2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第4章化學(xué)反應(yīng)與電能第3節(jié)金屬的腐蝕與防護學(xué)案新人教版選擇性必修第一冊

PAGE7-第三節(jié)金屬的腐蝕與防護學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)1．了解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的本質(zhì)，知道金屬腐蝕的危害。2．了解防止金屬腐蝕的措施。1．通過試驗科學(xué)探究金屬腐蝕的本質(zhì)及其緣由，培育科學(xué)探究與創(chuàng)新意識。2．通過相識金屬腐蝕產(chǎn)生的危害和影響，培育科學(xué)看法和社會責(zé)隨意識。新課情境呈現(xiàn)屹立于美國紐約港外一個海島上15層樓高的自由女神銅像，歷來被認(rèn)為是美利堅合眾國的象征。然而，經(jīng)過近百年的風(fēng)風(fēng)雨雨，它和人一樣，已經(jīng)生“病”了。自由女神銅像近百年來始終受著一種“疾病”的熬煎，那就是電化學(xué)腐蝕。“自由女神”的外殼材料是銅，而支撐整個雕像的內(nèi)支架卻是鐵的，在它們之間僅用一層浸透油的毛氈隔開。隨著時間的消逝，那一層毛氈失去了隔離作用，而大西洋夾帶著鹽分的潮濕空氣不斷地向自由女神進行攻擊，多數(shù)的原電池便在“自由女神”的身上形成了。這種原電池以鐵為負(fù)極，銅為正極，夾帶鹽分的濕空氣正好在兩極之間起著電解質(zhì)溶液的作用，結(jié)果加速了鐵的腐蝕。面對自由女神雕像的腐蝕問題，應(yīng)實行什么措施和方法？秦始皇兵馬俑一號坑在寂靜了24年后，考古學(xué)者對它進行了第三次大規(guī)模發(fā)掘，同前兩次一樣，這一次也出土了大量的青銅器，其中有的青銅兵器在地下埋藏兩千多年，但出土后依舊光亮如新，銳利無比。這些兵器為什么會保存的完整無損呢？在生產(chǎn)生活中如何愛護金屬制品不受腐蝕呢？課前素能奠基新知預(yù)習(xí)一、金屬的電化學(xué)腐蝕1．金屬腐蝕：2．化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕：3．鋼鐵的電化學(xué)腐蝕：(1)實質(zhì)。eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(鐵：負(fù)極,水膜：電解質(zhì)溶液,碳：正極))在鋼鐵表面形成多數(shù)微小原電池(2)析氫腐蝕和吸氧腐蝕。類別項目析氫腐蝕吸氧腐蝕圖形描述條件水膜酸性較強水膜酸性較弱或呈中性電極反應(yīng)負(fù)極__Fe－2e－=Fe2＋__正極__2H＋＋2e－=H2↑____2H2O＋O2＋4e－=4OH－__總反應(yīng)__Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑____2Fe＋2H2O＋O2=2Fe(OH)2__聯(lián)系通常兩種腐蝕同時存在，但后者更普遍二、金屬的電化學(xué)防護電化學(xué)防護犧牲陽極的陰極愛護法外加電流的陰極愛護法依據(jù)原電池原理電解池原理原理被愛護金屬作__正極__(陰極)；活潑金屬作__負(fù)極__(陽極)。陽極要定期予以更換將被愛護金屬與電源的__負(fù)極__相連作__陰極__；另一附加電極與電源的__正極__相連作__陽極__實例示意圖三、金屬的其他防護方法1．加涂愛護層：如采納噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法，使金屬與__空氣、水__等物質(zhì)隔離，防止金屬被氧化腐蝕。2．變更金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：如把鉻、鎳等金屬加入一般鋼中制成耐腐蝕的__不銹鋼__。預(yù)習(xí)自測1．正誤推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣。(×)(2)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物。(×)(3)鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，負(fù)極鐵失去電子生成Fe3＋。(×)(4)鋼柱在水下部分比在空氣與水交界處更簡單腐蝕。(×)(5)在金屬表面覆蓋愛護層，若愛護層破損后，就完全失去了對金屬的愛護作用。(×)(6)若在海輪外殼上附著一些銅塊，則可以減緩海輪外殼的腐蝕。(×)(7)鐵表面鍍鋅可增加其抗腐蝕性。(√)2．下列有關(guān)金屬腐蝕與防護的說法正確的是(C)A．鋼鐵析氫腐蝕和吸氧腐蝕的速率一樣快B．當(dāng)鍍錫鐵制品的鍍層破損時，鍍層仍能對鐵制品起愛護作用C．海輪外殼焊接鋅塊是采納了犧牲陽極的陰極愛護法D．可將地下輸油鋼管與外加直流電源的正極相連以愛護它不受腐蝕解析：鋼鐵的腐蝕主要是析氫腐蝕和吸氧腐蝕，由于所處的溶液酸堿性不同，因此二者的腐蝕速率不同，故A錯誤；Fe、Sn形成原電池時，F(xiàn)e為負(fù)極，負(fù)極失電子被腐蝕，所以當(dāng)鍍錫鐵制品的鍍層破損時，鍍層不能對鐵制品起愛護作用，故B錯誤；Fe、Zn形成原電池時，F(xiàn)e為正極，Zn為負(fù)極失電子，則Fe被愛護，屬于犧牲陽極的陰極愛護法，故C正確；Fe與正極相連作陽極，活性電極作陽極時，電極失電子被腐蝕，則地下輸油鋼管與外加直流電源的負(fù)極相連以愛護它不受腐蝕，故D錯誤。3．鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時，正極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是(C)A．2H＋＋2e－=H2B．Fe2＋＋2e－=FeC．2H2O＋O2＋4e－=4OH－D．Fe3＋＋e－=Fe2＋解析：鋼鐵在接近中性或弱堿性的空氣中發(fā)生的腐蝕為吸氧腐蝕。各電極反應(yīng)式為負(fù)極：Fe－2e－=Fe2＋；正極：2H2O＋O2＋4e－=4OH－綜上所述，C項正確。4．下列關(guān)于金屬腐蝕的說法正確的是(C)A．金屬腐蝕的本質(zhì)是金屬原子失去電子而被還原B．金屬的化學(xué)腐蝕必需在酸性條件下進行C．金屬的化學(xué)腐蝕實質(zhì)是M－ne－=Mn＋，電子干脆轉(zhuǎn)移給氧化劑D．在潮濕環(huán)境中，金屬的電化學(xué)腐蝕肯定是析氫腐蝕解析：金屬腐蝕的本質(zhì)是金屬原子失去電子而被氧化的過程，A錯誤；金屬的化學(xué)腐蝕在酸性或堿性環(huán)境中均有可能進行，如金屬鋁的化學(xué)腐蝕在堿性條件下進行，B錯誤；金屬的化學(xué)腐蝕實質(zhì)是金屬原子失去電子變?yōu)榻饘訇栯x子，可表示為M－ne－=Mn＋，電子由金屬原子干脆轉(zhuǎn)移給氧化劑，C正確；在潮濕環(huán)境中，金屬的電化學(xué)腐蝕主要以吸氧腐蝕為主，D錯誤。課堂素能探究學(xué)問點金屬的腐蝕問題探究：1．純鐵片放入稀硫酸中發(fā)生的是什么腐蝕？2．在鐵的表面鍍上一層其他金屬是常見的防止鐵生銹的方法，常見的有鍍錫(馬口鐵)和鍍鋅(白鐵皮)，為什么鍍層破損后，鍍鋅鋼板(白鐵皮)比鍍錫鋼板(馬口鐵)耐腐蝕？探究提示：1．提示：純鐵片放入稀硫酸中發(fā)生反應(yīng)：Fe＋H2SO4(稀)=FeSO4＋H2↑，發(fā)生的是化學(xué)腐蝕。2．提示：鍍層破損后，白鐵皮形成原電池，因鋅比鐵活潑，易失去電子，從而愛護了鐵；而馬口鐵破損后，因為形成原電池時，鐵比錫活潑，鐵被腐蝕。所以在鍍層破損后，馬口鐵比白鐵皮更易被腐蝕。學(xué)問歸納總結(jié)：1．金屬的化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的聯(lián)系和區(qū)分：化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕吸氧腐蝕析氫腐蝕條件金屬與干燥氣體或非電解質(zhì)液體等干脆接觸水膜中溶有O2，酸性很弱或呈中性水膜酸性較強本質(zhì)金屬被氧化而腐蝕較活潑金屬被氧化而腐蝕現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生反應(yīng)式(以鐵腐蝕為例)2Fe＋3Cl2=2FeCl3負(fù)極：2Fe－4e－=2Fe2＋正極：2H2O＋O2＋4e－=4OH－正極：4H＋＋4e－=2H2↑聯(lián)系兩種腐蝕往往同時發(fā)生，只是電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍、危害更大2．金屬的腐蝕類題目的解題思路：(1)正確推斷金屬的腐蝕是化學(xué)腐蝕還是電化學(xué)腐蝕。發(fā)生原電池反應(yīng)引起的腐蝕為電化學(xué)腐蝕，無原電池反應(yīng)發(fā)生的腐蝕為化學(xué)腐蝕。(2)假如是電化學(xué)腐蝕，推斷出正、負(fù)極，較活潑的金屬為負(fù)極被腐蝕，較不活潑的金屬為正極被愛護。(3)正確推斷“介質(zhì)”溶液的酸堿性是分析析氫腐蝕和吸氧腐蝕的關(guān)鍵。潮濕的空氣、中性溶液中發(fā)生吸氧腐蝕；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液中發(fā)生析氫腐蝕。(4)依據(jù)金屬活動性依次表分析析氫腐蝕和吸氧腐蝕。金屬活動性依次表中氫前面的金屬，在酸性較強的電解質(zhì)溶液中發(fā)生析氫腐蝕，在中性或酸性較弱的電解質(zhì)溶液中發(fā)生吸氧腐蝕；金屬活動性依次在氫后面的金屬只可能發(fā)生吸氧腐蝕。3．金屬腐蝕受多種因素影響(1)就金屬本性來說，金屬越活潑，越易失電子被腐蝕。(2)金屬越純越難腐蝕，如純鐵即使在酸性溶液中反應(yīng)也很慢，但生鐵在潮濕空氣中就會發(fā)生腐蝕而生銹。(3)介質(zhì)對金屬腐蝕的影響也很大，如金屬在潮濕的空氣中，接觸腐蝕性氣體或電解質(zhì)溶液，都易被腐蝕。典例1如圖所示裝置，若起先時a、b兩端液面相平，放置一段時間后，下列有關(guān)敘述中正確的是(C)A．鐵絲在兩處的腐蝕速率：a>bB．a(chǎn)、b兩端相同的電極反應(yīng)式為Fe－3e－=Fe3＋C．一段時間后，a端液面高于b端液面D．a(chǎn)處總反應(yīng)為Fe＋2H2O=Fe(OH)2＋H2↑解析：左邊試管中，生鐵發(fā)生吸氧腐蝕，右邊試管中，生鐵發(fā)生析氫腐蝕。A項，生鐵發(fā)生析氫腐蝕的速率比吸氧腐蝕的速率大，錯誤；B項，a處負(fù)極上鐵失電子，正極上氧氣得電子，b處負(fù)極上鐵失電子，正極上氫離子得電子，所以a、b兩處相同的電極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋，錯誤；C項，a處發(fā)生吸氧腐蝕，b處發(fā)生析氫腐蝕，一段時間后，a處氣體壓強減小，b處氣體壓強增大，導(dǎo)致溶液從b處向a處移動，所以a處液面高于b處液面，正確；D項，a處發(fā)生吸氧腐蝕，其總反應(yīng)為2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2，錯誤?！沧兪接?xùn)練1〕下列說法不正確的是(A)A．鋼鐵因含雜質(zhì)而簡單發(fā)生電化學(xué)腐蝕，所以合金都不耐腐蝕B．原電池反應(yīng)是導(dǎo)致金屬腐蝕的主要緣由，但人們可以利用原電池原理來減緩金屬的腐蝕C．鋼鐵電化學(xué)腐蝕兩種類型主要區(qū)分在于水膜的酸性不同，正極反應(yīng)不同D．無論哪種類型的腐蝕，其實質(zhì)都是金屬被氧化解析：不銹鋼和鋁合金等耐腐蝕，A項錯誤；金屬作原電池正極時被愛護，B項正確；水膜酸性較強時，鐵主要發(fā)生析氫腐蝕，水膜中性或弱酸性時發(fā)生吸氧腐蝕，C項正確；金屬被腐蝕的實質(zhì)是金屬失電子，被氧化，D項正確。學(xué)問點金屬的防護問題探究：1．為愛護地下鋼管不被腐蝕，可實行的電化學(xué)愛護措施有哪些？2．鐵制品在潮濕的環(huán)境中和在干燥環(huán)境中哪種環(huán)境更易生銹？其緣由是什么？探究提示：1．提示：將鋼管與鋅板相連，或?qū)摴芘c直流電源負(fù)極相連。2．提示：潮濕環(huán)境中更易生銹；鐵制品中含有雜質(zhì)碳，在潮濕環(huán)境下的電解質(zhì)溶液中構(gòu)成原電池，加快了鐵被氧化的反應(yīng)速率。學(xué)問歸納總結(jié)：1．常見金屬的防護措施：2．金屬腐蝕快慢的推斷方法：(1)對同一種金屬來說，腐蝕的快慢：強電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。(2)活動性不同的兩金屬：活動性差別越大，活動性強的金屬腐蝕越快。(3)對同一種電解質(zhì)溶液來說：電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕越快，且氧化劑的濃度越高，氧化性越強，腐蝕越快。(4)不同原理引起的腐蝕的速率：電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護措施的腐蝕。(5)從防腐措施方面分析腐蝕的快慢：外加電流的愛護法防腐<犧牲陽極的愛護法防腐<有一般防護條件的防腐<無防護條件的防腐?！疽族e提示】不要因為“陽極”“陰極”而把犧牲陽極的愛護法的工作原理當(dāng)作電解原理。典例2下列說法不正確的是(C)A．一般來說，不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時，會發(fā)生原電池反應(yīng)B．溶液中Fe2＋可以用K3[Fe(CN)6]溶液來檢測C．鐵銹覆蓋在鋼鐵表面，阻擋鋼鐵接著腐蝕D．在船身上裝鋅塊來避開船體遭遇腐蝕解析：不純的金屬，雜質(zhì)和金屬構(gòu)成原電池的兩個電極，與電解質(zhì)溶液接觸時，會發(fā)生原電池反應(yīng)，故A正確；溶液中Fe2＋遇到K3[Fe(CN)6]溶液可以產(chǎn)生藍色沉淀，故B正確；鐵銹的結(jié)構(gòu)比較疏松，無法隔絕空氣中的水分和氧氣，所以無法阻擋鋼鐵接著腐蝕，故C錯誤；在船身上裝鋅塊，鋅比較活潑，先被腐蝕，是利用原電池原理來避開船體遭遇腐蝕，故D正確?！沧兪接?xùn)練2〕據(jù)最近報道，中國生產(chǎn)的首艘國產(chǎn)航母已經(jīng)下水。為愛護航母、延長服役壽命可采納兩種電化學(xué)方法。方法1：艦體鑲嵌一些金屬塊；方法2：航母艦體與電源相連。下列有關(guān)說法正確的是(D)A．方法1叫外加電流的愛護法B．方法2叫犧牲陽極的愛護法C．方法1中金屬塊可能是鋅、錫和銅D．方法2中艦體連接電源的負(fù)極解析：艦體上鑲嵌活潑性比鐵強的金屬，如鋅，該方法為犧牲陽極愛護法，A、C錯誤；艦體與直流電源的負(fù)極相連，該法為外加電流愛護法，B錯，D正確，故選D。名師博客呈現(xiàn)補牙劑與原電池常用的補牙劑中有一種汞合金，它含有幾乎等質(zhì)量的汞、銀、錫、銅和鋅。這種補牙劑非常堅實，耐腐蝕，不產(chǎn)生有毒物質(zhì)或可溶性物質(zhì)。但是，用了這種補牙劑的人可能會遇到一個麻煩，當(dāng)他們享用口香糖或糖果時，假如補過的牙不當(dāng)心咬到包裝用的鋁