1.4金屬的腐蝕與防護(hù)導(dǎo)學(xué)案高二上學(xué)期化學(xué)選擇性必修1

第4節(jié)金屬的腐蝕與防護(hù)核心微網(wǎng)絡(luò)素養(yǎng)新目標(biāo)1.了解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的本質(zhì)。2．知道金屬腐蝕的危害。3．了解防止金屬腐蝕的措施。學(xué)業(yè)基礎(chǔ)——自學(xué)·思記·嘗試一、金屬電化學(xué)腐蝕的原理1．金屬腐蝕的定義和分類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)腐蝕定義金屬與接觸到的物質(zhì)________反應(yīng)不純的金屬在潮濕的空氣或電解質(zhì)溶液中發(fā)生________反應(yīng)現(xiàn)象金屬被腐蝕________金屬被腐蝕區(qū)別無(wú)電流產(chǎn)生有________電流產(chǎn)生實(shí)質(zhì)與聯(lián)系(1)實(shí)質(zhì)：都是金屬原子________被氧化而損耗；(2)聯(lián)系：化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕往往同時(shí)發(fā)生，但________更普遍。3.鋼鐵的吸氧腐蝕和析氫腐蝕分類析氫腐蝕吸氧腐蝕圖形描述形成條件水膜酸性較強(qiáng)水膜酸性較弱電極反應(yīng)負(fù)極________正極________________________總反應(yīng)________2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O腐蝕速度一般較快一般較慢相互關(guān)系析氫腐蝕和吸氧腐蝕同時(shí)發(fā)生，金屬的腐蝕以吸氧腐蝕為主，吸氧腐蝕比析氫腐蝕普遍狀元隨筆(1)鐵銹的主要成分是紅棕色的、疏松的Fe2O3·nH2O。(2)鐵制品銹蝕的過(guò)程，實(shí)際上是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。二、金屬腐蝕的防護(hù)1．本質(zhì)：阻止金屬發(fā)生________反應(yīng)。2．方法(1)改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如制成合金等。(2)加防護(hù)層，如耐腐蝕的油漆、搪瓷、電鍍等。(3)電化學(xué)防護(hù)3．金屬的防護(hù)措施圖示狀元隨筆陰、陽(yáng)極是從氧化還原反應(yīng)角度來(lái)具體區(qū)分的，陽(yáng)極代表發(fā)生氧化反應(yīng)的電極，陰極代表發(fā)生還原反應(yīng)的電極——因此原電池的負(fù)極(氧化反應(yīng))也可以稱為陽(yáng)極，反之正極即陰極。三、電化學(xué)腐蝕原理的應(yīng)用1．鐵腐蝕的應(yīng)用(1)消耗空氣中的氧氣——快速測(cè)定空氣中氧氣的含量。(2)消耗氧氣和水——以鐵粉為主的雙吸收劑用以延長(zhǎng)食物的保質(zhì)期。(3)腐蝕過(guò)程放熱——制成一次性保暖貼。2．保暖貼(1)組成：鐵粉、水、食鹽、活性炭、蛭石和吸水樹脂。(2)原理①鐵與氧氣的反應(yīng)為放熱反應(yīng)；②鐵粉、活性炭和離子導(dǎo)體(食鹽溶于水)構(gòu)成原電池，加快了反應(yīng)的速率。3．其他應(yīng)用(1)微電解技術(shù)處理工業(yè)廢水。(2)在航空航天、精密儀器和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。狀元隨筆(1)鐵粉做負(fù)極材料，在反應(yīng)中失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；活性炭做正極材料；食鹽溶于水成為離子導(dǎo)體；蛭石做保溫材料；吸水性樹脂吸收環(huán)境中的水分，提供反應(yīng)需要的水。(2)鐵粉和氧氣通過(guò)無(wú)數(shù)個(gè)微小的原電池發(fā)生反應(yīng)且進(jìn)行得很快，反應(yīng)放出的熱量很快將發(fā)熱袋加熱，保暖袋使用了礦物材料蛭石做保溫材料，其放熱的時(shí)間和溫度可以通過(guò)透氣膜的透氧率進(jìn)行控制。(3)保暖貼的內(nèi)層中，空氣中的氧氣通過(guò)微孔透氣膜進(jìn)入，與鐵發(fā)生原電池反應(yīng)；外層不透氣的原因是起保溫作用，防止通過(guò)空氣與外界進(jìn)行熱交換。(4)鐵發(fā)生原電池反應(yīng)后的主要成分為炭粉、氯化鈉固體、三氧化二鐵固體以及含鎂和鋁的鹽，因而變得較硬?！炯磳W(xué)即練】1．判斷下列說(shuō)法是否正確，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。(1)金屬腐蝕沒有發(fā)生氧化還原反應(yīng)。()(2)金屬的電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕本質(zhì)相同，但電化學(xué)腐蝕伴有電流產(chǎn)生。()(3)鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕，負(fù)極吸收氧氣，產(chǎn)物最終轉(zhuǎn)化為鐵銹。()2．下列現(xiàn)象與電化學(xué)腐蝕無(wú)關(guān)的是()A．生鐵比純鐵易生銹B．純銀飾品久置表面變暗C．黃銅(銅鋅合金)制品不易產(chǎn)生銅綠D．與銅管連接的鐵管易生銹3．(雙選)下列電極一定被保護(hù)的是()A．原電池的負(fù)極B．原電池的正極C．電解池的陽(yáng)極D．電解池的陰極4．下列說(shuō)法正確的是()A．鋼鐵因含雜質(zhì)而容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，所以合金都不耐腐蝕B．原電池反應(yīng)是導(dǎo)致金屬腐蝕的主要原因，故不能用原電池原理來(lái)減緩金屬的腐蝕C．鋼鐵電化學(xué)腐蝕的兩種類型主要區(qū)別在于水膜的酸性不同，引起的正極反應(yīng)不同D．無(wú)論哪種類型的腐蝕，其實(shí)質(zhì)都是金屬被還原5．鋼鐵很容易生銹而被腐蝕，每年因腐蝕而損失的鋼鐵占世界鋼鐵年產(chǎn)量的四分之一。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)鋼鐵腐蝕主要是吸氧腐蝕，寫出該腐蝕過(guò)程中的電極反應(yīng)式：負(fù)極________，正極________。(2)為了降低某水庫(kù)鐵閘門的腐蝕速率，可以采用圖甲所示的方案，其中焊接在鐵閘門上的固體材料R可以采用________(填字母)。A．銅B．鈉C．鋅D．石墨(3)圖乙所示的方案也可以降低鐵閘門的腐蝕速率，其中鐵閘門應(yīng)該連接在直流電源的________極上。核心素養(yǎng)——合作·探究·分享目標(biāo)金屬腐蝕的快慢與防護(hù)方法例如下圖所示，各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的順序?yàn)?)A．①②③④⑤B．④③②①⑤C．④③①②⑤D．④②③①⑤狀元隨筆金屬腐蝕快慢的判斷方法(1)在同一電解質(zhì)溶液中的腐蝕速率：電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護(hù)措施的腐蝕。(2)同一種金屬在不同介質(zhì)中的腐蝕速率：強(qiáng)電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。(3)有無(wú)保護(hù)措施的腐蝕速率：無(wú)保護(hù)措施的金屬腐蝕>有一定保護(hù)措施的金屬腐蝕>犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)的金屬腐蝕>有外接電源的陰極保護(hù)的金屬腐蝕。(4)對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō)，電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕越快。[提升]城市地下潮濕的土壤中常埋有縱橫交錯(cuò)的管道和輸電線路，當(dāng)有電流泄漏并與金屬管道形成回路時(shí)，就會(huì)引起金屬管道的腐蝕。原理如圖所示，但若電壓等條件適宜，鋼鐵管道也可能減緩腐蝕，此現(xiàn)象被稱為“陽(yáng)極保護(hù)”。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是()A.該裝置能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為化學(xué)能B．管道右端腐蝕比左端快，右端電極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋C．如果沒有外加電源，潮濕的土壤中的鋼鐵管道比較容易發(fā)生吸氧腐蝕D．鋼鐵“陽(yáng)極保護(hù)”的實(shí)質(zhì)是在陽(yáng)極金屬表面形成一層耐腐蝕的鈍化膜狀元隨筆(1)判斷電化學(xué)保護(hù)法的類型，應(yīng)分清其基本原理，看是利用電解原理的外加電流陰極保護(hù)法還是應(yīng)用原電池原理的犧牲陽(yáng)極保護(hù)法，兩者不能混淆。(2)無(wú)論是吸氧腐蝕還是析氫腐蝕，作為負(fù)極的鐵都不斷地被氧化。(3)由于通常情況下，金屬表面不會(huì)接觸到酸性較強(qiáng)的溶液，所以金屬腐蝕的主要形式是電化學(xué)腐蝕中的吸氧腐蝕，而且析氫腐蝕最終也會(huì)被吸氧腐蝕代替。(4)金屬活動(dòng)性順序中位于氫前和氫后的金屬都能發(fā)生吸氧腐蝕，但只有位于氫前的金屬才會(huì)發(fā)生析氫腐蝕。關(guān)鍵能力當(dāng)堂評(píng)價(jià)——夯實(shí)·測(cè)控·演練1．下列關(guān)于金屬防護(hù)的方法不正確的是()A．對(duì)健身器材涂油漆以防止生銹B．對(duì)某些工具的“機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部位”選用刷油漆的方法來(lái)防銹C．用犧牲鋅塊的方法來(lái)保護(hù)船身D．在自行車的鋼圈上鍍上一層鉻來(lái)防銹2.如圖所示，將拴有金屬條的鐵釘插在含有酚酞的NaCl溶液中，可以看到靠近金屬條的溶液出現(xiàn)粉紅色。則該金屬條可能是()A．銅B．鎂C．鋁D．鋅

3.(雙選)如圖裝置中，U形管內(nèi)為紅墨水，a、b試管內(nèi)分別盛有食鹽水和稀醋酸溶液，各加入生鐵塊，放置一段時(shí)間，下列有關(guān)描述錯(cuò)誤的是()A．生鐵塊中的碳是原電池的正極B．紅墨水柱兩邊的液面為左低右高C．兩試管中相同的電極反應(yīng)式是Fe－3e－=Fe3＋D．a(chǎn)試管中發(fā)生了吸氧腐蝕，b試管中發(fā)生了析氫腐蝕4．如圖所示，將緊緊纏繞不同金屬的鐵釘放入培養(yǎng)皿中，再加入含有適量酚酞和NaCl的瓊脂熱溶液，冷卻后形成瓊膠(離子在瓊膠內(nèi)可以移動(dòng))，下列敘述正確的是()A．a(chǎn)中鐵釘附近呈現(xiàn)紅色B．b中鐵釘上發(fā)生還原反應(yīng)C．a(chǎn)中銅絲上發(fā)生氧化反應(yīng)D．b中鋁條附近有氣泡產(chǎn)生5．支撐海港碼頭基礎(chǔ)的防腐技術(shù)，常用外加電流陰極保護(hù)法進(jìn)行防腐，工作原理如圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽(yáng)極。下列有關(guān)表述不正確的是()A．通入保護(hù)電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零B．通電后外電路電子被強(qiáng)制從高硅鑄鐵流向鋼管樁C．高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽(yáng)極材料和傳遞電流D．通入的保護(hù)電流應(yīng)該根據(jù)環(huán)境條件變化進(jìn)行調(diào)整6.某研究小組為探究弱酸性條件下鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕類型的影響因素，將混合均勻的新制鐵粉和碳粉置于錐形瓶底部，塞上瓶塞(如圖)。從膠頭滴管中滴入幾滴醋酸溶液，同時(shí)測(cè)量容器中的壓強(qiáng)變化。(1)請(qǐng)完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表(表中不要留空格)：編號(hào)實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶挤?g鐵粉/g醋酸/%①為以下實(shí)驗(yàn)作參照0.52.090.0②醋酸濃度的影響0.536.0③0.22.090.0(2)編號(hào)①實(shí)驗(yàn)測(cè)得容器中壓強(qiáng)隨時(shí)間變化如圖2。t2時(shí)，容器中壓強(qiáng)明顯小于起始?jí)簭?qiáng)，其原因是鐵發(fā)生了________腐蝕，請(qǐng)?jiān)趫D3中用箭頭標(biāo)出發(fā)生該腐蝕時(shí)電子流動(dòng)方向；此時(shí)，碳粉表面發(fā)生了________(填“氧化”或“還原”)反應(yīng)，其電極反應(yīng)式是________________________________________________________________________。(3)該小組對(duì)圖2中0～t1時(shí)壓強(qiáng)變大的原因提出了如下假設(shè)，請(qǐng)你完成假設(shè)二。假設(shè)一：發(fā)生析氫腐蝕產(chǎn)生了氣體；假設(shè)二：________________________________________________________________________。練后反思項(xiàng)目析氫腐蝕吸氧腐蝕相同點(diǎn)腐蝕的本質(zhì)被腐蝕金屬為原電池的負(fù)極，其原子失去電子變成金屬陽(yáng)離子，發(fā)生氧化反應(yīng)電極反應(yīng)式負(fù)極：Fe－2e－=Fe2＋不同點(diǎn)條件水膜酸性較強(qiáng)水膜呈很弱的酸性、中性或堿性電解質(zhì)溶液溶有CO2、SO2的水溶液溶有O2的水溶液氧化劑H＋O2電極反應(yīng)式正極：2H＋＋2e－=H2↑正極：O2＋2H2O＋4e－=4OH－產(chǎn)物H2Fe(OH)2其他反應(yīng)式——2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2；4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3普遍性吸氧腐蝕比析氫腐蝕更普遍第4節(jié)金屬的腐蝕與防護(hù)學(xué)業(yè)基礎(chǔ)一、1．氧化析氫吸氧2．直接原電池較活潑微失去電子電化學(xué)腐蝕3．Fe－2e－=Fe2＋2H＋＋2e－=H2↑O2＋2H2O＋4e－=4OH－Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑二、1．氧化2．(3)原電池正極電解池陰極【即學(xué)即練】1．解析：(1)金屬腐蝕的本質(zhì)是金屬失電子被氧化的過(guò)程，因此金屬的腐蝕均是氧化還原反應(yīng)。(2)電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕實(shí)質(zhì)一樣，兩者都發(fā)生氧化還原反應(yīng)，都是金屬失電子，被氧化。但電化學(xué)腐蝕構(gòu)成閉合回路，有電流產(chǎn)生，而化學(xué)腐蝕沒有產(chǎn)生電流。(3)鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕，正極吸收氧氣。答案：(1)×(2)√(3)×2．解析：B項(xiàng)，純銀不符合構(gòu)成原電池的條件，故它表面變暗與電化學(xué)腐蝕無(wú)關(guān)。答案：B3．解析：原電池的正極和電解池的陰極一定不參加反應(yīng)。答案：BD4．解析：鋼鐵中因含雜質(zhì)，容易形成原電池，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，但并不是所有合金都不耐腐蝕，如不銹鋼，故A錯(cuò)誤；當(dāng)金屬作正極時(shí)，可以避免腐蝕，故B錯(cuò)誤；鋼鐵電化學(xué)腐蝕分為吸氧腐蝕和析氫腐蝕，主要區(qū)別在于水膜的酸性不同，故C正確；金屬被腐蝕，化合價(jià)升高，被氧化，故D錯(cuò)誤。答案：C5．解析：(1)發(fā)生吸氧腐蝕時(shí)，負(fù)極上Fe失去電子，正極上O2得到電子。(2)鐵閘門上連接比較活潑的金屬時(shí)，活潑的金屬作負(fù)極被氧化，F(xiàn)e作正極被保護(hù)，屬于犧牲陽(yáng)極保護(hù)法。Na與水會(huì)劇烈反應(yīng)，本題應(yīng)該選用鋅。(3)圖乙所示方案屬于陰極電保護(hù)法，需把被保護(hù)的鐵閘門連接在直流電源的負(fù)極上。答案：(1)2Fe－4e－=2Fe2＋O2＋2H2O＋4e－=4OH－(2)C(3)負(fù)核心素養(yǎng)[例]解析：金屬腐蝕快慢的順序：電解池的陽(yáng)極>原電池的負(fù)極>化學(xué)腐蝕>原電池的正極>電解池的陰極，結(jié)合題給裝置選C。答案：C[提升]解析：A項(xiàng)，該裝置相當(dāng)于電解池，能將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，正確；B項(xiàng)，管道左端是陽(yáng)極，腐蝕得更快，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，如果沒有外加電源，潮濕的土壤(接近中性)中的鋼鐵管道發(fā)生原電池反應(yīng)，發(fā)生的是吸氧腐蝕，正確；D項(xiàng)，根據(jù)題意，此種腐蝕較慢，所以“陽(yáng)極保護(hù)”實(shí)際上是在金屬表面形成了一層致密的保護(hù)膜，正確。答案：B當(dāng)堂評(píng)價(jià)1．答案：B2．答案：A3．答案：BC4．答案：B5．答案：C6．解析：(1)對(duì)比編號(hào)①，編號(hào)②中碳粉的質(zhì)量與編號(hào)①相同，醋酸的濃度與編號(hào)①不同，所以鐵粉的質(zhì)量應(yīng)與編號(hào)①相同，即2.0g；編號(hào)③中碳粉質(zhì)量與編號(hào)①不同，鐵粉質(zhì)量和