高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第三节 金属的腐蚀与防护导学案

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第三节 金属的腐蚀与防护导学案，共14页。学案主要包含了 能力打底　概念辨析， 化学腐蚀与电化学腐蚀， 析氢腐蚀和吸氧腐蚀， 金属的防护等内容，欢迎下载使用。

1. 理解金属发生电化学腐蚀的原因。
2. 了解金属腐蚀的危害及防止金属腐蚀的措施。
一、 能力打底 概念辨析
判断下列说法的正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(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，如锌、锡、铬、镍等，能够减缓金属的腐蚀。( √ )
(3) 工业上常利用一些溶液的氧化作用，在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜。( √ )
(4) 把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢，就大大地增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。( √ )
(5) 给铁件通入直流电，把铁件与电源负极相连接以防止铁腐蚀。( √ )
(6) 制成合金后均比纯金属耐腐蚀。( × )
二、 化学腐蚀与电化学腐蚀
三、 析氢腐蚀和吸氧腐蚀
四、 金属的防护
1. 电化学防护
2. 改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。
3. 加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等。
类型1 金属的腐蚀与类别
(2023·镇江模拟)下列叙述错误的是( A )
A. 铁表面镀锌，铁作阳极
B. 船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀
C. 钢铁吸氧腐蚀的正极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D. 工业上电解饱和和食盐水的阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑
[解析] Zn作阳极，Zn失去电子生成Zn2＋，保护铁电极不被溶解，A错误；Zn的活泼性比Fe强，Zn失去电子保护了船体，B正确；钢铁发生吸氧腐蚀时，O2在正极得到电子，与水生成OH－，C正确；Cl―先于OH－放电，电解饱和食盐水时，Cl―在阴极失去电子变为Cl2，D正确。
类型2 铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀
(2022·慈溪期末)在表面无锈的铁片上滴食盐水，一段时间后有铁锈出现。此过程发生的反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如右下图所示。下列说法错误的是( B )
A. 铁片发生了吸氧腐蚀
B. 铁片腐蚀最严重的区域是生锈最多的区域
C. 铁片腐蚀中正极发生的电极反应：O2＋2H2O＋4e－=== 4OH－
D. 铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀
[解析] 铁片在食盐水中的腐蚀实际上是腐蚀介质不均匀而引起的局部腐蚀，是由于在食盐水中溶解氧的浓度不同而引起的。根据分析可知，铁片作负极，碳作正极，空气中的氧气参加反应，所以发生了吸氧腐蚀，A正确；铁片作负极的区域腐蚀最严重，由于离子的移动，在正极区域生成的铁锈最多，B错误；铁片腐蚀中正极发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀，D正确。
类型3 金属的腐蚀与防护
将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在右图所示的情境中，有关说法正确的是( C )
A. 阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B. 金属M的活动性比Fe的活动性弱
C. 钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D. 钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的大
[解析] 阴极的钢铁设施实际作原电池的正极，正极金属得电子被保护， A错误；阳极金属M实际为原电池装置的负极，电子流出，原电池中负极金属比正极活泼，因此M的活动性比Fe的活动性强， B错误；金属M失电子，电子经导线流入钢铁设备，从而使钢铁设施表面积累大量电子，自身不再失电子从而被保护， C正确；海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度，离子浓度越大，溶液的导电性越强，因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中的大， D错误。
1. (2022·上海徐汇区)在硫酸盐还原菌的作用下，深埋于地下的铁管道与土壤中的SOeq \\al(2－,4)发生电化学腐蚀，其原理如右图所示。下列说法正确的是( C )
A. 铁管道发生的是吸氧腐蚀
B. 铁管道附近土壤的pH会减小
C. 铁管道上镀锌可以延缓管道的腐蚀
D. 输送高温水蒸气的铁管道也会发生该类型的腐蚀
[解析] 根据题意可知，铁管道正极发生的不是氧气得电子的反应，因此不是吸氧腐蚀，A错误；根据铁管道的正极反应：SOeq \\al(2－,4)＋8e－＋4H2O===S2－＋8OH－可知，该腐蚀会使铁管道附近土壤的pH增大，B错误；锌的金属活动性大于铁，所以在铁管道上镀锌，锌隔绝了铁与外界的接触，即使锌破损，锌作负极，铁作正极被保护，也可以延缓管道的腐蚀，C正确；高温下，水蒸气与铁发生氧化还原反应生成四氧化三铁和氢气，与上述类型腐蚀不同，D错误。
2. 铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如右图所示。下列说法中正确的是( B )
A. 正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B. 此过程中还涉及反应4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
C. 此过程中Fe、Cu均被腐蚀
D. 此过程中电流从Fe流向Cu
[解析] 铁铆钉吸氧腐蚀的正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，铜作正极不被腐蚀，电流从正极通过导线流向负极。故选B。
3. (2022·连云港模拟)暖贴内部含有铁粉、活性炭、食盐、木粉的混合物，可与空气中的氧气和水蒸气作用放热，从而达到取暖的效果(见右图)。下列说法正确的是( D )
A. 暖贴工作时，活性炭被消耗
B. 暖贴工作时，电能转化为化学能再转化为热能
C. 铁作负极，其电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
D. 暖贴能在短时间内产生较多的热，是因为原电池的形成增大了反应速率
[解析] 正极上是氧气得到电子生成OH－，活性炭不参与反应，质量不变，A错误；铁、碳和食盐组成原电池，铁作负极，碳作正极，工作过程是将化学能转化为电能再转化为热能，B错误；铁作负极失电子，生成亚铁离子，电极反应式为Fe―2e－===Fe2＋，C错误；原电池能够增大氧化还原反应的速率，暖贴能在短时间内产生较多的热是因为原电池的形成增大了反应速率，D正确。
4. (2022·大丰模拟)浓硫酸贮存罐的钝化金属保护法示意图如下，其原理是利用可钝化的金属与直流电源相连，控制合适的电压，使金属贮存罐表面形成致密的钝化膜，以有效减缓金属腐蚀。下列说法错误的是( C )
A. 金属贮存罐可用钢制材料
B. 电子沿导线流入辅助电极
C. 贮存浓硫酸的金属罐与电源负极相连
D. 电压高到一定程度有可能会加剧腐蚀
[解析] 钢的主要成分是铁，铁遇冷的浓硫酸发生钝化，因此金属贮存罐可用钢制材料，A正确；金属贮存罐表面形成致密的钝化膜，铁发生氧化反应，贮存浓硫酸的金属罐为阳极，连接电源正极，辅助电极是阴极，电子沿导线流向辅助电极，B正确，C错误；Fe为阳极，电压过高时，大量Fe失电子发生氧化反应生成Fe2＋，有可能会加剧腐蚀，D正确。

1. 钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是( C )
A. 2H＋＋2e－===H2↑ B. Fe2＋－2e－===Fe
C. 2H2O＋O2＋4e－===4OH－ D. Fe3＋＋e－===Fe2＋
2. 下列有关金属电化学腐蚀的说法正确的是( C )
A. 铜既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀 B. 铁只能发生析氢腐蚀
C. 铜只能发生吸氧腐蚀 D. 析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍
[解析] 在金属活动性顺序中，铜排在氢之后，铜不能将氢气置换出来，所以不能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀， A错误，C正确；铁既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀， B错误；吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍， D错误。
3. 下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是( A )
A. 水中的钢闸门连接电源的负极 B. 金属护栏表面涂漆
C. 汽车底盘喷涂高分子膜 D. 地下钢管连接镁块
4.(2022·徐州期末)“孔蚀”是一种集中于金属表面极小范围并能深入到金属内部的电化学腐蚀。某铁合金表面钝化膜破损后，发生“孔蚀”的电化学腐蚀过程如右图所示。下列有关说法正确的是( D )
A. 该电化学腐蚀的负极反应为Fe－3e－===Fe3＋
B. 氧化0.2mlFe，需消耗3.36L O2
C. 铁合金发生腐蚀的最终产物为Fe(OH)3
D. 为防止“孔蚀”发生，可以将金属与外接电源负极相连
[解析] Fe作负极，失电子生成Fe2＋，则电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，A错误；温度和压强未知，气体摩尔体积无法确定，所以无法计算O2的物质的量，B错误；铁合金腐蚀时先生成Fe2＋，Fe2＋和OH－反应生成Fe(OH)2，Fe(OH)2 再被氧化生成Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水生成Fe2O3·xH2O，所以最终产物为Fe2O3·xH2O，C错误；为防止“孔蚀”发生，可以将被保护的金属作电解池阴极，所以应该将金属连接外接电源的负极，D正确。
5. 据环保部门测定，某城市整个夏季酸雨的pH平均值为3.2。在这种环境中的铁制品极易被腐蚀。对此条件下铁的腐蚀的叙述错误的是( B )
A. 此腐蚀过程中，既有化学腐蚀也有电化学腐蚀
B. 发生电化学腐蚀时，正极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－
C. 在电化学腐蚀过程中有氢气产生
D. 发生电化学腐蚀时，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
[解析] 金属铁的腐蚀中，金属铁可以和溶液中的氢离子直接发生化学腐蚀，另外，铁制品中含有铁和碳，再加上电解质环境，具备了原电池的构成条件，也会发生电化学腐蚀， A正确；发生电化学腐蚀时，碳作正极，溶液中的氢离子得电子生成氢气，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，B错误，C正确；发生电化学腐蚀时，铁作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，D正确。
6. 如下图所示，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氯化钠的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动)。下列说法中正确的是( B )
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中铜条上发生氧化反应
D. b中铝条附近有气泡产生
[解析] a中铁比铜活泼，铁作负极，发生氧化反应，铜作正极，发生还原反应，负极和正极的电极反应式分别为2Fe－4e－===2Fe2＋、O2＋2H2O＋4e－===4OH－，铜条附近呈现红色，A、C错误；b中铝比铁活泼，铝作负极，发生氧化反应，铁作正极，发生还原反应，负极和正极的电极反应式分别为4Al－12e－===4Al3＋、3O2＋6H2O＋12e－===12OH－，b中无气泡产生，B正确，D错误。
7. (2022·赣榆中学)利用右图装置探究铁的腐蚀与防护，下列说法错误的是( A )
A. 装置Ⅰ中铁发生析氢腐蚀
B. 装置Ⅱ中铁电极上发生还原反应
C. 装置Ⅰ中石墨电极附近溶液的pH升高
D. 装置Ⅱ模拟了牺牲阳极法
[解析] 装置Ⅰ中电解质溶液为中性，活泼金属铁作负极，发生氧化反应，C为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，为吸氧腐蚀，附近溶液的pH升高，A错误，C正确；装置Ⅱ中活泼金属锌作负极，铁作正极，铁电极上发生还原反应， B正确；装置Ⅱ中锌作负极，发生氧化反应，被腐蚀，铁作正极，没有被腐蚀，模拟了牺牲阳极法， D正确。
8. 相同材质的铁在下列四种情况下最不易被腐蚀的是( C )
[解析] A中，食醋提供电解质溶液环境，铁勺和铜盆是相互接触的两个金属板，形成原电池，铁是活泼金属，作负极；B中，食盐水提供电解质溶液环境，铁炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成的条件，铁是活泼金属，作负极，碳作正极；D中，酸雨提供电解质溶液环境，铁铆钉和铜板分别作负、正极，形成原电池。在上述三种情况中，都是铁作负极，铁容易被腐蚀。C中，铜镀层将铁球覆盖，使铁被保护，所以铁不易被腐蚀。
9.(2022·苏州模拟)金属的腐蚀和防护在生产、生活中普遍存在。下列说法正确的是( D )
A. 图①铁的保护方法称为阴极电保护法
B. 图②导管内液面上升，可以验证铁的析氢腐蚀
C. 图③钢闸门接电源负极，称为牺牲阳极的阴极保护法
D. 铁的腐蚀速率：②>①>③
[解析] 铁、锌、硫酸锌组合成图①装置，并不能形成原电池，对铁没有起到保护作用，A错误；图②的装置用来验证吸氧腐蚀，如果导管内液面上升，则大试管中的压强降低，发生吸氧腐蚀，不是析氢腐蚀，B错误；图③钢闸门接电源负极，该装置构成电解池，钢闸门是阴极，该方法是外加电源的阴极保护法，C错误；图②铁钉浸在食盐水中，形成了原电池，发生了吸氧腐蚀，能加速铁的腐蚀，而图③对铁进行了防护，因此铁的腐蚀速率：②>①>③，D正确。
10．探究铁钉在不同溶液中的腐蚀情况，实验装置与数据如下表。下列说法错误的是( A )
A. ①的负极反应为Fe－3e－===Fe3＋
B. ③的正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C. ②可能同时发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀
D. 金属的电化学腐蚀以哪种类型为主与溶液的pH有关
[解析] ①发生析氢腐蚀，负极反应：Fe－3e－===Fe2＋，A错误；③发生吸氧腐蚀，正极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B正确；相比于中性和强酸性环境，②的压强变化介于两者之间，故可能同时发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀，C正确；据表可知，金属的电化学腐蚀以哪种类型为主与溶液的pH有关，D正确。
11. 研究金属腐蚀及防护的装置如右图所示，下列说法中错误的是( D )
A. 若d为石墨，则铁片被腐蚀的速度加快
B. 若d为石墨，石墨上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C. 若d为锌块，铁片不易被腐蚀
D. 若d为锌块，铁片上电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
[解析] 由于活动性：Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化为Fe2＋进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时铁片的腐蚀速率大，A正确；由于电解质溶液为中性环境，所以石墨电极上发生的是吸氧腐蚀，氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B正确；若d为锌块，则由于金属活动性：Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，Fe得到保护，铁片不易被腐蚀，C正确；若d为锌块，由于电解质溶液为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，铁片上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错误。
12. 下列与金属腐蚀有关的说法中，正确的是( C )
A. 图1中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重
B. 图2中，插入溶液中的铁棒容易溶解，主要发生电化学腐蚀
C. 图3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
D. 图4中，用牺牲镁块的方法预防地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的阴极
[解析] 水面附近的铁接触的氧气多，容易腐蚀，A错误；铁作为阴极受保护，不容易腐蚀，B错误；高温下铁被氧化，C正确；镁块相当于原电池的负极，实际一般用锌块，因为镁容易形成致密氧化膜，D错误。
13. 糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是( D )
A. 脱氧过程是吸热反应，可降低温度，延长糕点保质期
B. 脱氧过程中铁作原电池正极，电极反应为Fe－3e－===Fe3＋
C. 脱氧过程中碳作原电池负极，电极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D. 含有1.12 g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气336 mL(标准状况)
[解析] 脱氧过程即原电池放电过程，是放热反应，A错误；脱氧过程中铁作负极，碳作正极，B、C错误；n(Fe)＝0.02 ml，负极反应式为2Fe－4e－===2Fe2＋，生成的Fe2＋与正极生成的OH－结合生成 Fe(OH)2，Fe(OH)2被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3，所以0.02 ml Fe最终失去0.06 ml电子，消耗n(O2)＝eq \f(0.06 ml,4)＝0.015 ml，D正确。
14．(2022·如东模拟)某种铁合金在硫酸盐还原菌(SRB)存在下腐蚀的机理如右图所示。
涉及的部分反应：①H2O―→H＋＋OH－
②H＋＋e－―→H
③SOeq \\al(2－,4)＋8H―→S2－＋4H2O
下列说法正确的是( D )
A. 电化学腐蚀中正极的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋
B. SRB对金属的腐蚀作用是在有氧环境下进行的
C. 在SRB作用下，Fe腐蚀后最终会生成Fe2O3·xH2O
D. 当1 mlSOeq \\al(2－,4)在SRB作用下转化为S2－时，理论上净消耗水4 ml
[解析] 由图可知该电化学腐蚀的负极电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，A错误；硫酸根在硫酸盐还原菌SRB作用下转化成硫离子，硫离子再与Fe2＋结合成FeS，若有氧气存在会将SRB氧化，不利于硫酸根转化成硫离子，B错误；由图中信息可知在SRB作用下，Fe腐蚀后最终会生成FeS，C错误；1 mlSOeq \\al(2－,4)在SRB作用下转化为S2－时，转移电子数为8 ml，结合已知反应可知消耗水的物质的量为8 ml，而1 mlSOeq \\al(2－,4)发生已知反应③时生成4 ml水，则净消耗水4 ml，D正确。
15. (2022·海安中学)在潮湿的深层土壤中，钢管主要发生厌氧腐蚀，有关厌氧腐蚀的机理有多种，其中一种理论为厌氧细菌可促使SOeq \\al(2－,4)与H2反应生成S2－，加快钢管的腐蚀，其反应原理如右图所示。下列说法错误的是( D )
A. 正极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B. SOeq \\al(2－,4)与H2的反应可表示为4H2＋SOeq \\al(2－,4)eq \(=========,\s\up12(厌氧细菌))S2－＋4H2O
C. 钢管腐蚀的直接产物中有FeS、Fe(OH)2
D. 在钢管表面镀锌或铜可减缓钢管的腐蚀，即使镀层破损后仍对钢管有保护作用
[解析] 根据题意知钢管主要发生厌氧腐蚀，即发生析氢腐蚀，正极上H2O发生还原反应生成H2，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，A正确；SOeq \\al(2－,4)与H2在厌氧细菌的作用下反应生成S2－和 H2O，反应的离子方程式为4H2＋SOeq \\al(2－,4)eq \(=========,\s\up12(厌氧细菌))S2－＋4H2O，B正确；钢管腐蚀的过程中，负极上Fe失电子发生氧化反应，生成Fe2＋，Fe2＋与正极周围的S2－和OH－分别反应生成FeS和Fe(OH)2，C正确；在钢管表面镀锌或铜可减缓钢管的腐蚀，但镀铜的钢管镀层破损后容易形成Fe－Cu原电池，会加快铁的腐蚀，D错误。
16．(2022·泰州期末)铁的腐蚀和防护与生产、生活密切相关。已知：氢氧化物沉淀的pH如下表(开始沉淀时金属离子浓度为1.0 ml/L)。
(1)研究铁的腐蚀。
将一定量铁粉和炭粉混合后置于一密闭容器中，加入NaCl和盐酸的混合溶液。测得溶液pH和压强随时间变化的曲线如右图所示。
①容器内压强先增大后减小，除温度影响外的原因是 铁先与盐酸反应，生成氢气导致容器内压强增大，盐酸消耗完后，铁与炭粉构成原电池，发生吸氧腐蚀，消耗容器内的氧气导致压强减小，同时Fe2＋被氧化成Fe3＋也会消耗氧气，使容器内压强减小 。
②反应过程中，混合液里初始生成的Fe2＋会被氧化生成Fe(OH)3，反应的离子方程式为 4Fe2＋＋8OH－＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3↓ 。
③700 s后pH略下降，原因是 铁发生吸氧腐蚀产生的OH－与Fe2＋生成Fe(OH)2沉淀，消耗了溶液中的OH－，使得pH略下降 。
(2)研究铁的防护。
①在铁表面镀锌可有效防止铁被腐蚀。已知：镀层金属析出缓慢、平稳时，镀层致密、细腻；溶液中Zn2＋与NH3可发生反应：Zn2＋＋nNH3[Zn(NH3)n]2＋(n＝1～4)。以通入一定量NH3的ZnCl2 －NH4Cl溶液为电镀液热镀锌，得到的镀层更加致密、细腻，原因是 电镀消耗Zn2＋，导致Zn2＋＋nNH3[Zn(NH3)n]2＋(n＝1～4)平衡逆向移动，可有效控制溶液中锌离子的浓度 。
②镀锌废液的回收。镀锌废液中含有Zn2＋(