作负极被氧化。

(3)√

(4)×　常温下，置于空气中的金属主要发生电化学腐蚀。

(5)×　钢铁发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的负极反应式相同。

2．铁制自来水管与下列材料做成的水龙头连接，自来水管锈蚀最快的是 (　　)

A．铁水龙头　　　　 B．铜水龙头

C．塑料水龙头 D．陶瓷水龙头

B　[Fe－Cu形成原电池，Fe作负极加快其腐蚀。]

3．牺牲阳极保护法中被保护的金属作(　　)

A．阳极 B．阴极 

C．正极　　　 D．负极

C　[牺牲阳极保护法为原电池原理，被保护的金属作正极。]

1.金属的电化学腐蚀、注意事项

(1)化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大。

(2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况中以吸氧腐蚀为主。

(3)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极都是铁，失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。

(4)一般情况下，只有在金属活动性顺序中排在氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀。

2．金属腐蚀的快慢比较

(1)在同一种电解质溶液中，金属腐蚀的由快到慢的顺序是电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极＞电解池的阴极。

(2)在不同溶液中，金属在电解质溶液中的腐蚀＞金属在非电解质溶液中的腐蚀；金属在强电解质溶液中的腐蚀＞金属在弱电解质溶液中的腐蚀。

(3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。

【例1】　如图所示，水槽中的试管内有一枚铁钉，放置数天观察。

(1)铁钉逐渐生锈，铁钉的腐蚀属于________腐蚀(填“化学”或“电化学”)。

(2)若试管内液面上升，则原溶液呈________，发生________腐蚀(填“析氢”或“吸氧”)，电极反应：负极为_______________________________________

________________________________________________________________，

正极为________________________________________________________。

(3)若试管内液面下降，则原溶液呈________，发生________腐蚀(填“析氢”或“吸氧”)，电极反应：负极为_____________________________________

________________________________________________________________，

正极为______________________________________________。

(4)若溶液甲为水，溶液乙为海水，则铁钉在________(填“甲”或“乙”)溶液中腐蚀的速率较快。

[答案]　(1)电化学　(2)碱性、弱酸性或中性　吸氧　2Fe－4e－===2Fe2＋　O2＋2H2O＋4e－===4OH－

(3)较强的酸性　析氢　Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑　(4)乙

1．如图所示，装置中都盛有0.1 mol·L－1的NaCl溶液，放置一定时间后，装置中的四块相同的锌片腐蚀速率由快到慢的正确顺序是(　　)

A．①②③④　　　 B．①②④③

C．③①④② D．②①④③

D　[①②装量中加快Zn的腐蚀，③装置中Zn被保护，④装置中Zn为自然腐蚀。]

2．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　[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；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；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；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。]

【例2】　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。

(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为________________________________________________________________

(2)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________(填写字母序号)。

A．铜　 B．钠 

C．锌　　　　 D．石墨

(3)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的________极。

甲　　　　　　　　　乙

[解析]　(1)发生吸氧腐蚀时，负极上Fe失去电子，正极上O2得到电子。(2)图甲铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌，则锌会失去电子而溶解，Fe被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法。(3)图乙属于外加电流的阴极保护法，需把被保护的铁闸门连接在电源的负极。

[答案]　(1)负极：Fe－2e－===Fe2＋，

正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－

(2)C　(3)负

下列对如图所示的实验装置的判断中错误的是(　　)

A．若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀

B．若X为锌棒，开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀

C．若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极保护法

D．若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑

[答案]　D

1．下列关于金属腐蚀的说法中正确的是    (　　)

A．金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程

B．化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程

C．钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈

D．金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化学腐蚀伴有电流产生

D　[金属腐蚀的本质是金属失去电子被氧化，腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，外因是金属与空气、水或其他腐蚀性物质接触，腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀，A错误；化学腐蚀指不纯金属发生化学反应而损耗的过程，不需要外加电流，B错误；钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，正极吸收氧气，而不是负极吸收氧气，C错误。]

2．下列金属防腐的措施中，属于牺牲阳极的阴极保护法的是(　　)

A．水中的钢闸门连接电源的负极

B．金属护栏表面涂漆

C．汽车底盘喷涂高分子膜

D．地下钢管连接锌板

[答案]　D

3．相同材质的铁在下列四种情况下不易被腐蚀的是(　　)

C　[A项，铁、铜和醋酸构成原电池，铁易失电子作负极，则铁加速被腐蚀；B项，食盐水作电解质溶液，铁炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池的形成条件，铁作负极，碳作正极，则铁加速被腐蚀；C项，铜镀层将铁球覆盖，使铁被保护，铁不易被腐蚀；D项，符合原电池的形成条件，酸雨作电解质溶液，铁作负极，则铁加速被腐蚀。综上所述，C项正确。 ]

4．如图液面上浮着一个空心铁球，数天后可观察到的现象是(　　)

①铁球表面出现红棕色锈斑

②铁球表面出现黑色锈斑

③量筒内水位下降

④量筒内水位上升

A．①③　　　　　 B．①④

C．②③ D．②④

B　[由图示可知铁球表面发生吸氧腐蚀，生成红棕色锈斑，量筒内O2含量减少，故量筒内水位上升。]

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铁棒上电极反应式：

________________________________________________________________

_______________________________________________________________

②碳棒上电极反应式：_________________________________。

(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溶液改为稀硫酸溶液，则此图可表示________(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀原理；若用牺牲阳极保护法来保护铁棒不被腐蚀溶解，即可将碳棒改为________棒。

[解析]　电解质是氯化钠溶液，溶液呈中性，发生吸氧腐蚀，负极反应是2Fe－4e－===2Fe2＋，正极反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－。若将O2撤走，并将NaCl溶液改为稀硫酸溶液，此时发生析氢腐蚀；若用牺牲阳极保护法来保护铁棒不被腐蚀溶解，此时构成的原电池中铁棒作正极，负极是比铁活泼的金属，因此可将碳棒改为锌棒。

[答案]　(1)①2Fe－4e－===2Fe2＋

②O2＋2H2O＋4e－===4OH－

(2)吸氧　(3)析氢　锌(或其他比Fe活泼的金属)