1.4金屬的腐蝕與防護導學案高二上學期化學選擇性必修1

第4節(jié)金屬的腐蝕與防護核心微網(wǎng)絡素養(yǎng)新目標1.了解金屬發(fā)生電化學腐蝕的本質。2．知道金屬腐蝕的危害。3．了解防止金屬腐蝕的措施。學業(yè)基礎——自學·思記·嘗試一、金屬電化學腐蝕的原理1．金屬腐蝕的定義和分類2．化學腐蝕和電化學腐蝕金屬腐蝕化學腐蝕電化學腐蝕定義金屬與接觸到的物質________反應不純的金屬在潮濕的空氣或電解質溶液中發(fā)生________反應現(xiàn)象金屬被腐蝕________金屬被腐蝕區(qū)別無電流產生有________電流產生實質與聯(lián)系(1)實質：都是金屬原子________被氧化而損耗；(2)聯(lián)系：化學腐蝕與電化學腐蝕往往同時發(fā)生，但________更普遍。3.鋼鐵的吸氧腐蝕和析氫腐蝕分類析氫腐蝕吸氧腐蝕圖形描述形成條件水膜酸性較強水膜酸性較弱電極反應負極________正極________________________總反應________2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O腐蝕速度一般較快一般較慢相互關系析氫腐蝕和吸氧腐蝕同時發(fā)生，金屬的腐蝕以吸氧腐蝕為主，吸氧腐蝕比析氫腐蝕普遍狀元隨筆(1)鐵銹的主要成分是紅棕色的、疏松的Fe2O3·nH2O。(2)鐵制品銹蝕的過程，實際上是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣等發(fā)生化學反應的過程。二、金屬腐蝕的防護1．本質：阻止金屬發(fā)生________反應。2．方法(1)改變金屬內部結構，如制成合金等。(2)加防護層，如耐腐蝕的油漆、搪瓷、電鍍等。(3)電化學防護3．金屬的防護措施圖示狀元隨筆陰、陽極是從氧化還原反應角度來具體區(qū)分的，陽極代表發(fā)生氧化反應的電極，陰極代表發(fā)生還原反應的電極——因此原電池的負極(氧化反應)也可以稱為陽極，反之正極即陰極。三、電化學腐蝕原理的應用1．鐵腐蝕的應用(1)消耗空氣中的氧氣——快速測定空氣中氧氣的含量。(2)消耗氧氣和水——以鐵粉為主的雙吸收劑用以延長食物的保質期。(3)腐蝕過程放熱——制成一次性保暖貼。2．保暖貼(1)組成：鐵粉、水、食鹽、活性炭、蛭石和吸水樹脂。(2)原理①鐵與氧氣的反應為放熱反應；②鐵粉、活性炭和離子導體(食鹽溶于水)構成原電池，加快了反應的速率。3．其他應用(1)微電解技術處理工業(yè)廢水。(2)在航空航天、精密儀器和生物醫(yī)學等領域也具有廣闊的應用前景。狀元隨筆(1)鐵粉做負極材料，在反應中失去電子，發(fā)生氧化反應；活性炭做正極材料；食鹽溶于水成為離子導體；蛭石做保溫材料；吸水性樹脂吸收環(huán)境中的水分，提供反應需要的水。(2)鐵粉和氧氣通過無數(shù)個微小的原電池發(fā)生反應且進行得很快，反應放出的熱量很快將發(fā)熱袋加熱，保暖袋使用了礦物材料蛭石做保溫材料，其放熱的時間和溫度可以通過透氣膜的透氧率進行控制。(3)保暖貼的內層中，空氣中的氧氣通過微孔透氣膜進入，與鐵發(fā)生原電池反應；外層不透氣的原因是起保溫作用，防止通過空氣與外界進行熱交換。(4)鐵發(fā)生原電池反應后的主要成分為炭粉、氯化鈉固體、三氧化二鐵固體以及含鎂和鋁的鹽，因而變得較硬?！炯磳W即練】1．判斷下列說法是否正確，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)金屬腐蝕沒有發(fā)生氧化還原反應。()(2)金屬的電化學腐蝕和化學腐蝕本質相同，但電化學腐蝕伴有電流產生。()(3)鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕，負極吸收氧氣，產物最終轉化為鐵銹。()2．下列現(xiàn)象與電化學腐蝕無關的是()A．生鐵比純鐵易生銹B．純銀飾品久置表面變暗C．黃銅(銅鋅合金)制品不易產生銅綠D．與銅管連接的鐵管易生銹3．(雙選)下列電極一定被保護的是()A．原電池的負極B．原電池的正極C．電解池的陽極D．電解池的陰極4．下列說法正確的是()A．鋼鐵因含雜質而容易發(fā)生電化學腐蝕，所以合金都不耐腐蝕B．原電池反應是導致金屬腐蝕的主要原因，故不能用原電池原理來減緩金屬的腐蝕C．鋼鐵電化學腐蝕的兩種類型主要區(qū)別在于水膜的酸性不同，引起的正極反應不同D．無論哪種類型的腐蝕，其實質都是金屬被還原5．鋼鐵很容易生銹而被腐蝕，每年因腐蝕而損失的鋼鐵占世界鋼鐵年產量的四分之一。請回答下列問題：(1)鋼鐵腐蝕主要是吸氧腐蝕，寫出該腐蝕過程中的電極反應式：負極________，正極________。(2)為了降低某水庫鐵閘門的腐蝕速率，可以采用圖甲所示的方案，其中焊接在鐵閘門上的固體材料R可以采用________(填字母)。A．銅B．鈉C．鋅D．石墨(3)圖乙所示的方案也可以降低鐵閘門的腐蝕速率，其中鐵閘門應該連接在直流電源的________極上。核心素養(yǎng)——合作·探究·分享目標金屬腐蝕的快慢與防護方法例如下圖所示，各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的順序為()A．①②③④⑤B．④③②①⑤C．④③①②⑤D．④②③①⑤狀元隨筆金屬腐蝕快慢的判斷方法(1)在同一電解質溶液中的腐蝕速率：電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕。(2)同一種金屬在不同介質中的腐蝕速率：強電解質溶液>弱電解質溶液>非電解質溶液。(3)有無保護措施的腐蝕速率：無保護措施的金屬腐蝕>有一定保護措施的金屬腐蝕>犧牲陽極的陰極保護的金屬腐蝕>有外接電源的陰極保護的金屬腐蝕。(4)對同一種電解質溶液來說，電解質溶液濃度越大，腐蝕越快。[提升]城市地下潮濕的土壤中常埋有縱橫交錯的管道和輸電線路，當有電流泄漏并與金屬管道形成回路時，就會引起金屬管道的腐蝕。原理如圖所示，但若電壓等條件適宜，鋼鐵管道也可能減緩腐蝕，此現(xiàn)象被稱為“陽極保護”。下列有關說法不正確的是()A.該裝置能夠將電能轉化為化學能B．管道右端腐蝕比左端快，右端電極反應式為Fe－2e－=Fe2＋C．如果沒有外加電源，潮濕的土壤中的鋼鐵管道比較容易發(fā)生吸氧腐蝕D．鋼鐵“陽極保護”的實質是在陽極金屬表面形成一層耐腐蝕的鈍化膜狀元隨筆(1)判斷電化學保護法的類型，應分清其基本原理，看是利用電解原理的外加電流陰極保護法還是應用原電池原理的犧牲陽極保護法，兩者不能混淆。(2)無論是吸氧腐蝕還是析氫腐蝕，作為負極的鐵都不斷地被氧化。(3)由于通常情況下，金屬表面不會接觸到酸性較強的溶液，所以金屬腐蝕的主要形式是電化學腐蝕中的吸氧腐蝕，而且析氫腐蝕最終也會被吸氧腐蝕代替。(4)金屬活動性順序中位于氫前和氫后的金屬都能發(fā)生吸氧腐蝕，但只有位于氫前的金屬才會發(fā)生析氫腐蝕。關鍵能力當堂評價——夯實·測控·演練1．下列關于金屬防護的方法不正確的是()A．對健身器材涂油漆以防止生銹B．對某些工具的“機械轉動部位”選用刷油漆的方法來防銹C．用犧牲鋅塊的方法來保護船身D．在自行車的鋼圈上鍍上一層鉻來防銹2.如圖所示，將拴有金屬條的鐵釘插在含有酚酞的NaCl溶液中，可以看到靠近金屬條的溶液出現(xiàn)粉紅色。則該金屬條可能是()A．銅B．鎂C．鋁D．鋅

3.(雙選)如圖裝置中，U形管內為紅墨水，a、b試管內分別盛有食鹽水和稀醋酸溶液，各加入生鐵塊，放置一段時間，下列有關描述錯誤的是()A．生鐵塊中的碳是原電池的正極B．紅墨水柱兩邊的液面為左低右高C．兩試管中相同的電極反應式是Fe－3e－=Fe3＋D．a試管中發(fā)生了吸氧腐蝕，b試管中發(fā)生了析氫腐蝕4．如圖所示，將緊緊纏繞不同金屬的鐵釘放入培養(yǎng)皿中，再加入含有適量酚酞和NaCl的瓊脂熱溶液，冷卻后形成瓊膠(離子在瓊膠內可以移動)，下列敘述正確的是()A．a中鐵釘附近呈現(xiàn)紅色B．b中鐵釘上發(fā)生還原反應C．a中銅絲上發(fā)生氧化反應D．b中鋁條附近有氣泡產生5．支撐海港碼頭基礎的防腐技術，常用外加電流陰極保護法進行防腐，工作原理如圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關表述不正確的是()A．通入保護電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零B．通電后外電路電子被強制從高硅鑄鐵流向鋼管樁C．高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流D．通入的保護電流應該根據(jù)環(huán)境條件變化進行調整6.某研究小組為探究弱酸性條件下鐵發(fā)生電化學腐蝕類型的影響因素，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)。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。(1)請完成以下實驗設計表(表中不要留空格)：編號實驗目的碳粉/g鐵粉/g醋酸/%①為以下實驗作參照0.52.090.0②醋酸濃度的影響0.536.0③0.22.090.0(2)編號①實驗測得容器中壓強隨時間變化如圖2。t2時，容器中壓強明顯小于起始壓強，其原因是鐵發(fā)生了________腐蝕，請在圖3中用箭頭標出發(fā)生該腐蝕時電子流動方向；此時，碳粉表面發(fā)生了________(填“氧化”或“還原”)反應，其電極反應式是________________________________________________________________________。(3)該小組對圖2中0～t1時壓強變大的原因提出了如下假設，請你完成假設二。假設一：發(fā)生析氫腐蝕產生了氣體；假設二：________________________________________________________________________。練后反思項目析氫腐蝕吸氧腐蝕相同點腐蝕的本質被腐蝕金屬為原電池的負極，其原子失去電子變成金屬陽離子，發(fā)生氧化反應電極反應式負極：Fe－2e－=Fe2＋不同點條件水膜酸性較強水膜呈很弱的酸性、中性或堿性電解質溶液溶有CO2、SO2的水溶液溶有O2的水溶液氧化劑H＋O2電極反應式正極：2H＋＋2e－=H2↑正極：O2＋2H2O＋4e－=4OH－產物H2Fe(OH)2其他反應式——2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2；4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3普遍性吸氧腐蝕比析氫腐蝕更普遍第4節(jié)金屬的腐蝕與防護學業(yè)基礎一、1．氧化析氫吸氧2．直接原電池較活潑微失去電子電化學腐蝕3．Fe－2e－=Fe2＋2H＋＋2e－=H2↑O2＋2H2O＋4e－=4OH－Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑二、1．氧化2．(3)原電池正極電解池陰極【即學即練】1．解析：(1)金屬腐蝕的本質是金屬失電子被氧化的過程，因此金屬的腐蝕均是氧化還原反應。(2)電化學腐蝕和化學腐蝕實質一樣，兩者都發(fā)生氧化還原反應，都是金屬失電子，被氧化。但電化學腐蝕構成閉合回路，有電流產生，而化學腐蝕沒有產生電流。(3)鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕，正極吸收氧氣。答案：(1)×(2)√(3)×2．解析：B項，純銀不符合構成原電池的條件，故它表面變暗與電化學腐蝕無關。答案：B3．解析：原電池的正極和電解池的陰極一定不參加反應。答案：BD4．解析：鋼鐵中因含雜質，容易形成原電池，發(fā)生電化學腐蝕，但并不是所有合金都不耐腐蝕，如不銹鋼，故A錯誤；當金屬作正極時，可以避免腐蝕，故B錯誤；鋼鐵電化學腐蝕分為吸氧腐蝕和析氫腐蝕，主要區(qū)別在于水膜的酸性不同，故C正確；金屬被腐蝕，化合價升高，被氧化，故D錯誤。答案：C5．解析：(1)發(fā)生吸氧腐蝕時，負極上Fe失去電子，正極上O2得到電子。(2)鐵閘門上連接比較活潑的金屬時，活潑的金屬作負極被氧化，F(xiàn)e作正極被保護，屬于犧牲陽極保護法。Na與水會劇烈反應，本題應該選用鋅。(3)圖乙所示方案屬于陰極電保護法，需把被保護的鐵閘門連接在直流電源的負極上。答案：(1)2Fe－4e－=2Fe2＋O2＋2H2O＋4e－=4OH－(2)C(3)負核心素養(yǎng)[例]解析：金屬腐蝕快慢的順序：電解池的陽極>原電池的負極>化學腐蝕>原電池的正極>電解池的陰極，結合題給裝置選C。答案：C[提升]解析：A項，該裝置相當于電解池，能將電能轉化為化學能，正確；B項，管道左端是陽極，腐蝕得更快，錯誤；C項，如果沒有外加電源，潮濕的土壤(接近中性)中的鋼鐵管道發(fā)生原電池反應，發(fā)生的是吸氧腐蝕，正確；D項，根據(jù)題意，此種腐蝕較慢，所以“陽極保護”實際上是在金屬表面形成了一層致密的保護膜，正確。答案：B當堂評價1．答案：B2．答案：A3．答案：BC4．答案：B5．答案：C6．解析：(1)對比編號①，編號②中碳粉的質量與編號①相同，醋酸的濃度與編號①不同，所以鐵粉的質量應與編號①相同，即2.0g；編號③中碳粉質量與編號①不同，鐵粉質量和