最新人教版高中化学《金属的腐蚀和防护》知识导学(第1课时)

第二节金属的腐蚀和防护第一课时金属的腐蚀案例探究中国航天工业总公司第三十一研究所近日公布了一组数据：全球每年钢铁腐蚀的经济损失约10 000亿美元，占各国国民生产总值GNP的2%—4%。

在美国，每年因钢铁腐蚀造成的损失就占国内生产总值的3%，大约三分之一的化学设备因局部腐蚀而停工。

我国钢铁腐蚀经济损失高达2 800亿人民币，约占国民生产总值GNP的4%，每年约有30%的钢铁因腐蚀而报废。

腐蚀给人类造成的损失是惊人的。

问题：钢铁的腐蚀主要是什么腐蚀？为什么会发生这种腐蚀？自学导引问题1：金属的腐蚀现象非常___________。

如钢铁___________、铜器表面生成___________等，这样使得金属的___________、___________和___________等方面发生变化，影响___________，严重时可使机器设备、仪器和仪表等___________。

有些重大事故如桥梁___________、石油管道___________也往往与金属腐蚀有关。

答案：普遍生锈铜绿机械性能色泽外形美观报废塌陷破裂一、金属的腐蚀【想一想】什么是金属的腐蚀？金属的腐蚀可分为哪几类？答案：金属的腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。

根据金属接触的介质及腐蚀的化学原理，可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。

【想一想】金属为什么易被腐蚀？答案：由于绝大多数金属原子的最外层电子较少，容易失去最外层电子，变成金属阳离子，表现出还原性。

由此可知，大多数金属的化学性质比较活泼，易跟自然界中的O2、H2O等物质发生化学反应而被氧化腐蚀。

1.化学腐蚀【想一想】举例说明什么是化学腐蚀？答案：金属跟接触到的物质（如O2、Cl2、SO2等）直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。

例：Mg、Al在空气中被氧气氧化而腐蚀：Mg+O2====MgO 4Al+3O2====2Al2O3,Fe与Cl2直接反应而被腐蚀：2Fe+3Cl2====2FeCl3。

【想一想】影响化学腐蚀速率的因素有哪些？答案：化学腐蚀即是化学反应，则影响它的速率的因素仍然是浓度、温度、压强和催化剂。

一般情况下，化学腐蚀只考虑温度的影响，且温度升高可以加快化学腐蚀速率。

问题与讨论1：请分析说明出现如下图现象的原因。

左边家用燃气灶的中心部位很容易生锈，而右边的食品罐头放在南极已差不多90年了，却很少生锈答案：一般情况下，温度升高会加快化学反应速率。

图中左边家用燃气灶，在使用以后中心部位的温度很高，在空气中慢慢冷却的过程中与氧气发生反应的速率很快，所以很容易生锈。

但是在南极长年温度都在0 ℃以下，右边的食品罐头虽也与空气接触，但由于温度太低，与氧气反应的速率很慢，以至于差不多90年了，却很少生锈。

问题与讨论2：化学腐蚀的过程中，有无电流产生？答案：由于化学腐蚀是金属与非电解质等直接接触而被氧化腐蚀的过程，所以化学腐蚀的过程中无电流产生。

2.电化学腐蚀【想一想】什么是电化学腐蚀？为什么说电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因？答案：不纯的金属（或合金）跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。

由于钢铁直接接触化学物质而发生化学腐蚀的机会并不多，而接触电解质溶液的机会却比较多，且钢铁本身又是铁碳合金。

因此，易于形成原电池而发生电化学腐蚀。

补充实验［3-2-1］不同条件下铁钉的腐蚀情况。

（1）试剂：NaCl溶液，CH3COOH溶液，CaCl2，铁钉（清洁无锈），煮沸后迅速冷却的蒸馏水，称H2SO4。

（2）仪器及用品：植物油，试管，试管架，镊子，标签，棉花。

（3）实验步骤：①将六根洁净无锈的铁钉分别放入六支洁净干燥的试管中，编号为①—⑥，放于试管架上；②在第一支试管中加入经煮沸后迅速冷却的蒸馏水，使蒸馏水浸没铁钉，然后加入适量植物油以隔绝空气，使铁钉只与水接触，不与空气接触；③在第二支试管中放入棉花和干燥剂CaCl2，并塞上塞子，使铁钉只与空气接触，不与水接触；④在第三支试管中加入蒸馏水至浸没1/2的铁钉，使铁钉既与水接触，又与空气接触；⑤在第四支试管中加入NaCl溶液至浸没1/2的铁钉，使铁钉既与NaCl溶液接触，又与空气接触；⑥在第五支试管中加入CH3COOH溶液至浸没1/2的铁钉，使铁钉既与CH3COOH溶液接触，又与空气接触。

⑦在第六支试管中加入稀H2SO4至浸没1/2的铁钉，使铁钉既与H2SO4溶液接触，又与空气接触。

（4）实验现象：Ⅰ.立即观察：_________________________________________________________________。

Ⅱ.一周后观察：_______________________________________________________________。

（5）实验结论：______________________________________________________________。

答案：（4）Ⅰ.①—④号试管内无明显现象；⑤⑥号试管中铁钉与溶液接触部分的表面有大量气泡产生，且稀H2SO4的产生速率快Ⅱ.①②号试管内的铁钉无明显变化；⑤⑥号两支试管内的铁钉明显变细。

③④号试管中铁钉在空气与液体的接触面处有锈斑，且④号的比③号的锈斑明显（5）铁钉与空气和水同时接触时才会发生锈蚀，与NaCl、CH3COOH、H2SO4等电解质溶液接触时会加快铁钉的锈蚀速率，且电解质溶液的酸性越强，锈蚀速率越大问题与讨论3：请分析在潮湿的空气中钢铁被腐蚀的原因。

答案：在潮湿的空气里，钢铁表面会吸附一薄层水膜，水存在微弱的电离，H2O H++OH-，且空气中的CO2还会溶于水中，发生HCO，CO2+H2O H2CO3H++3使水中的H+增多，这样在钢铁表面就形成了一层电解质溶液的薄膜，它与钢铁中的Fe和C 构成了许多微小的原电池。

负极：Fe-2e-====Fe2+正极：如果水膜的酸性很弱或近似中性，则有：2H2O+O2+4e-====4OH-；如果水膜的酸性较强，则有：2H++2e-====H2↑；如下图所示。

【想一想】请列表比较金属的化学腐蚀和电化学腐蚀。

___________离子的过程。

也就是说，金属的腐蚀过程，发生了___________反应。

一般情况下，___________要普遍得多，但两种腐蚀往往又___________发生。

答案：失去阳氧化还原电化学腐蚀同时疑难剖析1.发生电化学腐蚀的条件是金属（或合金）与空气、水同时接触才会发生腐蚀。

但当把水换成电解质溶液时腐蚀速率会加快，特别是金属（或合金）在反应的过程又因加入其他物质又形成了更多的原电池，则腐蚀的速率也会加快。

【例1】一根铁丝插入煮沸过的蒸馏水中，铁丝上有三点：A（水面以下）、B（水面）、C（水面以上）。

问：（1）A、B、C三点哪点腐蚀最快？（2）若向蒸馏水中加入少量食盐，B处的腐蚀速率将如何变化？（3）若将蒸馏水换成：①0.1 mol·L-1 H2SO4溶液；②1 mol·L-1 H2SO4溶液；③18.4 mol·L-1 H2SO4溶液，则A处腐蚀由快到慢的顺序是___________________。

思路分析：（1）根据题意可知：A在煮沸的蒸馏水内部，因缺少氧气，很难形成电解质溶液，几乎不腐蚀。

B在水面处，发生了电化学腐蚀。

C在水面以上，与氧气发生化学腐蚀，根据同一种物质，发生电化学腐蚀与化学腐蚀的对比可知B处铁丝的腐蚀比C处的快。

（2）蒸馏水中加入少量食盐（强电解质），构成了原电池，B点腐蚀速率远大于以前。

（3）①、②硫酸为稀硫酸，但是①中硫酸的浓度小于②中硫酸的浓度，铁丝在②中的腐蚀速率比①中快，③中18.4 mol·L-1的硫酸（98%）是浓硫酸，铁很快发生了钝化，几乎不腐蚀。

答案：（1）B点腐蚀最快。

（2）B处腐蚀的速率将加快。

（3）②>①>③思维陷阱：本题第（3）问在解题时很容易因思维定势而跳进出题人设置的圈套中。

根据经验铁与稀硫酸反应时浓度越大，化学反应进行得越快，但却容易忽略量变，引起质变，当硫酸由稀硫酸变成18.4 mol·L-1的硫酸时硫酸已变成了浓硫酸，此时的硫酸在与铁反应时体现浓硫酸的强氧化性，使Fe发生钝化。

【例2】钢铁的锈蚀过程中，下列五种变化可能发生的是（）①Fe由+2价转化为+3价②O2被还原③H+被还原④有Fe2O3·H2O生成⑤杂质碳被氧化除去A.①②B.③④C.①②③④D.①②③④⑤思路分析：钢铁在发生电化学腐蚀时，依据介质的不同可以发生两类原电池反应，它们对应的电极反应分别为：（1）正极：2H++2e-====H2,负极：Fe-2e-====Fe2+；（2）正极：O2+2H2O+4e-4====OH-,负极：2Fe-4e-====2Fe2+。

同时在电解质溶液中还发生了如下一系列的反应：Fe2++2OH-====Fe(OH)2↓,4Fe(OH)2+2H2O+O2====4Fe(OH)3,2Fe(OH)3====Fe2O3·H2O+2H2O。

答案：C3.由于电化学腐蚀的关键是形成了原电池，因此发生电化学腐蚀时符合原电池两极金属活动性规律，即原电池的负极金属的活动性>正极金属的活动性。

【例3】把a、b、c、d四块金属片浸泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池：若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c为负极；a、c相连时，c为正极；b、d相连时，b为正极。

则这四种金属的活动性顺序由大到小为（）A.a>b>c>dB.a>c>d>bC.c>a>b>dD.b>d>c>a思路分析：组成原电池活泼金属作为负极，金属活泼性负极大于正极。

答案：B温馨提示利用原电池反应是判断金属活泼性的一种方法。

拓展迁移拓展点1 金属腐蚀快慢的规律（1）在同一电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序为：原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞原电池原理中作正极的金属。

（2）对于同一种电解质溶液，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快（除钝化外）。

（3）对于活动性不同的两种金属，活动性差别越大，氧化还原反应速率越快，活泼金属腐蚀越快。

（4）同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为：强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液。

（5）纯度越高的金属，腐蚀的速率越慢（纯金属几乎不腐蚀）。

（6）不纯的金属或合金，在潮湿的空气中腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。

练习：下列叙述中组合正确的是（）①锌跟稀硫酸反应制取氢气，加入少量硫酸铜固体能加快反应速率②镀层破损，白铁（镀锌的铁）比马口铁（镀锡的铁）更易腐蚀③生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易腐蚀④生铁在海水中的腐蚀比纯水中快⑤在稀硫酸中，铁锌合金比铁铝合金腐蚀快A.②③④B.①②④C.②③⑤D.①③④点拨：①中锌与硫酸铜反应生成铜（Zn+CuSO4====Cu+ZnSO4）,构成了CuZn、稀硫酸作介质的原电池，根据规律（1）,加快了锌的溶解，比锌单独与稀硫酸反应快。