高中化学 人教版选修4 第四章第四节 金属的电化学腐蚀与防护 教学设计教案学案.docx

1、高中化学 人教版选修4 第四章第四节 金属的电化学腐蚀与防护 教学设计教案学案第四节金属的电化学腐蚀与防护1认识金属腐蚀的危害，能利用原电池原理解释电化学腐蚀的原因。2.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.了解金属腐蚀的防护方法。金属的腐蚀1概念：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本质：金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。3分类(1)化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体或非电解质液体等直接发生化学反应而引起的腐蚀。(2)电化学腐蚀：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。电化学腐蚀又可分为析氢腐蚀和吸

2、氧腐蚀。4钢铁的电化学腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀图形描述条件水膜酸性较强水膜呈中性或酸性很弱电极反应负极(Fe)Fe2e=Fe2Fe2e=Fe2正极(C)2H2e=H22H2OO24e=4OH总反应Fe2H=Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)2其他反应4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3，Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈(Fe2O3xH2O)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1正误判断：正确的打“”，错误的打“”，并阐释错因或列举反例。语句描述正误阐释错因或列举反例(1)金属的腐蚀都是金属失去电子被氧化的过程，所以都是化学腐蚀(

3、2)因为CO2普遍存在，所以钢铁的腐蚀以析氢腐蚀为主(3)电化学腐蚀是发生原电池反应，有电流产生(4)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe3e=Fe3(5)钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀的区别在于前者有H2生成，后者有O2参加答案：(1)金属的腐蚀还有电化学腐蚀(2)钢铁的吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍(3)(4)负极反应式应为Fe2e=Fe2(5)2铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法中，不正确的是()A正极电极反应为2H2e=H2B此过程中还涉及反应4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3C此过程中铜并未被腐蚀D此过程中电子从Fe移向Cu解析：选A。铜、铁形成原电池，Fe发生吸氧腐

4、蚀，Fe做负极，失去电子被氧化，电极反应为Fe2e=Fe2；Cu做正极，电极反应为O22H2O4e=4OH。在此原电池中，电子由Fe移向Cu，原电池反应为2FeO22H2O=2Fe(OH)2，在溶液中还发生反应4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3。 训练一金属腐蚀的理解和判断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MnH2O=M(OH)nH2B金属发生化学腐蚀的实质是Mne=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解析：选B。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

5、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。2下列事实与电化学原理无关的是()A金属钠与氧气反应生成过氧化钠B铁制器件在潮湿空气中生锈C镀锌铁片比镀锡铁片更耐腐蚀D远洋海轮的外壳连接锌块可保护轮船不受腐蚀解析：选A。A.金属钠与氧气反应生成过氧化钠，与电化学原理无关，故选A；B.铁在潮湿空气中形成原电池发生电化学腐蚀，故不选B；C.镀锌铁片破损后发生电化学腐蚀，因Zn比Fe活泼，Zn被腐蚀，镀锡铁片破损后发生电化学腐蚀，因Fe比Sn活泼，Fe被腐蚀，所以镀锌铁片比镀锡铁片耐腐蚀，故不选C；D.原电池中活泼金属做负极，腐蚀锌，保护了铁，故不选D。

6、 训练二金属腐蚀的实验探究3.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红墨水柱两边的液面为左低右高C两试管中相同的电极反应式是Fe2e=Fe2Da试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀解析：选B。a为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b中酸性较强，发生析氢腐蚀，有氢气放出，气体压强增大，所以红墨水柱两边的液面变为左高右低，故B项错。4.(2019鞍山高二质检)为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示装置，下列有关说法中错误的是()A正极的电极反应式为O22H2O4

7、e=4OHB将石墨电极换成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，故将氧气吹向石墨电极的腐蚀速率比吹向铁电极快，A正确，D错误；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正确。金属的防护方法1电化学防护(1)牺牲阳极的阴极保护法原电池原理负极(填电极名称，下同)：比被保护金属活泼的金属；正极：被保护的金属设备。(2

8、)外加电流的阴极保护法电解原理阴极：被保护的金属设备；阳极：惰性金属。2改变金属的内部结构，制成合金，如不锈钢等。3加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。1正误判断：正确的打“”，错误的打“”，并阐释错因或列举反例。语句描述正误阐释错因或列举反例(1)轮船的船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阳极的阴极保护法(2)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(3)在入海口的钢铁闸门上装一定数量的铜块可防止闸门被腐蚀(4)原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，故不能用来减缓金属的腐蚀答案：(1)(2)这种方法属于加防护层法(3)铁比铜活泼，会加速钢铁

9、的腐蚀(4)可用牺牲阳极的阴极保护法来减缓金属的腐蚀2将下列金属的防护方法连线。(1)加防护层(2)牺牲阳极的阴极保护法(3)外加电流的阴极保护法(4)改变内部结构 A钢闸门与直流电源 负极相连 B电线外面包塑料 C普通钢制成镍铬钢 D轮船外壳装上锌块答案：(1)B (2)D (3)A (4)C 训练一金属腐蚀的防护方法1以下防腐措施中，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在金属表面喷漆解析：选C。在轮船的船壳水线以下部分装上锌，能形成锌铁原电池，锌为负极，被腐蚀，铁被保护。2下列金属防腐的

10、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金属器皿表面喷涂油漆C汽车底盘喷涂高分子膜D地下钢管连接镁块解析：选A。外加电流的阴极保护法是指把要保护的金属连接在直流电源的负极上，使其作为电解池的阴极被保护，A项符合题意；金属表面喷涂油漆或高分子膜是防止金属与其他物质接触发生反应，B、C项不符合题意；地下钢管连接镁块，是牺牲阳极的阴极保护法，D项不符合题意。 训练二金属腐蚀的快慢比较3相同材质的铁在下图中的各情形下最不易被腐蚀的是() 解析：选C。A中，食醋做电解质溶液，铁勺和铜盆是相互接触的两个金属电极，形成原电池，铁是活泼金属做负极，易被腐蚀；B中，食盐水做电解质溶

11、液，铁炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成条件，铁是活泼金属做负极，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；D中，酸雨做电解质溶液，铁铆钉和铜板分别做负极、正极，形成原电池，铁易被腐蚀。4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()ABCD解析：选A。Fe在海水中的腐蚀属于电化学腐蚀，当Fe与比其活泼性差的Sn相连时，Fe被腐蚀的速率变快(比快)，与比其活泼性强的Zn相连时，Zn做负极，被腐蚀，Fe被保护，其腐蚀的速率要比慢；为电解装置，Fe为阳极，发生氧化反应，Fe被腐蚀的速率最快。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

12、蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀。(2)同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。(3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。 学习小结1.钢铁在酸性环境中主要发生析氢腐蚀，放出氢气。2钢铁在中性或弱酸性环境中主要发生吸氧腐蚀，最终生成铁锈的主要成分是Fe2O3xH2O。3钢铁发生吸氧腐蚀时，正极发生的电极反应为2H2OO24e=4OH。4.金属电化学防护的方法有牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。5金属腐蚀快慢的规律电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有保护措施的腐蚀。课后达标检测一、选择题1下列现象与

13、电化学腐蚀无关的是()A生铁比纯铁易生锈B纯银饰品久置表面变暗C黄铜(铜锌合金)制品不易产生铜绿D与铜管连接的铁管易生锈解析：选B。B项，纯银不符合构成原电池的条件，故它表面变暗与电化学腐蚀无关。2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O22H2O4e=4OH解析：选D。钢铁中含有铁和碳，在海水中构成原电池，铁做负极，碳做正极。A.从图中看出，氧气参与反应，所以发生了吸氧腐蚀，故A错误；B.碳做正极，发生的反应为还原反应，故B错误；C.在酸性环境下，原电池的正极发生氢离子得

14、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；D.钢铁发生吸氧腐蚀时，氧气在正极发生得电子的还原反应，即O22H2O4e=4OH，故D正确。3钢铁的锈蚀过程中，下列五种变化可能发生的是()Fe由2价转化为3价O2被还原H被还原有Fe2O3xH2O生成杂质碳被氧化除去A BC D解析：选C。钢铁在发生电化学腐蚀时，依据介质的不同可以发生两类原电池反应：(1)当钢铁表面的电解质溶液的酸性较强时，钢铁发生析氢腐蚀，其电极反应式是正极为2H2e=H2，负极为Fe2e=Fe2；(2)当钢铁表面的电解质溶液的酸性较弱或呈中性时，钢铁发生吸氧腐蚀，其电极反应式是正极为O22H2O4e=

15、4OH，负极为Fe2e=Fe2。钢铁发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀，导致钢铁表面生成铁锈，发生的一系列反应为2FeO22H2O=2Fe(OH)2，4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水生成Fe2O3xH2O。4下列各种方法中，能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是()金属表面涂抹油漆改变金属内部结构保持金属表面清洁干燥金属表面进行电镀使金属表面形成致密的氧化物薄膜A BC D解析：选D。金属的腐蚀主要是电化学腐蚀，题目中中的方法都可以起到避免金属和电解质溶液接触形成原电池的目的；中如在金属中加入某些其他元素改变金属内部结构也可以起到防腐蚀的效果。5.缠有金属丝的

16、铁钉插在含有酚酞的NaCl溶液中，如图所示，可以看到在贴近金属丝一边的溶液中出现粉红色。则该金属丝可能是()A镁 B铝C锌 D铜解析：选D。贴近金属丝一边的溶液出现粉红色，说明金属丝附近产生OH，即正极反应式为2H2OO24e=4OH，因此金属丝的活泼性比Fe差，铜符合题目要求。6埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下被腐蚀速率最慢的是()A在含铁元素较多的酸性土壤中B在潮湿疏松的碱性土壤中C在干燥致密不透气的土壤中D在含碳粒较多、潮湿透气的中性土壤中解析：选C。钢铁在自然界中的腐蚀以电化学腐蚀为主，C项最不易形成原电池，所以腐蚀速率最慢。7.研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法

17、错误的是()A若d为石墨，则铁片腐蚀加快B若d为石墨，则石墨上电极反应式为O22H2O4e=4OHC若d为锌块，则铁片不易被腐蚀D若d为锌块，则铁片上电极反应式为2H2e=H2解析：选D。A.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，与没有形成原电池时相比，铁片的腐蚀速率加快，正确。B.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，电极反应式为O22H2O4e=4OH，正确。C.d为锌块，由于金属活动性ZnFe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首

18、先被腐蚀的是Zn，Fe得到保护，铁片不易被腐蚀，正确。D.d为锌块，由于电解质溶液为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，铁片上电极反应式为O22H2O4e=4OH，错误。8据最近报道，中国生产的首艘国产航母“山东”号已经下水。为保护航母、延长服役寿命可采用两种电化学方法。方法1：舰体镶嵌一些金属块；方法2：航母舰体与电源相连。下列有关说法正确的是()A方法1叫外加电流的阴极保护法B方法2叫牺牲阳极的阴极保护法C方法1中金属块可能是锌、锡和铜D方法2中舰体连接电源的负极解析：选D。舰体是由钢板做的。方法1中舰体镶嵌的金属块必须是比铁活泼的金属，如锌等(锡和铜不行)，这种方法叫牺牲阳极的阴极保护法；方法2

19、中航母舰体必须与电源负极相连，这种方法叫外加电流的阴极保护法。综上所述，D正确。9镀锌铁在发生析氢腐蚀时，若有0.2 mol 电子发生转移，下列说法正确的是()有5.6 g金属被腐蚀有6.5 g金属被腐蚀在标准状况下有2.24 L气体放出在标准状况下有1.12 L气体放出A BC D解析：选B。在镀锌铁的析氢腐蚀中，负极(Zn)：Zn2e=Zn2，有0.2 mol e转移时，有0.1 mol Zn溶解，质量为6.5 g；正极(Fe)：2H2e=H2，有0.2 mol e转移时，生成0.1 mol H2，标准状况下的体积为2.24 L。10如下图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入

20、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B。a、b两装置中金属接触中性电解质溶液，都发生吸氧腐蚀。a中铁钉做负极，铜丝做正极，正极上的反应为O22H2O4e=4OH，碱性增强，铜丝附近呈红色；b中形成的原电池Al做负极，电极反应为Al3e=Al3，铁钉做正极，发生还原反应。11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存一星期后，下列对实验结束时的现象描述不正确的

21、是()A装置左侧的液面一定会下降B装置左侧液面比装置的低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。装置中铁钉与铜丝相连，金属活动性相差较大，且用挥发性盐酸，因此装置中的铁钉腐蚀最严重，C选项正确。装置中虽然也用了盐酸，但铁钉与铁丝相连，腐蚀程度不及装置，由于均发生了反应2H2e=H2，装置和装置中左侧均生成了气体，左侧液面都会下降，装置的左侧液面比装置的左侧液面低，A选项正确，B选项错误。装置中浓硫酸吸水，从而使铁钉处在干燥空气中几乎没被腐蚀，D选项正确。12.(2019重庆高二检测)利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法不正确的是()A若X为锌棒，开关K置于M处，可

22、减缓铁的腐蚀B若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应C若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀D若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应解析：选B。若X为锌棒，开关K置于M处，则Zn、Fe可以形成原电池，首先被腐蚀的是Zn，因此可减缓铁的腐蚀，铁极发生还原反应，A正确，B错误。若X为碳棒，开关K置于N处，形成电解池，Fe做电解池的阴极而被保护，故可减缓铁的腐蚀，X极是阳极，发生氧化反应，C、D正确。二、非选择题13金属腐蚀的电化学原理可用如图模拟。(1)请写出有关电极反应式。铁棒上电极反应式： _。碳棒上电极反应式： _。(2)该图所表示的是_(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀。(3)若

23、将O2撤走，并将NaCl溶液改为稀硫酸溶液，则此图可表示_(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀原理；若用牺牲阳极的阴极保护法来保护铁棒不被腐蚀溶解，则可将碳棒改为_棒。解析：电解质是氯化钠，溶液呈中性，发生吸氧腐蚀，负极反应式是2Fe4e=2Fe2，正极反应式是O22H2O4e=4OH。若将O2撤走，并将NaCl溶液改为稀硫酸溶液，此时发生析氢腐蚀；若用牺牲阳极的阴极保护法来保护铁棒不被腐蚀溶解，此时构成的原电池中铁棒做正极，负极是比铁活泼的金属，因此可将碳棒改为锌棒。答案：(1)2Fe4e=2Fe2O22H2O4e=4OH(2)吸氧(3)析氢锌(或其他比Fe活泼的金属)14根据下图装置，回答下列问题

24、。(1)C中Fe极的电极反应式为_。(2)B中Fe极的电极反应式为_，Cu极附近溶液的pH_(填“增大”“减小”或“不变”)。比较A、B、C中铁被腐蚀的速率，由快到慢的顺序是_。解析：(1)C中ZnFe稀H2SO4构成原电池，其中Zn做负极，电极反应式为Zn2e=Zn2，Fe做正极，电极反应式为2H2e=H2。(2)B中FeCu海水构成原电池，其中Fe做负极，电极反应式为2Fe4e=2Fe2，Cu做正极，电极反应式为2H2OO24e=4OH，故Cu极附近c(OH)增大，pH增大。经比较，铁被腐蚀的快慢顺序为BAC。答案：(1)2H2e=H2(2)Fe2e=Fe2增大BAC15某研究小组为探究弱

25、酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)：编号实验目的碳粉/g铁粉/g醋酸/%为以下实验做参照0.52.090.0醋酸浓度的影响0.536.00.22.090.0(2)编号实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了_腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了_(填“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式是_。(3)该小组对图2中Ot1时压强变大的原因提出了如下

26、假设，请你完成假设二。假设一：发生析氢腐蚀产生了气体；假设二： _。解析：(1)对比编号，编号中碳粉的质量与编号相同，醋酸的浓度与编号不同，所以铁粉的质量应与编号相同，即2.0 g；编号中碳粉的质量与编号不同，铁粉的质量和醋酸的浓度均与编号相同，显然编号目的是探究碳粉含量的影响。(2)t2时，容器中压强明显小于起始压强，说明容器中气体减少，所以铁发生的是吸氧腐蚀。在铁发生吸氧腐蚀的过程中，铁为负极，发生氧化反应，形成Fe2；碳为正极，发生还原反应：2H2OO24e=4OH。(3)Ot1时压强增大，应从两方面考虑，一是生成气体，二是温度升高，则假设二应是反应放热，温度升高。答案：(1)编号实验目的碳粉/g铁粉/g醋酸/%2.0碳粉含量的影响(2)吸氧如图还原2H2OO24e=4OH(3)反应放热，温度升高