第4章第3節(jié)-金屬的腐蝕與防護(第1課時-金屬的腐蝕)(教師版)

《2021-2022學年高二化學同步精品學案（新人教版選擇性必修1）》第四章化學反應與電能第三節(jié)金屬的腐蝕與防護一．金屬的腐蝕1．定義：指金屬或合金與周圍的氣體或液體物質發(fā)生氧化還原反應而引起損耗的現(xiàn)象。2．分類：根據與金屬接觸的氣體或液體不同，金屬腐蝕可分為兩類：類型化學腐蝕電化學腐蝕條件金屬與其表面接觸的一些物質(如O2、Cl2、SO2等)包括非電解質液體(如石油)直接反應而引起的腐蝕不純的金屬與電解質溶液接觸時會發(fā)生原電池反應區(qū)別有無電流無電流產生有微弱電流產生腐蝕物質金屬直接被腐蝕較活潑金屬被腐蝕共同點都是金屬原子失去電子而被氧化：M－ne－=Mn＋3．鋼鐵的電化學腐蝕：（1）分類：由于條件不同，鋼鐵腐蝕可分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕兩種類型。類別項目析氫腐蝕吸氧腐蝕腐蝕原理鋼鐵的析氫腐蝕示意圖鋼鐵的吸氧腐蝕示意圖條件水膜酸性較強水膜酸性很弱或呈中性電池反應負極Fe－2e－Fe2＋正極2H＋＋2e－H2↑O2＋4e－＋2H2O4OH－總反應Fe＋2H＋Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O2Fe(OH)2（2）鐵銹的形成：Fe(OH)2最終生成鐵銹(主要成分為Fe2O3·xH2O)，完成下列反應：Fe(OH)2→Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3；Fe(OH)3→Fe2O3·xH2O：2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O。〔特別提醒〕金屬的腐蝕以電化學腐蝕為主，電化學腐蝕又以吸氧腐蝕為主?！舅伎加懻摗亢喪鲣撹F容易發(fā)生電化學腐蝕的原因？在潮濕的空氣中，鋼鐵制品表面會形成一薄層水膜，空氣中的CO2、SO2、H2S等物質溶解在其中形成電解質溶液，并與鋼鐵制品中的鐵和少量單質碳構成原電池，加快腐蝕速率?！緦嶒炋骄俊繉嶒?—3（1）鐵釘的吸氧腐蝕實驗：將經過酸洗除銹的鐵釘用飽和食鹽水浸泡一下，放入如圖具支試管中。幾分鐘后，觀察導管中水柱的變化，解釋引起這種變化的原因。實驗操作實驗現(xiàn)象實驗解釋導管中液面上升，鐵釘表面有鐵銹生成裝置中鐵、碳和飽和食鹽水構成原電池，鐵釘發(fā)生吸氧腐蝕（2）取兩支試管，分別放入兩顆鋅粒和等體積、等濃度的稀鹽酸，觀察現(xiàn)象。然后，向其中一支試管中滴加1—2滴硫酸銅落液，再觀察現(xiàn)象。解釋產生不同現(xiàn)象的原因。實驗操作實驗現(xiàn)象實驗解釋①試管中產生氣泡的速率快Zn與CuSO4反應生成Cu，Zn、Cu和稀鹽酸構成原電池，形成電化學腐蝕，速率更快【預習檢驗】1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。（1）金屬的化學腐蝕的實質是：M－ne－Mn＋，電子直接轉移給氧化劑(√)（2）純鐵不易腐蝕，生鐵易腐蝕，是因為生鐵中含碳能形成原電池發(fā)生電化學腐蝕(√)（3）鐵的電化學腐蝕負極反應為Fe－3e－Fe3＋(×)（4）Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物。(×)（5）銅既可以發(fā)生析氫腐蝕也可以發(fā)生吸氧腐蝕(×)（6）金屬在潮濕空氣中腐蝕的實質是：M＋nH2OM(OH)n＋eq\f(n,2)H2↑(×)（7）每生成1mol鐵銹（Fe2O3·xH2O），理論上消耗標準狀況下的O233.6L(√)2．下列有關金屬腐蝕的說法中正確的是()A．金屬腐蝕指不純金屬與接觸到的電解質溶液進行化學反應而損耗的過程B．電化學腐蝕指在外加電流的作用下不純金屬發(fā)生化學反應而損耗的過程C．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D．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【答案】D〔解析〕金屬腐蝕的本質，主要是金屬原子失電子被氧化，腐蝕的內因是金屬的化學性質比較活潑，外因是金屬與空氣、水和其他腐蝕性的物質接觸，腐蝕主要包括化學腐蝕和電化學腐蝕，所以A錯誤；電化學腐蝕指不純金屬與電解質溶液接觸時發(fā)生原電池反應而損耗的過程，不需要外加電流，所以B錯誤；鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕，正極吸收氧氣，而不是負極吸收氧氣，所以C錯誤。3．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，負極是CB．Fe失去電子經電解質溶液轉移給CC．正極的電極反應式為4OH－－4e－=2H2O＋O2↑D．C是正極，O2在C表面上發(fā)生還原反應【答案】D〔解析〕A項，鐵鍋中含有的Fe、C和電解質溶液構成原電池，活潑金屬作負極，F(xiàn)e易失電子，故腐蝕過程中，負極是Fe，錯誤；B項，原電池中電子由負極Fe經外電路向正極C流動，在電解質溶液中依靠離子的移動導電，錯誤；C項，該原電池中，C作正極，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，錯誤；D項，C是正極，O2在C表面上發(fā)生還原反應，正確。4．銅板上鐵鉚釘的吸氧腐蝕原理如圖所示。下列說法正確的是()A．正極電極反應式為2H＋＋2e－H2↑B．此過程中還涉及反應4Fe(OH)2＋2H2O＋O24Fe(OH)3C．此過程中Fe、Cu均被腐蝕D．此過程中電流從Fe流向Cu【答案】B〔解析〕鐵鉚釘吸氧腐蝕的正極電極反應式為O2＋2H2O＋4e－4OH－，銅作正極不被腐蝕，電子從負極通過導線流向正極。5．纏有金屬絲的鐵釘插在含有酚酞的NaCl溶液中，如圖所示，可以看到在貼近金屬絲一邊的溶液中出現(xiàn)粉紅色。則該金屬絲可能是()A．鎂B．鋁C．鋅D．銅【答案】D〔解析〕金屬絲一邊溶液出現(xiàn)粉紅色，說明金屬絲附近產生OH－，即正極反應式：2H2O＋O2＋4e－=4OH－，因此金屬絲的活潑性比Fe差，銅符合題目要求。6．一定條件下，碳鋼腐蝕與溶液pH的關系如下，下列說法不正確的是()pH2466.5813.514腐蝕快慢較快慢較快主要產物Fe2＋Fe3O4Fe2O3FeOeq\o\al(－,2)A.在pH＞14溶液中，碳鋼腐蝕的正極反應為O2＋4H＋＋4e－=2H2OB．在pH＜4溶液中，碳鋼主要發(fā)生析氫腐蝕C．在pH＞6溶液中，碳鋼主要發(fā)生吸氧腐蝕D．在煮沸除氧氣的堿性溶液中，碳鋼腐蝕速率會減緩【答案】A〔解析〕A項，pH＞14的溶液為堿性，正極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，錯誤；B項，pH＜4溶液為酸性溶液，碳鋼主要發(fā)生析氫腐蝕，正極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，正確；C項，pH＞6溶液中，碳鋼主要發(fā)生吸氧腐蝕，正極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，正確；D項，在堿性溶液中碳鋼發(fā)生吸氧腐蝕，煮沸除氧氣后，腐蝕速率會減慢，正確。7．用壓強傳感器探究生鐵在pH＝2和pH＝4的醋酸溶液中發(fā)生腐蝕的裝置及得到的圖像如下：pH＝2時錐形瓶中氣pH＝4時錐形瓶中氣體壓強變化的曲線圖體壓強變化的曲線圖分析圖像，以下結論錯誤的是()A．溶液pH≤2時，生鐵發(fā)生析氫腐蝕B．在酸性溶液中生鐵可能發(fā)生吸氧腐蝕C．析氫腐蝕和吸氧腐蝕的速率一樣快D．兩溶液中負極反應均為：Fe－2e－=Fe2＋【答案】C〔解析〕由壓強變化圖像可知pH＝2時，壓強增大，說明生成氫氣，發(fā)生析氫腐蝕，同理pH＝4時，壓強減小，說明消耗氧氣，發(fā)生吸氧腐蝕，兩溶液中負極反應均為：Fe－2e－=Fe2＋，A、B、D項正確；由壓強保持不變的時間看，可知消耗氧氣的速率比生成氫氣的速率快，且消耗1mol氧氣轉移4mol電子，而生成1mol氫氣轉移2mol電子，所以吸氧腐蝕的速率大于析氫腐蝕速率，C項錯誤。8．金屬腐蝕的電化學原理可用如圖模擬。（1）請寫出有關電極反應式：①鐵棒上電極反應式：________________。②碳棒上電極反應式：____________________。（2）該圖所表示的是______(填“析氫”或“吸氧”)腐蝕。（3）若將O2撤走，并將NaCl溶液改為稀硫酸溶液，則此圖可表示______(填“析氫”或“吸氧”)腐蝕原理。（4）鋼鐵的銹蝕過程中，下列變化可能發(fā)生的是。①Fe的化合價由＋2轉化為＋3②O2被還原③H＋被還原④有Fe2O3·xH2O生成⑤雜質碳被氧化除去【答案】（1）①2Fe－4e－2Fe2＋②O2＋2H2O＋4e－4OH－（2）吸氧（3）析氫（4）①②③④9．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。（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O～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：__________________________________________________________?！敬鸢浮浚?）編號實驗目的碳粉/g鐵粉/g醋酸/%②2.0③碳粉含量的影響（2）吸氧還原2H2O＋O2＋4e－4OH－（3）反應放熱，溫度升高〔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