2019高中化學第四章第四節(jié)金屬的電化學腐蝕與防護教案新人教版必修4.docx

金屬的電化學腐蝕與防護1.了解金屬腐蝕及其危害。2能理解金屬電化學腐蝕的原因，能正確書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應式和總反應式。3了解金屬防護方法，特別是金屬的電化學防護。1金屬的電化學腐蝕(1)金屬腐蝕：金屬與周圍的氣體或液體物質發(fā)生氧化還原反應而引起損耗的現(xiàn)象。(2)化學腐蝕：金屬與接觸到的干燥氣體(如O2、Cl2、SO2等)或非電解質液體(如石油)等直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。 (3)金屬的電化學腐蝕定義：不純的金屬與電解質溶液接觸時，會發(fā)生原電池反應，比較活潑的金屬失去電子而被氧化。如鋼鐵在潮濕的空氣中生銹。類型a析氫腐蝕(酸性較強的溶液)負極：Fe2e=Fe2，正極：2H2e=H2，總方程式：Fe2H=Fe2H2。b吸氧腐蝕(堿性、中性或弱酸性溶液)負極：Fe2e=Fe2，正極：O24e2H2O=4OH，總方程式：2FeO22H2O=2Fe(OH)2。Fe(OH)2繼續(xù)與空氣中的氧氣作用：4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3。鐵銹的主要成分是 Fe2O3xH2O，不能(填“能”或“不能”)阻止鋼鐵繼續(xù)被腐蝕。2金屬的電化學防護(1)犧牲陽極陰極保護法在被保護的鋼鐵設備上裝上比鐵活潑的鎂合金或鋅塊，它們作為原電池的負極(或陽極)鋼鐵設備作為正極(或陰極)被保護下來。(2)外加電流的陰極保護法將被保護的鋼鐵設備作為陰極，用惰性電極作輔助陽極，在外加直流電源的作用下使陰極得到保護。 新知探究鋼鐵吸氧腐蝕和析氫腐蝕的比較分類析氫腐蝕吸氧腐蝕形成條件水膜酸性較強水膜酸性極弱或呈中性電極反應負極Fe2e=Fe22Fe4e=2Fe2正極2H2e=H22H2OO24e=4OH總反應Fe2H=Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)2，4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3腐蝕速度一般較快一般較慢相互關系析氫腐蝕和吸氧腐蝕同時發(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 名師點撥金屬腐蝕快慢的判斷方法(1)在同一電解質溶液中：電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學腐蝕有防護措施的腐蝕。(2)同一種金屬在不同介質中腐蝕由快到慢的順序：強電解質溶液下的腐蝕弱電解質溶液下的腐蝕非電解質溶液下的腐蝕。(3)無保護措施的金屬腐蝕有一定保護措施的金屬腐蝕犧牲陽極的陰極金屬的腐蝕有外接電源的陰極金屬腐蝕。(4)對同一種電解質溶液來說，電解質溶液濃度越大，腐蝕越快。對點演練1如圖所示的各容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕時由快到慢的順序是()A BC D解析鐵在海水中的腐蝕屬于電化學腐蝕，當鐵與比它活潑性差的Sn相連時，F(xiàn)e被腐蝕的速率增大(比大)，與活潑性比其強的鋅相連時，鋅作負極，被腐蝕，鐵被保護，其腐蝕的速率要比??；為電解裝置，F(xiàn)e為陽極，發(fā)生氧化反應，鐵腐蝕的速率最快。答案A【規(guī)律總結】金屬腐蝕由快到慢的順序：電解池的陽極原電池的負極一般化學腐蝕原電池的正極電解池的陰極。新知探究1金屬的防護2金屬的電化學防護(1)犧牲陽極的陰極保護法：應用原電池原理，讓被保護金屬作正極，另找一種活潑性較強的金屬作負極。(2)外加電流的陰極保護法：利用電解原理，把被保護的鋼鐵設備作為陰極，用惰性電極作為輔助陽極，在電解質溶液里，接外加直流電源。3犧牲陽極的陰極保護法的實驗探究(1)實驗步驟：按如圖所示連接好裝置；往Fe電極區(qū)滴入2滴黃色K3Fe(CN)6(鐵氰化鉀)溶液，觀察實驗現(xiàn)象。已知Fe2與 Fe(CN)63反應生成帶有特征藍色的鐵氰化亞鐵沉淀：3Fe22Fe(CN)63=Fe3Fe(CN)62。(2)實驗現(xiàn)象：可以看到電壓表指針發(fā)生偏轉，F(xiàn)e電極上有氣泡產(chǎn)生，往Fe電極附近滴入K3Fe(CN)6 溶液，沒有藍色沉淀生成。(3)實驗結論：實質上是Zn、Fe、NaCl溶液(酸化)構成原電池，發(fā)生下列電極反應：負極：Zn2e=Zn2，正極：2H2e=H2。往Fe電極附近滴加K3Fe(CN)6溶液不變藍色，說明溶液中不含 Fe2，證明Fe未被腐蝕(即犧牲陽極金屬保護陰極金屬)。名師點撥金屬被保護的效果金屬作電解池的陰極(外加電流的陰極保護法)金屬作原電池的正極(犧牲陽極的陰極保護法)一般防護措施無保護措施。對點演練2下列有關金屬的保護方法的說法中正確的是()A常使用的快餐杯表面有一層搪瓷，搪瓷層破損后仍能起到防止鐵生銹的作用B白鐵(鍍鋅鐵)鍍層破損后，鐵皮的腐蝕速率很慢C輪船的船殼水線以下常裝有一些鋅塊，這是利用了犧牲陰極的陽極保護法D鋼鐵制造的暖氣管道外常涂有一些瀝青，這是鋼鐵的電化學保護法解析A項中涂層破損后，鐵直接暴露在空氣中，因而搪瓷層不能對破損部分進行保護，錯誤；B項中鍍層破損后由于鋅的金屬性比鐵強，和鐵構成原電池，鋅作負極，保護鐵不被腐蝕，正確；C項應是犧牲陽極的陰極保護法，錯誤；D項中應是用瀝青作涂層的涂層保護法，錯誤。答案B1下列關于鋼鐵銹蝕的敘述中，錯誤的是()A酸雨能使鋼鐵更容易發(fā)生電化學腐蝕B鋼鐵在潮濕的地窖中較易發(fā)生析氫腐蝕C鐵銹的主要成分是Fe2O3nH2OD鋼鐵銹蝕時，鐵原子失去電子成為Fe3，而后生成Fe(OH)3，再部分脫水成為氧化鐵的水合物解析：選D地窖中CO2含量較高，B項正確；鋼鐵在銹蝕時，鐵原子失電子生成Fe2，D項錯誤。2如下圖所示，各容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕時，由快到慢的順序是()A4213B2134C4231 D3241解析：選A金屬的腐蝕，從本質上講也是組成化學電池發(fā)生氧化還原反應的結果。在原電池中，活潑金屬為負極，該金屬被氧化，不活潑金屬便被保護起來，其被腐蝕的速度大大減小，所以裝置3中的鐵被腐蝕的速率比1中的慢；反之，當鐵與比它不活潑的金屬，如Sn、Cu等連接起來，則被腐蝕的速度增大，所以在容器2中的鐵比容器1中的鐵腐蝕得快。容器4是一個電解池，在這里Fe是陽極，不斷地以Fe2的形式進入容器中，從而加速了鐵的腐蝕，在上述四種容器中，容器4中的鐵的腐蝕過程是最快的。綜上分析，鐵被腐蝕的快慢順序為4213。3下列防止金屬腐蝕的做法不可行的是()A在某些工具的機械轉動部位刷油漆以防生銹B衣架和電線外面包上一層塑料層以防生銹C在鋼材制造的大型船舶上裝上一定數(shù)量的鋅塊D自行車的鋼圈和車鈴上鍍上一層鉻，既耐腐蝕又美觀耐磨解析：選A在某些工具的機械轉動部位刷油漆，能隔絕空氣和水，但轉動部位的漆易脫落，應該涂油，故A錯誤；衣架和電線外面包上一層塑料層，能隔絕空氣和水，所以能防生銹，故B正確；在鋼材制造的大型船舶上裝上一定數(shù)量的鋅塊，F(xiàn)e、Zn和海水構成原電池，Zn易失電子，作負極，F(xiàn)e作正極，所以 Fe被保護，故C正確；自行車的鋼圈和車鈴上鍍上一層鉻，能隔絕空氣和水，且鉻不易發(fā)生腐蝕，所以能防止鐵生銹，故D正確。4鋼鐵生銹過程發(fā)生如下反應：2FeO22H2O=2Fe(OH)2；4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3；2Fe(OH)3=Fe2O33H2O。下列說法正確的是()A反應、中電子轉移數(shù)目相等B反應中氧化劑是氧氣和水C與銅質水龍頭連接處的鋼質水管不易發(fā)生腐蝕D鋼鐵在潮濕的空氣中不能發(fā)生電化學腐蝕解析：選A反應中消耗O2的量相等，兩個反應也僅有O2作為氧化劑，故轉移電子數(shù)是相等的，A項正確，B項錯誤；銅和鋼構成原電池，鋼質水管腐蝕速度加快，C項錯誤；鋼鐵是鐵和碳的混合物，在潮濕的空氣中易發(fā)生吸氧腐蝕，屬于電化學腐蝕，D項錯誤。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。(1)鋼鐵腐蝕主要是吸氧腐蝕，該腐蝕過程中的電極反應式為_。(2)為了降低某水庫的鐵閘門被腐蝕的速率，可以采用如圖甲所示的方案，其中焊接在鐵閘門上的固體材料R可以采用_。A銅 B鈉C鋅 D石墨(3)如圖乙方案也可以降低鐵閘門的腐蝕速率，其中鐵閘門應該連接在直流電源的_極上。解析：(1)發(fā)生吸氧腐蝕時，負極上鐵失電子，正極上O2得電子；(2)鐵閘門上連接一塊比鐵活潑的金屬，如鋅，可使鋅失電子而保護鐵；(3)屬于外加電流的陰極保護法。答案：(1)負極：2Fe4e=2Fe2，正極：O22H2O4e=4OH(2)C(3)負一、選擇題1下列金屬防腐的措施中，使用外加電流的陰極保護法的是()A水中的鋼閘門連接電源的負極B金屬護欄表面涂漆C汽車底盤噴涂高分子膜D地下鋼管連接鎂塊解析：選A水中的鋼閘門連接電源的負極，鋼閘門為陰極，從而得以保護，A項正確；金屬護欄表面涂漆的原理是隔絕金屬護欄與空氣接觸，從而減緩金屬護欄的腐蝕，B項錯誤；汽車底盤噴涂高分子膜的原理也是隔絕與空氣的接觸，C項錯誤；地下鋼管連接鎂塊形成了原電池，屬于犧牲陽極的陰極保護法，D項錯誤。2如圖表示的是鋼鐵在海水中的銹蝕過程，以下有關說法正確的是()A該金屬腐蝕過程為析氫腐蝕B正極為C，發(fā)生的反應為氧化反應C在酸性條件下發(fā)生的是吸氧腐蝕D正極反應式為O22H2O4e=4OH解析：選D鋼鐵中含有鐵和碳，在潮濕的環(huán)境中構成原電池，鐵作負極，碳作正極。從圖中看出，海水中的氧氣減少，所以發(fā)生了吸氧腐蝕，故A錯誤；碳作正極，發(fā)生的反應為還原反應，故B錯誤；在酸性環(huán)境下，原電池的正極發(fā)生H得電子的還原反應，析出氫氣，即在酸性條件下發(fā)生的是析氫腐蝕，故C錯誤；吸氧腐蝕時，氧氣在正極發(fā)生得電子的還原反應：O22H2O4e=4OH，故D正確。3雙選為保護地下鋼管不受腐蝕，可采取的措施是()A與石墨棒相連B與直流電源負極相連C與直流電源正極相連D與鋅板相連解析：選BD防止金屬腐蝕的電化學保護法中，一是犧牲陽極的陰極保護法，二是外加電源的陰極保護法，B是外加電源的陰極保護法，D是犧牲陽極的陰極保護法。4我國某大城市今年夏季多次降下酸雨。據(jù)環(huán)保部門測定，該城市整個夏季酸雨的pH平均值為3.2。在這種環(huán)境中的鐵制品極易被腐蝕。對此條件下鐵的腐蝕的敘述不正確的是()A此腐蝕過程有化學腐蝕也有電化學腐蝕B發(fā)生電化學腐蝕時，正極反應式為2H2OO24e=4OHC在電化學腐蝕過程中有氫氣產(chǎn)生D發(fā)生電化學腐蝕時，負極反應式為Fe2e=Fe2解析：選B金屬鐵的腐蝕中，金屬鐵可以和溶液中的H直接發(fā)生化學腐蝕，鐵制品中含有鐵和碳，再加之電解質環(huán)境，具備了原電池的構成條件，也會發(fā)生電化學腐蝕，故A正確；發(fā)生電化學腐蝕時，碳作正極，溶液中的H得電子生成氫氣，正極反應式為2H2e=H2，故B錯誤，C正確；發(fā)生電化學腐蝕時，鐵作負極，電極反應式為Fe2e=Fe2，故D正確。5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(離子在瓊膠內可以移動)，下列敘述正確的是()Aa中鐵釘附近呈現(xiàn)紅色Bb中鐵釘上發(fā)生還原反應Ca中銅絲上發(fā)生氧化反應Db中鋁條附近有氣泡產(chǎn)生解析：選Ba、b均構成原電池，a中Fe為負極，銅絲為正極發(fā)生O22H2O4e=4OH，故a中銅絲處變紅，b中Al為負極，F(xiàn)e為正極，附近有OH生成，故B項正確。6.為探究鋼鐵的吸氧腐蝕原理設計了如圖所示的裝置，下列有關說法中錯誤的是()A正極的電極反應方程式為O22H2O4e=4OHB將石墨電極改成Mg電極，難以觀察到鐵銹生成C若向自來水中加入少量NaCl(s)，可較快地看到鐵銹D分別向鐵、石墨電極附近吹入O2，前者鐵銹出現(xiàn)得快解析：選D鐵是負極，失電子被氧化成Fe2，在正極氧氣得電子發(fā)生還原反應生成OH，反應式為O22H2O4e=4OH，A項正確；但若將石墨電極換成Mg電極，則負極為Mg，F(xiàn)e被保護，難以看到鐵生銹，B項正確；向自來水中加入NaCl(s)，可使電解質溶液的導電能力增強，加快腐蝕速率，C項正確；將氧氣吹向石墨電極的腐蝕速率比吹向鐵電極快，D項錯誤。7.如圖是金屬犧牲陽極的陰極保護法的實驗裝置，有關說法正確的是()A該裝置為電解池B本實驗犧牲了金屬Fe來保護金屬ZnC若加入K3Fe(CN)6溶液后，F(xiàn)e電極附近不會產(chǎn)生特征的藍色沉淀D遠洋貨輪上鑲嵌的金屬Zn長時間沒有什么變化，不需要更換解析：選C根據(jù)圖示，裝置中沒有電源，屬于原電池，故A錯誤；鋅的活潑性比鐵強，鋅作負極，被腐蝕，本實驗犧牲了金屬Zn來保護金屬Fe，故B錯誤；鋅的活潑性比鐵強，鋅作負極，鐵沒有被腐蝕，加入K3Fe(CN)6溶液后，F(xiàn)e電極附近不會產(chǎn)生特征的藍色沉淀，故C正確；遠洋貨輪上鑲嵌的金屬Zn會被腐蝕，需要定期更換，故D錯誤。8.銅板上的鐵鉚釘處的吸氧腐蝕原理如圖所示，下列有關說法不正確的是()A正極的電極反應為2H2e=H2B此過程中還涉及的反應：4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3C此過程中銅并不被腐蝕D此過程中電子從Fe流向Cu解析：選A吸氧腐蝕的電極反應：負極：2Fe4e=2Fe2，正極：O22H2O4e=4OH，溶液中發(fā)生反應：Fe22OH=Fe(OH)2，F(xiàn)e(OH)2繼續(xù)被氧化：4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3，F(xiàn)e(OH)3脫去一部分水形成鐵銹。9為研究金屬腐蝕的條件和速率，某課外小組學生用金屬絲將三根大小相同的鐵釘分別固定在圖示的三個裝置中，再放置于玻璃鐘罩里保存一星期，下列對實驗結束時現(xiàn)象描述不正確的是()A裝置左側的液面一定會上升B左側液面裝置比裝置的低C裝置中的鐵釘腐蝕最嚴重D裝置中的鐵釘幾乎沒被腐蝕解析：選B裝置中潮濕的水蒸氣為中性，鐵釘發(fā)生吸氧腐蝕，左側的液面一定會上升；裝置中潮濕的水蒸氣為酸性，鐵釘發(fā)生析氫腐蝕，左側的液面下降，故左側液面裝置比裝置的高；裝置中銅與鐵構成原電池，腐蝕最為嚴重；裝置中鐵釘處于干燥環(huán)境，幾乎沒被腐蝕。10下列與金屬腐蝕有關的說法正確的是()A圖a中，插入海水中的鐵棒，越靠近底端腐蝕越嚴重B圖b中，開關由M改置于N時，CuZn合金的腐蝕速率減小C圖c中，接通開關時Zn腐蝕速率增大，Zn上放出氣體的速率也增大D圖d中，ZnMnO2干電池自放電腐蝕主要是由MnO2的氧化作用引起的解析：選B圖a中，鐵棒發(fā)生電化學腐蝕，靠近底端的部分與氧氣接觸少，腐蝕程度較輕，A項錯誤；圖b中開關由M置于N，CuZn作正極，腐蝕速率減小，B項正確；圖c中接通開關時Zn作負極，腐蝕速率增大，但氫氣在Pt上放出，C項錯誤；圖d中干電池放電時MnO2發(fā)生還原反應，體現(xiàn)還原性，D項錯誤。二、非選擇題11如圖所示，水槽中的試管內有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察。(1)鐵釘逐漸生銹，鐵釘?shù)母g屬于_腐蝕(填“化學”或“電化學”)。(2)若試管內液面上升，則原溶液呈_，發(fā)生_腐蝕(填“析氫”或“吸氧”)，電極反應：負極為_，正極為_。(3)若試管內液面下降，則原溶液呈_，發(fā)生_腐蝕(填“析氫”或“吸氧”)，電極反應：負極為_，正極為_。(4)若溶液甲為水，溶液乙為海水，則鐵釘在_(填“甲”或“乙”)溶液中腐蝕的速率快。解析：鐵釘是鐵合金，主要由鐵和碳組成，外加電解質溶液，可構成原電池，此時發(fā)生的腐蝕屬于電化學腐蝕。依據(jù)腐蝕的條件、原理及結果可知：試管內液面上升，說明試管內壓強減小，氣體被吸收，是發(fā)生吸氧腐蝕的結果，據(jù)此寫出電極反應；試管內液面下降，說明試管內壓強增大，生成氣體，是發(fā)生析氫腐蝕的結果，據(jù)此寫出電極反應。對于同一金屬來說，在強電解質溶液中腐蝕的速率大于在弱電解質溶液中腐蝕的速率。答案：(1)電化學(2)堿性、弱酸性或中性吸氧 2Fe4e=2Fe2O22H2O4e=4OH(3)較強的酸性析氫Fe2e=Fe22H2e=H2(4)乙12如何防止鐵的銹蝕是工業(yè)上研究的重點內容。為研究鐵銹蝕的影響因素，某同學做了如下探究實驗：序號內容實驗現(xiàn)象1常溫下將鐵絲放在干燥的空氣中一個月干燥的鐵絲表面依然光亮2常溫下將鐵絲放在潮濕的空氣中一小時鐵絲表面依然光亮3常溫下將鐵絲放在潮濕的空氣中一個月鐵絲表面已變得灰暗4將潮濕的鐵絲放在常溫下的氧氣流中一小時鐵絲表面略顯灰暗5將潮濕的鐵絲放在高于常溫的氧氣流中一小時鐵絲表面已變得灰暗6將浸過氯化鈉溶液的鐵絲放在高于常溫的氧氣流中一小時鐵絲表面灰暗程度比實驗5嚴重請回答以下問題：(1)上述實驗中發(fā)生了電化學腐蝕的是_(填序號)；在電化學腐蝕中，負極反應是_，正極反應是_。(2)由該實驗可知，可以影響鐵銹蝕速率的因素是_。(3)為防止鐵的銹蝕，工業(yè)上普遍采用的方法是_(答兩種方法)。解析：(1)只要鐵絲表面變暗則發(fā)生了腐蝕，由實驗現(xiàn)象(鐵絲表面變灰暗)得出發(fā)生了電化學腐蝕的實驗為3、4、5、6。(2)實驗內容中進行對比的濕度、溫度、O2的濃度(氧氣流與空氣)、電解質溶液(NaCl溶液)等條件就是影響鐵銹蝕速率的因素。(3)從改變物質的內部結構方面及覆蓋保護層、原電池原理等方面進行思考。答案：(1)3、4、5、6Fe2e=Fe2(或2Fe4e=2Fe2)2H2OO24e=4OH(2)濕度、溫度、O2的濃度、電解質的存在(3)電鍍、發(fā)藍、噴油漆、噴鍍等表面覆蓋保護層，犧牲陽極的陰極保護法等(其他答案合理即可)能力提升13某探究小組用鐵釘被腐蝕的快慢實驗來研究防止鋼鐵腐蝕的方法。所用試劑有：材質相同的無銹鐵釘數(shù)個，食鹽水、碳酸水、植物油各多量，實驗溫度為298 K、308 K，每次實驗取用鐵釘?shù)臄?shù)量相同。液體體積相同且足量，用大小相同的試管實驗。(1)請完成以下實驗設計表，并在實驗目的一欄中填出對應的實驗編號：實驗編號T/K試管內取用液體實驗目的298食鹽水( )實驗和探究不同電解質溶液對鐵釘腐蝕快慢的影響()實驗和_探究溫度對鐵釘腐蝕快慢的影響()實驗和_探究鐵釘是否接觸電解質溶液對鐵釘腐蝕快慢的影響 (2)請根據(jù)上述實驗，判斷下列有關鋼鐵制品防腐的說法正確的是_(填字母)。A在鐵門、鐵窗表面涂上油漆B自行車各部件因有防護涂層或電鍍等防腐措施，所以不需要停放在能遮雨的地方C家用鐵制廚具每次用完后應擦干放置在干燥處D把擋水鐵閘門與直流電源的正極連接且構成回路，可減少鐵閘門的腐蝕速率解析：(1)實驗探究不同電解質對鐵釘腐蝕快慢的影響，因此保證溫度不變(仍為298 K)，改變電解質(選用碳酸水)。實驗探究溫度對鐵釘腐蝕快慢的影響，因此保證電解質不變(仍為食鹽水)，改變溫度(選308 K)。實驗探究鐵釘是否接觸電解質溶液對鐵釘腐蝕快慢的影響。因此保證溫