浙江专用版学年高中化学专题1化学反应与能量变化第三单元金属的腐蚀与防护学案.docx

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浙江专用版学年高中化学专题1化学反应与能量变化第三单元金属的腐蚀与防护学案

金属的腐蚀与防护

[核心素养发展目标]　1.科学探究与创新意识：

通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因，认识金属腐蚀的主要类型，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式。

2.科学态度与社会责任：

认识金属腐蚀产生的危害和影响，树立防止金属腐蚀的意识，熟知金属腐蚀常用的防护方法。

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。

其实质是金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。

（2）根据与金属接触的物质不同，金属腐蚀可分为两类：

①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。

腐蚀的速率随温度升高而加快。

②电化学腐蚀：

不纯的金属或合金与电解质溶液接触发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。

2．电化学腐蚀

根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀：

（1）析氢腐蚀：

当钢铁表面水膜的酸性较强时，腐蚀过程中正极会有氢气放出。

①负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；

②正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；

③总反应方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。

（2）吸氧腐蚀：

通常情况下，在潮湿的空气中，钢铁表面凝结了一层溶解有氧气的水膜时，将会发生吸氧腐蚀。

①负极反应式为2Fe－4e－===2Fe2＋；

②正极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－；

③总反应方程式为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe（OH）2。

铁锈（Fe2O3·xH2O）的形成：

4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3，2Fe（OH）3===Fe2O3·xH2O＋（3－x）H2O。

（1）化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大。

（2）析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况中以吸氧腐蚀为主。

（3）钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极都是铁，失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。

例1

　下列关于金属腐蚀的说法正确的是（　　）

A．金属在潮湿空气中腐蚀的实质是M＋nH2O===M（OH）n＋

H2↑

B．金属的化学腐蚀的实质是M－ne－===Mn＋，电子直接转移给氧化剂

C．金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行

D．在潮湿的环境中，金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀

答案　B

解析　金属腐蚀的实质是金属失去电子，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀放出H2，而在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀，析氢腐蚀和吸氧腐蚀均属于电化学腐蚀。

考点

　金属的腐蚀与防护

题点

　金属的腐蚀与类别

例2

　下列事实与电化学腐蚀无关的是（　　）

A．光亮的自行车钢圈不易生锈

B．黄铜（Cu、Zn合金）制的铜锣不易生锈

C．铜、铝电线一般不连接起来作导线

D．生铁比熟铁（几乎是纯铁）容易生锈

答案　A

解析　B、C、D项均与原电池有关，能用电化学知识来解释，故选A。

考点

　金属的腐蚀与防护

题点

　金属的腐蚀与类别

例3

　如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4的雨水和生铁片。

观察到：

开始导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。

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，生铁片仅发生析氢腐蚀

C．墨水回升时，碳极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

D．具支试管中溶液pH逐渐减小

答案　C

解析　生铁片中的碳是原电池的正极，A错误；雨水酸性较强，开始时铁片发生析氢腐蚀，产生氢气，导管内液面下降，一段时间后铁片发生吸氧腐蚀，吸收氧气，导管内液面回升，B错误；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管中溶液pH都增大，D错误。

考点

　金属的腐蚀与防护

题点

　钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀

方法点拨——金属腐蚀类型的判断方法

（1）发生原电池反应引起的腐蚀为电化学腐蚀，无原电池反应发生的腐蚀为化学腐蚀。

（2）金属活动性顺序表中氢前面的金属，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀，在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀；金属活动性顺序在氢后面的金属只可能发生吸氧腐蚀。

相关链接

金属腐蚀受多种因素影响：

（1）就金属本性来说，金属越活泼，越易失电子被腐蚀。

（2）金属越纯越难腐蚀，如纯铁即使在酸性溶液中反应也很慢，但生铁在潮湿空气中就会发生腐蚀而生锈。

（3）介质对金属腐蚀的影响也很大，如金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都易被腐蚀。

1．下列有关金属电化学腐蚀的说法正确的是（　　）

A．铜既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀

B．铁只能发生析氢腐蚀

C．铜只能发生吸氧腐蚀

D．析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍

答案　C

解析　在金属活动性顺序中，铜排在氢之后，铜不能将氢气置换出来，所以不能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀，故A项错误，C项正确；铁既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀，故B错误；在自然界中，吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍，故D错误。

考点

　金属的腐蚀与防护

题点

　金属的腐蚀与类别

2．铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A．正极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

B．此过程中还涉及反应4Fe（OH）2＋2H2O＋O2===4Fe（OH）3

C．此过程中Fe、Cu均被腐蚀

D．此过程中电流从Fe流向Cu

答案　B

解析　铁铆钉吸氧腐蚀的正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，铜作正极不被腐蚀，电子从负极通过导线流向正极。

考点

　金属的腐蚀与防护

题点

　钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀

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O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B．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O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A项正确；将氧气吹向石墨电极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。

考点

　金属的腐蚀与防护

题点

　钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀

4．（2019·台州市书生中学月考）下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是（　　）

A．纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗

B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用

C．海轮外壳连接锌块以保护外壳不受腐蚀

D．可将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀

答案　B

解析　铁比锡活泼，当镀锡铁制品的镀层破损时，铁易被腐蚀，故B错误。

5．（2018·大连质检）2017年4月26日，中国第一艘国产001A型航母顺利完成下水。

有盐分的海水和空气会对船体造成腐蚀，因此船体的防腐处理非常重要。

下列关于金属腐蚀和防腐的说法错误的是（　　）

A．海上舰艇的腐蚀主要为金属的化学腐蚀

B．可以在船舶外壳装上锌块，用牺牲阳极的阴极保护法防止金属腐蚀

C．刷防锈漆，使金属与空气、水等物质隔离，可防止金属被腐蚀

D．外加电流，使需要保护的金属作阴极，可以起到保护金属的作用

答案　A

解析　海上舰艇的腐蚀主要为电化学腐蚀，故A错误；在船舶外壳装上锌块，锌为负极，负极金属易被腐蚀，正极金属被保护，该保护金属的方法称为牺牲阳极的阴极保护法，故B正确；刷防锈漆，使金属与空气、水等物质隔离，可防止金属被腐蚀，故C正确；电解池中阳极金属易被腐蚀，使被保护的金属作阴极的保护金属的方法称为外加电流的阴极保护法，故D正确。

考点

　金属的腐蚀与防护

题点

　金属腐蚀与防护的相关综合

6．如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。

（1）该电化学腐蚀称为__________________。

（2）图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是________（填字母）。

（3）以锌为负极，采用牺牲阳极的阴极保护法防止铁闸的腐蚀，图中锌块的固定位置最好应在________处（填字母）。

答案　

（1）吸氧腐蚀　

（2）B　（3）C

解析　金属在中性或较弱的酸性条件下发生的是吸氧腐蚀，越靠近液面越易接触到氧气，腐蚀的越严重。

锌块应固定在腐蚀最严重的C处形成原电池，锌作负极，铁闸作正极，得到保护。

考点

　金属的腐蚀与防护

题点

　金属腐蚀与防护的相关综合

题组一　金属的腐蚀

1．下列关于金属腐蚀的叙述正确的是（　　）

A．金属被腐蚀的本质是M＋nH2O===M（OH）n＋

H2↑

B．马口铁（镀锡铁）镀层破损后，首先是镀层被氧化

C．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀

D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀

答案　C

解析　金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化为金属阳离子：

M－ne－===Mn＋，A项错误；马口铁的镀层破损后，Sn、Fe形成原电池，发生电化学腐蚀，则铁先被腐蚀，B项错误；常温下，空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，C项正确，D项错误。

考点

　金属的腐蚀与防护

题点

　金属的腐蚀与类别

2．（2018·温州市求知中学期中）下列各变化中属于原电池反应的是（　　）

A．空气中铝表面迅速形成保护层

B．镀锌铁表面锌有划损时，也能阻止铁被氧化

C．红热的铁丝与冷水接触，表面形成蓝黑色保护层

D．锌和稀硫酸反应时，用锌粉比用等质量的锌粒反应快

答案　B

解析　没有两个活泼性不同的电极，所以不能构成原电池，铝和氧气直接反应生成氧化铝，红热的铁丝和冷水之间反应生成蓝黑色的物质，属于化学腐蚀，故A、C错误；锌粉和稀硫酸接触面积大于锌粒的接触面积，可使反应加快，和原电池反应无关，故D错误。

3．（2018·辽宁月考）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pH平均值为3.2。

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，正极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－

C．在电化学腐蚀过程中有氢气产生

D．发生电化学腐蚀时，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋

答案　B

解析　金属铁的腐蚀中，金属铁可以和溶液中的氢离子直接发生化学腐蚀，铁制品中含有铁和碳，再加上电解质环境，具备了原电池的构成条件，也会发生电化学腐蚀，故A正确；发生电化学腐蚀时，碳作正极，溶液中的氢离子得电子生成氢气，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故B错误，C正确；发生电化学腐蚀时，铁作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故D正确。

考点

　金属的腐蚀与防护

题点

　钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀

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氯化钠的琼脂热溶液，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（　　）

A．a中铁钉附近呈现红色

B．b中铁钉上发生还原反应

C．a中铜丝上发生氧化反应

D．b中铝条附近有气泡产生

答案　B

解析　a中铁比铜活泼，铁作负极，发生氧化反应，铜作正极，发生还原反应，电极反应式分别为负极：

2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－，因此A、C不正确；b中铝比铁活泼，铝作负极，发生氧化反应，铁作正极，发生还原反应，电极反应式分别为负极：

4Al－12e－===4Al3＋，正极：

3O2＋6H2O＋12e－===12OH－，因此B正确，D不正确。

考点

　金属的腐蚀与防护

题点

　钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀

5．如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。

下列有关描述错误的是（　　）

A．生铁块中的碳是原电池的正极

B．红墨水水柱两边的液面变为左低右高

C．两试管中相同的电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋

D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀

答案　B

解析　生铁在a中发生吸氧腐蚀，压强降低，在b中发生析氢腐蚀，压强增大，所以红墨水应左高右低。

考点

　金属的腐蚀与防护

题点

　钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀

题组二　金属腐蚀的防护方法

6．下列防护措施中属于电化学保护法的是（　　）

A．用氧化剂使金属表面生成致密稳定的氧化物保护膜

B．在金属中加入一些铬或者镍制成合金

C．在轮船的船壳水线以下部分，装上一锌锭

D．在金属表面喷漆

答案　C

解析　在轮船的船壳水线以下部分装上锌锭，能形成铁锌原电池，锌为负极，被腐蚀，铁被保护。

考点

　金属的腐蚀与防护

题点

　金属腐蚀的防护方法

7．（2018·兰州一中月考）埋在地下的钢管常用如图所示的方法加以保护，使其免受腐蚀。

下列说法正确的是（　　）

A．金属棒X的材料可能为铜

B．金属棒X的材料可能为钠

C．钢管附近土壤的pH可能会上升

D．这种方法称为外加电流的阴极保护法

答案　C

解析　图中没有外加电源，故为牺牲阳极的阴极保护法，D项错误；X的活泼性应强于铁的活泼性，但金属钠的活泼性太强，能与土壤中的H2O直接反应，故X的材料不可能是铜和钠，A、B项错误；O2在钢管处得电子，发生还原反应：

O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故钢管附近土壤的pH可能会上升，C项正确。

考点

　金属的腐蚀与防护

题点

　金属腐蚀的防护方法

题组三　金属腐蚀快慢的比较

8．相同材质的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是（　　）

答案　C

解析　A中，食醋提供电解质溶液环境，铁勺和铜盆是相互接触的两个金属板，形成原电池，铁是活泼金属作负极；B中，食盐水提供电解质溶液环境，铁炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成的条件，铁是活泼金属作负极，碳作正极；D中，酸雨提供电解质溶液环境，铁铆钉和铜板分别作负、正极，形成原电池；在上述三种情况中，都是铁作负极，铁容易被腐蚀；C中，铜镀层将铁球覆盖，使铁被保护，所以铁不易被腐蚀。

考点

　金属的腐蚀与防护

题点

　金属腐蚀快慢的比较

9.研究金属腐蚀及防护的装置如图所示，下列说法中错误的是（　　）

A．d为石墨，铁片腐蚀加快

B．d为石墨，石墨上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．d为锌块，铁片不易被腐蚀

D．d为锌块，铁片上电极反应为2H＋＋2e－===H2↑

答案　D

解析　A项，由于活动性：

Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化变为Fe2＋进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时铁片的腐蚀速率快，正确；B项，d为石墨，由于电解质溶液为中性环境，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨电极上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，正确；C项，若d为锌块，则由于金属活动性：

Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，Fe得到保护，铁片不易被腐蚀，正确；D项，d为锌块，由于电解质溶液为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误。

考点

　金属的腐蚀与防护

题点

　金属腐蚀快慢的比较

10．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是（　　）

A．图1中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重

B．图2中，插入溶液中的铁棒容易溶解，主要是发生电化学腐蚀

C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温条件下铁发生化学腐蚀

D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的阴极

答案　C

解析　A项，水面附近的铁接触的氧气多，容易腐蚀，错误；B项，铁作为阴极受保护，不容易腐蚀，错误；C项，高温条件下铁被氧化，正确；D项，镁块为原电池的负极，生活中一般用锌块，因为镁容易形成致密氧化膜，错误。

考点

　金属的腐蚀与防护

题点

　金属腐蚀快慢的比较

11．糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。

下列分析正确的是（　　）

A．脱氧过程是吸热反应，可降低温度，延长糕点保质期

B．脱氧过程中铁作原电池正极，电极反应：

Fe－3e－===Fe3＋

C．脱氧过程中碳作原电池负极，电极反应：

2H2O＋O2＋4e－===4OH－

D．含有1.12g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气336mL（标准状况）

答案　D

解析　钢铁腐蚀中铁作负极，碳作正极，B、C错误；n（Fe）＝0.02mol，负极电极反应式：

2Fe－4e－===2Fe2＋，生成的Fe2＋与正极生成的OH－结合生成Fe（OH）2，Fe（OH）2被空气中的氧气氧化生成Fe（OH）3，所以0.02molFe最终失去0.06mol电子，消耗n（O2）＝

＝0.015mol，D选项正确。

考点

　金属的腐蚀与防护

题点

　金属腐蚀与防护的相关综合

12.（2018·台州市书生中学期中）某课外活动小组的同学在学习了电化学相关知识后，用如图装置进行实验，请回答下列问题：

（1）实验一：

将开关K与a连接，则乙的电极反应式为

________________________________________________________________________。

（2）实验二：

开关K与b连接，则总反应的离子方程式为

________________________________________________________________________。

（3）对于实验二，下列说法正确的是________（填字母）。

A．溶液中Na＋向甲极移动

B．从甲极处逸出的气体能使湿润的KI淀粉试纸变蓝

C．反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度

D．反应结束后，甲电极和乙电极上收集到的气体体积一定相等

答案　

（1）Fe－2e－===Fe2＋　

（2）2Cl－＋2H2O

2OH－＋H2↑＋Cl2↑　（3）B

解析　

（1）开关K与a连接，是原电池，铁为负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋。

（2）开关K与b连接，装置为电解池，铁为阴极，总反应为电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，离子方程式为2Cl－＋2H2O

2OH－＋H2↑＋Cl2↑。

（3）A项，溶液中Na＋向阴极乙极移动，故错误；B项，从甲极处逸出的气体为氯气，能使湿润KI淀粉试纸变蓝，故正确；C项，电解饱和食盐水实质为电解氯化氢，复原时应加HCl而不是盐酸，故错误；D项，由于氯气能够与生成的氢氧化钠反应，导致生成的氯气和氢气的体积不相等，故错误。

13．如图所示，a为生铁，A、B两个烧杯中为海水，C烧杯中为1mol·L－1的稀硫酸。

（1）C中Cu极的电极反应式为____________________。

（2）B中Zn极的电极反应式为____________________。

Fe极附近溶液的pH__________（填“增大”“减小”或“不变”）。

（3）A

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