金屬的腐蝕與防護高二化學講義課時作業(yè)（人教版2019選擇性必修1）（原卷版）

第四章化學能與電能第3節(jié)金屬的腐蝕與防護1.了解金屬腐蝕及其危害。2.了解金屬電化學腐蝕的原因。3.能正確書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應式和總反應式。4.掌握金屬腐蝕的防護方法。知識點一金屬的腐蝕。知識點二金屬的防護。知識點一金屬的腐蝕一、金屬腐蝕的本質(zhì)：金屬原子失去電子變成金屬陽離子，金屬發(fā)生氧化反應。二、金屬腐蝕的類型1.化學腐蝕與電化學腐蝕類型化學腐蝕電化學腐蝕定義金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學反應引起的腐蝕不純金屬(或合金)接觸到電解質(zhì)溶液所發(fā)生的原電池反應，較活潑金屬原子失去電子被氧化而引起的腐蝕條件金屬與接觸到的物質(zhì)直接反應不純金屬接觸到電解質(zhì)溶液發(fā)生原電池反應本質(zhì)M－ne－===Mn＋M－ne－===Mn＋現(xiàn)象金屬被腐蝕較活潑金屬被腐蝕區(qū)別無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生聯(lián)系電化學腐蝕比化學腐蝕普遍得多，腐蝕速率更快，危害也更嚴重：析氫腐蝕與吸氧腐蝕(以鋼鐵的腐蝕為例)類型析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜酸性較強(pH≤4.3)水膜酸性很弱或呈中性電極反應負極Fe－2e－===Fe2＋正極2H＋＋2e－===H2↑O2＋2H2O＋4e－===4OH－總反應式Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2聯(lián)系吸氧腐蝕更普遍鐵銹的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(鐵銹)＋(3－x)H2O?！纠?】銅板上鐵鉚釘長期暴露在潮濕的空氣中，形成一層酸性水膜后鐵鉚釘會被腐蝕，示意圖如下。下列說法不正確的是()A．腐蝕過程中銅極上始終只發(fā)生：2H＋＋2e－===H2↑B．若水膜中溶有食鹽將加快鐵鉚釘?shù)母gC．若在金屬表面涂一層油脂，能防止鐵鉚釘被腐蝕D．若將該銅板與直流電源負極相連，則鐵、銅均難被腐蝕【例2】某同學進行下列實驗：操作現(xiàn)象取一塊打磨過的生鐵片，在其表面滴一滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食鹽水放置一段時間后，生鐵片上出現(xiàn)如圖所示“斑痕”，其邊緣為紅色，中心區(qū)域為藍色，在兩色環(huán)交界處出現(xiàn)鐵銹下列說法不合理的是()A．生鐵片發(fā)生吸氧腐蝕B．中心區(qū)的電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋C．邊緣處的電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．交界處發(fā)生的反應為4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3＋8H＋【例3】下列說法正確的是()A．生產(chǎn)和生活中，化學腐蝕比電化學腐蝕普遍，危害更大B．大多數(shù)金屬腐蝕的原因是發(fā)生氧化還原反應C．化學腐蝕的速率隨著溫度升高而加快D．化學腐蝕和電化學腐蝕過程中都產(chǎn)生電流【變式1】將NaCl溶液滴在一塊光亮清潔的鐵板表面，一段時間后發(fā)現(xiàn)液滴覆蓋的圓周中心區(qū)(a)已被腐蝕而變暗，在液滴外沿形成棕色鐵銹環(huán)(b)，如圖所示。導致該現(xiàn)象的主要原因是液滴之下氧氣含量比邊緣少。下列說法正確的是()A．液滴中的Cl－由a區(qū)向b區(qū)遷移B．液滴邊緣是正極區(qū)，發(fā)生的電極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．液滴下的Fe因發(fā)生還原反應而被腐蝕，生成的Fe2＋由a區(qū)向b區(qū)遷移，與b區(qū)的OH－形成Fe(OH)2，進一步氧化、脫水形成鐵銹D．若改用嵌有一銅螺絲釘?shù)蔫F板，在銅鐵接觸處滴加NaCl溶液，則負極發(fā)生的電極反應為Cu－2e－=Cu2＋【變式2】下列與金屬腐蝕有關的說法正確的是()A．圖a中，鐵釘易被腐蝕B．圖b中，燃氣灶的中心部位容易生銹，主要是由于高溫下鐵發(fā)生化學腐蝕C．圖c中，接通開關時Zn的腐蝕速率增大，Zn上放出氣體的速率也增大D．鋼鐵發(fā)生電化學腐蝕時，負極反應是Fe－3e－=Fe3＋知識點二金屬的防護一、金屬防護原理：金屬防護就是防止金屬的腐蝕，要解決的主要問題是使金屬不被氧化，應從金屬腐蝕的化學反應原理、腐蝕的類型等方面來確定金屬防護的具體方法。二、金屬防護的方法：如把鉻、鎳等加入普通鋼里制成不銹鋼，就大大增強了鋼鐵對各種侵蝕的抵抗力。2.在金屬表面覆蓋保護層：（1）噴涂油漆、礦物性油脂或覆蓋搪瓷、塑料等；（2）電鍍一層金屬；（3）發(fā)藍處理；（4）陽極氧化處理鋁制品，形成鈍化膜等。（1）犧牲陽極法：原電池原理，外接活潑金屬作eq\a\vs4\al(負)極(陽極)使被保護金屬作eq\a\vs4\al(正)極(陰極)。形成原電池時，被保護的金屬作正極，不發(fā)生化學反應受到保護；活潑金屬作負極，發(fā)生化學反應受到腐蝕。負極要定期予以更換。（2）外加電流法：電解原理，被保護金屬作eq\a\vs4\al(陰)極，用惰性電極作輔助eq\a\vs4\al(陽)極。通電后強制電子流向被保護的金屬設備，使金屬表面腐蝕電流降至零或接近零。從而使金屬受到保護。方法犧牲陽極法外加電流法依據(jù)原電池原理電解池原理原理形成原電池時，被保護的金屬作正極，不發(fā)生化學反應受到保護；活潑金屬作負極，發(fā)生化學反應受到腐蝕。負極要定期予以更換將被保護的金屬與另一附加電極作為電解池的兩個電極，使被保護的金屬作陰極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護應用保護一些鋼鐵設備，如鍋爐內(nèi)壁、船體外殼等裝上鎂合金或鋅塊保護土壤、海水及水中的金屬設備實例示意圖【歸納總結(jié)】判斷金屬腐蝕快慢的方法(1)對同一電解質(zhì)溶液來說，腐蝕的快慢：電解池原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕。(2)對同一金屬來說，腐蝕的快慢：強電解質(zhì)溶液中>弱電解質(zhì)溶液中>非電解質(zhì)溶液中。(濃度相同)(3)活潑性不同的兩種金屬，活潑性差異越大，腐蝕越快。(4)對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)濃度越大，金屬腐蝕速率越快?！纠?】驗證犧牲陽極的陰極保護法，實驗如下(燒杯內(nèi)均為經(jīng)過酸化的3%NaCl溶液)。①②③在Fe表面生成藍色沉淀試管內(nèi)無明顯變化試管內(nèi)生成藍色沉淀下列說法不正確的是()A．對比②③，可以判定Zn保護了FeB．對比①②，K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化C．驗證Zn保護Fe時不能用①的方法D．將Zn換成Cu，用①的方法可判斷Fe比Cu活潑【例2】下列各容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕時腐蝕速率由快到慢的順序是()A．3>1>2>4>5 B．4>3>2>1>5C．3>5>1>2>4 D．5>2>4>3>1【例3】下列有關金屬腐蝕與防護的說法正確的是()A．黃銅(銅鋅合金)制作的銅鑼易產(chǎn)生銅綠B．鋼鐵的腐蝕生成疏松氧化膜，不能保護內(nèi)層金屬C．在輪船船體四周鑲嵌鋅塊保護船體不受腐蝕的方法叫陰極電化學保護法D．不銹鋼有較強的抗腐蝕能力是因為在鋼鐵表面鍍上了鉻【變式1】下列關于金屬腐蝕與防護的說法不正確的是()A．圖甲，放置于干燥空氣中的鐵釘不易生銹B．圖乙，若斷開電源，鋼閘門將發(fā)生吸氧腐蝕C．圖乙，若將鋼閘門與電源的正極相連，可防止鋼閘門腐蝕D．圖丙，若金屬M比Fe活潑，可防止輸水管腐蝕【變式2】相同材質(zhì)的鐵在下圖中的四種情況下腐蝕最快的是()【變式3】研究金屬橋墩腐蝕及防護是跨海建橋的重要課題。下列判斷中正確的是()A．用裝置①模擬研究時未見a上有氣泡產(chǎn)生，說明鐵棒沒有被腐蝕B．②中橋墩與外加電源正極連接能確保橋墩不被腐蝕C．③中采用了犧牲陽極法保護橋墩D．①②③中海水均是實現(xiàn)化學能轉(zhuǎn)化為電能的電解質(zhì)1．下列各裝置中都盛有0.1mol?L1的NaCl溶液，放置相同時間后，鋅片的腐蝕速率由快到慢的順序是A．③①④② B．①②④③ C．②①④③ D．②①③④2．下列有關電化學原理及應用的說法正確的是A．純鐵比鋼鐵更容易發(fā)生電化學腐蝕B．鐵制品表面鍍鋅時，鐵制品應與電源正極相連C．電解精煉銅時，電路中每轉(zhuǎn)移2mol電子，陰極質(zhì)量增加64gD．如圖裝置中正極反應式為3．2022年，中國第二艘國產(chǎn)003型10萬噸級航母即將下水，船體的防腐處理非常重要，有鹽分的海水和空氣會對船體造成腐蝕。下列關于金屬腐蝕和防腐的說法不正確的是A．可以在船舶外殼裝上鋅塊，用犧牲陽極的陰極保護法防止金屬腐蝕B．海上艦艇的腐蝕主要為金屬的吸氧腐蝕C．刷防銹漆，使金屬與空氣、水等物質(zhì)隔離，可防止金屬被腐蝕D．外加電流將被保護的鋼鐵做陰極，硅鋼鑄鐵做陽極起不到保護金屬的作用4．某研究小組為探究電化學腐蝕的影響因素，將混合均勻的新制鐵粉和碳粉置于錐形瓶底部，塞上瓶塞(如圖1)。從膠頭滴管中滴入幾滴醋酸溶液，同時測量容器中的壓強變化(結(jié)果如圖2)，腐蝕過程可簡單用圖3表示。下列敘述不正確的是A．碳粉表面的電極反應式只有：B．圖1中，錐形瓶底部的碳粉上發(fā)生了還原反應C．圖2中，時容器中壓強明顯小于起始壓強是因為鐵粉發(fā)生了吸氧腐蝕D．圖3中，發(fā)生腐蝕時電子轉(zhuǎn)移方向如箭頭所示5．糕點包裝中常見脫氧劑的主要成分為還原性鐵粉、氯化鈉、炭粉和水等，下列有關脫氧原理的說法正確的是A．脫氧過程是吸熱反應，可降低溫度，延長糕點保質(zhì)期B．脫氧過程中鐵作原電池正極，電極反應為：Fe3e→Fe3+C．脫氧劑工作過程中的電化學反應方程式為：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2D．脫氧劑中炭粉主要起還原劑作用6．港珠澳大橋設計使用壽命為120年，對橋體鋼構(gòu)件采用多種方法防腐。下列分析錯誤的是A．防腐原理主要是避免發(fā)生反應：2Fe+O2+2H2O＝2Fe(OH)2B．鋼構(gòu)件表面噴涂環(huán)氧樹脂涂層是為了隔絕空氣、水等，防止形成原電池C．采用外加電流的陰極保護法時需直接在鋼構(gòu)件上綁上鋅塊D．鋼構(gòu)件可采用不銹鋼材料以減緩腐蝕速率7．在潮濕的深層土壤中，鋼管主要發(fā)生厭氧腐蝕，有關厭氧腐蝕的機理有多種，其中一種理論為厭氧細菌可促使與反應生成，加速鋼管的腐蝕，其反應原理如圖所示。下列說法正確的是A．正極的電極反應式為B．與的反應可表示為C．鋼管腐蝕的直接產(chǎn)物中只有D．在鋼管表面鍍鋅或銅可減緩鋼管的腐蝕，即使鍍層破損后仍對鋼管有保護作用8．下列有關金屬腐蝕與防護的說法不正確的是A．金屬腐蝕是金屬或合金與周圍的氣體或液體發(fā)生氧化還原反應B．金屬腐蝕過程中電化學腐蝕和化學腐蝕往往同時發(fā)生C．鋼鐵在潮濕的空氣中直接發(fā)生反應：，繼而形成鐵銹D．犧牲陽極法和外加電流法都需要采用輔助陽極9.下列事實中，與電化學腐蝕無關的是()A．埋在潮濕土壤里的鐵管比埋在干燥土壤里的鐵管更易被腐蝕B．在空氣中，金屬銀的表面生成一層黑色物質(zhì)C．在電工操作中，銅導線和鐵線不能放在一起使用D．鍍銀的鐵制品，鍍層部分受損后，露出的鐵表面易被腐蝕10.一定條件下，某碳鋼腐蝕情況與溶液pH的關系如表所示。下列說法錯誤的是()pH246814腐蝕快慢較快慢較快主要產(chǎn)物Fe2＋Fe3O4Fe2O3FeO2A．當pH<4時，碳鋼主要發(fā)生析氫腐蝕B．當pH>6時，碳鋼主要發(fā)生吸氧腐蝕C．當pH>14時，正極反應為O2＋4H＋＋4e－===2H2OD．將堿性溶液煮沸除去氧氣后，碳鋼腐蝕的速率會減緩11.炒過菜的鐵鍋未及時洗凈(殘液中含NaCl)，不久便會因被腐蝕而出現(xiàn)紅褐色銹斑。腐蝕原理如圖所示，下列說法正確的是()A．腐蝕過程中，C作負極B．Fe失去電子經(jīng)電解質(zhì)溶液轉(zhuǎn)移給CC．正極的電極反應式為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑D．每生成1mol鐵銹(Fe2O3·xH2O)理論上消耗標準狀況下的O233.6L12.通過控制開關可使同一裝置發(fā)生不同的化學反應。(1)研究模擬鋼鐵的電化學防護裝置如圖所示：①若X為Zn，開關K置于a處，一段時間后，取適量Fe電極周圍的溶液于試管中，滴加(填化學式)溶液未出現(xiàn)藍色沉淀，證明鐵未被腐蝕。②若X為石墨，開關K置于b處，一段時間后，F(xiàn)e電極周圍溶液的pH(填“變大”或"變小”)；該電化學防護法稱為。(2)模擬氯堿工業(yè)的電化學裝置如圖(II)所示：①開關K置于a處時，兩極試管內(nèi)均有氣泡產(chǎn)生，則Fe電極為(填“陰”或“陽”)極。②一段時間后，使開關K與a斷開，再將K置于b處時，觀察到兩極試管內(nèi)的氣體逐漸減少，此時的裝置稱為(填“電解池”或“原電池”)，F(xiàn)e電極上的電極反應式為。(3)利用太陽能光伏電池電解水制高純氫的工作原理如圖所示，通過控制開關連接a或b，可交替得到和。①制時，K置于處(填“a”或“b”)。②制時，電極3的電極反應式為。13.某小組按圖1所示的裝置探究鐵的吸氧腐蝕。完成下列填空：(1)圖2是圖1所示裝置的示意圖，在圖2的小括號內(nèi)填寫正極材料的化學式，在方括號內(nèi)用箭頭表示出電子流動的方向。正極反應式是。(2)按圖1裝置實驗，約8分鐘才看到的導管中液柱上升，下列措施可以更快更清晰地觀察到液柱上升的是。c.用毛細尖嘴管代替玻璃導管，并向試管的水中滴加少量紅墨水(3)升高溫度可以加快化學反應速率，建議用酒精燈加熱具支試管。這一措施(填“可行”或“不行”)。(4)有同學觀察到圖1裝置在組裝時就會使導管中液面低于試管中液面，導致實驗時導管中液柱上升需要更多的時間。圖1裝置組裝時，使導管中液面低于試管中液面的原因是。消除這一現(xiàn)象的簡單操作是。14.對金屬制品進行抗腐蝕處理可延長其使用壽命。(1)以下為鋁材表面處理的一種方法：eq\a\vs4\al(鋁材)eq\a\vs4\al(脫脂)eq\a\vs4\al(堿洗)eq\a\vs4\al(槽液)eq\a\vs4\al(水洗)eq\a\vs4\al(除灰)eq\a\vs4\al(電解)eq\a\vs4\al(H