新蘇教版高中化學(xué)選擇性必修1學(xué)案：1.3 金屬的腐蝕與防護(hù)

新蘇教版高中化學(xué)選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》PAGEPAGE1第三單元金屬的腐蝕與防護(hù)[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.了解金屬腐蝕的原因，能結(jié)合生活及實驗探究理解電化學(xué)腐蝕的原理，正確書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應(yīng)式，提高科學(xué)探究與創(chuàng)新意識。2.掌握金屬防護(hù)的方法，能夠利用電化學(xué)知識進(jìn)行金屬的防護(hù)，樹立防止金屬腐蝕的意識，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任。一、金屬的電化學(xué)腐蝕1．金屬腐蝕2．化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕金屬腐蝕化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕定義金屬與其他物質(zhì)直接接觸發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起的腐蝕不純的金屬或合金發(fā)生原電池反應(yīng)，使較活潑的金屬失去電子被氧化而引起的腐蝕現(xiàn)象金屬被腐蝕較活潑的金屬被腐蝕區(qū)別無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生實質(zhì)與聯(lián)系(1)實質(zhì)：都是金屬原子失去電子被氧化而損耗；(2)化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕往往同時發(fā)生，但電化學(xué)腐蝕更普遍3.鋼鐵的電化學(xué)腐蝕類別項目析氫腐蝕吸氧腐蝕圖形描述條件水膜的酸性較強水膜的酸性較弱或呈中性負(fù)極Fe－2e－=Fe2＋正極2H＋＋2e－=H2↑O2＋4e－＋2H2O=4OH－總反應(yīng)Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2后續(xù)反應(yīng)最終生成鐵銹(主要成分為Fe2O3·nH2O)，反應(yīng)如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3=Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O聯(lián)系通常兩種腐蝕同時存在，但后者更普遍(1)無論化學(xué)腐蝕還是電化學(xué)腐蝕，金屬的腐蝕都是失電子被氧化的過程()(2)鋼鐵的腐蝕以吸氧腐蝕為主()(3)銅在酸性條件下也可以發(fā)生析氫腐蝕()(4)鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕的負(fù)極反應(yīng)式為Fe－3e－=Fe3＋()(5)鍍銅鐵制品鍍層受損后，鐵制品比受損前更易生銹()(6)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物()答案(1)√(2)√(3)×(4)×(5)√(6)×1．金屬腐蝕現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中普遍存在，依據(jù)下圖兩種腐蝕現(xiàn)象，回答下列問題：(1)圖甲、圖乙分別屬于電化學(xué)腐蝕中的哪類腐蝕？其異同點是什么？提示圖甲中水膜呈酸性，F(xiàn)e失電子被腐蝕，H＋在Cu極上得電子生成H2，發(fā)生析氫腐蝕；圖乙中水膜呈中性或酸性較弱，F(xiàn)e失電子被腐蝕，O2在C極上得電子生成OH－，發(fā)生吸氧腐蝕。兩者共同點都是Fe被腐蝕，都發(fā)生電子定向移動形成電流；不同點是圖甲中水膜酸性較強，發(fā)生析氫腐蝕，圖乙中水膜酸性較弱或呈中性，發(fā)生吸氧腐蝕。(2)圖甲中Cu的作用是什么？結(jié)合電極反應(yīng)、電子移動、離子移動等，分析金屬被腐蝕的原理。提示Cu作正極材料，導(dǎo)電。銅作正極，氫離子在內(nèi)電路中移向正極，在正極得電子生成氫氣；鐵作負(fù)極，失電子生成亞鐵離子，電子從負(fù)極經(jīng)外電路移向正極。(3)圖乙中鐵生銹最終生成Fe2O3·nH2O，試寫出鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕最終轉(zhuǎn)化為Fe2O3·nH2O相關(guān)的電極反應(yīng)式及化學(xué)方程式。提示負(fù)極：2Fe－4e－=2Fe2＋，正極：O2＋4e－＋2H2O=4OH－，總反應(yīng)：2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2，然后4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，最后Fe(OH)3脫去一部分水：2Fe(OH)3=Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O。2.在如圖裝置中：(1)電流計指針是否偏轉(zhuǎn)？提示偏轉(zhuǎn)。(2)若電流計指針偏轉(zhuǎn)，寫出Zn極、C極上的電極反應(yīng)式。提示Zn極：Zn－2e－=Zn2＋；C極：O2＋4e－＋2H2O=4OH－。(3)金屬鋅發(fā)生哪種腐蝕？提示吸氧腐蝕。1．(2022·福建三明高二月考)將經(jīng)酸洗除銹的鐵釘，用飽和食鹽水浸泡后放入如圖所示裝置中，下列敘述正確的是()A．過一段時間，Ⅱ試管中的導(dǎo)管內(nèi)水柱上升B．Ⅰ試管中鐵釘由于發(fā)生電解反應(yīng)而被腐蝕C．鐵釘在該裝置中被腐蝕的速率隨時間的延長而加快D．Ⅰ試管中鐵釘發(fā)生反應(yīng)的其中一個電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－=Cl2↑答案A解析鐵釘在中性氯化鈉溶液環(huán)境中發(fā)生吸氧腐蝕，導(dǎo)致Ⅰ試管中氣體壓強減小，所以Ⅱ試管中的導(dǎo)管內(nèi)水柱上升，故A正確；Ⅰ試管中鐵釘發(fā)生吸氧腐蝕，該反應(yīng)是原電池反應(yīng)，而不是電解反應(yīng)，故B錯誤；鐵釘在該裝置中發(fā)生吸氧腐蝕，隨著氧氣量的減少，被腐蝕的速率減慢，故C錯誤；Ⅰ試管中鐵釘發(fā)生吸氧腐蝕，負(fù)極反應(yīng)式為2Fe－4e－=2Fe2＋，正極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，故D錯誤。2.如圖是鋼鐵在海水中銹蝕過程的模型，若有0.2mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，下列說法正確的是()A．該金屬腐蝕過程為析氫腐蝕B．有2.8g鐵被腐蝕C．鋼鐵表面出現(xiàn)氣體D．消耗氣體體積約為1.12L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)答案D解析從題圖中看出，氧氣在正極放電，所以發(fā)生了吸氧腐蝕，A項錯誤；原電池中，鐵為負(fù)極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Fe－2e－=Fe2＋，所以有0.2mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移時，有5.6g鐵被腐蝕，B項錯誤；鐵為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)生成Fe2＋，所以鋼鐵表面不會出現(xiàn)氣體，C項錯誤；吸氧腐蝕時，氧氣在正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，所以有0.2mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移時，消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體體積約為eq\f(0.2,4)mol×22.4L·mol－1＝1.12L，D項正確。金屬腐蝕類型的判斷方法(1)發(fā)生原電池反應(yīng)引起的腐蝕為電化學(xué)腐蝕，無原電池反應(yīng)發(fā)生的腐蝕為化學(xué)腐蝕。(2)金屬活動性順序表中氫前面的金屬，在酸性較強的電解質(zhì)溶液中發(fā)生析氫腐蝕，在中性或酸性較弱的電解質(zhì)溶液中發(fā)生吸氧腐蝕；金屬活動性順序在氫后面的金屬只能發(fā)生吸氧腐蝕。(3)鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕或吸氧腐蝕時，負(fù)極都是鐵失電子生成Fe2＋，而非Fe3＋。二、金屬的電化學(xué)防護(hù)1．金屬防護(hù)的原理金屬防護(hù)就是防止金屬的腐蝕，要解決的主要問題是使金屬不被氧化，應(yīng)從金屬腐蝕的化學(xué)反應(yīng)原理、腐蝕的類型等方面來確定金屬防護(hù)的具體方法。2．金屬防護(hù)的方法(1)在金屬表面覆蓋保護(hù)層在金屬表面覆蓋致密的保護(hù)層，從而使金屬制品與周圍物質(zhì)(外界空氣、水、電解質(zhì)溶液等)隔離，這是一種被普遍采用的防護(hù)方法。①非金屬保護(hù)層：如噴油漆、涂油脂等。②金屬保護(hù)層：如鐵制品上鍍銅、鋅等。(2)電化學(xué)保護(hù)法①犧牲陽極的陰極保護(hù)法原理：原電池原理要求：活潑性強的金屬作陽極(負(fù)極)，被保護(hù)的金屬作陰極(正極)。②外加電流的陰極保護(hù)法原理：電解池原理要求：被保護(hù)的金屬設(shè)備作為陰極，另加惰性電極作為陽極，兩者都處在電解質(zhì)溶液(如海水)中。(3)改變金屬組成或結(jié)構(gòu)如把鉻、鎳等加入普通鋼中制成不銹鋼，就大大增強了鋼鐵對各種侵蝕的抵抗力。(1)犧牲陽極的陰極保護(hù)法利用的是電解池原理()(2)在鐵制品表面鍍鋅，是為了防止鐵制品的腐蝕，而且鍍層有損壞，仍可對鐵制品起到保護(hù)作用()(3)鐵制品涂油脂、噴油漆是為了隔絕鐵與氧氣的接觸，起到保護(hù)鐵制品的作用()(4)鋼閘門可與外加電源的正極相連，起到保護(hù)作用()答案(1)×(2)√(3)√(4)×1．防止金屬的腐蝕是世界級難題，每年全世界鋼產(chǎn)量的四分之一因腐蝕而損失。(1)為降低某水庫鋼閘門的腐蝕速率，可以采用圖甲方案，焊接在鋼閘門上的固體材料R采用什么金屬？提示R活潑性應(yīng)比鐵強且能穩(wěn)定存在于水溶液中，通常選鋅。(2)圖乙所示方案也可降低鋼閘門的腐蝕速率，鋼閘門應(yīng)連接直流電源的什么極，這屬于哪種防護(hù)方法？提示鋼閘門接電源負(fù)極，這是外加電流的陰極保護(hù)法。(3)上述兩種保護(hù)方法的原理有何不同？提示甲是在被保護(hù)設(shè)備上裝上比它更活潑的金屬，被保護(hù)金屬作原電池的正極，稱為犧牲陽極的陰極保護(hù)法。乙是被保護(hù)設(shè)備與電源的負(fù)極相連接，作電解池的陰極，稱為外加電流的陰極保護(hù)法。2．在鋼鐵的表面鍍鋅屬于金屬的電化學(xué)保護(hù)法嗎？提示不是。電鍍雖然是應(yīng)用電解原理，但對金屬的防護(hù)來說是在金屬的表面增加了保護(hù)層，屬于覆蓋保護(hù)層法，不屬于電化學(xué)保護(hù)法。3．馬口鐵(鍍錫鐵板)的鍍層遭到破壞后，是否還能起到保護(hù)鐵的作用？白鐵皮(鍍鋅鐵板)呢？提示馬口鐵的鍍層遭到破壞后，由于鍍層金屬錫的活潑性比鐵弱，當(dāng)發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，鐵將作原電池的負(fù)極，會加速金屬鐵的腐蝕，不能起到保護(hù)鐵的作用。白鐵皮的鍍層遭到破壞后，因為鍍層金屬鋅的活潑性比鐵強，因此當(dāng)發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，鐵將作原電池的正極，會被保護(hù)，可以起到保護(hù)鐵的作用。4．不銹鋼是采用什么方法來防止金屬腐蝕的？提示冶煉鋼鐵時向其中加入一些其他元素，制成合金，是通過改變金屬的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)來防止金屬腐蝕的。1．下列裝置可防止鐵棒被腐蝕的是()答案B解析在B裝置形成的原電池里，鋅為負(fù)極，失去電子被氧化，鐵為正極，被保護(hù)，不易生銹。2．如圖所示裝置中都盛有0.1mol·L－1NaCl溶液，放置一定時間后，裝置中的四塊相同鋅片，腐蝕速率由快到慢的順序是()A．③①④② B．①②④③C．②③④① D．②①④③答案D解析①銅、鋅和NaCl溶液構(gòu)成原電池，鋅作負(fù)極，失電子，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，加快鋅的腐蝕；②中構(gòu)成電解池，鋅接電源正極，為電解池的陽極，失電子，加快鋅的腐蝕，電解池引起的腐蝕速率大于原電池引起的腐蝕速率；③中構(gòu)成電解池，鋅接電源負(fù)極，為電解池的陰極，得電子，屬于金屬防護(hù)的外加電流的陰極保護(hù)法，鋅不易