高中化学第3章探索生活材料第2节金属的腐蚀和防护.docx
《高中化学第3章探索生活材料第2节金属的腐蚀和防护.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学第3章探索生活材料第2节金属的腐蚀和防护.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
高中化学第3章探索生活材料第2节金属的腐蚀和防护
高中化学第3章探索生活材料第2节金属的腐蚀和防护
1．掌握金属腐蚀的类型，了解温度对反应速率的影响。
（重点）
2．通过实验探究理解铁钉锈蚀的条件，以及在什么条件下锈蚀的速率较快。
（重点）
3．常用金属防护方法的原理及在实际生活中的应用。
（难点）
一、金属的腐蚀
1．定义
金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。
2．本质
金属原子失去电子变成阳离子的过程。
3．分类
（1）金属腐蚀
（2）化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属与氧化性
物质直接接触
不纯金属（或合金）与电解质溶液接触发生原电池反应
本质
金属被氧化
较活泼金属被氧化
区别
无电流产生
有微弱电流产生
关系
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，危害更严重
4.吸氧腐蚀与析氢腐蚀比较（以Fe为例）
类型
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
条件
水膜呈弱酸性或中性
水膜呈酸性
示意图
正极反应（C）
O2＋2H2O＋4e－ ===4OH－
2H＋＋2e－===H2↑
负极反应（Fe）
Fe－2e－===Fe2＋
Fe－2e－===Fe2＋
电池总反应
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2
Fe＋2H＋===Fe2＋ ＋H2↑
铁锈的形成
Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓
4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
2Fe（OH）3===Fe2O3·nH2O＋（3－n）H2O
1．铁锅用完后要洗刷干净并保持干燥，如果炒完菜之后不刷锅，残留的菜汤会对铁锅产生什么影响？
【提示】 铁锅是用生铁加工成的，菜汤中含有NaCl等电解质溶液，这样Fe、C、NaCl电解质溶液一起构成了原电池，Fe作负极，C作正极，负极：
2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－，总化学方程式为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2，而生成的Fe（OH）2迅速被O2氧化：
4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3,2Fe（OH）3===Fe2O3·nH2O＋（3－n）H2O，这样铁锅就易生成铁锈，加速了铁锅的腐蚀。
二、金属的防护
1．影响金属腐蚀的因素
（1）金属的性质
金属越活泼，越易被腐蚀。
若金属中能导电的杂质不如该金属活泼，则容易形成原电池而使金属发生电化学腐蚀。
（2）介质的影响
在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。
2．金属的防护方法
2．金属电化学防护的原理是什么？
举例说明。
【提示】
（1）应用的是原电池原理，被保护金属作正极，另一活动性较强的金属作负极。
（2）轮船船身上装锌块。
负极：
Zn－2e－===Zn2＋；
正极：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－，Zn不断被腐蚀，需定期更换。
金属腐蚀快慢的判断方法
第1步导思——问题引入，自主探究
1．金属越活泼，一般越容易发生腐蚀。
铝比铁活泼，但铝制品却比铁制品耐腐蚀，为什么？
【提示】 铝在空气中容易形成一层致密的氧化物保护膜，对内部金属有保护作用。
2．镀锡铁板和镀锌铁板镀层破坏后谁更耐腐蚀？
【提示】 因为金属的活泼性Sn＜Fe，Zn＞Fe，故镀层破损发生原电池反应时，镀锡铁板中铁被腐蚀。
镀锌铁板中锌被腐蚀，铁被保护，因此镀锌铁板更耐腐蚀。
第2步阐述——要点归纳，深化知识
1．影响金属腐蚀速率的因素
（1）金属的本性：
金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀，如果金属中能导电的杂质不如该金属活泼，则容易形成原电池而使金属发生电化学腐蚀。
（2）介质：
与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。
（3）温度：
温度越高，腐蚀速率越快。
2．金属腐蚀快慢的判断方法
（1）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。
（2）对同一种金属来说，腐蚀的快慢：
强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
（3）活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。
（4）对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快。
第3步例证——典例印证，思维深化
如图，一根铁丝插入煮沸过的蒸馏水中，铁丝上有三点。
（1）A、B、C三点中腐蚀最快的是________。
（2）若向蒸馏水中加入少量食盐，B处的腐蚀速率将________（填“加快”“不变”或“减慢”）。
（3）若将蒸馏水换成：
①0.1mol·L－1H2SO4溶液；②1mol·L－1H2SO4溶液；③18.4mol·L－1H2SO4溶液，则A处腐蚀由快到慢的顺序是_________________。
【解析】
（1）根据题意可知：
A在煮沸的蒸馏水内部，因缺少氧气，很难形成电解质溶液，几乎不腐蚀。
B在水面处，发生了电化学腐蚀。
C在水面以上，与氧气发生化学腐蚀，根据同一种物质，发生电化学腐蚀与化学腐蚀的对比可知B处铁丝的腐蚀比C处的快。
（2）蒸馏水中加入少量食盐（强电解质），增强了原电池中电解质溶液的导电能力，B点腐蚀速率远大于以前。
（3）①②硫酸为稀硫酸，但是①中硫酸的浓度小于②中硫酸的浓度，铁丝在②中的腐蚀速率比①中的快，③中18.4mol·L－1的硫酸（98%）是浓硫酸，铁很快发生了钝化，几乎不腐蚀。
【答案】
（1）B
（2）加快 （3）②>①>③
判断金属腐蚀类型和金属腐蚀的程度，注意以下几点：
1金属纯度。
金属越纯越不易形成原电池，越抗腐蚀。
2杂质的活泼性。
杂质比主体金属活泼，主体金属被保护，否则，会加快主体金属腐蚀。
3镀层的活泼性。
镀层被破坏时镀层金属比主体金属稳定，则主体金属腐蚀速度加快。
4水膜电解质溶液的成分。
含电解质越多浓度越大，金属腐蚀越严重。
第4步运用——精选习题，落实强化
1．如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。
为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：
序号
内容
实验现象
1
常温下将铁丝放在干燥的空气中一个月
干燥的铁丝表面依然光亮
2
常温下将铁丝放在潮湿的空气中一小时
铁丝表面依然光亮
3
常温下将铁丝放在潮湿的空气中一个月
铁丝表面已变得灰暗
4
将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时
铁丝表面略显灰暗
5
将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时
铁丝表面已变得灰暗
6
将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时
铁丝表面灰暗程度比实验5严重
回答以下问题：
（1）上述实验中发生了电化学腐蚀的是（填实验序号）________；在电化学腐蚀中，负极反应是________________；正极反应是________________。
（2）由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素是____________________。
【解析】 解答第
（1）题应注意联系金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的区别，电化学腐蚀是不纯的金属与电解质溶液接触，因发生原电池反应，较活泼的金属失电子而被氧化，分析题中实验可知，实验3、4、5、6发生了电化学腐蚀，其中负极反应是Fe－2e－===Fe2＋，正极反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
解答第
（2）题时，对比实验1和3可得出湿度增大，可使铁锈蚀速率加快；对比实验3、4可知增大O2浓度可加快铁锈蚀的速率；对比实验4、5可知升高温度可加快铁锈蚀的速率；对比实验5、6可知电解质的存在会使铁锈蚀的速率加快。
【答案】
（1）3、4、5、6
Fe－2e－===Fe2＋（或2Fe－4e－===2Fe2＋）
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
（2）湿度、温度、O2的浓度、电解质的存在
金属防护的常用方法比较
第1步导思——问题引入，自主探究
1．在金属部件上涂油为什么能防止金属生锈？
【提示】 阻止金属部件与空气中的氧气接触。
2．在工业上常用亚硫酸钠除去水中溶解的氧气，防止输水管被腐蚀，请简要说明原因。
【提示】 钢铁易发生吸氧腐蚀，Na2SO3具有较强的还原性，能与水中溶解的氧气反应：
2Na2SO3＋O2===2Na2SO4，防止输水管腐蚀。
第2步阐述——要点归纳，深化知识
原理
方法
适用对象
防止化
学腐蚀
使氧化剂
与金属隔离
包覆塑料层
工具或车把
涂油漆
户外铁制设备
涂矿物油
机械运转部分
电镀
精密仪器或设备
改变金属内部结构
制成不锈钢
精密仪器或设备
防止电
化学腐蚀
牺牲锌（镁）块
牺牲锌（镁）保护铁
大型门闸与舰船
与外接电源负极相连
铁作阴极被保护
大型水上设施
电化学保护法
（1）牺牲阳极的阴极保护法
用比被保护金属活泼的金属或合金作负极，连接在被保护金属上，形成腐蚀电池，被保护金属作正极而得到保护。
（注：
在电化学中常将发生氧化反应的电极称为阳极，故原电池中负极也叫阳极，原电池的正极也叫阴极，但通常情况下原电池的两极称为正、负极，一般不称作阴、阳极）
（2）外加电流的阴极保护法
将被保护金属与外接直流电源连接，使被保护的金属作为阴极，在外加电流的作用下使阴极得到保护。
与牺牲阳极的阴极保护法统称为电化学保护法。
第3步例证——典例印证，思维深化
下列各种方法中：
①金属表面涂抹油漆 ②改变金属内部结构 ③保持金属表面清洁干燥 ④在金属表面进行电镀 ⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜
能对金属起到防护或减缓腐蚀作用的是（ ）
A．①②③④ B．①③④⑤
C．①②④⑤D．全部
【解析】 金属腐蚀的防护方法有加保护层，如①④⑤，改变内部结构，加入某种金属制成合金，如②。
由于化学腐蚀比电化学腐蚀慢，保持表面清洁干燥可防止电化学腐蚀的发生，如③。
【答案】 D
第4步运用——精选习题，落实强化
2．现有：
①汽车；②机器上的齿轮；③门把手；④锯条；⑤铁制洗脸盆等常见铁制品。
为了防止它们生锈，通常适合采用下面哪一种方法？
（填序号）
（1）在表面喷漆________；
（2）在表面涂油________；
（3）在表面镀一层其他金属________；
（4）在表面烧制搪瓷________；
（5）使其表面形成致密的氧化物保护膜________。
【解析】 防止金属被腐蚀主要采用：
（1）表面上加保护层，如烤漆、涂机油或凡士林、电镀、烤蓝等；
（2）电化学方法，牺牲阳极的阴极保护法、外加电源的阴极保护法；（3）改变金属的内部结构等。
【答案】
（1）①
（2）② （3）③ （4）⑤ （5）④
1．古老的铁桥，经常每隔一段时间，就要油漆一遍，但仍看到有锈迹。
下列说法中合理的是（ ）
A．油漆只起美观作用，而与腐蚀无关
B．铁桥生锈主要是铁和空气中的氧气发生了化学腐蚀
C．铁桥生锈主要是铁与空气中的O2、H2O等发生电化学腐蚀
D．铁桥腐蚀与外界环境无关，只由金属内部结构决定
【解析】 铁桥腐蚀主要是Fe与空气中的O2、H2O等发生了电化学腐蚀中的吸氧腐蚀的结果，而油漆起到了隔绝O2、H2O的作用。
【答案】 C
2．如图所示各试管中的铁钉最易锈蚀的是（ ）
【解析】 含有少量铜的铁钉放在自来水中，会与水中溶解的少量电解质构成原电池，铁钉作为负极，最易腐蚀。
【答案】 C
3．如图各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为（ ）
A．②①③④B．④③①②
C．④②①③D．③②④①
【解析】 ②、③、④实质均为原电池装置。
③中Fe为正极，被保护；②、④中Fe为负极，均被腐蚀，但相对来说，Fe和Cu的金属活动性较Fe和Sn的差别大，故Cu－Fe原电池中Fe被腐蚀得最快；①中因铁不纯而发生微小原电池反应。
选C。
【答案】 C
4．下列材料保护的措施中不正确的是（ ）
A．将搪瓷快餐杯脱瓷的部位用醇酸油漆涂严实，防止杯被腐蚀
B．将自行车的铁链条涂上植物油，防止链条被腐蚀
C．将埋在地下的铁水管缠上废铜丝，防止水管被腐蚀
D．将待埋在地下的木头桩先用火将表面烧焦，防止木材被腐蚀
【解析】 铁和铜在电解质溶液里构成铁为负极、铜为正极的原电池，加快铁的腐蚀。
木材烧焦的部分主要是木炭，木炭的化学性质比较稳定，不易腐烂。
【答案】 C
5．如图所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：
（1）铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于__________腐蚀。
（2）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__________________________________________________________。
（3）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__________________________________________________________。
【解析】 根据原电池的构成条件，两种不同的材料在有电解质溶液时，若形成闭合回路，即可构成原电池。
铁钉实际上是钢制成的，在这种情况下具备形成原电池的条件，此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。
根据金属腐蚀的条件、原理及结果可知：
试管内液面上升，说明试管内压强减小，气体被吸收所致，是铁钉吸氧腐蚀的结果，据此写出电极反应；试管内液面下降，说明试管内气体压强变大，试管内产生了新气体所致，是铁钉的析氢腐蚀的结果，据此写出电极反应。
【答案】
（1）电化学
（2）弱酸性或中 吸氧 2Fe－4e－===2Fe2＋ O2＋4e－＋2H2O===4OH－
（3）较强的酸 析氢 Fe－2e－===Fe2＋ 2H＋＋2e－===H2↑
6．市场上出售的“热敷袋”中的成分主要是铁粉、炭粉、木屑和少量氯化钠、水等。
热敷袋用塑料袋密封，使用时从袋中取出轻轻揉搓就会放出热量，用完后袋内有大量铁锈生成，回答下列各问题。
【导学号：
72062058】
（1）热敷袋放出的热是由于________________________________________。
（2）炭粉和氯化钠的作用分别是____________________________________。
（3）写出有关的电极反应式和化学方程式：
__________________________、
_______________________________________________________________、
_______________________________________________________________、
______________________________________________________________。
【解析】
【答案】
（1）形成原电池，铁被氧化而放出热量
（2）炭粉构成原电池正极，NaCl溶液起电解质溶液的作用，从而形成原电池，加速Fe的氧化
（3）负极：
2Fe－4e－===2Fe2＋
正极：
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
2Fe（OH）3===Fe2O3＋3H2O
学业分层测评（十）
（建议用时：
30分钟）
[学业达标]
1．铜制品上的铝质铆钉，在潮湿空气中易腐蚀的原因可描述为（ ）
A．形成原电池时铝作负极
B．形成原电池时铜作负极
C．形成原电池时，电流由铝经导线流向铜
D．铝铆钉发生了化学腐蚀
【解析】 在潮湿环境下铜、铝形成的原电池，活泼铝为负极，失电子发生氧化反应，铜得电子发生还原反应，电子由铝流向铜，而电流应由铜流向铝，发生电化学腐蚀。
【答案】 A
2．下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是（ ）
A．水中的钢闸门连接电源的负极
B．金属护栏表面涂漆
C．汽车底盘喷涂高分子膜
D．地下钢管连接镁块
【解析】 抓住题干中的关键字“使用外加电流”便可快速解答。
A.水中的钢闸门连接电源的负极，即使用了外加电流，正确。
B.金属护栏表面涂漆，是一种使用外加涂层而使金属隔绝空气和水分的保护方法。
C.汽车底盘喷涂高分子膜，也是一种使用外加涂层而使金属隔绝空气和水分的保护方法。
D.地下钢管连接镁块，是牺牲阳极的阴极保护法。
【答案】 A
3．家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的反应是（ ）
A．4Fe（OH）2＋2H2O＋O2===4Fe（OH）3
B．2Fe＋2H2O＋O2===2Fe（OH）2
C．2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．Fe－3e－===Fe3＋
【解析】 金属在作为电极参与电极反应时，总是“过量”的，所以铁在电极反应中不能生成＋3价。
A、B、C的反应恰好是铁发生吸氧腐蚀时的变化，B是铁发生电化学腐蚀的总反应化学方程式。
【答案】 D
4．如图液面上浮着一个空心铁球，数天后可观察到的现象是（ ）
①铁球表面出现红棕色锈斑 ②铁球表面出现黑色锈斑 ③量筒内水位下降 ④量筒内水位上升
A．①③ B．①④
C．②③D．②④
【解析】 量筒中的空气、溶有O2的食盐水和铁碳合金（铁球）组成原电池，发生了吸氧腐蚀，铁球表面出现红棕色（Fe2O3·nH2O）锈斑，因不断消耗O2导致量筒内气体压强小于外界大气压，量筒内水位上升。
【答案】 B
5．下列方法可用于金属防护的是（ ）
①原电池原理 ②电解原理 ③涂油漆 ④电镀
⑤置于干燥环境
A．③④⑤B．①②③
C．②③④D．全部
【解析】 金属防护的基本思路是防止金属与化学物质直接接触，防止金属与环境形成原电池。
常用的防护方法有改变金属的结构（如不锈钢）、加防护层（如电镀、涂漆等）、电化学保护法（外加电流的阴极保护法和牺牲阳极的阴极保护法）。
【答案】 D
6．下列关于铁制品腐蚀或保护措施的说法中不正确的是（ ）
A．在如图所示环境中，铁被腐蚀速率：
Ⅰ＞Ⅲ＞Ⅱ
B．军事演习期间给坦克的履带上刷上油漆以防止生锈
C．在海轮的外壳上常焊有锌块，且定期更新
D．将不锈钢制成刀具和餐具，有的刀具还进行烤蓝处理
【解析】 A项Ⅰ中铁作原电池负极腐蚀速率加快，Ⅱ中铁作原电池正极被保护，腐蚀速率减慢，所以铁被腐蚀速率：
Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ；B项军事演习期间给坦克的履带上刷上油漆，油漆会很快脱落起不到保护作用，B项错误；C项锌作负极保护海轮，正确；D项保护措施正确。
【答案】 B
7．为防止碳素钢菜刀生锈，在使用后特别是切过咸菜后，应将其（ ）
A．洗净、擦干B．浸泡在水中
C．浸泡在食醋中D．直接置于空气中
【解析】 切过咸菜的菜刀含有电解质，如果不洗干净擦干很容易形成原电池，原电池会加快菜刀的腐蚀。
【答案】 A
8．如图表示的是钢铁在海水中的锈蚀过程，以下有关说法正确的是（ ）
A．该金属腐蚀过程为析氢腐蚀
B．正极为C，发生的反应为氧化反应
C．在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀
D．正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
【解析】 从题图看出，该反应正极上O2得电子，发生吸氧腐蚀；正极为碳，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；金属在酸性条件下发生析氢腐蚀。
【答案】 D
[能力提升]
9．某探究小组对铁生锈进行探究。
（1）甲同学设计了A、B、C一组实验（如图），探究铁生锈的条件。
经过较长时间后，甲同学观察到的现象是：
A中铁钉生锈；B中铁钉不生锈；C中铁钉不生锈。
①通过上述实验现象分析，可得出铁生锈的外部条件是_________________。
②由于与金属接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于______________________，正极电极反应式为__________________________。
③实验B所用的水要经过________处理；植物油的作用是______________。
④实验C中碱石灰的作用是_______________________________________。
（2）乙同学为了达到同样目的，设计了实验D（如图），发现一段时间后，试管中的液面升高，其原因是_______________________________________________
________________________________________________________________，
该实验________（填“能”或“不能”）说明水对铁钉生锈产生影响。
【解析】 铁内部一般含有碳，是铁发生电化学腐蚀时的两个电极，如果再有电解质溶液和氧气即可发生腐蚀；A中的铁钉发生的是吸氧腐蚀，所以正极上反应的物质是氧气得到电子；水中往往溶有一定量的氧气，所以做实验前要先将水煮沸。
【答案】
（1）①有水（或电解质溶液）和氧气（或空气）
②吸氧腐蚀 O2＋4e－＋2H2O===4OH－ ③煮沸（或“除去氧气”） 隔绝空气（或“防止氧气与铁接触”）
④吸收水蒸气（或“干燥”“保持试管内干燥环境”）
（2）铁的腐蚀要吸收O2，使气体体积减小 不能
9．用铝制饭盒盛放醋，一段时间后饭盒被腐蚀，该腐蚀属________腐蚀，相应的化学方程式为__________________________________________________
_______________________________________________________________。
如盛放纯碱溶液而被腐蚀，有关离子方程式为_________________________
_______________________________________________________________，
_______________________________________________________________。
如盛放食盐（含少量MgCl2杂质），一段时间后食盐变潮湿的原因是_____________________________________________________________________
_______________________________________________________________，
而且饭盒也会被腐蚀，发生________腐蚀，有关电极反应式是____________
________________________________________________________________。
【解析】 从本题条件出发，判断金属腐蚀的类型是解题关键，酸性条件金属发生析氢腐蚀，中性或弱酸性发生吸氧腐蚀，与活泼化学物质直接反应发生化学腐蚀。
【答案】 化学 2Al＋6CH3COOH===2Al（CH3COO）3＋3H2↑ CO＋H2OHCO＋OH－ 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑ 潮解 吸氧 负极：
Al－3e－===Al3＋，正极：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
升级会员 