新苏教版高中化学选择性必修1学案：1.3 金属的腐蚀与防护

新苏教版高中化学选择性必修1《化学反应原理》PAGEPAGE1第三单元金属的腐蚀与防护[核心素养发展目标]1.了解金属腐蚀的原因，能结合生活及实验探究理解电化学腐蚀的原理，正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式，提高科学探究与创新意识。2.掌握金属防护的方法，能够利用电化学知识进行金属的防护，树立防止金属腐蚀的意识，培养科学态度与社会责任。一、金属的电化学腐蚀1．金属腐蚀2．化学腐蚀和电化学腐蚀金属腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀定义金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀现象金属被腐蚀较活泼的金属被腐蚀区别无电流产生有微弱电流产生实质与联系(1)实质：都是金属原子失去电子被氧化而损耗；(2)化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍3.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的酸性较强水膜的酸性较弱或呈中性负极Fe－2e－=Fe2＋正极2H＋＋2e－=H2↑O2＋4e－＋2H2O=4OH－总反应Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(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＋2H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3=Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O联系通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍(1)无论化学腐蚀还是电化学腐蚀，金属的腐蚀都是失电子被氧化的过程()(2)钢铁的腐蚀以吸氧腐蚀为主()(3)铜在酸性条件下也可以发生析氢腐蚀()(4)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe－3e－=Fe3＋()(5)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更易生锈()(6)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物()答案(1)√(2)√(3)×(4)×(5)√(6)×1．金属腐蚀现象在生产生活中普遍存在，依据下图两种腐蚀现象，回答下列问题：(1)图甲、图乙分别属于电化学腐蚀中的哪类腐蚀？其异同点是什么？提示图甲中水膜呈酸性，Fe失电子被腐蚀，H＋在Cu极上得电子生成H2，发生析氢腐蚀；图乙中水膜呈中性或酸性较弱，Fe失电子被腐蚀，O2在C极上得电子生成OH－，发生吸氧腐蚀。两者共同点都是Fe被腐蚀，都发生电子定向移动形成电流；不同点是图甲中水膜酸性较强，发生析氢腐蚀，图乙中水膜酸性较弱或呈中性，发生吸氧腐蚀。(2)图甲中Cu的作用是什么？结合电极反应、电子移动、离子移动等，分析金属被腐蚀的原理。提示Cu作正极材料，导电。铜作正极，氢离子在内电路中移向正极，在正极得电子生成氢气；铁作负极，失电子生成亚铁离子，电子从负极经外电路移向正极。(3)图乙中铁生锈最终生成Fe2O3·nH2O，试写出铁发生电化学腐蚀最终转化为Fe2O3·nH2O相关的电极反应式及化学方程式。提示负极：2Fe－4e－=2Fe2＋，正极：O2＋4e－＋2H2O=4OH－，总反应：2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2，然后4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，最后Fe(OH)3脱去一部分水：2Fe(OH)3=Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O。2.在如图装置中：(1)电流计指针是否偏转？提示偏转。(2)若电流计指针偏转，写出Zn极、C极上的电极反应式。提示Zn极：Zn－2e－=Zn2＋；C极：O2＋4e－＋2H2O=4OH－。(3)金属锌发生哪种腐蚀？提示吸氧腐蚀。1．(2022·福建三明高二月考)将经酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡后放入如图所示装置中，下列叙述正确的是()A．过一段时间，Ⅱ试管中的导管内水柱上升B．Ⅰ试管中铁钉由于发生电解反应而被腐蚀C．铁钉在该装置中被腐蚀的速率随时间的延长而加快D．Ⅰ试管中铁钉发生反应的其中一个电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑答案A解析铁钉在中性氯化钠溶液环境中发生吸氧腐蚀，导致Ⅰ试管中气体压强减小，所以Ⅱ试管中的导管内水柱上升，故A正确；Ⅰ试管中铁钉发生吸氧腐蚀，该反应是原电池反应，而不是电解反应，故B错误；铁钉在该装置中发生吸氧腐蚀，随着氧气量的减少，被腐蚀的速率减慢，故C错误；Ⅰ试管中铁钉发生吸氧腐蚀，负极反应式为2Fe－4e－=2Fe2＋，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，故D错误。2.如图是钢铁在海水中锈蚀过程的模型，若有0.2mol电子发生转移，下列说法正确的是()A．该金属腐蚀过程为析氢腐蚀B．有2.8g铁被腐蚀C．钢铁表面出现气体D．消耗气体体积约为1.12L(标准状况下)答案D解析从题图中看出，氧气在正极放电，所以发生了吸氧腐蚀，A项错误；原电池中，铁为负极，失电子发生氧化反应，电极反应为Fe－2e－=Fe2＋，所以有0.2mol电子发生转移时，有5.6g铁被腐蚀，B项错误；铁为负极，发生氧化反应生成Fe2＋，所以钢铁表面不会出现气体，C项错误；吸氧腐蚀时，氧气在正极发生得电子的还原反应，电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，所以有0.2mol电子发生转移时，消耗标准状况下的气体体积约为eq\f(0.2,4)mol×22.4L·mol－1＝1.12L，D项正确。金属腐蚀类型的判断方法(1)发生原电池反应引起的腐蚀为电化学腐蚀，无原电池反应发生的腐蚀为化学腐蚀。(2)金属活动性顺序表中氢前面的金属，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀，在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀；金属活动性顺序在氢后面的金属只能发生吸氧腐蚀。(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＋。二、金属的电化学防护1．金属防护的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。2．金属防护的方法(1)在金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖致密的保护层，从而使金属制品与周围物质(外界空气、水、电解质溶液等)隔离，这是一种被普遍采用的防护方法。①非金属保护层：如喷油漆、涂油脂等。②金属保护层：如铁制品上镀铜、锌等。(2)电化学保护法①牺牲阳极的阴极保护法原理：原电池原理要求：活泼性强的金属作阳极(负极)，被保护的金属作阴极(正极)。②外加电流的阴极保护法原理：电解池原理要求：被保护的金属设备作为阴极，另加惰性电极作为阳极，两者都处在电解质溶液(如海水)中。(3)改变金属组成或结构如把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢，就大大增强了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。(1)牺牲阳极的阴极保护法利用的是电解池原理()(2)在铁制品表面镀锌，是为了防止铁制品的腐蚀，而且镀层有损坏，仍可对铁制品起到保护作用()(3)铁制品涂油脂、喷油漆是为了隔绝铁与氧气的接触，起到保护铁制品的作用()(4)钢闸门可与外加电源的正极相连，起到保护作用()答案(1)×(2)√(3)√(4)×1．防止金属的腐蚀是世界级难题，每年全世界钢产量的四分之一因腐蚀而损失。(1)为降低某水库钢闸门的腐蚀速率，可以采用图甲方案，焊接在钢闸门上的固体材料R采用什么金属？提示R活泼性应比铁强且能稳定存在于水溶液中，通常选锌。(2)图乙所示方案也可降低钢闸门的腐蚀速率，钢闸门应连接直流电源的什么极，这属于哪种防护方法？提示钢闸门接电源负极，这是外加电流的阴极保护法。(3)上述两种保护方法的原理有何不同？提示甲是在被保护设备上装上比它更活泼的金属，被保护金属作原电池的正极，称为牺牲阳极的阴极保护法。乙是被保护设备与电源的负极相连接，作电解池的阴极，称为外加电流的阴极保护法。2．在钢铁的表面镀锌属于金属的电化学保护法吗？提示不是。电镀虽然是应用电解原理，但对金属的防护来说是在金属的表面增加了保护层，属于覆盖保护层法，不属于电化学保护法。3．马口铁(镀锡铁板)的镀层遭到破坏后，是否还能起到保护铁的作用？白铁皮(镀锌铁板)呢？提示马口铁的镀层遭到破坏后，由于镀层金属锡的活泼性比铁弱，当发生电化学腐蚀时，铁将作原电池的负极，会加速金属铁的腐蚀，不能起到保护铁的作用。白铁皮的镀层遭到破坏后，因为镀层金属锌的活泼性比铁强，因此当发生电化学腐蚀时，铁将作原电池的正极，会被保护，可以起到保护铁的作用。4．不锈钢是采用什么方法来防止金属腐蚀的？提示冶炼钢铁时向其中加入一些其他元素，制成合金，是通过改变金属的内部组成结构来防止金属腐蚀的。1．下列装置可防止铁棒被腐蚀的是()答案B解析在B装置形成的原电池里，锌为负极，失去电子被氧化，铁为正极，被保护，不易生锈。2．如图所示装置中都盛有0.1mol·L－1NaCl溶液，放置一定时间后，装置中的四块相同锌片，腐蚀速率由快到慢的顺序是()A．③①④② B．①②④③C．②③④① D．②①④③答案D解析①铜、锌和NaCl溶液构成原电池，锌作负极，失电子，发生电化学腐蚀，加快锌的腐蚀；②中构成电解池，锌接电源正极，为电解池的阳极，失电子，加快锌的腐蚀，电解池引起的腐蚀速率大于原电池引起的腐蚀速率；③中构成电解池，锌接电源负极，为电解池的阴极，得电子，属于金属防护的外加电流的阴极保护法，锌不易