1.4金属的腐蚀与防护导学案高二上学期化学选择性必修1

第4节金属的腐蚀与防护核心微网络素养新目标1.了解金属发生电化学腐蚀的本质。2．知道金属腐蚀的危害。3．了解防止金属腐蚀的措施。学业基础——自学·思记·尝试一、金属电化学腐蚀的原理1．金属腐蚀的定义和分类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接触到的物质________反应不纯的金属在潮湿的空气或电解质溶液中发生________反应现象金属被腐蚀________金属被腐蚀区别无电流产生有________电流产生实质与联系(1)实质：都是金属原子________被氧化而损耗；(2)联系：化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但________更普遍。3.钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀分类析氢腐蚀吸氧腐蚀图形描述形成条件水膜酸性较强水膜酸性较弱电极反应负极________正极________________________总反应________2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O腐蚀速度一般较快一般较慢相互关系析氢腐蚀和吸氧腐蚀同时发生，金属的腐蚀以吸氧腐蚀为主，吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍状元随笔(1)铁锈的主要成分是红棕色的、疏松的Fe2O3·nH2O。(2)铁制品锈蚀的过程，实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应的过程。二、金属腐蚀的防护1．本质：阻止金属发生________反应。2．方法(1)改变金属内部结构，如制成合金等。(2)加防护层，如耐腐蚀的油漆、搪瓷、电镀等。(3)电化学防护3．金属的防护措施图示状元随笔阴、阳极是从氧化还原反应角度来具体区分的，阳极代表发生氧化反应的电极，阴极代表发生还原反应的电极——因此原电池的负极(氧化反应)也可以称为阳极，反之正极即阴极。三、电化学腐蚀原理的应用1．铁腐蚀的应用(1)消耗空气中的氧气——快速测定空气中氧气的含量。(2)消耗氧气和水——以铁粉为主的双吸收剂用以延长食物的保质期。(3)腐蚀过程放热——制成一次性保暖贴。2．保暖贴(1)组成：铁粉、水、食盐、活性炭、蛭石和吸水树脂。(2)原理①铁与氧气的反应为放热反应；②铁粉、活性炭和离子导体(食盐溶于水)构成原电池，加快了反应的速率。3．其他应用(1)微电解技术处理工业废水。(2)在航空航天、精密仪器和生物医学等领域也具有广阔的应用前景。状元随笔(1)铁粉做负极材料，在反应中失去电子，发生氧化反应；活性炭做正极材料；食盐溶于水成为离子导体；蛭石做保温材料；吸水性树脂吸收环境中的水分，提供反应需要的水。(2)铁粉和氧气通过无数个微小的原电池发生反应且进行得很快，反应放出的热量很快将发热袋加热，保暖袋使用了矿物材料蛭石做保温材料，其放热的时间和温度可以通过透气膜的透氧率进行控制。(3)保暖贴的内层中，空气中的氧气通过微孔透气膜进入，与铁发生原电池反应；外层不透气的原因是起保温作用，防止通过空气与外界进行热交换。(4)铁发生原电池反应后的主要成分为炭粉、氯化钠固体、三氧化二铁固体以及含镁和铝的盐，因而变得较硬。【即学即练】1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)金属腐蚀没有发生氧化还原反应。()(2)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。()(3)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。()2．下列现象与电化学腐蚀无关的是()A．生铁比纯铁易生锈B．纯银饰品久置表面变暗C．黄铜(铜锌合金)制品不易产生铜绿D．与铜管连接的铁管易生锈3．(双选)下列电极一定被保护的是()A．原电池的负极B．原电池的正极C．电解池的阳极D．电解池的阴极4．下列说法正确的是()A．钢铁因含杂质而容易发生电化学腐蚀，所以合金都不耐腐蚀B．原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，故不能用原电池原理来减缓金属的腐蚀C．钢铁电化学腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的酸性不同，引起的正极反应不同D．无论哪种类型的腐蚀，其实质都是金属被还原5．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四分之一。请回答下列问题：(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，写出该腐蚀过程中的电极反应式：负极________，正极________。(2)为了降低某水库铁闸门的腐蚀速率，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________(填字母)。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________极上。核心素养——合作·探究·分享目标金属腐蚀的快慢与防护方法例如下图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为()A．①②③④⑤B．④③②①⑤C．④③①②⑤D．④②③①⑤状元随笔金属腐蚀快慢的判断方法(1)在同一电解质溶液中的腐蚀速率：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。(2)同一种金属在不同介质中的腐蚀速率：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。(3)有无保护措施的腐蚀速率：无保护措施的金属腐蚀>有一定保护措施的金属腐蚀>牺牲阳极的阴极保护的金属腐蚀>有外接电源的阴极保护的金属腐蚀。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。[提升]城市地下潮湿的土壤中常埋有纵横交错的管道和输电线路，当有电流泄漏并与金属管道形成回路时，就会引起金属管道的腐蚀。原理如图所示，但若电压等条件适宜，钢铁管道也可能减缓腐蚀，此现象被称为“阳极保护”。下列有关说法不正确的是()A.该装置能够将电能转化为化学能B．管道右端腐蚀比左端快，右端电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋C．如果没有外加电源，潮湿的土壤中的钢铁管道比较容易发生吸氧腐蚀D．钢铁“阳极保护”的实质是在阳极金属表面形成一层耐腐蚀的钝化膜状元随笔(1)判断电化学保护法的类型，应分清其基本原理，看是利用电解原理的外加电流阴极保护法还是应用原电池原理的牺牲阳极保护法，两者不能混淆。(2)无论是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀，作为负极的铁都不断地被氧化。(3)由于通常情况下，金属表面不会接触到酸性较强的溶液，所以金属腐蚀的主要形式是电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，而且析氢腐蚀最终也会被吸氧腐蚀代替。(4)金属活动性顺序中位于氢前和氢后的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有位于氢前的金属才会发生析氢腐蚀。关键能力当堂评价——夯实·测控·演练1．下列关于金属防护的方法不正确的是()A．对健身器材涂油漆以防止生锈B．对某些工具的“机械转动部位”选用刷油漆的方法来防锈C．用牺牲锌块的方法来保护船身D．在自行车的钢圈上镀上一层铬来防锈2.如图所示，将拴有金属条的铁钉插在含有酚酞的NaCl溶液中，可以看到靠近金属条的溶液出现粉红色。则该金属条可能是()A．铜B．镁C．铝D．锌

3.(双选)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－3e－=Fe3＋D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀4．如图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动)，下列叙述正确的是()A．a中铁钉附近呈现红色B．b中铁钉上发生还原反应C．a中铜丝上发生氧化反应D．b中铝条附近有气泡产生5．支撑海港码头基础的防腐技术，常用外加电流阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是()A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整6.某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，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)。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。(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)：编号实验目的碳粉/g铁粉/g醋酸/%①为以下实验作参照0.52.090.0②醋酸浓度的影响0.536.0③0.22.090.0(2)编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了________腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了________(填“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式是________________________________________________________________________。(3)该小组对图2中0～t1时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二。假设一：发生析氢腐蚀产生了气体；假设二：________________________________________________________________________。练后反思项目析氢腐蚀吸氧腐蚀相同点腐蚀的本质被腐蚀金属为原电池的负极，其原子失去电子变成金属阳离子，发生氧化反应电极反应式负极：Fe－2e－=Fe2＋不同点条件水膜酸性较强水膜呈很弱的酸性、中性或碱性电解质溶液溶有CO2、SO2的水溶液溶有O2的水溶液氧化剂H＋O2电极反应式正极：2H＋＋2e－=H2↑正极：O2＋2H2O＋4e－=4OH－产物H2Fe(OH)2其他反应式——2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2；4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3普遍性吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍第4节金属的腐蚀与防护学业基础一、1．氧化析氢吸氧2．直接原电池较活泼微失去电子电化学腐蚀3．Fe－2e－=Fe2＋2H＋＋2e－=H2↑O2＋2H2O＋4e－=4OH－Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑二、1．氧化2．(3)原电池正极电解池阴极【即学即练】1．解析：(1)金属腐蚀的本质是金属失电子被氧化的过程，因此金属的腐蚀均是氧化还原反应。(2)电化学腐蚀和化学腐蚀实质一样，两者都发生氧化还原反应，都是金属失电子，被氧化。但电化学腐蚀构成闭合回路，有电流产生，而化学腐蚀没有产生电流。(3)钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，正极吸收氧气。答案：(1)×(2)√(3)×2．解析：B项，纯银不符合构成原电池的条件，故它表面变暗与电化学腐蚀无关。答案：B3．解析：原电池的正极和电解池的阴极一定不参加反应。答案：BD4．解析：钢铁中因含杂质，容易形成原电池，发生电化学腐蚀，但并不是所有合金都不耐腐蚀，如不锈钢，故A错误；当金属作正极时，可以避免腐蚀，故B错误；钢铁电化学腐蚀分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀，主要区别在于水膜的酸性不同，故C正确；金属被腐蚀，化合价升高，被氧化，故D错误。答案：C5．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)铁闸门上连接比较活泼的金属时，活泼的金属作负极被氧化，Fe作正极被保护，属于牺牲阳极保护法。Na与水会剧烈反应，本题应该选用锌。(3)图乙所示方案属于阴极电保护法，需把被保护的铁闸门连接在直流电源的负极上。答案：(1)2Fe－4e－=2Fe2＋O2＋2H2O＋4e－=4OH－(2)C(3)负核心素养[例]解析：金属腐蚀快慢的顺序：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，结合题给装置选C。答案：C[提升]解析：A项，该装置相当于电解池，能将电能转化为化学能，正确；B项，管道左端是阳极，腐蚀得更快，错误；C项，如果没有外加电源，潮湿的土壤(接近中性)中的钢铁管道发生原电池反应，发生的是吸氧腐蚀，正确；D项，根据题意，此种腐蚀较慢，所以“阳极保护”实际上是在金属表面形成了一层致密的保护膜，正确。答案：B当堂评价1．答案：B2．答案：A3．答案：BC4．答案：B5．答案：C6．解析：(1)对比编号①，编号②中碳粉的质量与编号①相同，醋酸的浓度与编号①不同，所以铁粉的质量应与编号①相同，即2.0g；编号③中碳粉质量与编号①不同，铁粉质量和