2021-2022年高中化学专题1化学反应与能量变化第三单元金属的腐蚀与防护教学案苏教版

2021-2022年高中化学专题1化学反应与能量变化第三单元金属的腐蚀与防护教学案苏教版—————————————————————————————————————— [课标要求]1．了解金属腐蚀及其危害。

2．了解金属电化学腐蚀的原因及反应原理。

3．了解金属防护的方法，特别是电化学防护的方法。

1．金属腐蚀的本质是金属被氧化为金属阳离子，分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

2．钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，在中性或弱酸性环境中主要发生吸氧腐蚀，在酸性较强环境中主要发生析氢腐蚀。

3．钢铁发生电化学腐蚀的负极反应都是：Fe－2e－===Fe2＋，吸氧腐蚀正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，析氢腐蚀正极反应为2H＋＋2e－===H2↑。

4．金属腐蚀由快到慢的顺序：电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀> 原电池的正极>电解池的阴极被保护5．金属电化学保护法分为牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。

金属的电化学腐蚀1．金属的腐蚀及分类概念金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象本质金属原子失去电子而被氧化的过程类型化学腐蚀金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀电化学腐蚀不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失电子被氧化而引起的腐蚀2.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀不同点条件水膜酸性较强水膜呈弱酸性或中性正极反应2H＋＋2e－===H2↑O2＋4e－＋2H2O===4OH－电池反应Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2普遍性吸氧腐蚀更普遍相同点负极反应Fe－2e－===Fe2＋正极材料碳最终产物铁锈主要成分为Fe2O3·n H2O钢铁腐蚀中发生的反应还有：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·n H2O＋(3－n)·H2O [特别提醒](1)电化学腐蚀现象比化学腐蚀现象严重得多。

(2)钢铁在自然界中的腐蚀主要发生的是吸氧腐蚀。

[实验1] 将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入下图所示的具支试管中。

几分钟后，观察导管中水柱和铁钉的变化，如图1。

[实验2] 向100 mL烧杯中加入约50 mL稀醋酸后，插入两个玻璃筒(无底)；将一个无锈铁钉和一个碳棒分别用导线与电流计连接后，再分别插入两个玻璃筒中，如图2。

[问题思考]1．图1实验导管中水柱和铁钉有什么变化？产生这种现象的原因是什么？提示：导管中的水面上升，铁钉表面生锈；产生这种现象的原因是钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀。

电极反应，负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，由于盛铁钉的具支试管中不断消耗O2而使具支试管中压强减小，从而引起水的倒吸。

2．图2实验碳棒表面有什么现象？产生这种现象的原因是什么？提示：碳棒表面有气泡产生；原因是发生了析氢腐蚀，电极反应，负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：2H＋＋2e－===H2↑。

3．化学腐蚀与电化学腐蚀的相同点和不同点是什么？提示：相同点都是造成金属被氧化腐蚀。

不同点是化学腐蚀是金属和氧化剂直接发生氧化还原反应，无电流产生；电化学腐蚀是发生原电池反应，有电流产生。

金属化学腐蚀与电化学腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀(主要)吸氧腐蚀(主要) 析氢腐蚀条件金属直接发生化学反应水膜中溶有O2，呈弱酸性或中性水膜酸性较强本质金属被氧化而腐蚀较活泼金属被氧化而腐蚀区别无电流产生有微弱电流产生反应式2Fe＋3Cl2===2FeCl3Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·x H2O)，反应为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·x H2O ＋(3－x)H2O联系两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍、危害更大[特别提醒](1)析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况中以吸氧腐蚀为主。

(2)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极均是Fe失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。

(3)一般情况下，只有在金属活动性顺序中排在氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀。

1.如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝5的雨水和生铁片。

观察到开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。

以下有关解释合理的是( )A．生铁片中的碳是原电池的阳极，发生还原反应B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀C．红墨水回升时，碳极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．具支试管中溶液pH逐渐减小解析：选C 生铁中的铁、碳及电解质溶液构成原电池，铁是负极，铁失去电子发生氧化反应，碳是正极，正极上发生还原反应。

开始时，因酸性较强发生析氢腐蚀，一段时间后导管内液面回升且略高于小试管液面，说明具支试管中气体压强减小，即此时发生吸氧腐蚀，反应式是2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故溶液的pH增大，A、B、D错误；C正确。

2.如图所示，烧杯中试管内有一段铁丝，放置数天后观察：(1)铁丝在逐渐生锈，则铁丝的腐蚀属于________腐蚀(填“化学”或“电化学”)。

(2)若试管内液面上升，则原溶液呈____性，发生____________腐蚀，电极反应式：负极：__________________________，正极：________________________________________________________________________。

(3)若试管内液面下降，则原溶液呈____性，发生______腐蚀，电极反应式：负极：________________________________________________________________________；正极：________________________。

解析：(1)由于铁丝不纯含有碳，则铁为负极，碳为正极，又存在电解质溶液，所以可形成原电池，因此铁丝的腐蚀为电化学腐蚀。

(2)试管内液面上升，说明此时试管内的压强减小，应为试管内的气体被消耗所致，结合电化学腐蚀的原理，铁丝发生了吸氧腐蚀。

(3)试管内液面下降，说明此时试管内的压强增大，试管内应该有气体产生，结合电化学腐蚀的原理，铁丝发生了析氢腐蚀。

答案：(1)电化学(2)弱酸性、中性或碱吸氧Fe－2e－===Fe2＋O2＋4e－＋2H2O===4OH－(3)较强酸析氢Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑金属的电化学防护防止金属腐蚀的方法1．在金属的表面覆盖保护层(1)具体方法：如在钢铁表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等。

(2)目的：使钢铁与空气、水隔绝，以达到防止钢铁锈蚀的目的。

2．电化学防护法(1)牺牲阳极的阴极保护法①原理：将被保护金属与比其更活泼的金属连接在一起，更活泼的金属(如镁、锌等)作阳极(负极)不断被腐蚀，可定期更换，而作为阴极(正极)的金属就能不被腐蚀而得到保护。

②应用：常用于保护海轮外壳及石油管道等。

(2)外加电流的阴极保护法①原理：将被保护的钢铁设备作为阴极，另一附加惰性电极作为阳极，两者都处在电解质溶液(如海水)中，接上外加直流电源。

通电后，电子流向被保护的钢铁设备，在钢铁表面积累了大量的负电荷，从而抑制钢铁失去电子，阻止钢铁被腐蚀。

②应用：用于防止土壤、海水及河水中的金属设备的腐蚀。

3．改变金属组成和结构如在金属中添加其他元素形成耐蚀合金等。

1．下列关于金属的保护的说法中正确的是( )A．在特殊的电解质溶液中，以铝为阳极，可以在铝表面生成一层致密的氧化膜，相应的电极反应式为Al－3e－===Al3＋B．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法C．生铁(铁碳合金)具有很强的耐酸能力D．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀解析：选B A中对应的电极反应式产物应该是Al2O3：2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，A 项错误；在海轮外壳(钢铁)连接锌块，Fe与Zn块形成原电池，Zn为负极，从而保护作为正极的Fe，B项正确；生铁是合金，更易与酸发生原电池反应，C项错误；外加电流保护法应该与直流电源的负极相连，D项错误。

2．如下图所示的四个装置中(烧杯中均盛有海水)，能使铁受到保护不被腐蚀的是( )A．①②B．②③C．①③D．②④解析：选D 从装置组成分析：②属外加电流的阴极保护法，④属牺牲阳极的阴极保护法。

3．如下图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为( )A．②①③④⑤⑥ B．⑤④②①③⑥C．⑤④③①②⑥ D．⑤③②④①⑥解析：选B 电解池引起的腐蚀(此时这种金属作阳极)>原电池引起的腐蚀(此时这种金属作负极)>一般金属的腐蚀>有防护措施的金属腐蚀。

[方法技巧]金属腐蚀快慢的判断方法(1)在同一电解质溶液中：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。

(2)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。

(3)无保护措施的金属腐蚀>有一定保护措施的金属腐蚀>牺牲阳极的阴极金属腐蚀>有外接电源的阴极金属腐蚀。

(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。

[三级训练·节节过关]1．下列有关金属腐蚀的说法正确的是( )①金属的腐蚀全部是氧化还原反应②金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀，只有电化学腐蚀才是氧化还原反应③因为二氧化碳普遍存在，所以钢铁的电化学腐蚀以析氢腐蚀为主④无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，总是金属被氧化A．①③B．②③C．①④ D．①③④解析：选C 金属腐蚀的实质是金属原子失去电子被氧化的过程，所以金属总是被氧化，均是氧化还原反应；钢铁在潮湿的空气中发生的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主，因为尽管有二氧化碳存在，电解质溶液呈酸性，但其酸性很弱，故难以发生析氢腐蚀。

2．钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是( )A．2H＋＋2e－===H2↑B．2H2O＋O2＋4e－===4OH－C．Fe－2e－===Fe2＋D．Fe－3e－===Fe3＋解析：选B 钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上应为氧气得电子，电极反应为2H2O＋O2＋4e －===4OH－。

3．为保护地下铜管不受腐蚀，可使它与( )①直流电源负极相连②铜板相连③锌板相连④直流电源正极相连A．①③ B．②④C．①② D．③④解析：选A 电化学保护法包括两种，一种是被保护金属与直流电源负极相连的阴极保护法，另一种是牺牲阳极的阴极保护法，被保护金属应与金属活泼性更强的金属相连。