高中化學(xué) 第四章 第四節(jié) 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)課時作業(yè) 新人教版選修4

第四節(jié)金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)[目標(biāo)要求]1.了解金屬發(fā)生腐蝕的原因及現(xiàn)代防護(hù)措施。2.了解金屬的化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的區(qū)別與聯(lián)系。3.掌握金屬發(fā)生析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電化學(xué)原理。一、金屬的腐蝕金屬腐蝕是金屬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。金屬腐蝕一般可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩類。1．化學(xué)腐蝕金屬跟接觸到的干燥氣體或非電解質(zhì)液體(如石油)等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕，這種腐蝕的速率隨著溫度的升高而加快。2．電化學(xué)腐蝕不純的金屬接觸電解質(zhì)溶液時，會發(fā)生原電池反應(yīng)，較活潑的金屬失去電子而被氧化所引起的腐蝕。二、電化學(xué)腐蝕的分類以鐵的腐蝕為例吸氧腐蝕析氫腐蝕條件水膜呈弱酸性或中性水膜呈較強(qiáng)酸性正極反應(yīng)式O2＋2H2O＋4e－=4OH－2H＋＋2e－=H2↑負(fù)極反應(yīng)式2Fe－4e－=2Fe2＋Fe－2e－=Fe2＋總反應(yīng)式2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑三、金屬的防護(hù)1．電化學(xué)保護(hù)法(1)犧牲陽極的陰極保護(hù)法——原電池原理在被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備上裝上若干活潑金屬如鎂合金或鋅塊，作原電池的負(fù)極(陽極)；讓被保護(hù)的金屬作原電池的正極(陰極)。(2)外加電流的陰極保護(hù)法用被保護(hù)的金屬作陰極，用惰性電極作陽極，外接直流電源。2．其他方法(1)改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如制成防腐的合金；(2)加涂保護(hù)層，如噴油漆、涂油脂。知識點一金屬的腐蝕1．關(guān)于金屬腐蝕的敘述中，正確的是()A．金屬被腐蝕的本質(zhì)是M＋nH2O=M(OH)n＋eq\f(n,2)H2↑B．馬口鐵(鍍錫鐵)鍍層破損后被腐蝕時，首先是鍍層被氧化C．金屬在一般情況下發(fā)生的電化學(xué)腐蝕主要是吸氧腐蝕D．常溫下，置于空氣中的金屬主要發(fā)生化學(xué)腐蝕答案C解析金屬腐蝕的本質(zhì)主要是金屬原子失電子被氧化，腐蝕的內(nèi)因是金屬的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，外因是金屬與空氣、水和其他腐蝕性的物質(zhì)相接觸，腐蝕主要有化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。A中金屬腐蝕的本質(zhì)應(yīng)包括化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，為M－ne－=Mn＋；B選項中Sn、Fe構(gòu)成電化學(xué)腐蝕，主要是Fe－2e－=Fe2＋，鐵先被腐蝕。常溫下，空氣中的金屬主要發(fā)生電化學(xué)腐蝕中的吸氧腐蝕，難以和非金屬氧化劑(Cl2、S)等反應(yīng)，發(fā)生化學(xué)腐蝕。2．如圖所示水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察：(1)鐵釘在逐漸生銹，則鐵釘?shù)母g屬于________腐蝕。(2)若試管內(nèi)液面上升，則原溶液呈________________性，發(fā)生________腐蝕，電極反應(yīng)式：負(fù)極：__________________________________________________________，正極：___________________________________________________________________。若試管內(nèi)液面下降，則原溶液呈______性，發(fā)生________腐蝕。電極反應(yīng)式：負(fù)極________________________________________________________________________，正極：____________________________________________________________________。答案(1)電化學(xué)(2)弱酸性或中吸氧2Fe－4e－=2Fe2＋O2＋2H2O＋4e－=4OH－(3)較強(qiáng)的酸析氫Fe－2e－=Fe2＋2H＋＋2e－=H2↑解析根據(jù)原電池的構(gòu)成條件：有兩種不同的材料(Fe為負(fù)極，碳為正極)，有電解質(zhì)溶液，形成閉合回路，可知鐵釘?shù)母g屬于電化學(xué)腐蝕。根據(jù)金屬腐蝕的條件、原理及結(jié)果可知：試管內(nèi)液面上升，說明試管內(nèi)壓強(qiáng)減小，試管內(nèi)氣體被吸收所致，是鐵釘吸氧腐蝕的結(jié)果，據(jù)此寫出電極反應(yīng)式；試管內(nèi)液面下降，說明試管內(nèi)氣體壓強(qiáng)變大，試管內(nèi)產(chǎn)生了新氣體所致，是鐵釘?shù)奈鰵涓g的結(jié)果，據(jù)此寫出電極反應(yīng)式。知識點二金屬的防護(hù)3．下列各種方法中，能對金屬起到防止或減緩腐蝕作用的是()①金屬表面涂抹油漆②改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)③保持金屬表面清潔干燥④金屬表面進(jìn)行電鍍⑤使金屬表面形成致密的氧化物薄膜A．①②③④B．①③④⑤C．①②④⑤D．全部答案D解析金屬的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，題目中①③④⑤中的方法都可以起到避免金屬和電解質(zhì)溶液接觸形成原電池的目的；②中如在金屬中加入某些其他元素改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可以起到防腐蝕的效果。4．下列有關(guān)金屬腐蝕與防護(hù)的說法不正確的是()A．純銀器的表面在空氣中因化學(xué)腐蝕漸漸變暗B．當(dāng)鍍錫鐵制品的鍍層破損時，鍍層不能對鐵制品起保護(hù)作用C．在海輪外殼連接鋅塊保護(hù)外殼不受腐蝕是采用了犧牲陽極的陰極保護(hù)法D．可將地下輸油鋼管與外加直流電源的正極相連以保護(hù)它不受腐蝕答案D解析純銀器的表面在空氣中易生成硫化物失去光澤；當(dāng)鍍錫鐵制品鍍層破損時，由于鐵比錫活潑，形成原電池時，鐵作原電池的負(fù)極，加快鐵的腐蝕；鋅比鐵活潑，當(dāng)在海輪外殼上連接鋅塊后，鋅失電子而海輪外殼被保護(hù)；要采用電解原理保護(hù)金屬，應(yīng)將金屬與電源的負(fù)極相連，即作電解池的陰極。練基礎(chǔ)落實1．以下防腐措施中，屬于電化學(xué)保護(hù)法的是()A．用氧化劑使金屬表面生成致密穩(wěn)定的氧化物保護(hù)膜B．在金屬中加入一些鉻或者鎳制成合金C．在輪船的船殼水線以下部分，裝上一鋅錠D．在金屬表面噴漆答案C解析在輪船的船殼水線以下部分，裝上鋅能形成鐵-鋅原電池，鋅為負(fù)極，被腐蝕，鐵被保護(hù)。2．鋼鐵在潮濕的空氣中會被腐蝕，發(fā)生的原電池反應(yīng)為2Fe＋2H2O＋O2=2Fe(OH)2。以下說法正確的是()A．負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為Fe－2e－=Fe2＋B．正極發(fā)生的反應(yīng)為2H2O＋O2＋2e－=4OH－C．原電池是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置D．鋼柱在水下部分比在空氣與水交界處更容易腐蝕答案A解析由原電池反應(yīng)式知：負(fù)極為Fe－2e－=Fe2＋，正極為2H2O＋O2＋4e－=4OH－，所以A對、B錯；原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，C錯；根據(jù)原電池原理，鋼柱在空氣與水交界處更容易腐蝕，D錯。3．如下圖所示各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序為()A．②①③④B．④③②①C．④②①③D．③②④①答案C解析②、③、④的實質(zhì)均為原電池裝置。③中Fe為正極，被保護(hù)；②、④中Fe為負(fù)極，均被腐蝕，但相對來說Fe和Cu的金屬活動性比Fe和Sn的差別大，故Fe－Cu原電池中Fe被腐蝕得更快；①中因鐵不純而發(fā)生微電池反應(yīng)。4．下列現(xiàn)象中，不是由于原電池反應(yīng)造成的是()A．含雜質(zhì)的鋅與鹽酸反應(yīng)比純鋅與鹽酸反應(yīng)速率快B．金屬在潮濕的空氣中易腐蝕C．純鐵和鹽酸反應(yīng)，如滴入幾滴硫酸銅溶液，則可加快反應(yīng)速率D．化工廠中的鐵鍋爐易腐蝕而損壞答案D解析化工廠的空氣中含有大量的化學(xué)物質(zhì)，有的容易與鐵制品反應(yīng)，導(dǎo)致鋼鐵腐蝕。練方法技巧5．為研究金屬腐蝕的條件和速率，某課外小組學(xué)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相同的一段時間。下列對實驗結(jié)束時現(xiàn)象的描述不正確的是()A．裝置Ⅰ左側(cè)的液面一定會下降B．左側(cè)液面裝置Ⅰ比裝置Ⅱ的低C．裝置Ⅱ中的鐵釘腐蝕最嚴(yán)重D．裝置Ⅲ中的鐵釘幾乎沒被腐蝕答案B解析裝置Ⅰ中鐵釘處于鹽酸的蒸氣中，被侵蝕而釋放出H2，使左側(cè)液面下降，右側(cè)液面上升；裝置Ⅱ中鐵釘同樣處于鹽酸的蒸氣中，不同的是懸掛鐵的金屬絲由鐵絲換成了銅絲，由于Fe比Cu活潑，在這種氛圍中構(gòu)成的原電池會加速鐵釘?shù)那治g而放出更多的H2，使左側(cè)液面下降得更多，右側(cè)液面上升得更多；裝置Ⅲ中雖然懸掛鐵釘?shù)倪€是銅絲，但由于濃硫酸有吸水性而無揮發(fā)性，使鐵釘處于一種較為干燥的空氣中，因而在短時間內(nèi)幾乎沒有被侵蝕。6．鍍鋅鐵在發(fā)生析氫腐蝕時，若有0.2mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，下列說法正確的是()①有5.6g金屬被腐蝕②有6.5g金屬被腐蝕③在標(biāo)準(zhǔn)狀況下有2.24L④在標(biāo)準(zhǔn)狀況下有1.12L氣體放出A．①②B．②③C．①④D．③④答案B解析在鍍鋅鐵的析氫腐蝕中：負(fù)極(Zn)：Zn－2e－=Zn2＋，有0.2mole－轉(zhuǎn)移時，有0.1molZn溶解，即6.5g；正極(Fe)：2H＋＋2e－=H2↑，生成0.1molH2，標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.24L7．如圖裝置中，U形管內(nèi)為紅墨水，a、b試管內(nèi)分別盛有食鹽水和氯化銨溶液，各加入生鐵塊，放置一段時間。下列有關(guān)描述錯誤的是()A．生鐵塊中的碳是原電池的正極B．紅墨水柱兩邊的液面變?yōu)樽蟮陀腋逤．兩試管中相同的電極反應(yīng)式是Fe－2e－=Fe2＋D．a(chǎn)試管中發(fā)生了吸氧腐蝕，b試管中發(fā)生了析氫腐蝕答案B解析Fe與C及電解質(zhì)溶液形成原電池，F(xiàn)e是負(fù)極：Fe－2e－=Fe2＋，C是正極，在a中發(fā)生吸氧腐蝕，a中壓強(qiáng)減小，b中發(fā)生析氫腐蝕，b中壓強(qiáng)增大，紅墨水柱液面是左高右低，故選B。本題考查鋼鐵的吸氧腐蝕和析氫腐蝕。練綜合拓展8．在A、B、C三個燒杯中分別盛有相同濃度的稀硫酸，如圖所示：(1)A中反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________。(2)B中Sn極的電極反應(yīng)式為______________________________________________，Sn極附近溶液的pH________(填“增大”、“減小”或“不變”)。C中被腐蝕的金屬是________，總反應(yīng)的離子方程式為_______________________，比較A、B、C中鐵被腐蝕的速率，由快到慢的順序是________________。答案(1)Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑(2)2H＋＋2e－=H2↑增大(3)ZnZn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑B＞A＞C解析鐵在不同的情況下被腐蝕的速率不同。作原電池的負(fù)極時易被腐蝕，作原電池的正極時受到保護(hù)不被腐蝕。9．金屬腐蝕的電化學(xué)原理可用下圖模擬。(1)請寫出有關(guān)電極反應(yīng)式：①鐵棒上的電極反應(yīng)式：__________________________________________________________________________________________________________________________。碳棒上的電極反應(yīng)式：__________________________________________________________________________________________________________________________。(2)該圖所表示的是_______________________________________________________(填“析氫”或“吸氧”)腐蝕。(3)若將O2撤走，并將NaCl溶液改為稀H2SO4溶液，則此圖可表示__________________(填“析氫”或“吸氧”)腐蝕原理；若用犧牲陽極法來保護(hù)鐵棒不被腐蝕溶解，即可將碳棒改為________棒。答案(1)①2Fe－4e－=2Fe2＋②O2＋2H2O＋4e－=4OH－(2)吸氧(3)析氫鋅(或其他比鐵活潑的金屬)10．關(guān)于鐵生銹的機(jī)理有人提出如下步驟：①Fe－2e－=Fe2＋；②H＋＋e－=H；③4H＋O2=2H2O；④4Fe2＋＋O2＋(4＋2x)H2O=2Fe2O3·xH2O＋8H＋根據(jù)以上過程，回答下列問題：(1)根據(jù)以上機(jī)理，判斷下列說法正確的是()A．以上銹蝕過程發(fā)生的是化學(xué)腐蝕B．從銹蝕反應(yīng)的最終結(jié)果看，水既是氧化劑，又是還原劑C．反應(yīng)的實質(zhì)是氧氣被還原，金屬鐵被氧化D．從反應(yīng)機(jī)理看，銹蝕過程發(fā)生的是析氫腐蝕(2)某鐵件需長期浸于水下，為了減少腐蝕，想采取下列措施，其中正確的有()A．給鐵件鉚上一些鋅板B．給鐵件通入直流電，把鐵件與電源正極連接C．在制造鐵件時，在鐵中摻入一定比例的銅制成合金D．在鐵件表面涂上一層較厚的瀝青(3)現(xiàn)有質(zhì)量為1000g的某鐵件已在水下生銹，若測知整個銹蝕過程中有6mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，則參加反應(yīng)的O2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為____L，反應(yīng)后鐵件的質(zhì)量為____g(已知鐵銹Fe2