化学同步人教选修4第四章 电化学基础第四节金属的电化学腐蚀与防护.docx

1、化学同步人教选修4第四章 电化学基础第四节 金属的电化学腐蚀与防护1.了解金属腐蚀及其危害。2能理解金属电化学腐蚀的原因，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。3了解金属防护方法，特别是金属的电化学防护。1金属的电化学腐蚀(1)金属腐蚀：金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。(2)化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。 (3)金属的电化学腐蚀定义：不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。如钢铁在潮湿的空气中生锈。类型a析氢腐蚀(酸性较强的溶液

2、)负极：Fe2e=Fe2，正极：2H2e=H2，总方程式：Fe2H=Fe2H2。b吸氧腐蚀(碱性、中性或弱酸性溶液)负极：Fe2e=Fe2，正极：O24e2H2O=4OH，总方程式：2FeO22H2O=2Fe(OH)2。Fe(OH)2继续与空气中的氧气作用：4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3。铁锈的主要成分是 Fe2O3xH2O，不能(填“能”或“不能”)阻止钢铁继续被腐蚀。2金属的电化学防护(1)牺牲阳极阴极保护法在被保护的钢铁设备上装上比铁活泼的镁合金或锌块，它们作为原电池的负极(或阳极)钢铁设备作为正极(或阴极)被保护下来。(2)外加电流的阴极保护法将被保护的钢铁设备作为阴极

3、，用惰性电极作辅助阳极，在外加直流电源的作用下使阴极得到保护。 新知探究钢铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的比较分类析氢腐蚀吸氧腐蚀形成条件水膜酸性较强水膜酸性极弱或呈中性电极反应负极Fe2e=Fe22Fe4e=2Fe2正极2H2e=H22H2OO24e=4OH总反应Fe2H=Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)2，4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3腐蚀速度一般较快一般较慢相互关系析氢腐蚀和吸氧腐蚀同时发生，金属的腐蚀以吸氧腐蚀为主，吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍 名师点拨金属腐蚀快慢的判断方法(1)在同一电解质溶液中：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)同一

4、种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序：强电解质溶液下的腐蚀弱电解质溶液下的腐蚀非电解质溶液下的腐蚀。(3)无保护措施的金属腐蚀有一定保护措施的金属腐蚀牺牲阳极的阴极金属的腐蚀有外接电源的阴极金属腐蚀。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。对点演练1如图所示的各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是()A BC D解析铁在海水中的腐蚀属于电化学腐蚀，当铁与比它活泼性差的Sn相连时，Fe被腐蚀的速率增大(比大)，与活泼性比其强的锌相连时，锌作负极，被腐蚀，铁被保护，其腐蚀的速率要比小；为电解装置，Fe为阳极，发生氧化反应，铁腐蚀的速率最快。答案A【规律总结】金属腐蚀

5、由快到慢的顺序：电解池的阳极原电池的负极一般化学腐蚀原电池的正极电解池的阴极。新知探究1金属的防护2金属的电化学防护(1)牺牲阳极的阴极保护法：应用原电池原理，让被保护金属作正极，另找一种活泼性较强的金属作负极。(2)外加电流的阴极保护法：利用电解原理，把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，在电解质溶液里，接外加直流电源。3牺牲阳极的阴极保护法的实验探究(1)实验步骤：按如图所示连接好装置；往Fe电极区滴入2滴黄色K3Fe(CN)6(铁氰化钾)溶液，观察实验现象。已知Fe2与 Fe(CN)63反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀：3Fe22Fe(CN)63=Fe3Fe(CN)62

6、。(2)实验现象：可以看到电压表指针发生偏转，Fe电极上有气泡产生，往Fe电极附近滴入K3Fe(CN)6 溶液，没有蓝色沉淀生成。(3)实验结论：实质上是Zn、Fe、NaCl溶液(酸化)构成原电池，发生下列电极反应：负极：Zn2e=Zn2，正极：2H2e=H2。往Fe电极附近滴加K3Fe(CN)6溶液不变蓝色，说明溶液中不含 Fe2，证明Fe未被腐蚀(即牺牲阳极金属保护阴极金属)。名师点拨金属被保护的效果金属作电解池的阴极(外加电流的阴极保护法)金属作原电池的正极(牺牲阳极的阴极保护法)一般防护措施无保护措施。对点演练2下列有关金属的保护方法的说法中正确的是()A常使用的快餐杯表面有一层搪瓷，

7、搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用B白铁(镀锌铁)镀层破损后，铁皮的腐蚀速率很慢C轮船的船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阴极的阳极保护法D钢铁制造的暖气管道外常涂有一些沥青，这是钢铁的电化学保护法解析A项中涂层破损后，铁直接暴露在空气中，因而搪瓷层不能对破损部分进行保护，错误；B项中镀层破损后由于锌的金属性比铁强，和铁构成原电池，锌作负极，保护铁不被腐蚀，正确；C项应是牺牲阳极的阴极保护法，错误；D项中应是用沥青作涂层的涂层保护法，错误。答案B1下列关于钢铁锈蚀的叙述中，错误的是()A酸雨能使钢铁更容易发生电化学腐蚀B钢铁在潮湿的地窖中较易发生析氢腐蚀C铁锈的主要成分是Fe2O3n

8、H2OD钢铁锈蚀时，铁原子失去电子成为Fe3，而后生成Fe(OH)3，再部分脱水成为氧化铁的水合物解析：选D地窖中CO2含量较高，B项正确；钢铁在锈蚀时，铁原子失电子生成Fe2，D项错误。2如下图所示，各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时，由快到慢的顺序是()A4213B2134C4231 D3241解析：选A金属的腐蚀，从本质上讲也是组成化学电池发生氧化还原反应的结果。在原电池中，活泼金属为负极，该金属被氧化，不活泼金属便被保护起来，其被腐蚀的速度大大减小，所以装置3中的铁被腐蚀的速率比1中的慢；反之，当铁与比它不活泼的金属，如Sn、Cu等连接起来，则被腐蚀的速度增大，所以在容器2中的铁比容器

9、1中的铁腐蚀得快。容器4是一个电解池，在这里Fe是阳极，不断地以Fe2的形式进入容器中，从而加速了铁的腐蚀，在上述四种容器中，容器4中的铁的腐蚀过程是最快的。综上分析，铁被腐蚀的快慢顺序为4213。3下列防止金属腐蚀的做法不可行的是()A在某些工具的机械转动部位刷油漆以防生锈B衣架和电线外面包上一层塑料层以防生锈C在钢材制造的大型船舶上装上一定数量的锌块D自行车的钢圈和车铃上镀上一层铬，既耐腐蚀又美观耐磨解析：选A在某些工具的机械转动部位刷油漆，能隔绝空气和水，但转动部位的漆易脱落，应该涂油，故A错误；衣架和电线外面包上一层塑料层，能隔绝空气和水，所以能防生锈，故B正确；在钢材制造的大型船舶上

10、装上一定数量的锌块，Fe、Zn和海水构成原电池，Zn易失电子，作负极，Fe作正极，所以 Fe被保护，故C正确；自行车的钢圈和车铃上镀上一层铬，能隔绝空气和水，且铬不易发生腐蚀，所以能防止铁生锈，故D正确。4钢铁生锈过程发生如下反应：2FeO22H2O=2Fe(OH)2；4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3；2Fe(OH)3=Fe2O33H2O。下列说法正确的是()A反应、中电子转移数目相等B反应中氧化剂是氧气和水C与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀D钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀解析：选A反应中消耗O2的量相等，两个反应也仅有O2作为氧化剂，故转移电子数是相等的，A项正确

11、，B项错误；铜和钢构成原电池，钢质水管腐蚀速度加快，C项错误；钢铁是铁和碳的混合物，在潮湿的空气中易发生吸氧腐蚀，属于电化学腐蚀，D项错误。5钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一。(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为_。(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用如图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用_。A铜 B钠C锌 D石墨(3)如图乙方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的_极上。解析：(1)发生吸氧腐蚀时，负极上铁失电子，正极上O2得电子；(2)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属，如锌，可使

12、锌失电子而保护铁；(3)属于外加电流的阴极保护法。答案：(1)负极：2Fe4e=2Fe2，正极：O22H2O4e=4OH(2)C(3)负一、选择题1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：选A水中的钢闸门连接电源的负极，钢闸门为阴极，从而得以保护，A项正确；金属护栏表面涂漆的原理是隔绝金属护栏与空气接触，从而减缓金属护栏的腐蚀，B项错误；汽车底盘喷涂高分子膜的原理也是隔绝与空气的接触，C项错误；地下钢管连接镁块形成了原电池，属于牺牲阳极的阴极保护法，D项错误。2如图表示的是钢铁在海水中的锈

13、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正极反应式为O22H2O4e=4OH解析：选D钢铁中含有铁和碳，在潮湿的环境中构成原电池，铁作负极，碳作正极。从图中看出，海水中的氧气减少，所以发生了吸氧腐蚀，故A错误；碳作正极，发生的反应为还原反应，故B错误；在酸性环境下，原电池的正极发生H得电子的还原反应，析出氢气，即在酸性条件下发生的是析氢腐蚀，故C错误；吸氧腐蚀时，氧气在正极发生得电子的还原反应：O22H2O4e=4OH，故D正确。3双选为保护地下钢管不受腐蚀，可采取的措施是()A与石墨棒相连B与直流电源负极相连C

14、与直流电源正极相连D与锌板相连解析：选BD防止金属腐蚀的电化学保护法中，一是牺牲阳极的阴极保护法，二是外加电源的阴极保护法，B是外加电源的阴极保护法，D是牺牲阳极的阴极保护法。4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2H2OO24e=4OHC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Fe2e=Fe2解析：选B金属铁的腐蚀中，金属铁可以和溶液中的H直接发生化学腐蚀，铁制品中含有铁和碳，再加之

15、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H得电子生成氢气，正极反应式为2H2e=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Fe2e=Fe2，故D正确。5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NaCl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()Aa中铁钉附近呈现红色Bb中铁钉上发生还原反应Ca中铜丝上发生氧化反应Db中铝条附近有气泡产生解析：选Ba、b均构成原电池，a中Fe为负极，铜丝为正极发生O22H2O4e=4OH，故a中铜丝处变红，b中Al为负极，

16、Fe为正极，附近有OH生成，故B项正确。6.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正极的电极反应方程式为O22H2O4e=4OHB将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成C若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈D分别向铁、石墨电极附近吹入O2，前者铁锈出现得快解析：选D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，反应式为O22H2O4e=4OH，A项正确；但若将石墨电极换成Mg电极，则负极为Mg，Fe被保护，难以看到铁生锈，B项正确；向自来水中加入NaCl(s)，可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率，C项正确；

17、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。7.如图是金属牺牲阳极的阴极保护法的实验装置，有关说法正确的是()A该装置为电解池B本实验牺牲了金属Fe来保护金属ZnC若加入K3Fe(CN)6溶液后，Fe电极附近不会产生特征的蓝色沉淀D远洋货轮上镶嵌的金属Zn长时间没有什么变化，不需要更换解析：选C根据图示，装置中没有电源，属于原电池，故A错误；锌的活泼性比铁强，锌作负极，被腐蚀，本实验牺牲了金属Zn来保护金属Fe，故B错误；锌的活泼性比铁强，锌作负极，铁没有被腐蚀，加入K3Fe(CN)6溶液后，Fe电极附近不会产生特征的蓝色沉淀，故C正确；远洋货轮上镶嵌的金属Zn会被腐蚀，需要定期更换

18、，故D错误。8.铜板上的铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法不正确的是()A正极的电极反应为2H2e=H2B此过程中还涉及的反应：4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3C此过程中铜并不被腐蚀D此过程中电子从Fe流向Cu解析：选A吸氧腐蚀的电极反应：负极：2Fe4e=2Fe2，正极：O22H2O4e=4OH，溶液中发生反应：Fe22OH=Fe(OH)2，Fe(OH)2继续被氧化：4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水形成铁锈。9为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩里保

19、存一星期，下列对实验结束时现象描述不正确的是()A装置左侧的液面一定会上升B左侧液面装置比装置的低C装置中的铁钉腐蚀最严重D装置中的铁钉几乎没被腐蚀解析：选B装置中潮湿的水蒸气为中性，铁钉发生吸氧腐蚀，左侧的液面一定会上升；装置中潮湿的水蒸气为酸性，铁钉发生析氢腐蚀，左侧的液面下降，故左侧液面装置比装置的高；装置中铜与铁构成原电池，腐蚀最为严重；装置中铁钉处于干燥环境，几乎没被腐蚀。10下列与金属腐蚀有关的说法正确的是()A图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重B图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小C图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大D图d

20、中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的解析：选B图a中，铁棒发生电化学腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻，A项错误；图b中开关由M置于N，CuZn作正极，腐蚀速率减小，B项正确；图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，但氢气在Pt上放出，C项错误；图d中干电池放电时MnO2发生还原反应，体现还原性，D项错误。二、非选择题11如图所示，水槽中的试管内有一枚铁钉，放置数天观察。(1)铁钉逐渐生锈，铁钉的腐蚀属于_腐蚀(填“化学”或“电化学”)。(2)若试管内液面上升，则原溶液呈_，发生_腐蚀(填“析氢”或“吸氧”)，电极反应：负极为_，正极为_。(3)若试管

21、内液面下降，则原溶液呈_，发生_腐蚀(填“析氢”或“吸氧”)，电极反应：负极为_，正极为_。(4)若溶液甲为水，溶液乙为海水，则铁钉在_(填“甲”或“乙”)溶液中腐蚀的速率快。解析：铁钉是铁合金，主要由铁和碳组成，外加电解质溶液，可构成原电池，此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。依据腐蚀的条件、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，是发生吸氧腐蚀的结果，据此写出电极反应；试管内液面下降，说明试管内压强增大，生成气体，是发生析氢腐蚀的结果，据此写出电极反应。对于同一金属来说，在强电解质溶液中腐蚀的速率大于在弱电解质溶液中腐蚀的速率。答案：(1)电化学(2)碱性、弱酸性或中性吸

22、氧 2Fe4e=2Fe2O22H2O4e=4OH(3)较强的酸性析氢Fe2e=Fe22H2e=H2(4)乙12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下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严重请回答以下问题：(1)上述

23、实验中发生了电化学腐蚀的是_(填序号)；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_。(3)为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是_(答两种方法)。解析：(1)只要铁丝表面变暗则发生了腐蚀，由实验现象(铁丝表面变灰暗)得出发生了电化学腐蚀的实验为3、4、5、6。(2)实验内容中进行对比的湿度、温度、O2的浓度(氧气流与空气)、电解质溶液(NaCl溶液)等条件就是影响铁锈蚀速率的因素。(3)从改变物质的内部结构方面及覆盖保护层、原电池原理等方面进行思考。答案：(1)3、4、5、6Fe2e=Fe2(或2Fe4e=2Fe2)2H2OO24e=4OH(2

24、)湿度、温度、O2的浓度、电解质的存在(3)电镀、发蓝、喷油漆、喷镀等表面覆盖保护层，牺牲阳极的阴极保护法等(其他答案合理即可)能力提升13某探究小组用铁钉被腐蚀的快慢实验来研究防止钢铁腐蚀的方法。所用试剂有：材质相同的无锈铁钉数个，食盐水、碳酸水、植物油各多量，实验温度为298 K、308 K，每次实验取用铁钉的数量相同。液体体积相同且足量，用大小相同的试管实验。(1)请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号：实验编号T/K试管内取用液体实验目的298食盐水( )实验和探究不同电解质溶液对铁钉腐蚀快慢的影响()实验和_探究温度对铁钉腐蚀快慢的影响()实验和_探究铁钉是否接触

25、电解质溶液对铁钉腐蚀快慢的影响 (2)请根据上述实验，判断下列有关钢铁制品防腐的说法正确的是_(填字母)。A在铁门、铁窗表面涂上油漆B自行车各部件因有防护涂层或电镀等防腐措施，所以不需要停放在能遮雨的地方C家用铁制厨具每次用完后应擦干放置在干燥处D把挡水铁闸门与直流电源的正极连接且构成回路，可减少铁闸门的腐蚀速率解析：(1)实验探究不同电解质对铁钉腐蚀快慢的影响，因此保证温度不变(仍为298 K)，改变电解质(选用碳酸水)。实验探究温度对铁钉腐蚀快慢的影响，因此保证电解质不变(仍为食盐水)，改变温度(选308 K)。实验探究铁钉是否接触电解质溶液对铁钉腐蚀快慢的影响。因此保证温度不变(仍为29

26、8 K)，改变试管内液体(选植物油)。(2)A项涂油漆保护钢窗，使铁窗与周围物质隔开，正确；自行车放在干燥处，不易形成原电池，能降低腐蚀速率，B错误，C正确；D项挡水铁闸门应与直流电源的负极相连，使之作电解池的阴极，才能起到保护作用，D错误。答案：(1)实验编号T/K试管内取用液体实验目的298食盐水()()(只要与前面、对应即可)298碳酸水308食盐水298植物油 (2)AC14关于铁生锈的机理有人提出如下步骤：Fe(s)2e=Fe2；He=H；4HO2(g)=2H2O；4Fe2O2(g)(42x)H2O=2(Fe2O3xH2O)(s)8H根据以上过程，回答下列问题：(1)根据以上机理，判断下列说法正确的是_。A以上锈蚀过程是发生的化学腐蚀B从锈蚀反应的最终结果看，水既是氧化剂，又是还原剂C反应的实质是氧气被还原，金属铁被氧化D从反应机理看，锈蚀过程发生的是析氢腐蚀(2)某铁件需长期浸于水下，为了减少腐蚀，想采取下列措施，其中正确的有_。A给铁件铆上一些锌板B给铁件通入直流电，把铁件与电源正极连接C在制造铁件时，在铁中掺入一定比例的铜制成合金D在铁件表面涂上一层较厚的沥青(3)现有质量为1 000 g的某铁件已在水下生锈，若测知整个锈蚀过程中有6 mol电子发生转移，则参加反应的O2在标准状况下的体积为_L，反应后铁件的