高中化学人教版 (2019)选择性必修1第三节 金属的腐蚀与防护学案及答案

第三节 金属的腐蚀与防护

新课情境呈现

耸立于美国纽约港外一个海岛上15层楼高的自由女神铜像，历来被认为是美利坚合众国的象征。然而，经过近百年的风风雨雨，它和人一样，已经生“病”了。自由女神铜像近百年来一直受着一种“疾病”的折磨，那就是电化学腐蚀。“自由女神”的外壳材料是铜，而支撑整个雕像的内支架却是铁的，在它们之间仅用一层浸透油的毛毡隔开。随着时光的流逝，那一层毛毡失去了隔离作用，而大西洋夹带着盐分的潮湿空气不断地向自由女神进行攻击，无数的原电池便在“自由女神”的身上形成了。这种原电池以铁为负极，铜为正极，夹带盐分的湿空气正好在两极之间起着电解质溶液的作用，结果加速了铁的腐蚀。面对自由女神雕像的腐蚀问题，应采取什么措施和方法？

秦始皇兵马俑一号坑在沉寂了24年后，考古学者对它进行了第三次大规模发掘，同前两次一样，这一次也出土了大量的青铜器，其中有的青铜兵器在地下埋藏两千多年，但出土后依然光亮如新，锋利无比。这些兵器为什么会保存的完整无损呢？在生产生活中如何保护金属制品不受腐蚀呢？

课前素能奠基

新知预习　　

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：

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。

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__。

预习自测　　

1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。(　×　)

(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。(　×　)

(3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋。(　×　)

(4)钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀。(　×　)

(5)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用。(　×　)

(6)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀。(　×　)

(7)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性。(　√　)

2．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是(　C　)

A．钢铁析氢腐蚀和吸氧腐蚀的速率一样快

B．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

C．海轮外壳焊接锌块是采用了牺牲阳极的阴极保护法

D．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀

解析：钢铁的腐蚀主要是析氢腐蚀和吸氧腐蚀，由于所处的溶液酸碱性不同，因此二者的腐蚀速率不同，故A错误；Fe、Sn形成原电池时，Fe为负极，负极失电子被腐蚀，所以当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层不能对铁制品起保护作用，故B错误；Fe、Zn形成原电池时，Fe为正极，Zn为负极失电子，则Fe被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法，故C正确；Fe与正极相连作阳极，活性电极作阳极时，电极失电子被腐蚀，则地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀，故D错误。

3．钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应式是(　C　)

A．2H＋＋2e－===H2

B．Fe2＋＋2e－===Fe

C．2H2O＋O2＋4e－===4OH－

D．Fe3＋＋e－===Fe2＋

解析：钢铁在接近中性或弱碱性的空气中发生的腐蚀为吸氧腐蚀。各电极反应式为负极：Fe－2e－===Fe2＋；正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－综上所述，C项正确。

4．下列关于金属腐蚀的说法正确的是(　C　)

A．金属腐蚀的本质是金属原子失去电子而被还原

B．金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行

C．金属的化学腐蚀实质是M－ne－===Mn＋，电子直接转移给氧化剂

D．在潮湿环境中，金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀

解析：金属腐蚀的本质是金属原子失去电子而被氧化的过程，A错误；金属的化学腐蚀在酸性或碱性环境中均有可能进行，如金属铝的化学腐蚀在碱性条件下进行，B错误；金属的化学腐蚀实质是金属原子失去电子变为金属阳离子，可表示为M－ne－===Mn＋，电子由金属原子直接转移给氧化剂，C正确；在潮湿环境中，金属的电化学腐蚀主要以吸氧腐蚀为主，D错误。

课堂素能探究

知识点　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？

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？

探究提示：

1．提示：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．提示：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。

典例1　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(　C　)

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↑

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　)

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

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。

知识点　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？

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？

探究提示：

1．提示：将钢管与锌板相连，或将钢管与直流电源负极相连。

2．提示：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。

典例2　下列说法不正确的是(　C　)

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

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。

〔变式训练2〕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

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。

名师博客呈现

补牙剂与原电池

常用的补牙剂中有一种汞合金，它含有几乎等质量的汞、银、锡、铜和锌。这种补牙剂十分坚固，耐腐蚀，不产生有毒物质或可溶性物质。但是，用了这种补牙剂的人可能会碰到一个麻烦，当他们享用口香糖或糖果时，如果补过的牙不小心咬到包装用的铝箔——啊！疼！

据牙科医生说，两颗坏牙上的补牙剂接触时也会产生疼痛。这是为什么呢？

补牙剂汞合金中含有组成大致为Ag2Hg3、Ag3Sn、SnxHg(x＝7～9)的物质，它们可能发生电极反应，如：

3Hg2＋＋4Ag＋6e－===2Ag2Hg3

Sn2＋＋3Ag＋2e－===Ag3Sn

铝比汞合金中任何一种金属都活泼，可能发生的电极反应为：

Al－3e－===Al3＋

当铝与这种补牙剂接触时，唾液充当电解液，铝电极发生氧化反应成为负极，补牙剂中的合金发生还原反应成为正极，形成一个微电池。微电池产生的微电流刺激牙神经，就产生了疼痛感。