課時(shí)精講26 金屬的腐蝕與防護(hù)（精講）-2022-2023學(xué)年高二化學(xué)精講精練（人教選擇性必修1）

第四章化學(xué)反應(yīng)與電能第三節(jié)金屬的腐蝕與防護(hù)課時(shí)精講26金屬的腐蝕與防護(hù)【目標(biāo)導(dǎo)航】1．通過實(shí)驗(yàn)探究了解金屬腐蝕的種類，知道金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因，培養(yǎng)動(dòng)手操作能力和根據(jù)所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。2．通過了解金屬發(fā)生腐蝕的原因及現(xiàn)代的防腐措施，認(rèn)識(shí)金屬腐蝕的危害，知道防止金屬腐蝕的方法，感受化學(xué)對(duì)人類生產(chǎn)和生活的影響?！局R(shí)導(dǎo)圖】一、金屬的腐蝕1．金屬的腐蝕金屬的腐蝕是指金屬或合金與周圍的氣體或液體物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。2．根據(jù)與金屬接觸的氣體或液體不同，金屬腐蝕分類：類型化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件金屬與其表面接觸的一些物質(zhì)(如O2、Cl2、SO2等)包括非電解質(zhì)液體(如石油)直接反應(yīng)而引起的腐蝕不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng)區(qū)別有無電流無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生腐蝕物質(zhì)金屬直接被腐蝕較活潑金屬被腐蝕共同點(diǎn)都是金屬原子失去電子而被氧化：M－ne－=Mn＋二、電化學(xué)腐蝕1．鋼鐵的電化學(xué)腐蝕類別項(xiàng)目析氫腐蝕吸氧腐蝕腐蝕原理鋼鐵的析氫腐蝕示意圖鋼鐵的吸氧腐蝕示意圖條件水膜酸性較強(qiáng)水膜酸性很弱或呈中性電池反應(yīng)負(fù)極Fe－2e－Fe2＋正極2H＋＋2e－H2↑O2＋4e－＋2H2O4OH－總反應(yīng)Fe＋2H＋Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O2Fe(OH)22．Fe(OH)2最終生成鐵銹(主要成分為Fe2O3·xH2O)：(1)Fe(OH)2→Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3；(2)Fe(OH)3→Fe2O3·xH2O：2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O。3．鐵釘?shù)奈醺g實(shí)驗(yàn)。(1)將經(jīng)過酸洗除銹的鐵釘用飽和食鹽水浸泡一下，放入如圖具支試管中。幾分鐘后，觀察導(dǎo)管中水柱的變化，解釋引起這種變化的原因。實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)解釋導(dǎo)管中液面上升，鐵釘表面有鐵銹生成裝置中鐵、碳和飽和食鹽水構(gòu)成原電池，鐵釘發(fā)生吸氧腐蝕(2)取兩支試管，分別放入兩顆鋅粒和等體積、等濃度的稀鹽酸，觀察現(xiàn)象。然后，向其中一支試管中滴加1—2滴硫酸銅落液，再觀察現(xiàn)象。解釋產(chǎn)生不同現(xiàn)象的原因。實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)解釋①試管中產(chǎn)生氣泡的速率快Zn與CuSO4反應(yīng)生成Cu，Zn、Cu和稀鹽酸構(gòu)成原電池，形成電化學(xué)腐蝕，速率更快三、金屬的防護(hù)1．改變金屬材料的組成在金屬中添加其他金屬或非金屬制成性能優(yōu)異的合金。如普通鋼加入鎳、鉻制成不銹鋼，鈦合金不僅具有優(yōu)異的抗腐蝕性能且具有良好的生物相容性。2．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，將金屬制品與周圍物質(zhì)隔開是一種普遍采用的防護(hù)方法。如，在鋼鐵制品表面噴油漆、涂礦物性油脂、覆蓋搪瓷等；電鍍鋅、錫、鉻、鎳等，利用化學(xué)方法、離子注入法、表面滲鍍等方式在金屬表面形成穩(wěn)定的鈍化膜。3．電化學(xué)保護(hù)法金屬在發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，總是作為原電池負(fù)極(陽(yáng)極)的金屬被腐蝕，作為正極(陰極)的金屬不被腐蝕，如果能使被保護(hù)的金屬成為陰極，就不易被腐蝕。(1)犧牲陽(yáng)極法原理：原電池原理要求：被保護(hù)的金屬作正極，活潑性更強(qiáng)的金屬作負(fù)極。應(yīng)用：鍋爐內(nèi)壁、船舶外殼、鋼鐵閘門安裝鎂合金或鋅塊4．實(shí)驗(yàn)探究(1)犧牲陽(yáng)極法的實(shí)驗(yàn)探究連接如圖裝置，過一段時(shí)間，用膠頭滴管從Fe電極區(qū)域取少量溶液于試管中，再向試管中滴入2滴K3[Fe(CN)6]溶液實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象電極反應(yīng)電流表指針偏轉(zhuǎn)Fe電極有氣泡產(chǎn)生；試管中溶液未生成藍(lán)色沉淀。2H＋＋2e－H2↑Zn電極鋅棒溶解變細(xì)Zn－2eˉ==Zn2+實(shí)驗(yàn)結(jié)論溶液中不含F(xiàn)e2＋，鐵作正極未被腐蝕(2)兩個(gè)培養(yǎng)皿a、b中均放入含有NaCl的瓊脂，并注入5～6滴酚酞和K3[Fe(CN)6]溶液。實(shí)驗(yàn)裝置裹有鋅皮的鐵釘纏有銅絲的鐵釘現(xiàn)象紅色鐵釘周圍變紅銅絲周圍變紅藍(lán)色沉淀未見藍(lán)色沉淀鐵釘周圍生成藍(lán)色沉淀電極反應(yīng)Zn－2eˉ==Zn2+O2+4eˉ+2H2O==4OHˉFe－2eˉ==Fe2+O2+4eˉ+2H2O==4OHˉ結(jié)論Zn被腐蝕，F(xiàn)e被保護(hù)。Fe被腐蝕，Cu被保護(hù)。【小試牛刀】判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)金屬的化學(xué)腐蝕的實(shí)質(zhì)是：M－ne－Mn＋，電子直接轉(zhuǎn)移給氧化劑()(2)鐵的電化學(xué)腐蝕負(fù)極反應(yīng)為Fe－3e－Fe3＋()(3)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物()(4)銅既可以發(fā)生析氫腐蝕也可以發(fā)生吸氧腐蝕()(5)每生成1mol鐵銹(Fe2O3·xH2O)，理論上消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的O233.6L()(6)若在海輪外殼上附著一些銅塊，則可以減緩海輪外殼的腐蝕()(7)鍍鋅鐵和鍍錫鐵在保護(hù)層破損后，就失去了對(duì)金屬的保護(hù)作用()(8)外加電流法是把被保護(hù)的鋼閘門作為陽(yáng)極，把惰性電極作為輔助陰極()【答案】(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√(6)×(7)×(8)×考點(diǎn)一金屬的電化學(xué)腐蝕【例1】如圖所示的鋼鐵腐蝕中，下列說法正確的是()A．碳表面發(fā)生氧化反應(yīng)B．鋼鐵被腐蝕的最終產(chǎn)物為FeOC．生活中鋼鐵制品的腐蝕以圖①所示為主D．圖②中，正極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O=4OH-【答案】D【解析】結(jié)合圖示可知①為析氫腐蝕，②吸氧腐蝕，兩種腐蝕中Fe均作負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，碳均作正極發(fā)生還原反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；鋼鐵被腐蝕后最終轉(zhuǎn)化為鐵銹，其主要成分是Fe2O3·xH2O，B項(xiàng)錯(cuò)誤；生活中鋼鐵制品主要以圖②的吸氧腐蝕為主，C項(xiàng)錯(cuò)誤；圖②中正極上O2被還原，轉(zhuǎn)化為OH-，D項(xiàng)正確?！窘忸}技法】1．金屬腐蝕快慢的判斷方法(1)在同一電解質(zhì)溶液中：電解原理引起的腐蝕(金屬作電解池的陽(yáng)極)>原電池原理引起的腐蝕(金屬作原電池的負(fù)極)>化學(xué)腐蝕>應(yīng)用原電池原理有保護(hù)措施的腐蝕>應(yīng)用電解原理有保護(hù)措施的腐蝕。(2)同種金屬的腐蝕在強(qiáng)電解質(zhì)中>弱電解質(zhì)中>非電解質(zhì)中。(3)活動(dòng)性不同的兩金屬，活動(dòng)性差別越大，腐蝕越快。(4)對(duì)同一電解質(zhì)溶液來說，一般電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕越快。2．解金屬腐蝕原理及類型題的步驟(1)根據(jù)題中信息或圖示裝置判斷金屬腐蝕的類型。(2)若為電化學(xué)腐蝕，可根據(jù)電解質(zhì)溶液的酸堿性，判斷是吸氧腐蝕還是析氫腐蝕。(3)根據(jù)腐蝕的類型，可寫出相應(yīng)的電極反應(yīng)式，進(jìn)一步分析判斷?！緦?duì)點(diǎn)訓(xùn)練1】銅板上鐵鉚釘?shù)奈醺g原理如圖所示。下列說法正確的是()A．正極反應(yīng)式為2H++2e-=H2↑B．此過程中還涉及反應(yīng)：4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3C．此過程中Fe、Cu均被腐蝕D．此過程中電流從Fe流向Cu【答案】B【解析】鐵鉚釘發(fā)生吸氧腐蝕的正極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-=4OH-，銅作正極不被腐蝕，電流從正極流向負(fù)極?？键c(diǎn)二金屬腐蝕的防護(hù)【例2】我國(guó)有多條高壓直流電線路的瓷絕緣子出現(xiàn)鐵帽腐蝕現(xiàn)象，在鐵帽上加鋅環(huán)能有效防止鐵帽的腐蝕，防護(hù)原理如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是()A．通電時(shí)，鋅環(huán)是陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)B．通電時(shí)，陰極上的電極反應(yīng)為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．?dāng)嚯姇r(shí)，鋅環(huán)上的電極反應(yīng)為Zn2＋＋2e－=ZnD．?dāng)嚯姇r(shí)，仍能防止鐵帽被腐蝕【答案】C【解析】鋅環(huán)與電源的正極相連，為陽(yáng)極，A項(xiàng)正確；斷電時(shí)，Zn比鐵活潑，作負(fù)極，電極反應(yīng)為Zn－2e－=Zn2＋，C項(xiàng)錯(cuò)誤?！窘忸}技法】鋼鐵的防腐通常采用下列兩種陰極保護(hù)法：犧牲陽(yáng)極法外加電流法示意圖工作原理原電池原理電解池原理電極設(shè)計(jì)負(fù)極：活潑性更強(qiáng)的金屬正極：被保護(hù)的金屬陽(yáng)極：惰性金屬或石墨陰極：被保護(hù)的金屬【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2】驗(yàn)證犧牲陽(yáng)極法，實(shí)驗(yàn)如下(燒杯內(nèi)均為經(jīng)過酸化的3%NaCl溶液)①②③在Fe表面生成藍(lán)色沉淀試管內(nèi)無明顯變化試管內(nèi)生成藍(lán)色沉淀下列說法不正確的是()A．對(duì)比②③，可以判定Zn保護(hù)了FeB．對(duì)比①②，K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化C．驗(yàn)證Zn保護(hù)Fe時(shí)不能用①的方法D．將Zn換成Cu，用①的方法可判斷Fe比Cu活潑【答案】D【解析】②中Zn作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)生成Zn2＋，F(xiàn)e作正極被保護(hù)，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入鐵氰化鉀溶液，試管內(nèi)無明顯變化。但③中沒有Zn保護(hù)Fe，F(xiàn)e在酸性環(huán)境中發(fā)生析氫腐蝕，F(xiàn)e作負(fù)極被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入鐵氰化鉀溶液，生成藍(lán)色沉淀，對(duì)比②③可知Zn保護(hù)了Fe，A項(xiàng)正確；①與②的區(qū)別在于：前者是將鐵氰化鉀溶液直接滴入燒杯中，而后者是在