2023学年江苏高二上学期化学同步讲义(苏教2019必修1)1-3 金属的腐蚀与防护(学生版)

第三单元 金属的腐蚀与防护 课程标准 课标解读
1．了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道
金属腐蚀的危害。

2．了解防止金属腐蚀的措施。

1．通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因，认识金
属腐蚀的主要类型，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式。

（科学探究与创新意识） 2．认识金属腐蚀产生的危害和影响，树立防止金属腐蚀
的意识，熟知金属腐蚀常用的防护方法。

（科学态度与社
会责任） 知识点01 金属的腐蚀
1．金属的腐蚀
（1）概念
_______或_______与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象叫做金属的腐蚀。

（2）金属腐蚀的分类
金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。

①化学腐蚀：金属与其他物质直接接触发生______________反应而引起的腐蚀。

②电化学腐蚀：______________或_______发生_______反应，使_______的金属失去电子而引起的腐蚀。

在现实生活中，电化学腐蚀现象比化学腐蚀现象严重得多。

2．钢铁的电化学腐蚀
（1）实验探究——钢铁的电化学腐蚀原理 ①
向铁粉中加入碳粉的目的是
____________________________； ②实验现象：铁粉变成_______色，a 装置右边的小试管中液面_______；b 装置中右边小试管中液面_______。

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知识精讲
（2）钢铁的电化学腐蚀
根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，如下图所示：
①钢铁的吸氧腐蚀：
通常情况下，在潮湿的空气中，钢铁表面凝结了一层溶有氧气的水膜，将会发生_______腐蚀。

负极反应式：____________________________；正极反应式：____________________________。

总反应式：___________________________________。

Fe(OH)2被进一步氧化成Fe(OH)3：___________________________________，Fe(OH)3部分脱水生成Fe2O3·nH2O，是铁锈的主要成分。

②钢铁的析氢腐蚀：
当钢铁表面的电解质溶液_______较强时，腐蚀过程中有_______放出。

其中，Fe是_______极，C是_______极。

负极反应式：____________________________；正极反应式：____________________________。

总反应式：____________________________。

随着了氢气的析出，溶液的pH上升，最终形成铁锈。

【即学即练1】如图所示，试管中放一铁钉，溶液为氯化钠溶液。

（1）数天后观察到的现象有_________________________________________。

说明铁钉发生了________腐蚀。

（2）其中正极的电极反应式为__________________，溶液中发生反应的化学方程式为____________________________________。

【即学即练2】铜制品在经常下酸雨的地区电化学腐蚀严重。

写出此电化学腐蚀的电极反应式：正极：_______________________________；负极：_______________________________。

知识点02 金属的电化学防护
1．金属的防护方法
（1）在金属表面覆盖保护层，如在钢铁表面______________、覆盖_______、镀______________等。

（2）改变金属组成或结构，如______________。

（3）利用_______原理来保护金属，防止金属腐蚀。

2．金属的电化学防护
金属的电化学防护包括牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。

（1）牺牲阳极的阴极保护法
将被保护的金属与比其更活泼的金属连在一起，更活泼的金属作_______（_______），在不断腐蚀后定期更换，作为原电池的_______（_______）的金属不易被腐蚀。

（2）外加电流的阴极保护法
被保护的钢铁设备作为阴极，另加______________作阳极，两者都处在电解质溶液中，接上外接电源。

通电后，电子流向_____________________，从而抑制钢铁______________，阻止钢铁被腐蚀。

3．金属腐蚀原理的应用
（1）将铝片浸入浓硫酸或浓硝酸时，铝片表面产生_____________________，从而阻止铝进一步被氧化。

可以用_______运输冷的浓硝酸或浓硫酸。

（2）铁在______________的混合液中发蓝、发黑，使铁表面形成一层______________，可防止铁被腐蚀。

（3）生活中常用的“暖宝宝”是利用______________原理制造的。

【即学即练3】（1）为了减小某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用（）(填字母序号)。

A．铜B．钠C．锌D．石墨
（2）图乙所示的方案也可以减慢铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的______极。

能力拓展
考法01 金属的腐蚀的比较
1．影响金属腐蚀的因素影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。

（1）就金属本性来说，金属越活泼，越容易失去电子而被腐蚀。

（2）介质对金属腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。

2．钢铁析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较
因钢铁表面水膜酸碱性不同，钢铁发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀，二者正极反应式不同，但负极反应式相同，都是铁失电子被氧化。

3．影响金属腐蚀速率的因素
（1）电解时阳极腐蚀速率最快；电流越大腐蚀速率越快。

（2）发生原电池反应产生的腐蚀，电解质溶液的浓度越大，腐蚀速率越快；两种金属的活动性差别越大，腐蚀速率越快。

（3）化学腐蚀比电化学腐蚀的速率慢。

（4）电解产生的腐蚀比原电池产生的腐蚀速率快。

【典例1】下列有关金属腐蚀的说法中正确的是()
A．金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程
B．电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程
C．钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈
D．金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化学腐蚀伴有电流产生
考法02 金属的电化学防护
1．金属防护的原理
2．金属的电化学防护
类型方法原理实例
牺牲阳极的阴极保护法在被保护的设备上装上比它更活泼
的金属
被保护的金属作原电
池的正极
船舶的外壳
上装锌块
外加电流的阴极保护法将被保护的设备与惰性电极置于电
解质溶液中，接上外加直流电源
被保护的金属作电解
池的阴极
保护海水中
的钢闸门
金属被保护的效果
电解池的阴极>原电池的正极＞一般防护措施＞无保护措施。

【典例2】下列关于金属的防护方法的说法不正确的是()
A．我们使用的快餐杯表面有一层搪瓷，搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用
B．给铁件通入直流电，把铁件与电池负极相连接C．轮船在船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阳极的阴极保护法
D．钢铁制造的暖气管管道外常涂有一层较厚的沥青
题组A 基础过关练
分层提分
1．下列叙述中不正确的是()
A．金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍
B．钢铁在干燥空气中不易被腐蚀
C．用铝质铆钉铆接铁板，铁板不易被腐蚀
D．原电池中电子由正极流入负极
2．下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是()
A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护
B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀
C．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀
D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋
3．下列说法正确的是()
A．钢铁因含杂质而容易发生电化学腐蚀，所以合金都不耐腐蚀
B．原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，故不能用来减缓金属的腐蚀
C．钢铁电化学腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的pH不同，引起的负极反应不同
D．无论哪种类型的腐蚀，其实质都是金属被氧化
4．下列叙述与电化学腐蚀有关的是()
A．切过菜的菜刀不及时清洗易生锈
B．在空气中金属镁、铝都具有较好的抗腐蚀性
C．红热的铁丝与水接触时，表面形成了蓝黑色的物质
D．把铁片投入到氯化铜的溶液中，在铁表面上附着一层红色的铜
5．下图装置中铁锈蚀的快慢顺序是()
A．a>b c>d B．a>b c<d C．a<b c>d D．a<b c<d
6．分别放置在如图所示装置（都盛有0.1 mol·L－1的盐酸）中的四个相同的纯锌片，其中锌片腐蚀最
快的是( )
7．按下图所示的装置，用导线将电极连接起来，放置一段时间后，溶液的pH下降的是()
8．如图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动)，下列叙述正确的是()
A．a中铁钉附近呈现红色B．b中铁钉上发生还原反应
C．a中铜丝上发生氧化反应D．b中铝条附近有气泡产生
9．把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞混合液的U形管中，如右图所示，最终可在A 极观察到酚酞变红。

回答以下问题：
A是原电池的________极，代表金属________(填“锌”或“铁”)；电极方程式分别为：
正极：______________________，负极：______________________，原电池反应为
____________________。

10．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材约占世界钢铁年产量的四分之一。

(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为
____________________________________、____________________________________。

(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R
可以采用()
A．铜B．钠C．锌D．石墨
(3)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的________极。

11．钢铁工业是国家工业的基础，请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。

(1)生产中可用盐酸来除铁锈。

现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被除尽后，溶液中发生的化合反应的
化学方程式是_______________________________________。

(2)下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀________(填字母序号)。

(3)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。

装置示意图如右：
①A电极对应的金属是________(写名称)，B电极的电极反应式是___________________________。

②若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12 g，
则电镀时电路中通过的电子为________mol。

③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因：________________________。

题组B 能力提升练
1．右图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。

下列有关描述错误的是()
A．生铁块中的碳是原电池的正极
B．红墨水柱两边的液面变为左低右高
C．两试管中相同的电极反应式是：Fe－2e－===Fe2＋
D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
2．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是()
A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重
B．图b中，开关由M改置于N时，Cu­Zn合金的腐蚀速率减小
C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大
D．图d中，Zn­MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
3．把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞试液混合溶液的玻璃皿中(如图所示平面图)，经过一段时间后，
最先观察到溶液变红的区域是()
图甲图乙
A．Ⅰ和Ⅰ附近B．Ⅰ和Ⅰ附近C．Ⅰ和Ⅰ附近D．Ⅰ和Ⅰ附近
4．相同材质的铁在下图中的四种情况下最不．易被腐蚀的是()
5．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。

(1)以下为铝材表面处理的一种方法：
①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时
常有气泡冒出，原因是
_________________________________(用离子方程式表示)。

为将碱洗后槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的________(填字母序号)。

a．NH3b．CO2c．NaOH d．HNO3
②以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极的电极反应式为
___________________________________。

(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是_________________________。

(3)利用右图装置，可以模拟铁的电化学防护。

若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________处(填“M”或“N”)。

若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为_______________。

题组C 培优拔尖练
1．铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如右图所示，下列有关说法正确的是()
A．正极电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑
B．此过程中还涉及到反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
C．此过程中Fe、Cu均被腐蚀D．此过程中电流从Fe移向Cu
2．将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。

下列有关该实验的说法正确的是()
A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
3．炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中含NaCl)，不久便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑。

腐蚀原理如图所示，
下列说法正确的是()
A．腐蚀过程中，负极是C
B．Fe失去电子经电解质溶液转移给C
C．正极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
D．C是正极，O2在C表面上发生还原反应
4．利用下图装置可以模拟铁的电化学防护。

下列说法错误的是()
A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀
B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应
C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀
D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应
5．金属铝易与空气中的氧气发生反应生成一层氧化膜，使铝件有耐腐蚀性，但氧化膜很薄，易被摩擦损坏。

为了增厚氧化膜，人们常将铝和铝的合金做进一步的氧化处理。

电化学氧化法是将铝件和另一种材料作电极，在特定的电解质溶液中通电电解。

在铝与电解质溶液的接触面上形成一层Al(OH)3薄膜，薄膜的
某些部位存在着小孔，电流从小孔通过并产生热量，从而形成一层较厚的氧化膜。

试回答下列问题：
(1)铝件在电解的过程中作_____极(填“阳”或“阴”)。

(2)写出铝件所发生的电极反应式以及形成氧化膜的化学方程式______________________________。

(3)在海洋工程上，通常用铝合金(Al－Zn－Cd)保护海底设施，其原理如图所示：
其中负极发生的电极反应式为：___________________________；在实际应用中，用铝合金而不选用纯铝，纯铝不能很好地起到保护作用，其原因是：_____________________________________。