高中化学 第一章 第3节 第2课时 金属的腐蚀与防护导学案 鲁科版选修4

第三节化学能转化为电能—电池
第2课时金属的腐蚀与防护
★【课前学案导学】
■精准定位——学习目标导航
1.了解金属腐蚀的原因，能辨别金属发生腐蚀的类型。

2.理解金属电化学腐蚀的原理及类型。

3.掌握金属防护的方法及金属的电化学防护的原理。

■自主梳理—基础知识导航
一、金属的腐蚀
1.金属腐蚀是指___________________________。

2．化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
3．钢铁的腐蚀：_________腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。

（1）析氢腐蚀(酸性环境)
负极：________________________；正极：__________________________
(2)吸氧腐蚀
负极：________________________；正极：__________________________
二、金属的防护方法
（1）在金属表面覆盖__________,如_______________。

（2）牺牲阳极保护法：即将__________________的金属作为保护极，与被保护金属相连构成_____________,______________的金属将作为负极发生________反应而消耗，被保护金属作为正极就可以避免腐蚀。

（3）阴极电保护法：即将被保护金属与外加直流电源的______极相连让其成为阴极，而将外加直流电源的______极接到一些废铁上，使废铁成为阳极。

★【课堂探究导学】
■合作探究-名师保驾护航
『特别提醒』金属的吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍，按照金属活动性顺序，“H”前金属既可以腐蚀吸氧腐蚀，“H”后金属只能发生吸氧腐蚀。

探究二：判断金属腐蚀快慢的规律
不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成微电池发生电化腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗，金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关：
①与构成微电池的材料有关，两极材料的活动性差别越大，电动势越大（活动性相差越
大），氧化还原反应的速度越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快。

②与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非金属溶液
中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。

一般说来可用下列原则判断：
电解原理引起的腐蚀〉原电池原理引起的腐蚀〉化学腐蚀〉有防腐蚀措施的腐蚀
『特别提醒』比较金属腐蚀的快慢时，要从以下几个方面分析：
（1）首先分析金属的活动性；
（2）分析是电化学腐蚀还是化学腐蚀；
（3）分析金属的环境，即电解质溶液；
（4）分析是否构成原电池或电解池。

■典例剖析-名师释疑助航
例1.下列变化中属于原电池反应的是( )
A.白铁(镀Zn铁)表面有划损时，也能阻止铁被氧化
B.在空气中金属铝表面迅速被氧化形成保护膜
C.红热的铁丝与水接触表面形成蓝色保护层
D.在铁与稀42SO H 反应时，加几滴4CuSO 溶液，可加快2H 的产生
『答案』AD
『解析』空气中金属铝表面迅速被氧化形成保护膜，是金属铝与氧气发生反应生成氧化物的原因，B 错；红热的铁丝与水反应生成致密四氧化三铁，在电焊里有一道工序叫“烤蓝”，就是为了产生这样一层保护膜防止铁器生锈，C 错。

【变式训练1】为了防止轮船的船体的腐蚀，应该在船壳下水线位置嵌入一定数量的（ ）
A.铜片
B.锌片
C.碳棒
D.银片
【例2】铁棒与石墨棒用导线连接后浸入0.01mol •L -1
的食盐溶液中，可能出现的现象是（ ）
A. 铁棒附近产生OH -
B. 铁棒逐渐被腐蚀
C. 石墨棒上放出Cl 2
D. 石墨棒上放出O 2
『答案』B
『解析』这是钢铁的吸氧腐蚀。

铁棒做负极，电极反应为Fe —2e —=Fe 2+，，碳棒做正极，电
极反应为2H 2O+O 2+4e —=4OH —。

【变式训练2】铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如下图所示，下列有关说法错误的是
( )
A.正极电极反应式为：↑=+-
+222H e H
B.此过程中还涉及到反应：()()3222424OH Fe O O H OH Fe =++
C.此过程中Cu 并不被腐蚀
D.此过程中电子从Fe 移向Cu 【例3】金属的防腐常用方法有
A ．覆盖油漆
B ．覆盖塑料
C ．电镀金属
D ．电化学保护法
E ．制成不锈钢
请为以下钢铁制品选择一种适当的防止生锈的方法(填写序号)：
(1) 邮筒___ ___ ___ (2) 手术刀_____ ___
(3) 海水中的钢闸门________ (4) 电线____ ______
(5) 自行车的钢圈____________。

『答案』（1）A （2）E （3）D （4）B （5）C
『解析』本题考查的是金属的防护方法。

变式训练解析及答案
【变式训练1】
答案：B
解析：这是利用原电池原理来防止轮船的船体的腐蚀，应该在船壳下水线位置嵌入金属活泼性比铁活泼的金属才能保护船体。

【变式训练2】
答案：A
解析：正极电极反应式为：224OH 4e 2H O O ---=+↑，A 错。

■备选例题
1. 埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下，被腐蚀过程速率最慢的是( )
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
【答案】C
【解析】在含铁元素较多的酸性土壤中，发生析氢腐蚀，A 错；在潮湿疏松的碱性土壤中或在含碳粒较多，潮湿透气的中性土壤中，发生吸氧腐蚀，B 、D 错。

2．下列叙述中，正确的是
A ．在船舶的外壳装上铜块可防止其发生电化学腐蚀
B ．MnO 2.FeCl 3和CuSO 4都可加快H 2O 2的分解速率
C ．FeCl 3溶液和Fe 2(SO 4)3溶液加热蒸干、灼烧都得到Fe 2O 3
D ．用惰性电极分别电解CuCl 2溶液和MgCl 2溶液分别得到单质Cu 和Mg
【答案】B
【解析】在船舶的外壳装上铜块，加快了铁的腐蚀，A 错；MnO 2.FeCl 3和CuSO 4都可以做H 2O 2的分解的催化剂，B 正确；Fe 2(SO 4)3溶液加热蒸干、灼烧得到Fe 2(SO 4)3，C 错；用惰性电极电解MgCl 2溶液，得不到Mg 单质，D 错。

3．（1）金属腐蚀一般可分为电化学腐蚀和 腐蚀。

（2）炒过菜的铁锅未及时洗净容易发生腐蚀。

①若铁锅内残液呈弱酸性，则腐蚀属于 （填“吸氧”或“析氢”，下同）腐蚀；若残液中主要含有NaCl ，腐蚀应属于 腐蚀。

②吸氧腐蚀中，负极的电极反应式为 。

铁锈的主要成分为 。

答案：（1）化学 （2）①析氢 吸氧
② Fe – 2e - Fe 2+
Fe 2O 3·x H 2O
解析：本题考查的是金属的的析氢腐蚀和吸氧腐蚀。

析氢腐蚀的条件是酸性较强的环境，吸氧腐蚀的条件是弱酸性、中性或是碱性。

■常用教学素材
铝的冶炼史
传说拿破仑三世的刀叉具是用铝制造的。

筵席上，他为多数客人提供金餐具，而只让少数客人使用铝餐具，是为了让用铝餐具的客人留下更深刻印象。

1885年，在美国首都华盛顿特区落成的华盛顿纪念碑上的顶帽也是用金属铝制造的。

因为在19世纪，铝是一种珍贵的金属。

人们最初得到的铝粒如同珍宝，它的价格同黄金相当。

因为从铝矿石中把铝提炼出来，是极其困难的。

1825年，丹麦的奥斯特分离出少量的纯铝。

1827年，德国化学家维勒用金属钾与无水氯化铝反应而制得了铝。

但是钾太昂贵了
，所以不允许大规模地生产。

又过了27年，法国化学家德维尔用金属钠与无水氯化铝一起加热而获得闪耀金属光泽的小铝球。

改用金属钠虽然极大地降低了铝的生产费用，但显然没有达到能使人们普遍应用铝的程度。

1884年，在美国奥伯林学院化学系，有一位叫做查尔斯·马丁·霍尔的青年学生。

当时他只有二十一岁。

一次，他听一位教授（这位教授正是维勒的学生）说：“不管谁能发明一种低成本的炼铝法，都会出人头地。

”这使霍尔意识到只有探索廉价的炼铝方法，才能使铝被普遍应用。

霍尔决定在自己家里的柴房中办一个家庭实验室。

他打算应用戴维早期的一项发明：把电流通到熔融的金属盐中，可以使金属的离子在阴极上沉积下来，从而使金属离子分离出来。

因为氧化铝的熔点很高(2050℃)，他必须物色一种能够溶解氧化铝而又能降低其熔点的材料，偶然发现了冰晶石(Na3AlF6)。

冰晶石一氧化铝熔盐的熔点仅在930℃～1000℃之间，冰晶石在电解温度下不被分解，并有足够的流动性。

这样就有利于电解的进行。

霍尔采用瓷坩埚，碳棒（阳极）和自制电池，对氧化铝，即精制的氧化铝矿进行电解。

把氧化铝溶在10%～15%的熔融的冰晶石里，再通以电流，结果观察到有气泡出现，然而却没有金属铝析出。

他推测，电流使坩埚中的二氧化硅分解了，因此游离出硅。

于是他对电池进行改装，用碳作坩埚衬里，又将碳作为阴极，从而解决了这一难题。

1886年2月的一天，他终于看到小球状的铝聚集在阴极上。

霍尔此时异常激动，带着他第一次获得的一把金属铝球去见他的教授。

后来，这些铝球竟成为“王冠宝石”，至今仍珍存在美国制铝公司的陈列厅中。

廉价炼铝方法的发明，使铝这种在地壳中含量占8%的元素，从此成了为人类提供多方面重要用途的材料。

而发明家霍尔，当时还不满23周岁，这年12月6日才是他的23岁生日。

还有一件值得提及的事，非常巧合，一位与霍尔同龄的年轻的法国化学家埃鲁也在这年稍晚些时候发明了相同的炼铝法。

霍尔与埃鲁在遥远的两大洲，同年来到人世（1863年）又同年发明了电解炼铝法（1886年）。

虽然他们之间曾一度发生了专利权的纠纷，但后来却成为莫逆之交。

1911年，当美国化学工业协会授予霍尔著名的佩琴奖章时，埃鲁还特意远涉重洋到美国参加了授奖仪式，亲自向霍尔表示祝贺。

或许是上天的旨意，1914年，这两位科学家又都相继去世。

难怪当后人们一提起电解炼铝法的时候，便总把霍尔和埃鲁的名字联在一起。