1、高中化学金属的腐蚀与防护导学案+课时作业 第三单元金属的腐蚀与防护明确学习目标1.认识金属腐蚀的危害，并能解释金属发生电化学腐蚀的原因，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。2.熟知金属腐蚀的防护方法。一、金属的电化学腐蚀1金属的腐蚀(1)概念：金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象。其本质为金属原子失去电子被氧化的过程。(2)分类化学腐蚀：金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀。电化学腐蚀：不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。钢铁在潮湿的空气中生锈就是最典型的电化学腐蚀。在现实生活中，电化学腐蚀现象比化学腐蚀现
2、象严重得多。2钢铁的电化学腐蚀(1)吸氧腐蚀通常情况下，在潮湿的空气中，钢铁的表面凝结了一层溶有氧气的水膜，这层水膜、铁和铁中存在的少量碳单质形成了无数微小的原电池。这些微小的原电池遍布钢铁的表面。在这些原电池中，铁是负极，碳是正极，在两电极分别发生氧化反应、还原反应而导致钢铁腐蚀。相应的电极反应式分别为负极：2Fe4e=2Fe2(氧化反应)正极：O22H2O4e=4OH(还原反应)总反应：2FeO22H2O=2Fe(OH)2上述电化学腐蚀过程中吸收氧气，因此称为吸氧腐蚀。(2)析氢腐蚀当钢铁表面水膜呈较强的酸性时，正极析出氢气发生“析氢腐蚀”。发生的电极反应式分别为负极：Fe2e=Fe2(氧
3、化反应)正极：2H2e=H2(还原反应)总反应：Fe2H=Fe2H2上述电化学腐蚀会生成氢气，故称为析氢腐蚀。(3)铁锈的生成吸氧腐蚀中生成的Fe(OH)2会进一步被O2氧化成Fe(OH)3：4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水生成铁锈Fe2O3nH2O。析氢腐蚀中，随着H2的析出，水膜的pH上升，Fe2与OH结合生成Fe(OH)2，继而也会被空气中的O2氧化再脱水形成铁锈。二、金属的电化学防护1电化学保护法(1)牺牲阳极的阴极保护法利用原电池原理，被保护金属作正极，比被保护金属更活泼的金属作负极。此方法常用于保护海轮外壳及石油管道等。(2)外加电流的阴极
4、保护法利用电解原理，外加直流电源，被保护的钢铁设备作阴极，惰性电极作阳极。此方法主要用于防止土壤、海水及河水中的金属设备腐蚀。2其他保护法(1)加涂保护层：如采用在钢铁表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等方法，使金属与空气、水等物质隔离，防止金属被氧化腐蚀。(2)改变金属的组成或结构：如把铬、镍等金属加入普通钢里制成耐腐蚀的合金。3金属腐蚀原理的应用印刷电路的制作、电化学刻蚀、等离子刻蚀、防腐等。1家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑是如何形成的，其主要成分是什么？提示：铁锅中含有碳元素，在潮湿环境中生锈属于吸氧腐蚀。在腐蚀过程中，负极：2Fe4e=2Fe2，正极(C)：2H2OO
5、24e=4OH，总反应为2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2，Fe(OH)2极易被氧化，发生反应4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3。Fe(OH)3进一步脱去一部分水生成铁锈Fe2O3nH2O。2生活中金属的电化学腐蚀中析氢腐蚀与吸氧腐蚀哪个更普遍些？为什么？提示：吸氧腐蚀。金属活动性顺序表中氢以前的金属是在一些水膜酸性较强的情况下才发生析氢腐蚀的，氢以后的金属只能发生吸氧腐蚀，且生活中金属表面形成的水膜酸性一般较弱甚至呈中性，故以吸氧腐蚀为主。3想一想，连一连提示：(1)B(2)D(3)A(4)C一、金属的电化学腐蚀1化学腐蚀与电化学腐蚀的区别与联系金属腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀条件金
6、属与氧化剂直接接触不纯金属或合金与电解质溶液形成原电池现象无电流产生有电流产生本质金属被氧化不纯金属或合金中较活泼的金属被氧化实例铁与氯气直接反应而被腐蚀等钢铁的自然腐蚀等联系化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍、危害性更大、腐蚀速率更快2钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀的区别与联系析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强水膜的酸性很弱或呈中性负极反应Fe2e=Fe2正极材料钢铁中的碳正极反应2H2e=H2O22H2O4e=4OH总反应Fe2H=Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)2腐蚀速率一般较快一般较慢举例某些化工厂附近的酸性气氛中铁的腐蚀通常情况下铁在潮湿的空气中发生的腐蚀相互关
7、系实际中二者一般同时发生，但以吸氧腐蚀为主对点练习1我国某大城市今年夏季多次降下酸雨。据环保部门测定，该城市整个夏季酸雨的酸性较强。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不正确的是()A此腐蚀过程有化学腐蚀也有电化学腐蚀B发生电化学腐蚀时的正极反应为2H2OO24e=4OHC在化学腐蚀过程中有氢气产生D发生电化学腐蚀时的负极反应为Fe2e=Fe2答案B解析酸雨中H与铁制品中的Fe发生置换反应，属于化学腐蚀，铁制品中的Fe、C与酸雨构成原电池，形成电化学腐蚀，A正确；酸性较强环境中，发生电化学腐蚀的类型为析氢腐蚀，正极反应为2H2e=H2，B错误；化学腐蚀过程中，铁与H反应生成
8、H2，C正确；铁制品的电化学腐蚀中，负极均为Fe失电子，且只能直接生成Fe2，D正确。2下列关于铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀(如图所示)的说法中，不正确的是()A正极电极反应式为2H2e=H2B此过程中还涉及反应4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3C此过程中铜并不被腐蚀D此过程中电子从Fe移向Cu答案A解析铁铆钉发生吸氧腐蚀时，负极为铁，反应式为2Fe4e=2Fe2，正极为铜，反应式为2H2OO24e=4OH，A错误；总反应为2FeO22H2O=2Fe(OH)2，生成的Fe(OH)2继续被空气中的O2氧化成Fe(OH)3，反应式为4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，B正确；反
9、应中电子从负极Fe移向正极Cu，铜不被腐蚀，C、D正确。规律方法(1)析氢腐蚀和吸氧腐蚀都属于电化学腐蚀，都伴有微弱的电流，但由于这些微小的原电池的方向不一致，所以不能对外提供电流。(2)随着腐蚀的进行，水膜中的pH都会增大，析氢腐蚀也会慢慢转化成吸氧腐蚀。二、金属的电化学防护1金属的电化学保护法牺牲阳极的阴极保护法外加电流的阴极保护法依据原电池原理电解原理原理形成原电池时，被保护的金属作正极；更活泼的金属作负极参加反应被保护的金属与电源的负极相连，充当阴极；另一惰性材料与电源的正极相连，充当阳极应用保护一些钢铁设备，如锅炉内壁、船体外壳等装有镁合金或锌片保护土壤、海水及河水中的金属设备图示2
10、金属腐蚀快慢的判断方法(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：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，或者电解池阳极原电池负极化学腐蚀原电池正极电解池阴极。(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中弱电解质溶液中非电解质溶液中。(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀速率越快。注意铝、铁在浓硫酸、浓硝酸中的钝化。(5)纯度越高的金属，腐蚀的速率越慢。(6)不纯的金属或合金，在潮湿的空气中的腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。(不锈钢具有极强的抗腐蚀性)对点练习3
11、下列关于如图所示的实验装置的判断中错误的是()A若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀B若X为锌棒，开关K置于A或B处都可减缓铁的腐蚀C若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法D若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H2e=H2答案D解析若X为碳棒，开关K置于A处，铁作电解池的阴极，属外加电流的阴极保护法，A项正确；若X为碳棒，开关K置于B处，铁作原电池的负极，电极反应式为Fe2e=Fe2，D项不正确；若X为锌棒，开关K置于A处，铁作电解池的阴极，属外加电流的阴极保护法，若X为锌棒，开关K置于B处时，铁作原电池的正极，属牺牲阳极的阴极保护法，B、C项均正确。4铁在如
12、图所示的四种情况中腐蚀速率由快到慢的顺序判断正确的是()Aabcd BbadcCdcba Dbdac答案B解析根据题图可知，a、b、d装置为原电池，c装置为电解池。a装置中铁作负极，NaCl溶液中，铁发生吸氧腐蚀，促进铁腐蚀；b装置中铁作负极，H2SO4溶液中，铁发生析氢腐蚀，促进铁腐蚀且腐蚀速率较快；c装置中铁作电解池的阴极，铁被保护，腐蚀速率最慢；d装置中铁作正极，锌易失电子而使铁受到保护，降低了铁腐蚀的速率，故腐蚀速率由快到慢的顺序为badc，B正确。规律方法金属防护的基本思路主要有：防止金属与氧化剂直接接触；防止金属表面形成电解质溶液层；改变金属的内部组成或结构。本课归纳总结1下列关于
13、金属腐蚀的叙述正确的是()A金属在潮湿的空气中腐蚀，其实质是2M2nH2O=2M(OH)nnH2B金属发生化学腐蚀的实质是Mne=Mn，金属失去电子，被氧化C金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行D金属的电化学腐蚀必须在酸性条件下进行答案B解析在潮湿的空气中，金属发生的是吸氧腐蚀；金属腐蚀的本质都是金属被氧化；金属的化学腐蚀、电化学腐蚀在酸性、中性或碱性条件下都可能发生。2(双选)下列用作金属保护的方法和原理均正确的是()A将被保护的金属作原电池的正极是利用了原电池原理B将被保护的金属作电解池的阳极是利用了电解原理C将钢铁表面涂油、镀不活泼金属保护是利用了原电池原理D铝放入浓硝酸中，铁的发蓝、发黑
14、都是使金属表面生成一层致密的保护膜答案AD解析在B项中若作电解池的阳极，将会被腐蚀，B错误；在C项中采用的方法是在金属表面覆盖保护层，C错误。3对于钢铁的吸氧腐蚀而言，既需要有H2O的参加，又需要有O2的参加，故最易发生的条件为同时有两者的存在。不能认为某一个条件下铁会更容易腐蚀。铁生锈是一种常见的自然现象，其主要的化学反应方程式为4Fe3O2xH2O=2Fe2O3xH2O。一铁架放在水槽中，水位高度如图所示。最容易生锈的铁架横杆是()A B C D答案C解析处没有和水接触，腐蚀速率较慢；处与水接触，但处含O2较少，所以处腐蚀速率最快，C项正确。4下列各烧杯中均盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由
15、快到慢的顺序为()A BC D答案C解析中发生的是普通的化学腐蚀，腐蚀速率较小。装置是原电池，在中，铁作负极，中铁作正极，作负极的腐蚀速率快，并且两个电极金属活动性相差越大，负极金属腐蚀速率越快，正极被保护，所以。装置是电解池，中铁作阳极，中铁作阴极，阳极金属被腐蚀的速率快，阴极被保护，即，根据电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀普通的化学腐蚀应用原电池原理有保护措施的腐蚀应用电解原理有保护措施的腐蚀，因此C项正确。5钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的1/4。(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，写出该腐蚀过程中的电极反应式。负极：_；正极：_。(2)为了降低某水库的铁
16、闸门被腐蚀的速率，可以采用如图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用_(填字母)。A铜 B钠 C锌 D石墨这时作为正极的铁就能不被腐蚀而得到保护，此法称为_保护法。(3)图乙所示的方案也可降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的_极。在这个系统中使铁闸门被迫成为_极而受到保护，所以也称为_保护法。答案(1)Fe2e=Fe2O22H2O4e=4OH(2)C牺牲阳极的阴极(3)负阴外加电流的阴极解析(1)发生吸氧腐蚀时，负极上Fe失去电子，正极上O2得到电子。(2)铁闸门连接一块比铁活泼的金属如锌，可以使铁成为原电池的正极而得到保护，此方法称为牺牲阳极的阴极保护法。钠易与
17、水反应生成氢氧化钠，不能采用。(3)如果使用外加电流的阴极保护法进行保护，则需要将铁与电源的负极相连，使铁作阴极。A篇知识对点训练知识点一金属的电化学腐蚀1下列叙述不正确的是()A全球每年因金属腐蚀而造成很大的经济损失，还会造成危险B金属腐蚀中比较广泛的是钢铁的腐蚀C金属的化学腐蚀比电化学腐蚀更普遍D金属腐蚀的本质是Mne=Mn，因而被损耗答案C解析全球每年因金属腐蚀而造成很大的经济损失，并且给人类的生产生活带来危险，一定要加以防护，A正确；全球每年腐蚀的金属中，钢铁占了很大的比重，B正确；一般金属材料中不纯的金属或合金居多，易发生原电池反应，即发生电化学腐蚀，所以电化学腐蚀更普遍，C错误；金
18、属腐蚀的本质就是金属失电子被氧化为金属阳离子的过程，D正确。2如图所示装置中，小试管内为红墨水，带有支管的U形管中盛有pH4的雨水和生铁片。经观察，装置中有如下现象：开始时插在小试管中的导管内的液面下降，一段时间后导管内的液面回升，略高于小试管中的液面。以下有关解释合理的是()A生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应B雨水酸性较强，生铁片始终发生析氢腐蚀C导管内的液面回升时，正极反应式为O22H2O4e=4OHDU形管中溶液pH逐渐减小答案C解析生铁片中的碳是正极，A错误；生铁片先发生析氢腐蚀，后发生吸氧腐蚀，B错误；导管内的液面回升时，装置内压强减小，生铁片发生吸氧腐蚀，正极为O2得电子发
19、生还原反应，C正确；随着生铁片的腐蚀，U形管中溶液的pH逐渐变大，D错误。3为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是()A正极的电极反应式为O22H2O4e=4OHB将石墨电极改成镁电极，难以观察到铁锈生成C若向自来水中加入少量的氯化钠固体，可较快地看到铁锈D分别向铁、石墨电极附近吹入氧气，前者铁锈出现得快答案D解析铁是负极，失电子被氧化成Fe2，在正极氧气得电子发生还原反应生成OH，正极反应式为O22H2O4e=4OH，A项正确；将氧气吹向石墨电极时的腐蚀速率比吹向铁电极快，D项错误；向自来水中加入少量的氯化钠固体，可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率，C项
20、正确；若将石墨电极换成镁电极，负极为镁，铁被保护，难以看到铁生锈，B项正确。4如图所示，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NaCl的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动)。下列叙述正确的是()Aa中无现象，b中无现象Ba中铁钉发生还原反应，b中铁钉发生氧化反应Ca中铜丝附近变红，b中铁钉附近变红Da中铁钉发生吸氧腐蚀，b中铁钉发生析氢腐蚀答案C解析铁铜组成原电池，铁作负极；铁铝组成原电池，铁作正极。a中铁被氧化，正极(铜丝)氧气得电子发生还原反应，生成的氢氧根离子使酚酞变红；b中正极(铁钉)氧气得电子发生还原反应，生成的氢氧根离子使酚酞变红，铝失电子变为铝离
21、子，无气体产生。两种情况分别为铁、铝发生吸氧腐蚀。综上所述，C项正确。5如图所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：(1)铁钉逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于 _(填“化学”或“电化学”)腐蚀。(2)若试管内液面下降，则原溶液呈_性，发生_腐蚀，电极反应：负极_，正极_。(3)若试管内液面上升，则原溶液呈_性，发生_腐蚀，电极反应：负极_，正极_。(4)若甲为水，乙为海水，则铁钉在_(填“甲”或“乙”)中的腐蚀速率快。答案(1)电化学(2)酸析氢Fe2e=Fe22H2e=H2(3)碱性、中性或弱酸吸氧Fe2e=Fe2O22H2O4e=4OH(4)乙解析铁钉是铁合金，主要是由铁和碳组成，外加电解质
22、溶液，可构成原电池，此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。依据腐蚀的条件、原理及结果可知，试管内液面下降，说明试管内压强增大，生成气体，是发生析氢腐蚀的结果，据此写出电极反应；试管内液面上升，说明试管内压强减小，气体被吸收，是发生吸氧腐蚀的结果，据此写出电极反应。对于同一金属来说，在强电解质溶液中腐蚀的速率比在弱电解质溶液中腐蚀的速率快。知识点二金属的电化学防护6金属腐蚀在生活和生产中相当普遍。下列措施能防止金属腐蚀的是()A将铜铝导线焊接在一起使用B将输送自来水的铁管表面镀锌C经常用自来水冲洗生铁制品D将输油铸铁管道埋在潮湿、疏松的土壤中答案B解析日常生活中的金属腐蚀一般是电化学腐蚀。A可形成铜铝原
23、电池；C中生铁和自来水可形成原电池；D中提供了水、氧气，完全可形成腐蚀的条件；只有B项是通过牺牲阳极的阴极保护法来防止金属腐蚀。7下列事实与电化学防护相关的是()A用FeCl3刻蚀印刷线路B铝片不需用特殊方法保存C钢铁表面经发蓝处理D海轮上一般会在吃水线下镶嵌一定量的锌块答案D解析A项涉及的反应为2Fe3Cu=2Fe2Cu2，属于化学腐蚀；B项中的铝因在空气中生成致密的氧化膜，阻止了反应的进一步进行而起到防腐作用，与电化学防护无关；C项也是利用强氧化剂使铁表面生成致密的氧化膜而阻止反应的进一步进行，与电化学防护无关；D项属于牺牲阳极的阴极保护法(电化学保护)。8相同材质的铁在图中的四种情况下最
24、不易被腐蚀的是()答案C解析A项食醋是电解质溶液，铁勺和铜盆是相互接触的两个电极，形成原电池，铁是活泼金属作负极；B项食盐水是电解质溶液，铁炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合构成原电池的条件，铁、碳分别作负极和正极；D项酸雨为电解质溶液，铁铆钉和铜板分别作负极、正极，形成原电池；上述三种情况中，铁均作负极，容易被腐蚀。C项铜镀层将铁球均匀覆盖，使铁被保护，铁不易被腐蚀。9下列表面上镀有金属保护层的铁板，当镀层损坏使铁板裸露后，在相同条件下最耐腐蚀的是()A镀锌铁板(白铁) B镀锡铁板(马口铁)C镀银铁板 D镀铜铁板答案A解析A中，活泼性ZnFe，Zn为负极，Fe为正极，铁板被保护，B、C、D中，锡、
25、银、铜的活泼性均弱于铁，当镀层损坏后都是Fe作负极，加快了铁板腐蚀速度。10钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一。(1)如图所示的方案可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接直流电源的_极。(2)在长期的生产实践中，人类已找到一些理想的措施来预防各种金属器件的腐蚀。例如：农机具采用_，地下输油管道采用_，远洋巨轮船体采用_，大型水库的钢铁闸门采用_等。答案(1)负(2)涂矿物油接直流电源的负极在船体底部镶嵌锌块接直流电源的负极(其他合理答案也可)解析(1)该装置属于外加电流的阴极保护法，需把被保护的铁闸门连接在直流电源的负极上。(2)在农机具上涂矿物油，
26、主要是隔绝空气，覆盖保护层；地下输油管道和大型水库的钢铁闸门接直流电源的负极，即外加电流的阴极保护法；在远洋巨轮船体的底部镶嵌锌块，浸在海水里，形成原电池，锌作负极，更易被腐蚀，从而保护铁，即牺牲阳极的阴极保护法。B篇综合提升训练11下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是()A钢管与电源正极连接，钢管被保护B铁遇冷的浓硝酸表面钝化，可保护内部金属不被腐蚀C钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀D钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe3e=Fe3答案B解析钢管与电源正极相连，则钢管作阳极，发生氧化反应而被腐蚀；铁遇冷的浓硝酸表面钝化，在表面生成一层致密的氧化膜保护内部金属不被继续腐蚀；钢管与铜管露
27、天堆放在一起，形成原电池，铁作负极，发生氧化反应而被腐蚀；钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应为Fe2e=Fe2。12由图分析，下列叙述正确的是()A和中正极均被保护B和中Cl均向Fe电极移动C和中负极反应均是Fe2e=Fe2D和中正极反应均是O24e2H2O=4OH答案A解析两个原电池中正极金属Fe(中)、Cu(中)不参与反应，因此不会被腐蚀，A项正确。中锌作负极，则氯离子向锌电极移动，中铁作负极，则氯离子向铁电极移动，B项错误。中负极反应式为Zn2e=Zn2，C项错误。中正极反应式为2H2e=H2，D项错误。13用压强传感器探究生铁在pH2和pH4的醋酸溶液中发生腐蚀的装置以及得到的图像如下所示。
28、下列结论错误的是()A溶液pH2时，生铁发生析氢腐蚀B在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀C该条件下，析氢腐蚀和吸氧腐蚀的速率一样快D两溶液中负极反应均为Fe2e=Fe2答案C解析由图a可知，溶液pH2时，压强随着反应的进行而逐渐增大，说明装置中发生的是析氢腐蚀，故可推知，当溶液pH2时，生铁发生析氢腐蚀，A项正确；由图b可知，溶液pH4时，压强随着反应的进行而逐渐减小，说明装置中发生的是吸氧腐蚀，pH4的醋酸溶液呈酸性，所以在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀，B项正确；根据压强与时间关系图可知，在pH2的溶液和pH4的溶液中，压强变化相同时所用的时间不同，图a中比图b中所用时间长，说明该条件下，吸氧腐蚀的速率大于析氢腐蚀的速率，C项错误；两个溶液中都发生电化学腐
