金属的腐蚀与防护高二化学讲义课时作业(人教版2019选择性必修1)(原卷版)_第1页
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第四章化学能与电能第3节金属的腐蚀与防护1.了解金属腐蚀及其危害。2.了解金属电化学腐蚀的原因。3.能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。4.掌握金属腐蚀的防护方法。知识点一金属的腐蚀。知识点二金属的防护。知识点一金属的腐蚀一、金属腐蚀的本质:金属原子失去电子变成金属阳离子,金属发生氧化反应。二、金属腐蚀的类型1.化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀定义金属跟接触到的物质直接发生化学反应引起的腐蚀不纯金属(或合金)接触到电解质溶液所发生的原电池反应,较活泼金属原子失去电子被氧化而引起的腐蚀条件金属与接触到的物质直接反应不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应本质M-ne-===Mn+M-ne-===Mn+现象金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀区别无电流产生有微弱电流产生联系电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多,腐蚀速率更快,危害也更严重:析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强(pH≤4.3)水膜酸性很弱或呈中性电极反应负极Fe-2e-===Fe2+正极2H++2e-===H2↑O2+2H2O+4e-===4OH-总反应式Fe+2H+===Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2联系吸氧腐蚀更普遍铁锈的形成:4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)+(3-x)H2O。【例1】铜板上铁铆钉长期暴露在潮湿的空气中,形成一层酸性水膜后铁铆钉会被腐蚀,示意图如下。下列说法不正确的是()A.腐蚀过程中铜极上始终只发生:2H++2e-===H2↑B.若水膜中溶有食盐将加快铁铆钉的腐蚀C.若在金属表面涂一层油脂,能防止铁铆钉被腐蚀D.若将该铜板与直流电源负极相连,则铁、铜均难被腐蚀【例2】某同学进行下列实验:操作现象取一块打磨过的生铁片,在其表面滴一滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食盐水放置一段时间后,生铁片上出现如图所示“斑痕”,其边缘为红色,中心区域为蓝色,在两色环交界处出现铁锈下列说法不合理的是()A.生铁片发生吸氧腐蚀B.中心区的电极反应式为Fe-2e-===Fe2+C.边缘处的电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-D.交界处发生的反应为4Fe2++O2+10H2O===4Fe(OH)3+8H+【例3】下列说法正确的是()A.生产和生活中,化学腐蚀比电化学腐蚀普遍,危害更大B.大多数金属腐蚀的原因是发生氧化还原反应C.化学腐蚀的速率随着温度升高而加快D.化学腐蚀和电化学腐蚀过程中都产生电流【变式1】将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面,一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗,在液滴外沿形成棕色铁锈环(b),如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。下列说法正确的是()A.液滴中的Cl-由a区向b区迁移B.液滴边缘是正极区,发生的电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-C.液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀,生成的Fe2+由a区向b区迁移,与b区的OH-形成Fe(OH)2,进一步氧化、脱水形成铁锈D.若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板,在铜铁接触处滴加NaCl溶液,则负极发生的电极反应为Cu-2e-=Cu2+【变式2】下列与金属腐蚀有关的说法正确的是()A.图a中,铁钉易被腐蚀B.图b中,燃气灶的中心部位容易生锈,主要是由于高温下铁发生化学腐蚀C.图c中,接通开关时Zn的腐蚀速率增大,Zn上放出气体的速率也增大D.钢铁发生电化学腐蚀时,负极反应是Fe-3e-=Fe3+知识点二金属的防护一、金属防护原理:金属防护就是防止金属的腐蚀,要解决的主要问题是使金属不被氧化,应从金属腐蚀的化学反应原理、腐蚀的类型等方面来确定金属防护的具体方法。二、金属防护的方法:如把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢,就大大增强了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。2.在金属表面覆盖保护层:(1)喷涂油漆、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料等;(2)电镀一层金属;(3)发蓝处理;(4)阳极氧化处理铝制品,形成钝化膜等。(1)牺牲阳极法:原电池原理,外接活泼金属作eq\a\vs4\al(负)极(阳极)使被保护金属作eq\a\vs4\al(正)极(阴极)。形成原电池时,被保护的金属作正极,不发生化学反应受到保护;活泼金属作负极,发生化学反应受到腐蚀。负极要定期予以更换。(2)外加电流法:电解原理,被保护金属作eq\a\vs4\al(阴)极,用惰性电极作辅助eq\a\vs4\al(阳)极。通电后强制电子流向被保护的金属设备,使金属表面腐蚀电流降至零或接近零。从而使金属受到保护。方法牺牲阳极法外加电流法依据原电池原理电解池原理原理形成原电池时,被保护的金属作正极,不发生化学反应受到保护;活泼金属作负极,发生化学反应受到腐蚀。负极要定期予以更换将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两个电极,使被保护的金属作阴极,在外加直流电的作用下使阴极得到保护应用保护一些钢铁设备,如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌块保护土壤、海水及水中的金属设备实例示意图【归纳总结】判断金属腐蚀快慢的方法(1)对同一电解质溶液来说,腐蚀的快慢:电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。(2)对同一金属来说,腐蚀的快慢:强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。(浓度相同)(3)活泼性不同的两种金属,活泼性差异越大,腐蚀越快。(4)对同一种电解质溶液来说,电解质浓度越大,金属腐蚀速率越快。【例1】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)。①②③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下列说法不正确的是()A.对比②③,可以判定Zn保护了FeB.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【例2】下列各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时腐蚀速率由快到慢的顺序是()A.3>1>2>4>5 B.4>3>2>1>5C.3>5>1>2>4 D.5>2>4>3>1【例3】下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是()A.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣易产生铜绿B.钢铁的腐蚀生成疏松氧化膜,不能保护内层金属C.在轮船船体四周镶嵌锌块保护船体不受腐蚀的方法叫阴极电化学保护法D.不锈钢有较强的抗腐蚀能力是因为在钢铁表面镀上了铬【变式1】下列关于金属腐蚀与防护的说法不正确的是()A.图甲,放置于干燥空气中的铁钉不易生锈B.图乙,若断开电源,钢闸门将发生吸氧腐蚀C.图乙,若将钢闸门与电源的正极相连,可防止钢闸门腐蚀D.图丙,若金属M比Fe活泼,可防止输水管腐蚀【变式2】相同材质的铁在下图中的四种情况下腐蚀最快的是()【变式3】研究金属桥墩腐蚀及防护是跨海建桥的重要课题。下列判断中正确的是()A.用装置①模拟研究时未见a上有气泡产生,说明铁棒没有被腐蚀B.②中桥墩与外加电源正极连接能确保桥墩不被腐蚀C.③中采用了牺牲阳极法保护桥墩D.①②③中海水均是实现化学能转化为电能的电解质1.下列各装置中都盛有0.1mol•L1的NaCl溶液,放置相同时间后,锌片的腐蚀速率由快到慢的顺序是A.③①④② B.①②④③ C.②①④③ D.②①③④2.下列有关电化学原理及应用的说法正确的是A.纯铁比钢铁更容易发生电化学腐蚀B.铁制品表面镀锌时,铁制品应与电源正极相连C.电解精炼铜时,电路中每转移2mol电子,阴极质量增加64gD.如图装置中正极反应式为3.2022年,中国第二艘国产003型10万吨级航母即将下水,船体的防腐处理非常重要,有盐分的海水和空气会对船体造成腐蚀。下列关于金属腐蚀和防腐的说法不正确的是A.可以在船舶外壳装上锌块,用牺牲阳极的阴极保护法防止金属腐蚀B.海上舰艇的腐蚀主要为金属的吸氧腐蚀C.刷防锈漆,使金属与空气、水等物质隔离,可防止金属被腐蚀D.外加电流将被保护的钢铁做阴极,硅钢铸铁做阳极起不到保护金属的作用4.某研究小组为探究电化学腐蚀的影响因素,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)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液,同时测量容器中的压强变化(结果如图2),腐蚀过程可简单用图3表示。下列叙述不正确的是A.碳粉表面的电极反应式只有:B.图1中,锥形瓶底部的碳粉上发生了还原反应C.图2中,时容器中压强明显小于起始压强是因为铁粉发生了吸氧腐蚀D.图3中,发生腐蚀时电子转移方向如箭头所示5.糕点包装中常见脱氧剂的主要成分为还原性铁粉、氯化钠、炭粉和水等,下列有关脱氧原理的说法正确的是A.脱氧过程是吸热反应,可降低温度,延长糕点保质期B.脱氧过程中铁作原电池正极,电极反应为:Fe3e→Fe3+C.脱氧剂工作过程中的电化学反应方程式为:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2D.脱氧剂中炭粉主要起还原剂作用6.港珠澳大桥设计使用寿命为120年,对桥体钢构件采用多种方法防腐。下列分析错误的是A.防腐原理主要是避免发生反应:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2B.钢构件表面喷涂环氧树脂涂层是为了隔绝空气、水等,防止形成原电池C.采用外加电流的阴极保护法时需直接在钢构件上绑上锌块D.钢构件可采用不锈钢材料以减缓腐蚀速率7.在潮湿的深层土壤中,钢管主要发生厌氧腐蚀,有关厌氧腐蚀的机理有多种,其中一种理论为厌氧细菌可促使与反应生成,加速钢管的腐蚀,其反应原理如图所示。下列说法正确的是A.正极的电极反应式为B.与的反应可表示为C.钢管腐蚀的直接产物中只有D.在钢管表面镀锌或铜可减缓钢管的腐蚀,即使镀层破损后仍对钢管有保护作用8.下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是A.金属腐蚀是金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应B.金属腐蚀过程中电化学腐蚀和化学腐蚀往往同时发生C.钢铁在潮湿的空气中直接发生反应:,继而形成铁锈D.牺牲阳极法和外加电流法都需要采用辅助阳极9.下列事实中,与电化学腐蚀无关的是()A.埋在潮湿土壤里的铁管比埋在干燥土壤里的铁管更易被腐蚀B.在空气中,金属银的表面生成一层黑色物质C.在电工操作中,铜导线和铁线不能放在一起使用D.镀银的铁制品,镀层部分受损后,露出的铁表面易被腐蚀10.一定条件下,某碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如表所示。下列说法错误的是()pH246814腐蚀快慢较快慢较快主要产物Fe2+Fe3O4Fe2O3FeO2A.当pH<4时,碳钢主要发生析氢腐蚀B.当pH>6时,碳钢主要发生吸氧腐蚀C.当pH>14时,正极反应为O2+4H++4e-===2H2OD.将碱性溶液煮沸除去氧气后,碳钢腐蚀的速率会减缓11.炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中含NaCl),不久便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑。腐蚀原理如图所示,下列说法正确的是()A.腐蚀过程中,C作负极B.Fe失去电子经电解质溶液转移给CC.正极的电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑D.每生成1mol铁锈(Fe2O3·xH2O)理论上消耗标准状况下的O233.6L12.通过控制开关可使同一装置发生不同的化学反应。(1)研究模拟钢铁的电化学防护装置如图所示:①若X为Zn,开关K置于a处,一段时间后,取适量Fe电极周围的溶液于试管中,滴加(填化学式)溶液未出现蓝色沉淀,证明铁未被腐蚀。②若X为石墨,开关K置于b处,一段时间后,Fe电极周围溶液的pH(填“变大”或"变小”);该电化学防护法称为。(2)模拟氯碱工业的电化学装置如图(II)所示:①开关K置于a处时,两极试管内均有气泡产生,则Fe电极为(填“阴”或“阳”)极。②一段时间后,使开关K与a断开,再将K置于b处时,观察到两极试管内的气体逐渐减少,此时的装置称为(填“电解池”或“原电池”),Fe电极上的电极反应式为。(3)利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢的工作原理如图所示,通过控制开关连接a或b,可交替得到和。①制时,K置于处(填“a”或“b”)。②制时,电极3的电极反应式为。13.某小组按图1所示的装置探究铁的吸氧腐蚀。完成下列填空:(1)图2是图1所示装置的示意图,在图2的小括号内填写正极材料的化学式,在方括号内用箭头表示出电子流动的方向。正极反应式是。(2)按图1装置实验,约8分钟才看到的导管中液柱上升,下列措施可以更快更清晰地观察到液柱上升的是。c.用毛细尖嘴管代替玻璃导管,并向试管的水中滴加少量红墨水(3)升高温度可以加快化学反应速率,建议用酒精灯加热具支试管。这一措施(填“可行”或“不行”)。(4)有同学观察到图1装置在组装时就会使导管中液面低于试管中液面,导致实验时导管中液柱上升需要更多的时间。图1装置组装时,使导管中液面低于试管中液面的原因是。消除这一现象的简单操作是。14.对金属制品进行抗腐蚀处理可延长其使用寿命。(1)以下为铝材表面处理的一种方法:eq\a\vs4\al(铝材)eq\a\vs4\al(脱脂)eq\a\vs4\al(碱洗)eq\a\vs4\al(槽液)eq\a\vs4\al(水洗)eq\a\vs4\al(除灰)eq\a\vs4\al(电解)eq\a\vs4\al(H

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