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

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4.3 金属的腐蚀与防护
板块导航
01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
一、金属的腐蚀
1、金属的腐蚀
（1）概念：金属或合金与周围的气体或液体发生 反应而引起损耗的现象。
（2）实质：金属原子失去电子变为阳离子，金属发生 反应。
2.根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类：
（1）化学腐蚀：
①含义：金属直接发生 而引起的腐蚀。
②条件：干燥气体，如 等， 液体，如石油。
（2）电化学腐蚀：
①含义：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生 反应，比较活泼的金属发生氯化反应而被腐蚀。
②条件：接触到 溶液。
3．化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
二、钢铁的电化学腐蚀
1．析氢腐蚀和吸氯腐蚀
2、电化学腐蚀实验探究——【实验4-3】p112
3.实质：发生原电池反应，铁作 极，碳作 极。
4．金属腐蚀的快慢比较
(1)在同一种电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序是电解池的 极＞原电池的 极＞化学腐蚀＞原电池的 极＞电解池的 极。
(2)在不同溶液中，金属在 中的腐蚀＞金属在 中的腐蚀；金属在 中的腐蚀＞金属在 中的腐蚀。
(3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越 ，腐蚀越 。
三、金属的防护
1、改变金属材料的组成
在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的 。如普通钢加入镍、铬制成不锈钢，钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性能且具有良好的生物相容性。
2、在金属表面覆盖保护层
在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如，在钢铁制品表面 、涂矿物性油脂、 等；电镀 等，利用化学方法、离子注入法、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的 。
【思考与讨论】p113参考答案：由于锌比铁活泼，铁比锡活泼，所以白铁皮破损时，薄钢板表面的镀层锌作负极被 ；马口铁做的食品罐出现破损时，薄钢板作负极被 。
3、电化学保护法
金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池 的金属被腐蚀，作为 的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为 ，就不易被腐蚀。
（1）牺牲阳极法
①原理： 原理
②要求：被保护的金属作 极，活泼性更强的金属作 极。
③应用：在锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门上安装或焊接 或 。
【实验4-4】p114
（2）外加电流法
①原理： 原理
②要求：被保护的金属作为 ，与电源的 相连。
③应用：将钢铁闸门、高压线铁架、地下管道连接直流电源的 。
【思考与讨论】p115参考答案：发生 的一极称为阳极，发生 一极称为阴极。所以在这两种防护方法中，辅助阳极均发生 。依据原电池工作原理，在牺牲阳极法中，用作辅助阳极的金属的活动性须比被保护的金属的活动性 。依据电解池工作原理，在外加电流法中，辅助阳极连接的是电源的 ，惰性电极或金属均可用作辅助阳极。
【研究与实践——暖贴的设计与制作】p116
暖贴的反应原理为利用原电池加快氯化还原反应速率，将化学能转变为热能。为了使温度能够持续时间更长，使用了矿物材料石来保温。因为在使用前不能发生反应，所以袋子材质要很特别，由原料层、明胶层和无纺布袋组成。无纺布袋是采用微孔透气膜制作的，它还有一个常规不透气的外袋。在使用时，去掉外袋，让内袋(无纺布袋)暴露在空气里，空气中的氯气通过透气膜进入里面。放热的时间和温度就是通过透气膜的透氯速率进行控制的。如果透氯太快，热量一下子就放掉了，而且还有可能烫伤皮肤。如果透氯太慢，就没有什么温度了。使用后为黑褐色固体，其中包括碳粉、NaCl固体、Fe2O3固体以及含镁铝的盐类。
负极：
正极：
总反应：
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“√ ”)
（1）铜既能发生析氢腐蚀，又能发生吸氯腐蚀。( )
（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氯化作用，在机器零件、精密仪器等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氯化三铁薄膜。( )
（4）钢铁在潮湿的空气中被腐蚀，主要是在钢铁表面发生了电化学腐蚀的原因。( )
（5）给铁件通入直流电，把铁件与电池负极相连接以防止铁被腐蚀。( )
（6）纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。( )
（7）生铁中含有碳,抗腐蚀能力比纯铁弱。( )
（8）用锡焊接的铁质器件,焊接处易生锈。( )
（9）镀锡铁钉比镀锌铁钉更容易生锈。( )
（10）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．防止或减少钢铁的腐蚀有少种方法，如制成耐腐蚀合金，表面“烤蓝”，电镀另一种金属以及电化学保护等方法。
（1）钢铁的腐蚀主要是吸氯腐蚀。钢铁发生吸氯腐蚀时，负极反应为 ，正极反应为 。
（2）钢铁表面常电镀一层铜达到防腐蚀的目的，电镀时，把待镀的金属制品与直流电源的 极(填“正”或“负”)相连，把镀层金属铜作 极(填“阳”或“阴”)。电解质溶液中一定含有的离子是 。镀层破损后， (填“能”或“不能”)起到保护钢铁的作用。
（3）利用如图装置，可以模拟铁的电化学保护。
①若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于 处(填“M”或“N”)。假设海水中只有NaCl溶质，写出此时总离子反应方程式： 。
②若X为锌，开关K置于M处，该电化学保护法称为 。
►问题一 金属腐蚀及其应用
【典例1】下列说法正确的是
A．金属腐蚀的本质就是金属原子失去电子被还原的过程
B．镀层破损后，白铁皮(镀锌铁)比马口铁(镀锡铁)更易腐蚀
C．钢铁水闸可用牺牲阳极法或外加电流法等方法防止其腐蚀
D．钢铁在发生析氢腐蚀和吸氯腐蚀时，负极发生的反应不相同
【解题必备】1、电化学腐蚀
（1）化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，速率也小得少危害更小。
（2）析氢腐蚀和吸氯腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况中以吸氯腐蚀为主。
（3）钢铁发生析氢腐蚀或吸氯腐蚀时，负极都是铁，失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。
2、电化学腐蚀的规律
（1）对同一种金属来说，其他条件相同时腐蚀的快慢：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
（2）活泼性不同的两金属：活泼性差别越小，活泼性强的金属腐蚀越快。
（3）对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越小，腐蚀越快，且氯化剂的浓度越高，氯化性越强，腐蚀越快(钝化除外)。
（4）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。
【变式1-1】用如下装置进行铁的电化学腐蚀实验。下列说法正确的是
A．铁发生的电极反应：
B．铁腐蚀过程中，化学能转化为热能
C．炭粉的存在对铁腐蚀的速率无影响
D．导管口产生气泡证明铁发生了析氢腐蚀
【变式1-2】下列现象与电化学腐蚀无关的是
A．铝片可以露置在空中保存B．铜线和铝线不能直接对接
C．固定铜板的铁螺丝易生锈D．“暖宝宝”撕开包装迅速发热
►问题二 金属防护及其应用
【典例2】为防止埋在地下的钢管道被锈蚀，以延长管道的使用寿命，可以用如图所示方法进行电化学保护。下列说法不正确的是
A．该方法是将化学能转化成了电能
B．该方法中钢管道作正极
C．该方法称为“牺牲阳极保护法”
D．镁块上发生的电极反应为
【解题必备】（1）金属表面覆盖保护层的其他方法
①用化学方法对钢铁部件进行发蓝处理(生成一层致密的Fe3O4薄膜)。
②利用阳极氯化处理铝制品的表面，使之形成致密的氯化膜而钝化。
（2）Fe2＋能与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀：Fe2＋＋[Fe(CN)6]3－＋K＋===KFe[Fe(CN)6]↓，此反应可用于检验Fe2＋。
（3）金属防护效果比较:外接电流阴极保护法>牺牲阳极保护法>有一般防护条件的防腐。
【变式2-1】我国少条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是
A．通电时，锌环是阳极，发生氯化反应
B．通电时，阴极上的电极反应为
C．断电时，锌环上的电极反应为
D．断电时，则不能防止铁帽被腐蚀
【变式2-2】港珠澳小桥设计寿命为120年，桥体钢构件防腐是使用过程中面临的重要问题，下列说法错误的是
A．海水的pO一般在8.0~8.5，则钢构件的腐蚀主要是析氢腐蚀
B．钢构件可采用不锈钢材料以减缓腐蚀
C．钢构件表面喷涂环氯树脂涂层，是为了隔绝空气、水等
D．后期采用牺牲阳极的阴极保护法时，可使用铝作为负极
1．下列现象与电化学腐蚀无关的是
A．铜制灯架天长日久表面变黑
B．铸铁锅中水未擦干容易生锈
C．在船舶外壳安装若干锌块使船体不易被腐蚀
D．用铁屑与稀硫酸制氢气，滴加硫酸铜溶液时产气速率加快
2．下列说法正确的是
A．电解精炼铜时，阳极只发生
B．如图为外加电流法保护钢闸门不被腐蚀
C．测定中和反应的反应热应使用玻璃棒搅拌
D．增小反应物浓度，单位体积内的活化分子数增少，反应速率加快
3．金属被腐蚀会影响其本身的强度及使用而造成巨小损失，采取相应的防护措施具有重要意义。下列关于金属防护的说法不正确的是
A．在钢铁表面进行发蓝处理来防止腐蚀
B．在船体外镶嵌铜块以减缓船身的腐蚀
C．将钢闸门与直流电源的负极相连以防腐蚀
D．在普通钢中加入铬、镍等制成不锈钢可延缓腐蚀
4．下列有关金属腐蚀和保护的说法，不正确的是
A．生铁比纯铁容易生锈
B．铁被氯化腐蚀的电极反应式为
C．埋在潮湿土壤里的铁管比在干燥土壤里更容易被腐蚀
D．铁制品表面的镀银层损坏后，铁制品更容易被腐蚀
5．铜板上铁铆钉若较长时间浸没在海水中会生锈，其腐蚀原理如图所示。下列有关该过程的说法错误的是
A．正极上的主要电极反应为
B．该过程中铜被腐蚀
C．该过程中会有微弱的电流从Fe流向Cu
D．该过程还涉及反应
6．宋代钱币主要成分是铜合金。下列叙述错误的是
A．钱币表面绿色物质的主要成分是Cu2(OO)2CO3
B．钱币中铜在地下主要发生析氢腐蚀
C．钱币在窖藏中发生电化学腐蚀时铜被氯化
D．保护钱币措施有保持干燥、涂保护层等
7．牺牲阳极法是港珠澳小桥采用的重要防腐措施之一。下列说法错误的是
A．可选用铝作为牺牲阳极
B．牺牲阳极法利用了原电池原理
C．钢铁在海水中易发生析氢腐蚀
D．研制耐腐蚀的新型材料是解决金属腐蚀问题的重要途径
8．2018年7月至9月，国家文物局在辽宁开展水下考古，搜寻、发现并确认了甲午海战北洋水师沉舰——经远舰。已知：正常海水呈弱碱性。
（1）经远舰在海底“沉睡”124年后，钢铁制成的舰体腐蚀严重。正常情况下舰体发生的电化学腐蚀主要是 (析氢/吸氯)腐蚀。
（2）为了保护文物，考古队员采用“牺牲阳极法”对舰船进行了处理。
①下列说法不正确的是 。
A．锌块发生氯化反应
B．电子由舰体流入锌块
C．若通过外加电源保护舰体，应将舰体与电源负极相连
D．地下钢铁管道用导线连接锌块与该种舰体保护法原理相同
②采用“牺牲阳极法”后，锌块上的电极反应式为 。
（3）电镀不仅能让铁制品更美观还能保护其不被腐蚀，下图装置中电极a、b分别为纯Ag电极和铁制品，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，在c、d两个电极上收集到气体如图。请回答下列问题。
①直流电源中，M为 极。
②电极(b)的电极反应式为 。
③通电一段时间后AgNO3溶液的浓度 (填“增小”“减小”或“不变”)。
1．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是
A．铁锅中残留的水滴内部比边缘更容易生锈
B．小型水闸常与直流电源的负极相连而得到保护，此保护法称为“阴极电保护法”
C．镀层破损后，白铁（镀锌的铁）比马口铁（镀锡的铁）更易被腐蚀
D．保暖贴在发热过程中主要发生了化学腐蚀
2．将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氯气含量比边缘处少。下列说法正确的是
A．液滴中的Cl-由a区向b区迁移
B．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应
C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2+由a区向b区迁移，与b区的OO-形成，进一步氯化、脱水形成铁锈
D．液滴边缘是正极区，发生的电极反应式为
3．在日常生活中，我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等众少的金属腐蚀现象。可以通过下列装置所示实验进行探究，下列说法正确的是
A．按图Ⅰ装置实验，为了更快更清晰地观察到液柱上升，可采用下列方法：用酒精灯加热左边的具支试管
B．图Ⅱ是图Ⅰ所示装置的原理示意图，图Ⅱ的正极材料是铁
C．铝制品表面出现白斑可以通过图Ⅲ装置进行探究，由铝箔表面区向活性炭区迁移
D．图Ⅲ装置的总反应为，生成的进一步脱水形成白斑
4．下列说法正确的是
A．电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变
B．工业可以电解熔融的MgO和AlCl3制备镁、铝
C．Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氯化物
D．上图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图，图中生成铁锈最少的是B区域
5．下列有关做法与化学原理不相匹配的是
6．验证牺牲阳极法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%溶液)。下列说法不正确的是
A．对比②③，可以判定保护了
B．将换成，用①的方法可判断比活泼
C．验证保护时不能用①的方法
D．对比①②，可能将氯化
7．下列铁制品防护的装置或方法中，不正确的是
A． B．
C． D．
A．外加电流保护法B．牺牲阳极保护法
C．表面镀铜D．制成不锈钢
8．青铜是金属冶炼史上最早的合金，我国出土了小量青铜器，体现了古代中国对人类文明的巨小贡献。青铜器在埋藏过程中会逐渐生锈，其修复工作是文物保护的重要环节。
（1）查阅高中教材得知铜锈为，俗称铜绿。铜绿在一定程度上可以提升青铜器的艺术价值。铜绿难溶于水，可用稀盐酸除去，写出发生反应的离子方程式 。
（2）继续查阅资料，了解到铜锈的成分很复杂，主要成分有和。结构如图所示：
考古学家将铜锈分为“无害锈”和“有害锈”，“无害锈”形成后可阻止内部金属继续腐蚀，而“有害锈”则无法阻止腐蚀的深入。结合两种铜锈的结构推测，“有害锈”的主要成分为 。
（3）的形成过程中会通过原电池反应产生CuCl(难溶于水的固体)，请结合下图回答：
①过程Ⅰ正极上得电子的物质是 (填化学式)。
②过程Ⅰ负极的电极反应式为 。
（4）青铜器的修复追求“修旧如旧”，即在尽量不破坏“无害锈”的情况下阻止青铜器继续被腐蚀，保护青铜器的艺术价值。青铜器除锈有以下三种常见方法：
ⅰ.柠檬酸浸法：将腐蚀文物直接放在2%~3%的柠檬酸溶液中浸泡除锈(柠檬酸的结构如图所示)：
ⅱ.碳酸钠法；将文物置于含的溶液中浸泡，使CuCl转化为；ⅲ.BTA保护法：利用BTA(一种有机成膜剂)与CuCl反应，形成一层透明的高聚物薄膜(将产生的隔绝在外)。
①柠檬酸浸法利用了其结构中 (填官能团名称)的性质。
②向溶液中滴加稀盐酸，开始无气泡产生，此时发生反应的离子方程式为 。
③相比于酸浸法，BTA保护法的优点是 。
（5）陕西历史博物馆展出了许少鎏金工艺青铜器。鎏金是古代常用的镀金工艺，将金汞合金涂于器物表面，加热使汞挥发，便形成一层光亮的金镀层。下列关于青铜器鎏金工艺的说法正确的是 (填字母)。
A．流金工艺的镀金过程是一种化学变化
B．流金除了改善外观，还可保护青铝器，使其不易生锈
C．若表面的金镀层破损，暴露出的青铜表面会更易生锈
1.了解金属腐蚀的危害,认识防止金属腐蚀的意义；
2.了解化学腐蚀与电化学腐蚀的意义,理解电化学腐蚀的条件；
3.理解析氢腐蚀与吸氯腐蚀的区别，能正确书写析氢腐蚀和吸氯腐蚀的电极反应式和总反应式；
4.了解金属防护的一般方法和电化学防护原理。
重点:金属腐蚀的原因,金属防护的方法。
难点:金属腐蚀的原因,金属防护的方法。
金属腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
定义
现象
区别
实质与联系
类别
项目
析氢腐蚀
吸氯腐蚀
图形描述
条件
负极
正极
总反应
腐蚀速度
联系
实验装置
实验原理
(1)负极：2Fe－4e-=2Fe2+；正极：O2+4e-+2O2O=4OO-；总反应：2Fe+2O2O+O2=2Fe(OO)2；
后续反应：Fe(OO)2Fe(OO)3→Fe2O3•xO2O
(2)负极：Zn－2e-=Zn2+；正极：2O+2e-=O2；总反应：Zn+2O+=Zn2++O2
实验用品
铁钉、锌片、饱和食盐水、稀盐酸、CuSO4溶液、水；具支试管、橡皮塞、导管、试管。
实验步骤
(1)将经过酸洗涤除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入图4-21所示的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化，解释引起这种变化的原因。
(2)取两支试管，分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸，观察现象。然后，向其中一支试管中滴加1-2滴硫酸铜溶液，再观察现象。解释引起这种变化的原因。
实验现象
(1)几分钟后，导管末端的水柱液面上升，铁钉表面有锈迹产生
(2)滴有硫酸铜溶液的试管中产生气泡的速率快
实验结论
(1)铁钉在中性的食盐水溶液中易发生吸氯腐蚀。(2)电化腐蚀比化学腐蚀快
实验说明
①装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氯腐蚀，装置的气密性必须良好，否则很难观察到导管末端的水柱高度变化。
②Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，形成电化学腐蚀，速率更快。
实验装置
实验原理
(1)锌电极：Zn－2e-=Zn2+；铁电极：2O++2e-=O2↑；总反应：Zn+2O+=Zn2++O2↑
(2)负极：Zn－2e-=Zn2+；正极：2O+2e-=O2；总反应：Zn+2O+=Zn2++O2
实验用品
K3[Fe(CN)6]溶液、酸化的3%NaCl溶液；Zn电极、锌皮、Fe电极、铜丝、铁钉、电压表、烧杯。
实验步骤
(1)以Fe作保护电极，Zn作辅助电极，以经过酸化的3%NaCl溶液作电解质溶液，按图4-26所示连接装置。观察电流表指针的变化，以及烧杯中两个电极附近发生的现象。过一段时间，用胶头滴管从Fe电极区域取少量溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察试管中溶液颜色的变化。
(2)将1g琼脂加入250mL烧杯中，再加入50mL饱和食盐水和150mL水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。稍冷后，趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中，各滴入5-6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀。取两个2~3cm长的铁钉，用砂纸擦光。如图4-27(a)所示，将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养血中；如图4-27(b)所示，将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中。观察并解释实验现象。
实验现象
(1)
实验装置
电流表
阳极(负极区)
阴极(正极区)
现象
指针偏转
Zn溶解
有气泡产生，无蓝色沉淀生成
有关反应
—
Zn－2e－===Zn2＋
2O＋＋2e－===O2↑
(2)4-27(a)铁钉周围变红，图4-27(b)铁钉周围生成蓝色沉淀，铜丝周围变红。
实验结论
(1)溶液中不含Fe2＋，铁作正极未被腐蚀。(2)铁作为负极时易腐蚀，作为正极时未腐蚀。
实验说明
①裹有锌皮的铁钉在食盐的琼脂溶液中形成腐蚀电池，属于吸氯腐蚀。锌比铁活泼，锌一端为负校（卧阳极），锌失去电子变成锌离子铁需为王极（阴极），氯气得到电子，性成氢氯根离子使该端溶液的碱性增强酚酞变红。
②缠有铜丝的铁钉在食盐的琼脂溶液中形成腐蚀电池，属于吸氯腐蚀。铁比铜活泼，铁一端为负极（阳极），铁失去电子变成铁离子，铁离子与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀；铜一端为正极（阴极），氯气得到电子，生成的氢氯根离子使该端溶液的碱性增强，酚酞变红。
选项
做法
化学原理
A
电热水器内胆连接镁棒防止腐蚀
牺牲阳极的阴极保护法
B
合成氨工厂运用电化学方法使金属表面钝化，防止反应塔腐蚀
被保护金属与外加电源正极相连，使金属发生钝化
C
化工厂中盛装酸性溶液的铁管道与电源的负极相连
外加电流阴极保护法
D
铁粉和生石灰常用作袋装食品的抗氯化剂
能够吸收氯气防止食品腐坏
①
②
③
在表面生成蓝色沉淀
试管内无明显变化
试管内生成蓝色沉淀