第三單元金屬的腐蝕與防護

課堂互動講練知能優(yōu)化訓練課前自主學案探究整合應用第三單元課前自主學案自主學習一、金屬的電化學腐蝕1．金屬腐蝕(1)概念金屬或合金與周圍環(huán)境中的物質(zhì)發(fā)生化學反應而腐蝕損耗的現(xiàn)象。(2)實質(zhì)金屬原子_____電子變成陽離子的過程，即金屬發(fā)生了______反應。失去氧化(3)類型根據(jù)金屬與其他物質(zhì)______________不同，可分為_______腐蝕和__________腐蝕。2．化學腐蝕金屬與其他物質(zhì)直接接觸發(fā)生氧化還原反應而引起的腐蝕。腐蝕的速度隨溫度升高而_____。3．電化學腐蝕(1)概念：________的金屬或合金發(fā)生______反應，使較_______的金屬______電子被氧化而引起的腐蝕。接觸的介質(zhì)化學電化學加快不純原電池活潑失去(2)實例：在潮濕的空氣里，鋼鐵的表面形成了一層電解質(zhì)溶液的薄膜，它跟鋼鐵里的鐵和少量的碳恰好構(gòu)成了原電池。其中，鐵是負極，碳是正極。(3)析氫腐蝕和吸氧腐蝕①析氫腐蝕：金屬表面的電解質(zhì)溶液____較強，腐蝕過程中有__放出。電極反應如下：負極反應：Fe－2e－===Fe2＋；正極反應：2H＋＋2e－===H2↑；總反應：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。酸性H2②吸氧腐蝕：鋼鐵表面吸附的水膜__________或呈______時，氧氣參加電極反應，發(fā)生吸氧腐蝕。電極反應如下：負極：2Fe－4e－===2Fe2＋；正極：2H2O＋O2＋4e－===4OH－；總反應：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2。最終生成鐵銹(主要成分為Fe2O3·xH2O)，反應如下：酸性很弱中性4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O。二、金屬的電化學防護1．犧牲陽極的陰極保護法應用_______原理，讓被保護金屬作_____，另找一種活潑性較強的金屬作______。2．外加電流的陰極保護法利用_________原理，把被保護的鋼鐵設(shè)備作為_____極，用惰性電極作為輔助______極。在電解質(zhì)溶液中，接外加_____電源。原電池正極負極電解池陰陽直流1．你認為在硫酸廠附近的金屬發(fā)生的主要是哪一類腐蝕？【提示】硫酸廠附近空氣中的二氧化硫的含量比其他地方的高，導致金屬接觸到的溶液酸性較強，若發(fā)生電化學腐蝕應是析氫腐蝕。2．電化學防護的實質(zhì)是什么？【提示】電化學防護的實質(zhì)是把被保護的金屬作原電池的正極或電解池的陰極，不參與電極反應，從而不被氧化。問題探究自主體驗1．有關(guān)金屬腐蝕的論述，正確的是(

)A．金屬的腐蝕一定伴有電流產(chǎn)生B．Fe在干燥的氯氣里比在潮濕的空氣里更易被腐蝕C．發(fā)生化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母g時較活潑的金屬總是作正極而被腐蝕D．發(fā)生電化學腐蝕時都有能量的轉(zhuǎn)變，且被腐蝕的金屬總是失電子解析：選D。金屬的腐蝕可分為化學腐蝕和電化學腐蝕，化學腐蝕是金屬直接與氧化劑反應，電子直接轉(zhuǎn)移給氧化劑，無電流產(chǎn)生；而電化學腐蝕是最普遍的金屬腐蝕，其原理與原電池原理一致。2．下列敘述不正確的是(

)A．鋅跟稀硫酸反應制取氫氣，加入少量的硫酸銅能加快反應速率B．鍍層破損后，白口鐵(鍍鋅的鐵)比馬口鐵(鍍錫的鐵)更易被腐蝕C．鋼鐵表面常易被銹蝕生成Fe2O3·nH2OD．鋼鐵在發(fā)生析氫腐蝕和吸氧腐蝕時，完全相同的反應是負極反應解析：選B。鍍鋅的鐵(白口鐵)構(gòu)成原電池時鋅為負極，鐵為正極，鐵被保護；鍍錫的鐵(馬口鐵)構(gòu)成原電池鐵作負極，錫作正極，鐵失電子加速了鐵的腐蝕。3．下列各種方法中：①金屬表面涂抹油漆②改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)③保持金屬表面清潔干燥④在金屬表面進行電鍍⑤使金屬表面形成致密的氧化物薄膜。能對金屬腐蝕起到防止或減緩作用的措施是(

)A．①②③④

B．①③④⑤C．①②④⑤

D．全部解析：選D。題目中各措施都符合金屬腐蝕防護的基本思路。課堂互動講練要點一鋼鐵的腐蝕1．鋼鐵的析氫腐蝕與吸氧腐蝕的比較類型析氫腐蝕吸氧腐蝕形成條件水膜酸性較強水膜酸性很弱或呈中性電解質(zhì)溶液溶有CO2等的水溶液溶有O2的水溶液負極反應Fe－2e－===Fe2＋類型析氫腐蝕吸氧腐蝕正極反應2H＋＋2e－===H2↑2H2O＋O2＋4e－===4OH－電子如何流動形成電通路Fe失2e－，成為Fe2＋進入溶液，F(xiàn)e失去的e－流入C極，H＋趨向于C極，在C極上得e－形成H2放出Fe失2e－，成為Fe2＋進入溶液，F(xiàn)e失去的e－流入C極，在C極O2獲得e－與H2O反應生成OH－進入溶液普遍性吸氧腐蝕比析氫腐蝕更普遍2.其他反應及產(chǎn)物2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)32Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O特別提醒：按照金屬活動性順序，“H”前面的金屬既可以發(fā)生析氫腐蝕也可以發(fā)生吸氧腐蝕，“H”后面的金屬只能發(fā)生吸氧腐蝕。例1

如圖所示燒杯中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天后觀察：(1)鐵釘在逐漸生銹，則鐵釘?shù)母g屬于________腐蝕。(2)若試管內(nèi)液面上升，則原溶液呈________性，發(fā)生________腐蝕，電極反應式：負極______________________________，正極______________________________。(3)若試管內(nèi)液面下降，則原溶液呈__________性，發(fā)生________腐蝕，電極反應式：負極________________________________________________________________________，正極________________________________________________________________________。【思路點撥】解答本題應注意以下兩點：(1)鐵釘中含有碳，形成原電池而發(fā)生電化學腐蝕。(2)鐵釘在不同電解質(zhì)溶液中可發(fā)生吸氧腐蝕或析氫腐蝕。【解析】根據(jù)原電池的構(gòu)成條件：有兩種不同材料的(Fe為負極，碳為正極)、有電解質(zhì)溶液、形成閉合回路，可知鐵釘?shù)母g屬于電化學腐蝕。根據(jù)金屬腐蝕的條件、原理及結(jié)果可知：試管內(nèi)液面上升，說明試管內(nèi)壓強減小，試管內(nèi)氣體被吸收所致，是鐵釘吸氧腐蝕的結(jié)果，據(jù)此寫出電極反應式；試管內(nèi)液面下降，說明試管內(nèi)氣體壓強變大，試管內(nèi)產(chǎn)生了新氣體所致，是鐵釘析氫腐蝕的結(jié)果，據(jù)此寫出電極反應式。(1)若鐵銹的主要成分為Fe2O3·nH2O。寫出鐵釘生銹的化學方程式。(2)鐵釘無論是(2)還是(3)情況的腐蝕，鐵均發(fā)生了什么反應？互動探究【提示】

(1)4Fe＋3O2＋2nH2O===2(Fe2O3·nH2O)(2)氧化反應。變式訓練1

為了探究金屬腐蝕的條件和速率，某課外小組學生用不同金屬絲將三根大小相同的鐵釘分別固定在圖示的三個裝置內(nèi)，并將這些裝置在相同的環(huán)境中放置相同的一段時間，下列對實驗結(jié)束時現(xiàn)象的描述不正確的是(

)A．實驗結(jié)束時，裝置Ⅰ左側(cè)的液面一定會下降B．實驗結(jié)束時，裝置Ⅰ一定比裝置Ⅱ左側(cè)液面低C．實驗結(jié)束時，裝置Ⅱ中的鐵釘腐蝕最嚴重D．實驗結(jié)束時，裝置Ⅲ中的鐵釘幾乎沒被腐蝕解析：選B。這是一道原電池原理應用于金屬腐蝕的選擇題，主要考查如何分析鐵釘所處的環(huán)境，對鐵釘?shù)母g起到促進還是保護作用，同時考查了鹽酸具有揮發(fā)性，濃硫酸具有吸水性等知識點。裝置Ⅰ中鐵釘處于鹽酸的蒸氣中，被侵蝕而釋放出H2，使左側(cè)液面下降，右側(cè)液面上升；裝置Ⅱ中鐵釘同樣處于鹽酸的蒸氣中，所不同的是懸掛鐵釘?shù)慕饘俳z由鐵絲換成了銅絲，由于Fe比Cu活潑，在這種氛圍中構(gòu)成的原電池會加速鐵釘?shù)谋磺治g而放出更多的H2，使左側(cè)液面下降得更多，右側(cè)液面上升得更多；裝置Ⅲ中雖然懸掛鐵釘?shù)倪€是銅絲，但由于濃硫酸有吸水性而無揮發(fā)性，使鐵釘處于一種較為干燥的空氣中，因而在短時間內(nèi)幾乎沒有被侵蝕。要點二金屬腐蝕快慢的判斷以及金屬的防護1．不純的金屬或合金，在潮濕的空氣中形成原電池發(fā)生電化學腐蝕，活潑金屬因被腐蝕而損耗。金屬腐蝕的快慢與下列兩種因素有關(guān)：(1)與構(gòu)成原電池的材料有關(guān)兩極材料的活潑性差別越大，電動勢越大，氧化還原反應的速率越快，活潑金屬被腐蝕的速率就越快。(2)與金屬所接觸的電解質(zhì)強弱有關(guān)活潑金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕比在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕速率快，在強電解質(zhì)溶液中的腐蝕比在弱電解質(zhì)溶液中的腐蝕速率快。(3)一般說來可用下列原則判斷電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞有原電池防護措施的腐蝕＞有電解池防護措施的腐蝕。2．金屬腐蝕的防護方法(1)改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)；(2)在金屬表面覆蓋保護層；(3)電化學保護法。例2

下圖容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序是(

)A．④>②>③>①

B．②>①>③>④C．④>②>①>③D．③>②>④>①【解析】該題以金屬的腐蝕為情境，意在考查學生對原電池和電解池知識的應用。根據(jù)原電池原理，在②③兩裝置中，鐵分別作原電池的負極、正極(因為活動性Zn>Fe>Sn)，故②中腐蝕快，③中Fe為正極，得到保護，④中為電解池，F(xiàn)e接在電源的正極，通電時Fe應失去電子而被溶解，腐蝕最快，①中Fe與鐵棒自身所含的碳構(gòu)成無數(shù)微小原電池，腐蝕較慢。綜合分析由快到慢順序應為：④②①③?！敬鸢浮?/p>

C【規(guī)律方法】本題旨在考查原電池、電解池在金屬腐蝕中快慢比較的應用。特別要注意金屬作原電池正極、電解池陰極得到保護。(1)將①中的Fe換成Cu，海水換成稀H2SO4，Cu發(fā)生什么腐蝕？(2)將②中的Sn換成Cu，鐵腐蝕加快還是變慢？互動探究【提示】

(1)Cu將發(fā)生吸氧腐蝕，因為排在金屬活動性順序表中氫后面的金屬不能發(fā)生析氫腐蝕。(2)換成Cu后鐵腐蝕加快，金屬活潑性之間的差別越大，原電池負極腐蝕得越快。變式訓練2

下列關(guān)于金屬的防護方法的說法不正確的是(雙選)(

)A．我們使用的快餐杯表面有一層搪瓷，搪瓷層破損后仍能起到防止鐵生銹的作用B．給鐵件通入直流電，把鐵件與電池負極相連接C．輪船在船殼水線以下常裝有一些鋅塊，這是利用了犧牲陽極的陰極保護法D．鋼鐵制造的暖氣管管道外常涂有一層瀝青，這是鋼鐵的電化學保護法解析：選AD。A項中涂層破損后金屬鐵直接暴露在空氣中，搪瓷層已不能再對破損部位形成有效的保護；B項中利用的是外加電源的陰極保護法，從而保護鐵不被腐蝕；C項是犧牲陽極的陰極保護法；D項中應是用瀝青作涂層的涂層保護法。探究整合應用鋼鐵腐蝕的防護鋼鐵在潮濕空氣中很容易生銹，促使其生銹的主要原因是電化學腐蝕。其它金屬在一定條件下也可被腐蝕，其原理也主要是原電池原理，在生產(chǎn)、生活中必須加以防治。(1)將銅棒與鋅棒用導線連接，分別插入盛有：①硫酸溶液，②硫酸銅溶液，③硫酸鈉溶液的三個燒杯中。此時，銅片上發(fā)生的主要反應是：①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________；③________________________________。例(2)銅制品在經(jīng)常下酸雨的地區(qū)電化學腐蝕嚴