2024-2025学年高二化学选择性必修1（配苏教版）教学课件 专题1 第3单元 金属的腐蚀与防护

专题1第三单元金属的腐蚀与防护基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引

素养目标1.通过实验探究了解金属腐蚀的种类,知道金属发生电化学腐蚀的原因,培养动手操作能力和根据所学知识解决实际问题的能力。2.通过了解金属发生腐蚀的原因及现代的防腐措施,认识金属腐蚀的危害,知道防止金属腐蚀的方法,培养科学态度与社会责任的化学核心素养。基础落实·必备知识全过关一、金属的腐蚀及其分类

1.化学腐蚀金属与其他物质直接接触发生

而引起的腐蚀,这种腐蚀的速率随着温度的升高而

。

2.电化学腐蚀不纯的金属或合金发生

反应,使较活泼的金属失去电子被

而引起的腐蚀。

金属腐蚀的本质是金属失去电子

氧化还原反应加快原电池氧化3.实例用铝制饭盒盛放醋酸,一段时间后,饭盒被腐蚀,这种腐蚀属于

,反应的化学方程式为

;若用铝制饭盒盛放食盐(含水时),一段时间后,饭盒被腐蚀,这种腐蚀属于

,反应原理是(写电极反应式和总反应式):

。

化学腐蚀电化学腐蚀

负极:Al-3e-══Al3+,正极:O2+2H2O+4e-══4OH-,总反应:4Al+3O2+6H2O══4Al(OH)32Al+6CH3COOH══2(CH3COO)3Al+3H2↑4.析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以铁的腐蚀为例)类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性

水膜酸性

电极反应负极Fe-2e-══Fe2+

不是Fe3+

正极

总反应式

联系吸氧腐蚀更普遍较强很弱或呈中性2H++2e-══H2↑O2+2H2O+4e-══4OH-Fe+2H+══Fe2++H2↑

2Fe+O2+2H2O══2Fe(OH)2教材阅读想一想阅读教材“金属的电化学腐蚀”相关内容思考:生铁在干燥的空气中不易被腐蚀,但在潮湿的空气中却很快被腐蚀,为什么?为什么生铁比纯铁更易被腐蚀?提示

在潮湿的空气里,生铁表面凝结了一层溶解有O2的水膜,它与生铁中的铁和少量的碳单质构成无数微小的原电池,发生电化学腐蚀。因为生铁中含有杂质碳单质。易错辨析判一判(1)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中易腐蚀,是因为它们均生成氧化物。(

)(2)钢铁在潮湿的空气中易发生化学腐蚀。(

)(3)菜刀放于盐水中主要发生吸氧腐蚀。(

)(4)铁锌合金发生吸氧腐蚀时,负极反应为Fe-2e-══Fe2+。(

)(5)对同一金属来说,在强电解质溶液中的腐蚀速率一定大于在弱电解质溶液中的腐蚀速率。(

)××提示

钢铁在潮湿的空气中易发生电化学腐蚀。

√×提示

负极反应为Zn-2e-══Zn2+。

×提示

浓度未知,无法比较。

二、金属的防护1.电化学防护

作为负极、阳极更容易被腐蚀(1)牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理在被保护的钢铁设备上装上若干活泼金属如

,作为原电池的

极(

极);让被保护的金属作为原电池的

极(

极)。

(2)外加电流的阴极保护法——电解原理将被保护的金属作为

极,用惰性电极作为

极,两者都处在电解质溶液中,外接直流电源。

2.其他方法(1)改变金属的组成或结构,如制成

;

(2)加涂保护层,如

。

镁合金或锌块负阳正阴阴阳防腐的合金喷油漆、涂油脂教材阅读想一想阅读教材“金属的电化学防护”中的“交流讨论”思考:与铜质水龙头连接处的铁质水管易生锈,为什么?提示

铁、铜及水构成原电池,形成电化学腐蚀,铁作为负极失电子,所以易生锈。易错辨析判一判(1)在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质,能够减缓金属的腐蚀。(

)(2)用电镀的方法,在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金属,如铬、镍等,能够减缓金属的腐蚀。(

)(3)在铁板上镀锌是因为锌比铁活泼,形成原电池而保护铁不易被腐蚀。(

)√√×提示

在铁板上镀锌是因为在铁板表面形成一层锌保护膜,可以阻止铁与空气接触,与原电池无关,锌层破损后才与原电池有关。(4)在金属表面覆盖保护层,若保护层破损,就完全失去了对金属的保护作用。(

)×提示

如铁件上镀锌,若保护层破损,在潮湿的空气中,Fe、Zn构成原电池,Zn作为负极,仍然对Fe起到保护作用。重难探究·能力素养全提升探究一金属的腐蚀情境探究我国是世界上钢铁产量最多的国家,因为金属腐蚀而造成的经济损失远远超过因自然灾害和各类事故造成的经济损失的总和。生铁在干燥的空气中不易被腐蚀,但在潮湿的空气中却很快被腐蚀,在海边被腐蚀得更快,且生铁比纯铁更易被腐蚀。(1)为什么一块铜板上有铁铆钉时,铁铆钉特别容易生锈?提示

铜板、铁铆钉与电解质溶液互相接触形成原电池,铁作为负极反应物,发生氧化反应,被腐蚀而生锈。(2)在硫酸厂附近的生铁发生的主要是哪一类腐蚀?(3)铁锈的主要成分是什么?写出钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀生成铁锈的方程式。提示

析氢腐蚀;硫酸厂附近空气中二氧化硫的含量较高,导致生铁接触到的溶液酸性较强,所以易发生析氢腐蚀。提示

铁锈的主要成分是Fe2O3·nH2O。形成过程:负极:2Fe-4e-══2Fe2+,正极:O2+4e-+2H2O══4OH-,总反应:2Fe+O2+2H2O══2Fe(OH)2。4Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3,2Fe(OH)3══Fe2O3·nH2O(铁锈)+(3-n)H2O。方法突破1.化学腐蚀和电化学腐蚀

类型化学腐蚀电化学腐蚀吸氧腐蚀析氢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条件金属与其他物质直接反应水膜中溶有O2,呈弱酸性、中性或碱性水膜酸性较强本质金属被氧化较活泼的金属被氧化区别不产生电流有微弱的电流产生联系化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生,但电化学腐蚀更普遍,危害更大2.影响金属腐蚀的因素影响金属腐蚀的因素包括金属的本性、纯度和介质三个方面:(1)就金属本性来说,金属越活泼,就越容易失去电子而被腐蚀。(2)同一金属越纯,越难被腐蚀。如纯铁即使在潮湿空气中反应也会很慢,而含杂质的生铁在潮湿的空气中会很快生锈而被腐蚀。(3)介质对金属腐蚀的影响也很大,如果金属在潮湿的空气中,接触腐蚀性气体或电解质溶液,都容易被腐蚀。3.不同条件下金属腐蚀快慢的判断

条件快慢顺序腐蚀类型不同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(原电池原理的防护>电解原理的防护)同种金属强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液(浓度相同)活泼性不同的两种金属活泼性差别越大,活泼性强的金属腐蚀越快同种电解质溶液电解质溶液浓度越大,腐蚀越快应用体验视角1金属腐蚀的原理1.为研究金属腐蚀的条件和速率,某课外兴趣活动小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在如图所示的三个装置中,再放置于玻璃钟罩里保存相同的一段时间,下列对实验结束时现象的描述不正确的是(

)A.实验结束时,装置Ⅰ左侧的液面会下降B.实验结束时,左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低C.实验结束时,装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重D.实验结束时,装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀B解析

装置Ⅰ中铁钉和铁丝连接,盐酸易挥发,铁钉腐蚀是化学腐蚀,铁和HCl反应生成氢气,左侧的液面一定会下降,A项正确;盐酸具有挥发性,所以装置Ⅱ中左侧空气中含有HCl,导致装置Ⅱ中铁钉发生析氢腐蚀,电化学腐蚀比化学腐蚀快,则装置Ⅱ中左侧液面会比装置Ⅰ左侧低,B项错误;装置Ⅱ中盐酸易挥发,铁钉和铜丝连接易形成电化学腐蚀,电化学腐蚀比化学腐蚀快,所以装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重,C项正确;装置Ⅲ中浓硫酸是难挥发性酸,而且浓硫酸具有吸水性,则铁与硫酸不接触,即二者不发生化学反应,干燥的空气中铁不能发生电化学腐蚀,所以装置Ⅲ中的铁钉几乎没有被腐蚀,D项正确。2.下列叙述与电化学腐蚀有关的是(

)A.炒过菜的铁锅不及时清洗易生锈B.在空气中金属镁、铝都具有较好的抗腐蚀性C.红热的铁丝与水接触时,表面形成了蓝黑色的物质D.把铁片加入氯化铜的溶液中,在铁表面上附着一层红色的铜A解析

炒菜过程中会添加NaCl,若不及时清洗,在潮湿的环境中易形成原电池,从而导致铁锅生锈。视角2金属腐蚀的类型及比较3.利用如图所示装置进行实验,开始时a、b两处液面相平,密封好放置一段时间。下列说法不正确的是(

)A.a处发生吸氧腐蚀,b处发生析氢腐蚀B.一段时间后,左侧液面高于右侧液面C.a处溶液的pH增大,b处溶液的pH减小D.a、b两处具有相同的负极反应式:Fe-2e-

══Fe2+C解析

根据装置图判断,左边生铁棒发生吸氧腐蚀,右边生铁棒发生析氢腐蚀。左边负极反应式为Fe-2e-══Fe2+,正极反应式为O2+4e-+2H2O══4OH-;右边负极反应式为Fe-2e-══Fe2+,正极反应式为2H++2e-══H2↑。a、b两处溶液的pH均增大,C项错误。4.下列说法不正确的是(

)A.生铁比纯铁更易生锈B.钢柱在水下的部分比在空气与水的交界处更易生锈C.用锡焊接铁质器件,焊接处铁易生锈D.生铁在湿润环境中比在干燥环境中更易生锈B解析

纯铁具有很强的抗腐蚀性能,生铁易形成电化学腐蚀,因此生铁比纯铁更易生锈,A项正确;钢柱在空气与水的交界处易生锈,钢柱在水下的部分比空气与水的交界处的空气少,腐蚀慢,B项错误;用锡焊接铁质器件,形成原电池,铁作为负极,因此焊接处铁易生锈,C项正确;生铁在干燥的空气中,不易生锈,生铁在湿润的环境中易生锈,D项正确。5.(2024湖南益阳三校联考)如图为模拟铁生锈的实验。铁粉中均匀混有少量炭粉,装入内壁已分别用氯化钠溶液和稀醋酸润湿过的甲、乙两个具支试管中,打开止水夹之后,下列有关该实验的说法合理的是(

)A.甲装置导管口有气泡,乙装置导管内出现一段液柱B.甲装置中发生的电化学腐蚀主要是析氢腐蚀C.乙装置中发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀D.乙装置导管口有气泡冒出D解析

甲装置中的电解质溶液呈中性,所以发生的是吸氧腐蚀,A、B错误;乙装置中的电解质溶液酸性较强,发生的是析氢腐蚀,有气体产生,C错误、D正确。探究二金属的防护情境探究人们在生产、生活中采取了多种防止金属腐蚀的措施,如对自行车采取的防护措施如图所示。(1)图中自行车采取了哪些防护措施?简述其原理。提示

在金属表面覆盖保护层:涂机油、镀铬、镀锌、烤漆、烤蓝等;原理是使钢铁与空气、水隔绝,以达到防止腐蚀的目的。制成不锈钢合金,原理是通过改善金属的内部结构,达到防止腐蚀的目的。(2)电化学防护的实质是什么?(3)为了降低铁闸门腐蚀的速率,甲图中R可选择何种材料,这种防护措施的名称叫什么?提示

电化学防护的实质是把被保护的金属作为原电池的正极或电解池的阴极,不参与电极反应,从而不被氧化。提示

R可选择锌块,这叫牺牲阳极的阴极保护法。

(4)乙图铁闸门应连接直流电源的哪个电极?这种防护方法的名称叫什么?提示

铁闸门应连接直流电源的负极,这种方法叫外加电流的阴极保护法。

方法突破金属的电化学防护

电化学防护牺牲阳极的阴极保护法外加电流的阴极保护法依据原电池原理电解原理原理分析形成原电池时,被保护金属作为正极(阴极),不反应受到保护;活泼金属作为负极(阳极),发生反应受到腐蚀。阳极要定期予以更换将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两极,使被保护金属作为阴极,在外加直流电的作用下使阴极得到保护应用一些钢铁设备如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌块土壤、海水及河水中的金属设备等实例示意图

应用体验视角1金属防护的原理1.(2024福建福州六校联考)下列铁制品防护的装置或方法不正确的是(

)A解析

外加电流的阴极保护法,被保护金属钢制管桩应与电源负极相连,A错误。2.将Zn块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,下列有关说法不正确的是(

)A.该装置设计利用了原电池原理B.Zn的活泼性比Fe的活泼性强C.Zn极的电极反应式为Zn-2e-══Zn2+D.该过程中电子由钢铁设施经外电路流向金属ZnD解析

根据题中所给过程可知,利用了原电池原理,A正确;Zn的活泼性比铁强,B正确;Zn失电子生成Zn2+,电子经外电路流向钢铁设施,C正确,D错误。3.某大桥出现桥面抖动现象,专家对桥墩的主体钢筋进行了全面检测,并确定了其安全性。以下说法不正确的是(

)A.桥墩钢筋容易发生析氢腐蚀B.在海面与空气交界处的钢铁,比海底下的钢铁更容易被腐蚀C.可以在桥墩钢铁上嵌附锌片,减慢其腐蚀速率D.将桥墩钢铁与外接电源负极相连的方法,称为外加电流的阴极保护法A解析

桥墩钢筋可与海水形成原电池,容易发生吸氧腐蚀,A错误;在海面与空气交界处的钢铁,易发生吸氧腐蚀,海面下水中氧气的溶解度较小,海底下的钢铁腐蚀较慢,则在海面与空气交界处的钢铁比海底下的钢铁更容易被腐蚀,B正确;锌的活泼性强于铁,可以在桥墩钢铁上嵌附锌片,采用牺牲阳极的阴极保护法减慢其腐蚀速率,C正确;将桥墩钢铁与外接电源负极相连的方法,防止了铁被腐蚀,称为外加电流的阴极保护法,D正确。视角2金属防护的措施4.港珠澳大桥设计寿命为120年,对桥体钢构件用多种方法防腐。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电化学腐蚀C解析

大桥在海水中发生吸氧腐蚀,防腐即为了避免此反应的发生,A项正确;钢铁生锈的条件是有氧气和水,在钢构件表面喷涂环氧树脂涂层,能隔绝氧气和水,B项正确;外加电流的阴极保护法中,钢铁作为阴极被保护,阳极可以采用惰性电极,并外接直流电源,C项错误;不锈钢的耐腐蚀性比较好,故钢构件可以采用不锈钢,D项正确。5.(2024河北保定六校联考)金属腐蚀造成的损失约占国民生产总值的2%~4%。下列有关说法错误的是(

)A.改变金属的结构,可将金属制成防腐的合金B.喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化是金属防护的物理方法C.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿,与金属的电化学防护有关D.将钢闸门连接直流电源的负极可以起到防护作用B解析

电镀或表面钝化过程发生了化学变化,是金属防护的化学方法,B错误。

6.埋在地下的钢管常用如图所示的方法加以保护,使其免受腐蚀。下列说法正确的是(

)A.金属棒X的材料可能为铜B.金属棒X的材料可能为钠C.钢管附近土壤的pH可能会上升D.这种方法称为外加电流的阴极保护法C解析

X的活泼性应大于铁的活泼性,但金属钠的活泼性太强,能与土壤中的H2O直接反应,故X的材料不可能是铜和钠,A、B项错误;O2在钢管处得电子,发生还原反应:O2+4e-+2H2O══4OH-,故钢管附近土壤的pH可能会上升,C项正确;题图中没有外加电源,故为牺牲阳极的阴极保护法,D项错误。7.长江大桥的防腐方法有:①钢梁上安装铝片;②使用高性能富锌(富含锌粉)底漆;③使用高附着性防腐涂料;④预留钢铁腐蚀量。下列分析不合理的是(

)A.防腐涂料可以防水、隔离O2,降低吸氧腐蚀速率B.防腐过程中铝和锌均作为阳极,失去电子C.钢铁发生吸氧腐蚀时的负极反应式为Fe-3e-══Fe3+D.方法①②③只能减缓钢铁腐蚀,未能完全消除C解析

大桥使用铁的合金材料,表面接触空气、水蒸气,易形成原电池,防腐涂料可以防水、隔离O2,降低吸氧腐蚀速率,A项正确;铝和锌的金属活动性大于铁,故铁腐蚀过程中铝和锌均作为阳极,失去电子,保护了铁,B项正确;钢铁发生吸氧腐蚀时,铁作为负极,失电子发生氧化反应,电极反应式为Fe-2e-══Fe2+,C项错误;方法①②③只能减缓钢铁腐蚀,不能完全消除铁的腐蚀,D项正确。8.深埋在潮湿土壤中的铁管道,在硫酸盐还原菌作用下,能被硫酸根离子腐蚀,其电化学腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是(

)A.铁管道发生的是吸氧腐蚀B.输送暖气的管道也易发生此类腐蚀C.这种情况下,土壤的pH增大D.管道上刷富铜油漆可以延缓管道的腐蚀C解析

由题图可知,负极反应为Fe-2e-══Fe2+,正极反应为

+5H2O+8e-══HS-+9OH-。铁管道的腐蚀过程中,氧气并未参与反应,所以不是吸氧腐蚀,故A项错误;硫酸盐还原菌在高温下易失去催化能力,则输送暖气的管道不易发生此类腐蚀,故B项错误;由正、负极的电极反应可知,铁管道腐蚀过程中,OH-浓度增大,土壤pH增大,故C项正确;管道上刷富铜油漆,形成铜铁原电池,Fe作为负极,可以加快管道的腐蚀,故D项错误。9.研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是(

)A.若d为石墨,则铁片腐蚀加快B.若d为石墨,则石墨上电极反应式为O2+2H2O+4e-══4OH-C.若d为锌块,则铁片不易被腐蚀D.若d为锌块,则铁片上电极反应式为2H++2e-══H2↑D解析

若d为石墨,则铁、石墨及海水形成原电池,发生铁的吸氧腐蚀,从而加快铁片腐蚀,A项正确;若d为石墨,作为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-══4OH-,B项正确;若d为锌块,则Zn