2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第1章化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第4節(jié)金屬的腐蝕與防護(hù)學(xué)案魯科版選擇性必修1

PAGEPAGE10第4節(jié)金屬的腐蝕與防護(hù)發(fā)展目標(biāo)體系構(gòu)建1．通過(guò)探討鋼鐵腐蝕的現(xiàn)象，相識(shí)金屬腐蝕的本質(zhì)，能用電化學(xué)腐蝕的原理說(shuō)明金屬腐蝕的現(xiàn)象。2．通過(guò)探討日常生活中金屬腐蝕的危害，能選擇并設(shè)計(jì)防腐措施。1．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)干脆反應(yīng)不純的金屬在潮濕的空氣或電解質(zhì)溶液中形成原電池，發(fā)生氧化還原反應(yīng)現(xiàn)象金屬被腐蝕較活潑金屬被腐蝕區(qū)分無(wú)電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生實(shí)質(zhì)與聯(lián)系①實(shí)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(shí)發(fā)生，但電化學(xué)腐蝕更普遍(3)鋼鐵的吸氧腐蝕和析氫腐蝕類別吸氧腐蝕析氫腐蝕條件水膜酸性不強(qiáng)水膜酸度較高正極反應(yīng)O2＋2H2O＋4e－=4OH－2H＋＋2e－=H2↑負(fù)極反應(yīng)Fe－2e－=Fe2＋生成鐵銹的反應(yīng)Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3、2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O2．金屬腐蝕的防護(hù)(1)在金屬表面覆蓋愛(ài)護(hù)層①涂油漆等。②鍍抗腐蝕金屬，如電鍍等。③鍍膜，如烤藍(lán)等。(2)變更金屬內(nèi)部組成、結(jié)構(gòu)等，如制成不銹鋼。(3)電化學(xué)防護(hù)①犧牲陽(yáng)極愛(ài)護(hù)法。利用原電池原理，在被愛(ài)護(hù)的金屬上連接更活潑的金屬，使被愛(ài)護(hù)金屬成為正極。②陰極電愛(ài)護(hù)法也叫外加電流陰極愛(ài)護(hù)法。利用電解池原理，使被愛(ài)護(hù)的金屬連接電源的負(fù)極成為陰極。3．電化學(xué)腐蝕原理的應(yīng)用(1)鐵腐蝕原理的應(yīng)用①測(cè)定空氣中氧氣的含量；②食品包裝袋中以鐵粉為主要成分的雙吸劑，延長(zhǎng)食物的保質(zhì)期；③制成一次性保暖貼，運(yùn)用后其主要成分為炭粉、氯化鈉固體、三氧化二鐵固體以及含鎂、鋁的鹽。(2)微電解技術(shù)處理工業(yè)廢水→電極產(chǎn)物活性強(qiáng)eq\o(→,\s\up8(與廢水成分))發(fā)生氧化還原反應(yīng)去除污染1．推斷對(duì)錯(cuò)(對(duì)的在括號(hào)內(nèi)打“√”，錯(cuò)的在括號(hào)內(nèi)打“×”。)(1)金屬被腐蝕的本質(zhì)是M＋nH2O=M(OH)n＋eq\f(n,2)H2↑。()(2)馬口鐵(鍍錫鐵)鍍層破損后，首先是鍍層被氧化。()(3)金屬在一般狀況下發(fā)生的電化學(xué)腐蝕主要是吸氧腐蝕。()(4)常溫下，置于空氣中的金屬主要發(fā)生化學(xué)腐蝕。()(5)鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕和吸氧腐蝕的正極反應(yīng)式相同。()提示：(1)×金屬被腐蝕的本質(zhì)是M－ne－=Mn＋。(2)×活動(dòng)性：Fe＞Sn，故馬口鐵破損后形成Fe－Sn原電池，F(xiàn)e作負(fù)極被氧化。(3)√(4)×常溫下，置于空氣中的金屬主要發(fā)生電化學(xué)腐蝕。(5)×鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕和吸氧腐蝕的負(fù)極反應(yīng)式相同。2．鐵制自來(lái)水管與下列材料做成的水龍頭連接，自來(lái)水管銹蝕最快的是()A．鐵水龍頭 B．銅水龍頭C．塑料水龍頭 D．陶瓷水龍頭B[Fe－Cu形成原電池，F(xiàn)e作負(fù)極加快其腐蝕。]3．下列有關(guān)金屬腐蝕的說(shuō)法中正確的是()A．金屬腐蝕指不純金屬與接觸到的電解質(zhì)溶液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而損耗的過(guò)程B．電化學(xué)腐蝕指在外加電流的作用下不純金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而損耗的過(guò)程C．鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕，負(fù)極汲取氧氣，產(chǎn)物最終轉(zhuǎn)化為鐵銹D．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)腐蝕伴有微電流產(chǎn)生[答案]D金屬的腐蝕(素養(yǎng)養(yǎng)成——證據(jù)推理與模型認(rèn)知)試驗(yàn)1：將經(jīng)過(guò)酸洗除銹的鐵釘，用飽和食鹽水浸泡一下，放入下圖所示的具支試管中。一段時(shí)間后，視察導(dǎo)管中水柱和鐵釘?shù)淖兏?。如圖1。圖1圖2試驗(yàn)2：向100mL燒杯中加入約50mL飽和食鹽水后，插入兩個(gè)玻璃筒(無(wú)底)：將一個(gè)無(wú)銹鐵釘和一個(gè)碳棒分別用導(dǎo)線與檢流計(jì)連接后，再分別插入兩個(gè)玻璃筒中。如圖2。1．試驗(yàn)1的試驗(yàn)現(xiàn)象是什么？鐵釘為什么會(huì)生銹？說(shuō)明什么問(wèn)題？請(qǐng)分析變更的緣由。提示：試驗(yàn)1中導(dǎo)管中的水柱上升，鐵釘生銹。說(shuō)明該過(guò)程鐵釘被腐蝕。鐵釘發(fā)生的是吸氧腐蝕。2．試驗(yàn)2的檢流計(jì)的指針是否偏轉(zhuǎn)？說(shuō)明什么問(wèn)題？若向試驗(yàn)2的插入碳棒的玻璃筒內(nèi)滴入酚酞溶液，將會(huì)看到什么現(xiàn)象？說(shuō)明什么問(wèn)題？請(qǐng)寫(xiě)出相關(guān)電極反應(yīng)式。提示：檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)。說(shuō)明有電流通過(guò)。向碳棒一端加入酚酞，顯紅色。說(shuō)明該極的電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－=4OH－。3．若將試驗(yàn)1和試驗(yàn)2的溶液換為鹽酸(均足量)。試驗(yàn)1存在哪些形式的化學(xué)腐蝕？試驗(yàn)2中是否有電流通過(guò)？寫(xiě)出相關(guān)電極反應(yīng)式。提示：若換為鹽酸，則試驗(yàn)1中會(huì)發(fā)生鐵與鹽酸的化學(xué)腐蝕，同時(shí)也有電化學(xué)腐蝕。試驗(yàn)2中則發(fā)生電化學(xué)腐蝕。正極：2H＋＋2e－=H2↑，負(fù)極：Fe－2e－=Fe2＋。1．金屬的電化學(xué)腐蝕及其留意事項(xiàng)(1)化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕往往同時(shí)發(fā)生，只是電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍，危害更大。(2)析氫腐蝕和吸氧腐蝕取決于金屬表面電解質(zhì)溶液的酸堿性，實(shí)際狀況中以吸氧腐蝕為主。(3)鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕或吸氧腐蝕時(shí)，負(fù)極都是鐵，失電子生成Fe2＋，而非Fe3＋。(4)一般狀況下，只有在金屬活動(dòng)性依次中排在氫之前的金屬才有可能發(fā)生析氫腐蝕。2．金屬腐蝕的快慢比較(1)在同一種電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕由快到慢的依次是電解池的陽(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。(2)在不同溶液中，金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕＞金屬在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕；金屬在強(qiáng)電解質(zhì)溶液中的腐蝕＞金屬在弱電解質(zhì)溶液中的腐蝕。(3)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。1．下列說(shuō)法中正確的是()A．鋼鐵因含雜質(zhì)而簡(jiǎn)單發(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)致金屬腐蝕的主要緣由，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)腐蝕的兩種類型的主要區(qū)分在于水膜的酸性不同，故而引起的正極反應(yīng)也不同D．無(wú)論哪種類型的腐蝕，其實(shí)質(zhì)都是金屬被還原C[鋼鐵中因含雜質(zhì)，簡(jiǎn)單形成原電池，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，但并不是全部合金都不耐腐蝕，如不銹鋼，故A錯(cuò)誤；原電池中，金屬作正極時(shí)，可以避開(kāi)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)分在于水膜的酸性不同，故C正確；金屬被腐蝕，化合價(jià)上升，被氧化，故D錯(cuò)誤。]2．銅板上鐵鉚釘處的吸氧腐蝕原理如圖所示，下列有關(guān)說(shuō)法中不正確的是()A．此過(guò)程中銅并不被腐蝕B．此過(guò)程中的正極反應(yīng)式：2H＋＋2e－=H2↑C．此過(guò)程中電子從Fe移向CuD．此過(guò)程中還涉及反應(yīng)：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2=4Fe(OH)3B[由題圖可知，水中溶解了氧氣，銅、鐵和水構(gòu)成了原電池，較活潑的金屬作負(fù)極，發(fā)生吸氧腐蝕，則該原電池中鐵作負(fù)極，銅作正極。原電池放電時(shí)，負(fù)極失電子簡(jiǎn)單被腐蝕，則此過(guò)程中鐵被腐蝕，銅不被腐蝕，A正確；正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，B錯(cuò)誤；該原電池放電時(shí)，外電路中電子從負(fù)極鐵流向正極銅，C正確；此過(guò)程中鐵被腐蝕，負(fù)極的電極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋，正極的電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，亞鐵離子和氫氧根離子反應(yīng)生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵不穩(wěn)定，簡(jiǎn)單被空氣中的氧氣氧化生成氫氧化鐵，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Fe(OH)2＋2H2O＋O2=4Fe(OH)3，D正確。]3．下列各種狀況中，F(xiàn)e片腐蝕速率由慢到快的依次是()A．⑤②①③④ B．⑤①②④③C．④②①③⑤ D．④③①②⑤D[依據(jù)裝置圖知，②③裝置是原電池，在②中金屬鐵作負(fù)極被腐蝕，在③中金屬鐵作正極被愛(ài)護(hù)，所以鐵的腐蝕速率：②＞③；④⑤裝置是電解池，④中金屬鐵為陰極被愛(ài)護(hù)，⑤中金屬鐵為陽(yáng)極被腐蝕，即鐵的腐蝕速率：⑤＞④，依據(jù)電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學(xué)腐蝕＞有防腐蝕措施的腐蝕，并且原電池的正極金屬腐蝕速率大于電解池的陰極金屬腐蝕速率，可知鐵腐蝕速率由慢到快的依次為④③①②⑤。]金屬的防護(hù)(素養(yǎng)養(yǎng)成——科學(xué)看法與社會(huì)責(zé)任)按如圖所示連接好裝置：往Fe電極區(qū)滴入2滴黃色K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液。已知Fe2＋與[Fe(CN)6]3－反應(yīng)生成帶有特征藍(lán)色的鐵氰化亞鐵沉淀：3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－=Fe3[Fe(CN)6]2↓。1．檢流計(jì)指針有何變更？為什么？提示：檢流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。Zn－Fe－酸化的NaCl溶液形成原電池。2．Zn、Fe兩個(gè)電極上發(fā)生了什么反應(yīng)？提示：Zn電極：Zn－2e－=Zn2＋，F(xiàn)e電極：2H＋＋2e－=H2↑。3．在這種裝置中有沒(méi)有Fe2＋產(chǎn)生？說(shuō)明白什么問(wèn)題？提示：沒(méi)有。Fe被愛(ài)護(hù)，Zn被腐蝕。4．若用該方法對(duì)金屬進(jìn)行防護(hù)，則被愛(ài)護(hù)金屬作為原電池的哪個(gè)電極？若改用外加直流電源對(duì)金屬進(jìn)行防護(hù)，則被愛(ài)護(hù)金屬應(yīng)與電源哪個(gè)電極連接？提示：正極；負(fù)極。1．金屬的防護(hù)措施2．金屬的電化學(xué)防護(hù)電化學(xué)防護(hù)犧牲陽(yáng)極愛(ài)護(hù)法外加電流陰極愛(ài)護(hù)法原理原電池原理電解原理措施被愛(ài)護(hù)的金屬作正極(陰極)，以一種活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬作負(fù)極(陽(yáng)極)被愛(ài)護(hù)的金屬作陰極，惰性電極作協(xié)助陽(yáng)極，連上直流電源應(yīng)用如鍋爐內(nèi)壁、船舶外殼、鐵塔、鐵管道裝上若干鋅塊，可愛(ài)護(hù)鋼鐵設(shè)備如鋼閘門(mén)、輸送酸性溶液的鐵管道等示意圖1．下列金屬防腐的措施中，運(yùn)用外加電流的陰極愛(ài)護(hù)法的是()A．水中的鋼閘門(mén)連接電源的負(fù)極B．金屬護(hù)欄表面涂漆C．汽車(chē)底盤(pán)噴涂高分子膜D．地下鋼管連接鎂塊A[水中的鋼閘門(mén)連接電源負(fù)極，作陰極，陰極材料得電子被愛(ài)護(hù)，所以屬于運(yùn)用外加電流的陰極愛(ài)護(hù)法，故A正確；金屬護(hù)欄表面涂漆是使金屬和空氣、水等物質(zhì)隔離而防止生銹，沒(méi)有連接外加電源，故B錯(cuò)誤；汽車(chē)底盤(pán)噴涂高分子膜阻擋了鐵與空氣、水的接觸，從而防止金屬的腐蝕，沒(méi)有連接外加電源，故C錯(cuò)誤；鎂的活潑性強(qiáng)于鐵，用犧牲鎂塊的方法來(lái)愛(ài)護(hù)地下鋼管，屬于犧牲陽(yáng)極愛(ài)護(hù)法，故D錯(cuò)誤。]2．為了愛(ài)護(hù)艦艇(主要是鋼合金材料)，在艦體表面鑲嵌金屬塊(R)。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是()A．這種愛(ài)護(hù)艦體的方法叫做犧牲陽(yáng)極愛(ài)護(hù)法B．金屬塊R可能是鎂或鋅C．海水呈弱堿性，艦艇在海水中易發(fā)生析氫腐蝕D．正極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－C[在艦體表面鑲嵌金屬塊(R)，這種愛(ài)護(hù)方法利用原電池原理，須要金屬塊R比鐵活潑，R作負(fù)極，鋼鐵作正極，這種方法叫作犧牲陽(yáng)極愛(ài)護(hù)法，A正確；金屬塊R比鐵活潑，可能是鎂或鋅，B正確；鋼鐵材料在弱堿性海水中主要發(fā)生吸氧腐蝕，在強(qiáng)酸性溶液中才發(fā)生析氫腐蝕，C錯(cuò)誤；吸氧腐蝕過(guò)程中，正極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，D正確。]3．下列對(duì)如圖所示的試驗(yàn)裝置的推斷中錯(cuò)誤的是()A．若X為碳棒，開(kāi)關(guān)K置于A處可減緩鐵的腐蝕B．若X為鋅棒，開(kāi)關(guān)K置于A或B處均可減緩鐵的腐蝕C．若X為鋅棒，開(kāi)關(guān)K置于B處時(shí)，為犧牲陽(yáng)極愛(ài)護(hù)法D．若X為碳棒，開(kāi)關(guān)K置于B處時(shí)，鐵電極上發(fā)生的反應(yīng)為2H＋＋2e－=H2↑[答案]D取6根鐵釘、6支干凈的試管及其他材料，打算如下圖。試管①放入一根鐵釘，再注入蒸餾水，使鐵釘和空氣及水接觸。試管②的底部放入硅膠(是一種干燥劑)，再放入鐵釘，用棉花團(tuán)堵住試管口，使鐵釘和干燥空氣接觸。試管③先放入一根鐵釘，趁熱倒入煮沸的蒸餾水(趕出原先溶解在蒸餾水中的空氣)浸沒(méi)鐵釘，再加上一層植物油，使鐵釘不能與空氣接觸。試管④中放入鐵釘注入食鹽水，使鐵釘和空氣及食鹽水接觸。試管⑤放入相連的鐵釘和鋅片，注入自來(lái)水，浸沒(méi)鐵釘和鋅片。試管⑥放入相連的鐵釘和銅絲，注入自來(lái)水浸沒(méi)鐵釘和銅絲。把6支試管放在試管架上，幾天后視察鐵釘被腐蝕的狀況。1．上述6支鐵釘是否均被腐蝕？提示：①④⑥中的鐵釘被腐蝕，②③⑤中的鐵釘未被腐蝕。2．從上述試驗(yàn)中可知引起和促進(jìn)鐵釘腐蝕的條件有哪些？提示：鐵釘存在的環(huán)境中有水、空氣、電解質(zhì)溶液、不活潑金屬等雜質(zhì)。3．如何對(duì)金屬進(jìn)行防護(hù)？提示：在金屬表面覆蓋防護(hù)層；形成原電池時(shí)被愛(ài)護(hù)金屬作正極，形成電解池時(shí)被愛(ài)護(hù)金屬作陰極等。通過(guò)本情境素材中對(duì)金屬腐蝕條件的探究，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)金屬防腐蝕措施的探討，增加了學(xué)生對(duì)待生活生產(chǎn)中常見(jiàn)現(xiàn)象探究的“科學(xué)看法與社會(huì)責(zé)任”。1．下列事實(shí)中，與電化學(xué)腐蝕無(wú)關(guān)的是()A．埋在潮濕土壤里的鐵管比埋在干燥土壤里的鐵管更易被腐蝕B．在空氣中，金屬銀的表面生成一層黑色物質(zhì)C．在電工操作中，銅導(dǎo)線和鐵線不能放在一起運(yùn)用D．鍍銀的鐵制品，鍍層部分受損后，露出的鐵表面易被腐蝕B[埋在潮濕土壤里的鐵管更易形成原電池而發(fā)生腐蝕，A不符合題意；純銀久置表面變黑是由于金屬銀和空氣中少量的H2S等發(fā)生反應(yīng)，屬于化學(xué)腐蝕，與電化學(xué)腐蝕無(wú)關(guān)，B符合題意；銅導(dǎo)線和鐵線放在一起運(yùn)用簡(jiǎn)單形成原電池而發(fā)生腐蝕，C不符合題意；鍍銀的鐵制品，鍍層部分受損后，易形成鐵銀原電池，使鐵被腐蝕，D不符合題意。]2．相同材質(zhì)的鐵在下列四種狀況下不易被腐蝕的是()C[A項(xiàng)，鐵、銅和醋酸構(gòu)成原電池，鐵易失電子作負(fù)極，則鐵加速被腐蝕；B項(xiàng)，食鹽水作電解質(zhì)溶液，鐵炒鍋和鐵鏟都是鐵碳合金，符合原電池的形成條件，鐵作負(fù)極，碳作正極，則鐵加速被腐蝕；C項(xiàng)，銅鍍層將鐵球覆蓋，使鐵被愛(ài)護(hù)，鐵不易被腐蝕；D項(xiàng)，符合原電池的形成條件，酸雨作電解質(zhì)溶液，鐵作負(fù)極，則鐵加速被腐蝕。綜上所述，C項(xiàng)正確。]3．(素養(yǎng)題)我國(guó)某大城市2024年夏季多次降下酸雨。據(jù)環(huán)保部門(mén)測(cè)定，該城市整個(gè)夏季酸雨的pH平均值為3.2。在這種環(huán)境中的鐵制品極易被腐蝕。對(duì)此條件下鐵的腐蝕的敘述中不正確的是()A．此腐蝕過(guò)程有化學(xué)腐蝕也有電化學(xué)腐蝕B．發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，正極反應(yīng)式為2H2O＋O2＋4e－=4OH－C．在電化學(xué)腐蝕過(guò)程中有氫氣產(chǎn)生D．發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，負(fù)極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋B[金屬鐵的腐蝕中，金屬鐵可以和溶液中的氫離子干脆發(fā)生化學(xué)腐蝕，鐵制品中含有鐵和碳，再加上酸性電解質(zhì)環(huán)境，具備了原電池的構(gòu)成條件，也會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，故A正確；發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，碳作正極，溶液中的氫離子得電子生成氫氣，正極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑，故B錯(cuò)誤、C正確；發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，鐵作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋，故D正確。]4．(雙選)如圖液面上浮著一個(gè)空心鐵球，數(shù)天后可視察到的現(xiàn)象是()A．鐵球表面出現(xiàn)紅棕色銹斑B．鐵球表面出現(xiàn)黑色銹斑C．量筒內(nèi)水位下降D．量筒內(nèi)水位上升AD[由圖示可知鐵球表面發(fā)生吸氧腐蝕，生成紅棕色銹斑，量筒內(nèi)O2含量削減，故量筒內(nèi)水位上升。]5．如圖所示，水槽中的試管內(nèi)有一