人教版 (2019)选择性必修1第三节 金属的腐蚀与防护导学案

第四章化学反应与电能

第三节金属的腐蚀与防护

1．了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害。

2．了解防止金属腐蚀的措施。

1．通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因，培养科学探究与创新意识。

2．通过认识金属腐蚀产生的危害和影响，培养科学态度和社会责任意识。

一．金属的电化学腐蚀

1．金属腐蚀：

金属原子失去电子变成金属阳离子，金属发生氧化反应。

2．化学腐蚀和电化学腐蚀：

3．钢铁的电化学腐蚀：

(1)实质

在钢铁表面形成无数微小原电池

(2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀

　铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，

2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。

二．金属的电化学防护

三．金属的其他防护方法

1．加涂保护层：如采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法，使金属与__空气、水__等物质隔离，防止金属被氧化腐蚀。

2．改变金属的内部结构：如把铬、镍等金属加入普通钢中制成耐腐蚀的__不锈钢__。

一．金属的腐蚀

【问题探究】

1．纯铁片放入稀硫酸中发生的是什么腐蚀？

纯铁片放入稀硫酸中发生反应：Fe＋H2SO4(稀)===FeSO4＋H2↑，发生的是化学腐蚀。

2．在铁的表面镀上一层其他金属是常见的防止铁生锈的方法，常见的有镀锡(马口铁)和镀锌(白铁皮)，为什么镀层破损后，镀锌钢板(白铁皮)比镀锡钢板(马口铁)耐腐蚀？

镀层破损后，白铁皮形成原电池，因锌比铁活泼，易失去电子，从而保护了铁；而马口铁破损后，因为形成原电池时，铁比锡活泼，铁被腐蚀。所以在镀层破损后，马口铁比白铁皮更易被腐蚀。

【知识归纳总结】

1．金属的化学腐蚀和电化学腐蚀的联系和区别：

2．金属的腐蚀类题目的解题思路：

(1)正确判断金属的腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀。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)如果是电化学腐蚀，判断出正、负极，较活泼的金属为负极被腐蚀，较不活泼的金属为正极被保护。

(3)正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、中性溶液中发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液中发生析氢腐蚀。

(4)根据金属活动性顺序表分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀。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可能发生吸氧腐蚀。

3．金属腐蚀受多种因素影响

(1)就金属本性来说，金属越活泼，越易失电子被腐蚀。

(2)金属越纯越难腐蚀，如纯铁即使在酸性溶液中反应也很慢，但生铁在潮湿空气中就会发生腐蚀而生锈。

(3)介质对金属腐蚀的影响也很大，如金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都易被腐蚀。

如图所示装置，若开始时a、b两端液面相平，放置一段时间后，下列有关叙述中正确的是(　　)

A．铁丝在两处的腐蚀速率：a>b

B．a、b两端相同的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋

C．一段时间后，a端液面高于b端液面

D．a处总反应为Fe＋2H2O===Fe(OH)2＋H2↑

【答案】C

【解析】左边试管中，生铁发生吸氧腐蚀，右边试管中，生铁发生析氢腐蚀。A项，生铁发生析氢腐蚀的速率比吸氧腐蚀的速率大，错误；B项，a处负极上铁失电子，正极上氧气得电子，b处负极上铁失电子，正极上氢离子得电子，所以a、b两处相同的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，错误；C项，a处发生吸氧腐蚀，b处发生析氢腐蚀，一段时间后，a处气体压强减小，b处气体压强增大，导致溶液从b处向a处移动，所以a处液面高于b处液面，正确；D项，a处发生吸氧腐蚀，其总反应为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，错误。

〔变式训练1〕下列说法不正确的是(　　)

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，但人们可以利用原电池原理来减缓金属的腐蚀

C．钢铁电化学腐蚀两种类型主要区别在于水膜的酸性不同，正极反应不同

D．无论哪种类型的腐蚀，其实质都是金属被氧化

【答案】A

【解析】不锈钢和铝合金等耐腐蚀，A项错误；金属作原电池正极时被保护，B项正确；水膜酸性较强时，铁主要发生析氢腐蚀，水膜中性或弱酸性时发生吸氧腐蚀，C项正确；金属被腐蚀的实质是金属失电子，被氧化，D项正确。

二．金属的防护

【问题探究】

1．为保护地下钢管不被腐蚀，可采取的电化学保护措施有哪些？

将钢管与锌板相连，或将钢管与直流电源负极相连。

2．铁制品在潮湿的环境中和在干燥环境中哪种环境更易生锈？其原因是什么？

潮湿环境中更易生锈；铁制品中含有杂质碳，在潮湿环境下的电解质溶液中构成原电池，加快了铁被氧化的反应速率。

【知识归纳总结】

1．常见金属的防护措施：

2．金属腐蚀快慢的判断方法：

(1)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。

(2)活动性不同的两金属：活动性差别越大，活动性强的金属腐蚀越快。

(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，且氧化剂的浓度越高，氧化性越强，腐蚀越快。

(4)不同原理引起的腐蚀的速率：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。

(5)从防腐措施方面分析腐蚀的快慢：外加电流的保护法防腐<牺牲阳极的保护法防腐<有一般防护条件的防腐<无防护条件的防腐。

【易错提醒】　不要因为“阳极”“阴极”而把牺牲阳极的保护法的工作原理当作电解原理。

下列说法不正确的是(　　)

A．一般来说，不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应

B．溶液中Fe2＋可以用K3[Fe(CN)6]溶液来检测

C．铁锈覆盖在钢铁表面，阻止钢铁继续腐蚀

D．在船身上装锌块来避免船体遭受腐蚀

【答案】C

【解析】不纯的金属，杂质和金属构成原电池的两个电极，与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，故A正确；溶液中Fe2＋遇到K3[Fe(CN)6]溶液可以产生蓝色沉淀，故B正确；铁锈的结构比较疏松，无法隔绝空气中的水分和氧气，所以无法阻止钢铁继续腐蚀，故C错误；在船身上装锌块，锌比较活泼，先被腐蚀，是利用原电池原理来避免船体遭受腐蚀，故D正确。

据最近报道，中国生产的首艘国产航母已经下水。为保护航母、延长服役寿命可采用两种电化学方法。方法1：舰体镶嵌一些金属块；方法2：航母舰体与电源相连。下列有关说法正确的是(　D　)

A．方法1叫外加电流的保护法

B．方法2叫牺牲阳极的保护法

C．方法1中金属块可能是锌、锡和铜

D．方法2中舰体连接电源的负极

【答案】D

【解析】舰体上镶嵌活泼性比铁强的金属，如锌，该方法为牺牲阳极保护法，A、C错误；舰体与直流电源的负极相连，该法为外加电流保护法，B错，D正确，故选D。

1．（2021·贵州·高二学业考试）下列不能有效防止钢铁锈蚀的措施是

A．将钢铁与锌板相连 B．将钢铁置于潮湿的空气中

C．在钢铁表面喷油漆 D．将钢铁与直流电源负极相连

【答案】B

【解析】A．由于金属活动性Zn>Fe，所以在钢铁中加入铬制成不锈钢，首先被腐蚀的是活动性强的Zn，Fe就得到了保护，所以能有效防止钢铁腐蚀，A不符合题意；B．钢铁只与潮湿空气中，会加速钢铁生锈，不能有效防止钢铁腐蚀，B符合题意；C．在钢铁表面喷涂油漆，起到隔绝空气和水作用，能有效防止钢铁腐蚀，C不符合题意；D．钢铁与电源的负极相连，钢铁为阴极，外加电流的阴极保护法，钢铁受到保护，D不符合题意；故选B。

2．（2021·云南省玉溪第一中学高二期中）2017年4月26日，中国第一艘国产001A型航母顺利建成下水，有盐分的海水和空气会对船体造成腐蚀，因此船体的防腐处理非常重要。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析氢腐蚀

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，将需要保护的金属做阴极，可以起到保护金属的作用

【答案】B

【解析】A．锌比铁活泼，在船舶外壳装上锌块，形成原电池，锌为负极被氧化，该方法为牺牲阳极的阴极保护法防止金属腐蚀，A正确；B．海水显弱碱性，主要发生吸氧腐蚀，B错误；C．金属被腐蚀的过程即金属被氧气氧化的过程，且有水存在时易发生电化学腐蚀，所以刷防锈漆，使金属与空气、水等物质隔离，可防止金属被腐蚀，C正确；D．电解池中阴极得电子被还原，外加电流，将需要保护的金属做阴极，可以防止金属被氧化，起到保护金属的作用，D正确；综上所述答案为B。

3．（2021·河南南阳·高二期中）将金属M连接在钢铁设施表面构成原电池，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法正确的是

A．钢铁设施上的电极反应式为 B．电子流向：金属M→水体→钢铁设施表面

C．M的金属性比Fe的金属性强 D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快

【答案】C

【解析】A．由分析可知，钢铁设施中的铁做正极，水中的氧气在正极发生还原反应，电极反应式为O2+4e—+2H2O=4OH—，故A错误；B．原电池工作时，电子流向为：金属M→导线→钢铁设施表面，故B错误；C．由分析可知，金属M的金属性强于铁，故C正确；D．海水中电解质的浓度高于河水，导电性强于河水，则钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中的快，故D错误；故选C。

4．（2021·福建省将乐县第一中学高二月考）如图各容器中均盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是

A．③②④① B．④②①③ C．②①③④ D．④②③①

【答案】B

【解析】根据图知，②、③装置是原电池，在②中，金属铁做负极，③中金属铁作正极被保护，做负极的腐蚀速率快，所以②＞③，④装置是电解池，其中金属铁为阳极，加快腐蚀，腐蚀最快，所以腐蚀速率是：④＞②＞①＞③。故选B。

5．（2021·河南南阳·高二期中）下列与金属腐蚀有关的说法正确的是

A．图a插入海水中的铁棒(含碳量为10.8%)越靠近烧杯底部发生电化学腐蚀就越严重

B．图b开关由N改置于M时，金属铁的腐蚀速率减小

C．图c为牺牲阳极的阴极保护法，钢闸门应与外接电源的负极相连

D．图d在反应过程中能产生氢气

【答案】D

【解析】A．插入海水中的铁棒发生吸氧腐蚀时，接近水面部分氧气的浓度大，腐蚀程度就越严重，故A错误；B．当开关由N改置于M时，金属性强的铁做原电池的负极，腐蚀速率增大，故B错误；C．由图可知，该装置为外加直流电源的保护法，钢闸门应与外接电源的负极相连，故C错误；D．由图可知，铁丝开始阶段铁丝发生吸氧腐蚀，使左侧氧气物质的量减少，压强减小导致液面升高，铁丝与稀硫酸接触后发生析氢腐蚀，会有氢气生成，故D正确；故选D。

6．（2021·山东·菏泽一中高二期中）下列事实不能用原电池原理解释的是

A．白铁(镀锌)制品比一般铁器耐腐蚀

B．铁片、铝片在冷的浓硫酸中钝化

C．工程施工队在铁制水管外刷一层“银粉”

D．纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量溶液后反应速率加快

【答案】B

【解析】A．白铁中铁和锌组成原电池，由金属活泼性Zn>Fe，则Fe做正极被保护，所以白铁(镀锌)制品比一般铁器耐腐蚀，A不选；B．铁、铝常温下与冷的浓硫酸反应生成致密的氧化膜而钝化，不能用原电池原理解释，B选；C．铁外刷一层“银粉”，阻止与氧气接触，破坏了原电池的构成条件，保护铁不被腐蚀，C不选；D．锌与少量溶液反应置换单质Cu，形成Zn-Cu原电池，可加快反应速率，D不选；故选：B。

7．（2021·山东·胶州市教育体育局教学研究室高二期中）深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌(一种厌氧微生物，适宜pH为7~8)的作用下，能被硫酸根离子腐蚀，原理如图。下列有关说法正确的是

A．腐蚀过程中，土壤酸性逐渐增强

B．输送暖气铁管道温度越高，越易发生此类腐蚀

C．正极反应为

D．管道壁镶嵌锌块或锡块都可保护管道不易被腐蚀

【答案】C

【解析】铁管道腐蚀过程中铁做负极，电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+，正极是硫酸根离子发生还原反应，由题意可知为碱性环境，故正极电极反应式为：；【解析】A．由分析知，正极反应生成OH-，土壤酸性逐渐减弱，故A错误；B．正极的腐蚀需要硫酸盐还原菌这种微生物，若温度过高，使微生物失活，则腐蚀程度会减弱，故B错误；C．正极是硫酸根离子发生还原反应，生成硫氢根离子，所以电极反应式为：，故C正确；D．铁比锡活泼，管道壁镶嵌锡块，铁做负极，加快管道腐蚀，故D错误；故选：C。

8．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）如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有氯化铵溶液(显酸性)和食盐水，各加入生铁块，放置一段时间均被腐蚀。

①红墨水柱两边的液面变为左低右高，则_______(填“a”或“b”)试管内盛有食盐水。

②a试管中铁发生的是_______(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀，生铁中碳上发生的电极反应式为_______。

（2）如图两个图都是金属防护的例子。

①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_______(填字母)，此方法叫做_______保护法。

A．铜B．钠C．锌D．石墨

②图乙方案也可以降低铁闸门腐蚀的速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的_______(填“正”或“负”)极。

③以上两种方法中，_______填“甲”或“乙”)方法能使铁闸门保护得更好。

【答案】

（1）b析氢

（2）C牺牲阳极的阴极负乙

【解析】

（1）①红墨水柱两边的液面变为左低右高，则a发生析氢腐蚀，a中盛有氯化铵溶液，b发生吸氧腐蚀，b中盛有食盐水，故答案为b。

②a试管中铁发生的是析氢腐蚀，生铁中碳为正极，正极上发生还原反应，故发生的电极反应式为。b试管中铁发生的是吸氧腐蚀，生铁中碳为正极，发生的电极反应式O2+2H2O+4e-=4OH-；铁为负极，电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+。

（2）①为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以让金属铁做原电池的正极，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以是比金属铁的活泼性强的金属，钠能够与水反应，不能做电极材料，所以选锌，此方法叫做牺牲阳极的阴极保护法，故答案为C；牺牲阳极的阴极；②电解池的阴极上的金属被保护，为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负极，故答案为负。

③因为电解池的保护比原电池保护更好，所以方法乙能使铁闸门保护得更好；故答案为乙。