高中化学苏教版 (2019)选择性必修1专题1 化学反应与能量第三单元 金属的腐蚀与防护学案

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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。
图说考点,
学业基础——自学·思记·尝试
【新知预习】
一、金属的腐蚀
1．概念：金属腐蚀是指金属或合金与周围环境中的物质发生____________而腐蚀损耗的现象。
2．特征：金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面会发生变化。
3．本质：金属金属阳离子，即M－ne－===Mn＋
4．分类：
(1)化学腐蚀：
金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。
(2)电化学腐蚀：
指不纯的金属或合金与________溶液接触时会发生________反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。
二、钢铁的电化学腐蚀
1．钢铁的电化学腐蚀的分类：
电化学腐蚀
2．钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较：
三、金属腐蚀的防护方法
1．金属的防护
2．金属的电化学防护
(1)牺牲阳极的阴极保护法
应用________原理，让被保护金属作________极，另找一种活泼性较强的金属作________极。
如图所示：
(2)外加电流的阴极保护法
利用________原理，把被保护的钢铁设备作为________极，用________作为辅助阳极，两者均在电解质溶液(如海水)里，接外加________。
【即学即练】
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)铜器生锈是因为发生了析氢腐蚀。( )
(2)钢铁电化学腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的pH不同，引起正极反应不同。( )
(3)当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用。( )
(4)要保护船舶外壳，可将铜块装在船舶外壳上。( )
(5)生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱。( )
(6)电化学腐蚀比化学腐蚀普遍，吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍。( )
2．埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下，腐蚀最慢的是( )
A．在含铁元素较多的酸性土壤中
B．在潮湿疏松透气的土壤中
C．在干燥致密不透气的土壤中
D．在含炭粒较多的潮湿透气的中性土壤中
3．下列事实中，不能用电化学理论解释的是( )
A．轮船水线以下的船壳上安装一定数量的锌块
B．高温车间中钢铁设备的腐蚀
C．纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量CuSO4溶液后，反应速率提高
D．镀锌铁比镀锡铁耐用
4．如图所示的钢铁腐蚀中，下列说法正确的是( )
A．碳表面发生氧化反应
B．钢铁被腐蚀的最终产物为FeO
C．生活中钢铁制品的腐蚀以图①所示为主
D．图②中，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
5．如图中，铁腐蚀由快到慢的顺序为(电解质溶液为水)________。
6．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。
(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中正、负两极的电极反应式分别为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用如图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________。

A．铜 B．钠
C．锌 D．石墨
(3)如图乙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
提升点一 金属腐蚀的原理和类型
例1. 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＋
状元随笔 化学腐蚀没有电流产生，电化学腐蚀因形成原电池有电流。
在电化学中，Fe一般只失去2e－。
[提升1] 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氯化铵溶液，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变为左低右高
C．两试管中相同的电极反应式是：Fe－2e－===Fe2＋
D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
状元随笔 NH4Cl溶液中水解使溶液呈酸性，故而发生析氢腐蚀。无论吸氧腐蚀还是析氢腐蚀，负极都是Fe失去2e－，负极材料是铁，正极材料都是碳，只是正极上的电极反应不同。
关键能力
化学腐蚀与电化学腐蚀
提升点二 金属腐蚀的快慢和防护
例2. 如图所示，各烧杯中均盛有海水，铁在其中的腐蚀速率由快到慢的顺序为( )
A．②>①>③>④>⑤>⑥
B．⑤>④>③>①>②>⑥
C．⑤>④>②>①>③>⑥
D．⑤>③>②>④>①>⑥
破题思路：
状元随笔 根据装置中的电极材料和特点分析是原电池还是电解池。原电池负极被腐蚀，正极被保护。电解池的阳极被腐蚀，阴极被保护。金属的活动性差别越大腐蚀越快。
[提升2] 钢铁工业是国家工业的基础。请回答下列钢铁腐蚀、防护过程中的有关问题。
(1)生产中可用盐酸来除铁锈。现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式是________________________________________________________________________。
(2)下列装置可防止铁棒被腐蚀的是________(双选、填标号)。
(3)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀，如图所示装置。
①A电极对应的金属是________(填元素名称)，B电极上发生的电极反应是________________________________________________________________________。
②若电镀前铁、铜两电极质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12 g，则电镀时电路中通过的电子的物质的量为________ml。
③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更易被腐蚀，简要说明原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
状元随笔 金属防护的两个方法：
1．牺牲阳极的阴极保护法
即被保护金属做原电池的正极
2．外加电流的阴极保护法
即被保护金属做电解池的阴极
关键能力
判断金属腐蚀快慢的规律
(1)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)。
(2)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。
(3)活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快。
(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。
状元随笔 腐蚀时，电解原理引起的腐蚀快；防护时，电解原理引起的防护好。
当堂评价——夯实·测控·演练
1.下列有关金属腐蚀和防护的说法中正确的是( )
A．金属腐蚀的本质是金属被还原
B．金属物品久置表面变暗主要是化学腐蚀的结果
C．镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀
D．在海轮外壳连接锌块采用的是牺牲阳极的阴极保护法
2．某课外活动小组，将剪下的一块镀锌铁放入锥形瓶中，并滴入少量食盐水将其浸湿，再加数滴酚酞溶液，按下图装置进行实验，数分钟后观察现象，下列现象中不可能出现的是( )
A．B中导气管里形成一段水柱
B．B中导气管中产生气泡
C．金属片剪口处溶液变红
D．锌被腐蚀
3．埋在地下的钢管道可以用下图所示的方法进行电化学保护，下列说法中正确的是( )
A.该方法是将化学能转化成了电能
B．在此装置中钢管道做负极
C．该方法称为“外加电流的阴极保护法”
D．镁块上发生的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
4．利用如图所示装置进行实验，开始时，a、b管中液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是( )
A．a管内发生吸氧腐蚀，b管内发生析氢腐蚀
B．一段时间后，a管内液面高于b管内液面
C．a管内溶液的pH增大，b管内溶液的pH减小
D．a、b管内具有的相同的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
5．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下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左侧的液面一定会下降
B．实验结束时，装置Ⅰ左侧的液面比装置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中的铁钉几乎没有被腐蚀
6．如图所示水槽中的试管内有一枚铁钉，放置数天观察。
(1)铁钉逐渐生锈，铁钉的腐蚀属于________腐蚀(填“化学”或“电化学”)。
(2)若试管内液面上升，则原溶液呈________，发生________腐蚀(填“析氢”或“吸氧”)，电极反应：负极为________________________，正极为________________________。
(3)若试管内液面下降，则原溶液呈________，发生________腐蚀(填“析氢”或“吸氧”)，电极反应：负极为________________________，正极为________________________。
(4)若溶液甲为水，溶液乙为海水，则铁钉在________(填“甲”或“乙”)溶液中腐蚀的速率快。
7．我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值。但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。
(1)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位，Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应，该化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)如图所示为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。
①腐蚀过程中，负极是________(填图中字母“a”或“b”或“c”)；
②环境中的Cl－扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为________________________________________________________________________；
③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为________L(标准状况)。
练后感悟
1．金属的电化学腐蚀是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀本质还是看构成原电池的首要条件：存在一个什么样的自发的氧化还原反应。
2．熟悉金属防护的两种方法的原理，即原电池和电解池的工作原理
第三单元 金属的腐蚀与防护
学业基础
新知预习
一、
1．化学反应
4．（2）电解质 原电池
二、
1．析氢腐蚀 吸氧腐蚀
2．酸性较强 中性 酸性很弱
三、
1．正极 阴极
2．（1）原电池 正 负 （2）电解 阴 惰性电极 直流电源
即学即练
1．答案：（1）× （2）√ （3）× （4）× （5）√ （6）√
2．解析：铸铁如要腐蚀的最慢，既要防止化学腐蚀，又要防止电化学腐蚀，因此必须防酸（化学腐蚀Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑）、防水（以防形成电解质溶液）、防气（防止O2参与吸氧腐蚀），故选C。
答案：C
3．解析：高温车间中钢铁设备的腐蚀是发生了一般的化学反应而被腐蚀的过程，其他选项都涉及原电池反应。
答案：B
4．答案：D
5．解析：①中由于水中溶解了氧气，铁与单质碳会形成原电池，发生电化学腐蚀，铁为负极；②中铁在油中，氧气难以溶解，无电解质溶液，不能形成原电池；③④都形成原电池，但③中铁为正极，受到保护；④中铁为负极，被氧化；⑤⑥都形成了电解池；⑤中铁与电源的正极相连，作阳极，氧化速率加快；⑥中铁与电源的负极相连，作阴极，受到保护。所以铁腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>①>②>③>⑥。
答案：⑤>④>①>②>③>⑥
6．解析：（1）发生吸氧腐蚀时，负极上铁失电子，正极上O2得电子。
（2）铁闸门上连接一块比铁活泼的金属，如锌，可使锌失电子而保护铁。
（3）属于外加电流的阴极保护法。
答案：（1）负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
（2）C （3）负
核心素养
例1 解析：浓硫酸有吸水性，铁钉处在干燥的环境中，不易被腐蚀，A项错误；高温条件下，煤气灶中金属因被氧气氧化而腐蚀，属于化学腐蚀，B项正确；图c中，Zn腐蚀速率增大，但Zn上无气体放出，C项错误；钢铁发生电化学腐蚀时，负极反应是Fe－2e－===Fe2＋，D项错误。
答案：B
提升1 解析：a为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b中酸性较强，发生析氢腐蚀，有氢气放出，气体压强增大，所以红墨水柱两边的液面变为左高右低，故B项错。
答案：B
例2 解析：①中Fe 为负极，杂质碳为正极，属于钢铁的吸氧腐蚀。②③④实质均为原电池装置，③中Fe为正极，被保护；②④中Fe为负极，均被腐蚀，但相对来说Fe和Cu的活动性差别较Fe和Sn的大，故Fe—Cu原电池中Fe的腐蚀较快。⑤中Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极，加快了Fe的腐蚀。⑥中Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极，阻止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知：铁在海水中的腐蚀速率由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
答案：C
提升2 解析：（1）铁锈的主要成分是氧化铁，与盐酸反应生成FeCl3，FeCl3与Fe反应生成FeCl2，该反应属于化合反应。（2）铁被保护的装置：原电池中，铁作正极；电解池中，铁作阴极。（3）①电渡池中，镀层铜作阳极。②根据阳极电极反应Cu－2e－===Cu2＋，阴极电极反应Cu2＋＋2e－===Cu，可知两极相差5.12 g时，阳极被氧化的铜和阴极析出的铜质量相等，即2.56 g，转移电子×2＝0.08 ml。③根据金属活动性：Zn>Fe>Cu，分析形成原电池后何种金属为负极可知原因。
答案：（1）2FeCl3＋Fe===3FeCl2 （2） BD （3）①铜 Cu2＋＋2e－===Cu ②0.08 ③铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速了铁的腐蚀，而锌比铁活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为正极，减慢了铁的腐蚀（其他合理答案也可）
当堂评价
1．解析：金属腐蚀的本质是金属被氧化，A项错误；金属物品久置表面变暗有的主要是电化学腐蚀的结果，如铁器生锈，B项错误；铁比锡活泼，镀锡铁板更易腐蚀，锌比铁活泼，镀锌铁板更耐腐蚀，C项错误；D项正确。
答案：D
2．解析：镀锌铁片，放入锥形瓶中，并滴入少量食盐水将其浸湿，再加数滴酚酞溶液，形成的原电池中，金属锌为负极，发生反应Zn－2e－===Zn2＋，铁为正极，发生反应2H2O＋O2＋4e－===4OH－。锥形瓶中金属锌发生吸氧腐蚀，瓶中气体压强减小，导气管里形成一段水柱，A项正确；原电池形成后没有气体生成，所以B中导气管不会产生气泡，B项错误；锥形瓶中金属锌发生吸氧腐蚀，生成了氢氧根离子，溶液显碱性，酚酞遇碱会显示红色，C项正确；形成的原电池中，金属锌为负极，发生反应Zn－2e－===Zn2＋，D项正确。
答案：B
3．解析：构成的原电池中，是将化学能转化成了电能，A项正确；根据题图可知，该金属防护措施采用的是牺牲阳极的阴极保护法，钢管道做正极，B、C项错误；镁块做负极，电极反应为Mg－2e－＋2OH－===Mg（OH）2，D项错误。
答案：A
4．解析：U形管左侧是中性溶液，生铁丝发生吸氧腐蚀。右侧是酸性溶液，生铁丝发生析氢腐蚀，故A正确。U形管左侧发生吸氧腐蚀，导致a管内气体压强减小，U形管右侧发生析氢腐蚀，生成氢气，导致b管内气体压强增大，一段时间后，a管内液面高于b管内液面，故B正确。a管内铁失电子生成亚铁离子，氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，a管内总反应为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2，反应过程中消耗水，但因电解质溶液呈中性，所以a管内溶液的pH不变，b管内发生析氢腐蚀，消耗H＋，溶液的pH增大，故C错误。a、b管内构成的原电池中，铁都作负极，具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋，故D正确。
答案：C
5．答案：B
6．解析：铁钉是铁合金，主要由铁和碳组成，外加电解质溶液，可构成原电池，此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。依据腐蚀的条件、原理及结果可知，试管内液面上升，说明试管内压强减小，气体被吸收，是发生吸氧腐蚀的结果，据此写出电极反应；试管内液面下降，说明试管内压强增大，生成气体，是发生析氢腐蚀的结果，据此写出电极反应。对于同一金属来说，在强电解质溶液中腐蚀的速率大于在弱电解质溶液中腐蚀的速率。
答案：（1）电化学 （2）弱酸性或中性 吸氧 2Fe－4e－===2Fe2＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－
（3）较强的酸性 析氢 Fe－2e－===Fe2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ （4）乙
7．解析：（1）复分解反应中各元素化合价均不变。（2）①铜做负极失电子，产物是Cu2＋；②4.29 g Cu2（OH）3Cl中含有0.04 ml Cu2＋，Cu－2e－===Cu2＋，则转移0.08 ml电子，需耗氧0.02 ml，标准状况下为0.448 L。
答案：（1）Ag2O＋2CuCl===2AgCl＋Cu2O
（2）①c ②2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2（OH）3Cl↓
③0.448析氢腐蚀
吸氧腐蚀
图形描述
条件
水膜________
水膜呈____或________
电极反应
负极
Fe－2e－===Fe2＋
2Fe－4e－===2Fe2＋
正极
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应
化学腐蚀
电化学腐蚀
概念
金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀
不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化腐蚀
条件
金属与干燥气体或非电解质液体(如石油)等直接接触
不纯金属与电解质溶液接触
现象
无电流产生
有微弱电流产生
腐蚀本质
金属被氧化而腐蚀
较活泼的金属被氧化而腐蚀
示例
铁与氯气直接反应而腐蚀，钢管被原油中的含硫化合物腐蚀
钢铁在潮湿的空气中生锈
关系
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，腐蚀速度更快，危害更严重