第三節(jié)金屬的腐蝕與防護學習目標重點難點1.通過實驗探究金屬腐蝕的本質及原因,認識金屬腐蝕的主要類型,能正確書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應式。2.認識金屬腐蝕產生的危害和影響,樹立防止金屬腐蝕的意識,熟知金屬腐蝕常用的防護方法。重點金屬的電化學腐蝕及電化學防護原理難點金屬發(fā)生吸氧腐蝕的原理新知探究(一)——金屬的腐蝕1.金屬的腐蝕定義金屬或合金與周圍的氣體或液體發(fā)生氧化還原反應而引起損耗的現(xiàn)象分類化學腐蝕金屬與其表面接觸的一些物質(如O2、Cl2、SO2等)直接反應而引起的腐蝕電化學腐蝕當不純的金屬與電解質溶液接觸時會發(fā)生原電池反應,比較活潑的金屬發(fā)生氧化反應而被腐蝕[微點撥]金屬腐蝕過程中,電化學腐蝕和化學腐蝕同時發(fā)生,但絕大多數(shù)屬于電化學腐蝕,且比化學腐蝕的速率快得多。2.鋼鐵的電化學腐蝕類別項目析氫腐蝕吸氧腐蝕圖形描述條件水膜酸性較強水膜酸性很弱或呈中性(溶有一定的氧氣)負極Fe2eFe2+正極2H++2eH2↑2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2應用化學在日常生活中,經常發(fā)現(xiàn)鐵鍋的底部存在銹跡,而中上部位基本沒有。(1)“銹跡”的產生,你認為是吸氧腐蝕還是析氫腐蝕?(2)推測“底部存在銹跡,而中上部位基本沒有”的原因?(3)你能用化學方程式解釋鐵銹(Fe2O3·xH2O)的形成過程嗎?[題點多維訓練]1.下列關于金屬腐蝕的說法正確的是()A.金屬在潮濕空氣中腐蝕的實質是M+nH2OM(OH)n+n2H2↑B.金屬的化學腐蝕的實質是MneMn+,電子直接轉移給氧化劑C.金屬的化學腐蝕必須在酸性條件下進行D.在潮濕的環(huán)境中,金屬的電化學腐蝕一定是析氫腐蝕2.如圖為模擬鐵生銹的實驗。鐵粉中均勻混有少量炭粉,裝入內壁已分別用氯化鈉溶液和稀醋酸潤濕過的甲、乙兩個具支試管中,打開止水夾片刻后,下列有關該實驗的說法合理的是()A.甲裝置導管口有氣泡,乙裝置導管內出現(xiàn)一段液柱B.甲裝置中發(fā)生的電化學腐蝕主要是析氫腐蝕C.乙裝置中發(fā)生的電化學腐蝕主要是吸氧腐蝕D.乙裝置導管口有氣泡冒出3.(2025·景德鎮(zhèn)高二期末)研究青銅器(含Cu、Sn等)在潮濕環(huán)境中發(fā)生的腐蝕對文物保護和修復有重要意義,如圖為青銅器在潮濕環(huán)境中發(fā)生電化學腐蝕的原理示意圖,下列說法正確的是()A.青銅器發(fā)生電化學腐蝕,圖中c作負極,被還原B.正極發(fā)生的電極反應為O2+4e+4H+2H2OC.若生成0.2molCu2(OH)3Cl,則理論上消耗O2的體積為4.48LD.環(huán)境中的Cl與正、負兩極反應的產物作用生成a的離子方程式為2Cu2++3OH+ClCu2(OH)3Cl↓4.如圖所示,a為生鐵,A、B兩個燒杯中為海水,C燒杯中為1mol·L1的稀硫酸。(1)C中Cu極的電極反應式為。(2)B中Zn極的電極反應式為。Fe極附近溶液的pH(填“增大”“減小”或“不變”)。

(3)A、B、C中鐵被腐蝕的速率最快的是。

新知探究(二)——金屬的防護(一)改變金屬材料的組成在金屬中添加其他金屬或非金屬可以制成性能優(yōu)異的合金。如普通鋼加入制成不銹鋼,合金不僅具有優(yōu)異的抗腐蝕性,還具有良好的生物相容性。

(二)在金屬表面覆蓋保護層在金屬表面覆蓋致密的保護層,將金屬制品與周圍物質隔開是一種普遍采用的防護方法。如在鋼鐵制品表面噴涂油漆、礦物性油脂或覆蓋搪瓷、塑料等;電鍍鋅、錫、鉻、鎳等金屬,用化學方法、利用陽極氧化處理等;采用、等方式在金屬表面形成穩(wěn)定的鈍化膜。

(三)電化學保護法金屬在發(fā)生電化學腐蝕時,總是作為原電池(陽極)的金屬被腐蝕,作為(陰極)的金屬不被腐蝕,如果能使被保護的金屬成為陰極,則該金屬就不易被腐蝕。

1.犧牲陽極法(1)實驗探究①實驗Ⅰ如圖裝置反應一段時間后,往Fe電極區(qū)滴入2滴黃色K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液,觀察實驗現(xiàn)象。已知Fe2+與[Fe(CN)6]3反應生成帶有特征藍色的KFe[Fe(CN)6]沉淀。實驗裝置電流表陽極(負極區(qū))陰極(正極區(qū))現(xiàn)象指針

Zn溶解有產生,藍色沉淀生成

有關反應—Zn2eZn2+2H++2eH2↑結論溶液中不含F(xiàn)e2+,鐵作正極未被腐蝕②實驗Ⅱ培養(yǎng)皿中放入含有NaCl的瓊脂,并注入5~6滴酚酞和K3[Fe(CN)6]溶液,取兩個2~3cm的鐵釘,用砂紙擦光,將裹有鋅皮的鐵釘放入a,纏有銅絲的鐵釘放入b。實驗裝置現(xiàn)象鐵釘周圍

鐵釘周圍生成,銅絲周圍

結論鐵作為負極時易腐蝕,作為正極時未腐蝕(2)保護原理①圖示②原理:原電池原理。③要求:被保護的金屬作為正極,活潑性更強的金屬作為負極。④應用:鍋爐的內壁、船舶的外殼、鋼鐵閘門安裝鎂合金或鋅塊。2.外加電流法(1)圖示(2)原理:電解池原理。(3)要求:被保護的鋼鐵設備作為陰極,與電源的負極相連。(4)應用:鋼鐵閘門,高壓線鐵架,地下管道連接直流電源的負極。應用化學在日常生活中,我們常常會接觸到白鐵皮(鍍鋅鋼板)和馬口鐵(鍍錫鋼板),如果鍍層破損后,你認為誰更耐腐蝕?[題點多維訓練]1.(2025·西安高二期中)下列有關金屬腐蝕與防護的說法正確的是()A.鋁具有很強的抗腐蝕能力,是因為其不易與氧氣發(fā)生反應B.純銀器表面在空氣中因發(fā)生電化學腐蝕生成Ag2S而變暗C.鐵塔上常裝有一些鋅塊,這種保護方法稱為犧牲陽極法D.不銹鋼有較強的抗腐蝕能力是因為在鋼鐵表面上鍍上了鉻2.下列鐵制品防護的裝置或方法中,不正確的是()A.外加電流B.犧牲陽極C.表面鍍銅D.表面刷油漆3.(2024·廣東卷)我國自主設計建造的浮式生產儲卸油裝置“海葵一號”將在珠江口盆地海域使用,其鋼鐵外殼鑲嵌了鋅塊,以利用電化學原理延緩外殼的腐蝕。下列有關說法正確的是()A.鋼鐵外殼為負極B.鑲嵌的鋅塊可永久使用C.該法為外加電流法D.鋅發(fā)生反應:Zn2eZn2+4.(2025·廣州高二期末)某同學為探究電極對金屬腐蝕與防護的影響,設計如下實驗:將飽和食鹽水與瓊脂(不參與反應)的混合液置于兩個培養(yǎng)皿中,向其中滴入少量酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液,混合均勻,分別將包裹鋅片和銅片的鐵釘放入兩個培養(yǎng)皿中,觀察現(xiàn)象如表。已知:K3[Fe(CN)6]遇到Fe2+能產生藍色沉淀,對有關實驗現(xiàn)象及分析不正確的是()變紅變藍ⅰ.包裹銅片的鐵釘ⅱ.包裹鋅片的鐵釘A.兩個培養(yǎng)皿中金屬均發(fā)生吸氧腐蝕,且鐵釘腐蝕速度ⅰ快B.該實驗證明,若給金屬表面鍍活潑性比被保護金屬強的金屬,則鍍層破損后依舊可以防護內層金屬C.培養(yǎng)皿ⅱ中對鐵釘?shù)姆雷o是犧牲陽極法D.隨著反應的進行,培養(yǎng)皿ⅰ和ⅱ中均出現(xiàn)紅褐色渾濁|思維建模|金屬腐蝕快慢的判斷方法(1)同一種金屬在相同電解質溶液中,腐蝕快慢如下:(2)同一種金屬在不同介質中腐蝕由快到慢的順序為強電解質溶液>弱電解質溶液>非電解質溶液。(3)對同一種電解質溶液來說,一般電解質溶液濃度越大,金屬腐蝕越快。新知探究(三)——暖貼的設計與制作1.明確研究目的市場上銷售的一種暖貼是利用金屬的電化學腐蝕原理制作的,它具有發(fā)熱溫和、放熱時間長、使用方便和安全等特點。通過收集資料、實驗研究和動手制作,了解這種暖貼的發(fā)熱原理,培養(yǎng)分析和解決實際問題的能力。2.收集相關資料材料一主要成分:鐵粉、水、活性炭、蛭石、吸水性樹脂、食鹽等。使用方法:將暖貼的真空包裝沿切入口打開,揭去后面的襯紙,貼于內衣的外側,用手鋪平即可。可貼于人體的肩部、腹部、背部、腰部、胃部及相關關節(jié)部位。材料二使用后的暖貼,打開后有紅褐色粉末。3.理清工作原理暖貼的反應原理為利用原電池加快氧化還原反應速率,將化學能轉變?yōu)闊崮?。為了使溫度能夠持續(xù)時間更長,使用了礦物材料蛭石來保溫。因為在使用前不能發(fā)生反應,所以袋子材質要很特別,由原料層、明膠層和無紡布袋組成。無紡布袋是采用微孔透氣膜制作的,它還有一個常規(guī)不透氣的外袋。在使用時,去掉外袋,讓內袋(無紡布袋)暴露在空氣里,空氣中的氧氣通過透氣膜進入里面。其中涉及的反應有負極:Fe2eFe2+正極:O2+2H2O+4e4OH總反應:2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)32Fe(OH)3Fe2O3+3H2O4.設計自制暖貼實驗原料鐵粉、活性炭、水、食鹽、蛭石、吸水性樹脂、無紡布、塑料袋、雙面膠、真空包裝機實驗步驟(1)將鐵粉、活性炭、水、食鹽、蛭石(保溫作用)倒入燒杯攪拌;(2)加入吸水性樹脂,使混合物呈糊狀;(3)將混合物裝入無紡布袋,其中一面貼上雙面膠;(4)最后放入塑料袋,真空包裝[題點多維訓練]1.自發(fā)熱“暖寶寶”的主要成分包含鐵粉、活性炭、氯化鈉、蛭石(保溫)、水,發(fā)熱原因是基于鋼鐵在潮濕空氣中的吸氧腐蝕原理。下列有關“暖寶寶”的說法錯誤的是()A.發(fā)熱過程中化學能轉化為電能和熱能B.氯化鈉和水作電解質溶液C.發(fā)熱過程中鐵粉作負極D.發(fā)熱過程中正極反應為O2+4e+4H+2H2O2.“暖貼”是我們冬天中常用的一種用品。某化學興趣小組對暖貼中成分及發(fā)熱原理展開了探究。(1)“暖貼”中含有鐵粉、活性炭、水、氯化鈉等物質,其發(fā)熱原理就是利用鐵生銹時會放熱,其中一種生成物是Fe(OH)3,請寫出化學方程式:。

(2)檢驗配料中含有鐵粉。用磁鐵吸引黑色粉末,發(fā)現(xiàn)部分黑色粉末被吸引;取少量附著在磁鐵上的粉末于試管中,加入適量稀鹽酸,通過觀察得到的現(xiàn)象是產生氣泡、,得出配料中含有鐵粉。(3)檢驗配料中含有活性炭。暖貼中的活性炭是利用它能大量潮濕的空氣,為鐵粉氧化提供條件。

該組用如圖所示方法實驗,將暖貼放在燃燒匙中,在酒精燈上加熱,觀察到燒杯內壁變渾濁,說明含有活性炭。此方案(填“可行”或“不可行”),若可行,寫出其理論依據,若不可行,請寫出合適的方法:。

(4)探究暖貼中活性炭、食鹽、水等物質的作用。實驗數(shù)據如下表:實驗編號實驗藥品及用量反應時間/min溫度上升值/℃鐵粉/g活性炭/g食鹽/g水/g對照組20.40.281060實驗組100.40.28100220.4081030320.40.20106.542ab8103.7①分析對照組與實驗組第組的數(shù)據,能證明食鹽能加快鐵粉的銹蝕速率。

②實驗組第4組數(shù)據中:a=,b=。

(5)下列說法正確的是(填字母)。

A.暖貼在使用前要密封保存B.暖貼使用后剩余物可以回收利用C.利用鐵生銹的原理,鐵粉還可用于食品保鮮課下請完成課時跟蹤檢測(三十五)第三節(jié)金屬的腐蝕與防護新知探究(一)2.O2+4e+2H2O4OHFe+2H+Fe2++H2↑[應用化學]提示:(1)吸氧腐蝕,因為鐵鍋底部常常殘留氯化鈉溶液,中性環(huán)境下易發(fā)生吸氧腐蝕。(2)一般來說,中上部位較干燥,不易發(fā)生腐蝕或腐蝕較慢。(3)電極反應式:Fe2eFe2+、O2+4e+2H2O4OH,總反應:2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2,進一步反應:4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3、2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O+(3x)H2O。[題點多維訓練]1.選B金屬在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕,正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應,因此沒有氫氣生成,A錯誤;金屬發(fā)生化學腐蝕時金屬和氧化劑直接接觸,電子直接轉移給氧化劑,B正確;在弱酸性或中性條件下,金屬發(fā)生吸氧腐蝕,在酸性條件下,金屬發(fā)生析氫腐蝕,可見無論是酸性還是堿性、中性環(huán)境都能發(fā)生金屬腐蝕,C錯誤;在潮濕的中性環(huán)境中,金屬的電化學腐蝕主要是吸氧腐蝕,D錯誤。2.選D甲裝置中的電解質溶液呈中性,所以發(fā)生的是吸氧腐蝕,A、B兩項錯誤;乙裝置中的電解質溶液酸性較強,發(fā)生的是析氫腐蝕,有氣體產生,C項錯誤,D項正確。3.選D根據題圖可知,青銅器發(fā)生吸氧腐蝕,Cu作負極被氧化,故A錯誤;氧氣在正極得電子生成氫氧根離子,電極反應為O2+4e+2H2O4OH,故B錯誤;未指明氣體所處狀況,無法計算O2的體積,故C錯誤;Cl與正極反應產物和負極反應產物作用生成多孔粉狀銹Cu2(OH)3Cl,負極上生成銅離子、正極上生成氫氧根離子,所以該離子反應為2Cu2++3OH+ClCu2(OH)3Cl↓,故D正確。4.解析:(1)裝置C中,Cu、Fe、稀H2SO4構成原電池,其中Fe作負極,電極反應式為Fe2eFe2+,Cu作正極,電極反應式為2H++2eH2↑。(2)裝置B中,Zn、Fe、海水構成原電池,其中負極(Zn):Zn2eZn2+,正極(Fe):2H2O+O2+4e4OH,故Fe極附近c(OH)增大,pH增大。(3)C中鐵作原電池的負極,電解質濃度大,腐蝕速率最快;B中鐵作原電池的正極,被保護;經比較,鐵被腐蝕的快慢順序為C>A>B。答案:(1)2H++2eH2↑(2)Zn2eZn2+增大(3)C新知探究(二)(一)鎳、鉻鈦(二)離子注入表面滲鍍(三)負極正極1.(1)①偏轉氣泡無②變紅藍色沉淀變紅[應用化學]提示:白鐵皮更耐腐蝕。金屬活動性:鋅>鐵>錫,鍍層破損后,鋅、鐵與附著的電解質溶液形成原電池,鐵作為正極被保護,而鐵、錫與附著的電解質溶液形成原電池,鐵作為負極被氧化,加快了鐵的腐蝕。[題點多維訓練]1.選CAl屬于親氧元素,極易和空氣中的O2反應生成致密的氧化鋁薄膜而具有很強的抗腐蝕能力,故A錯誤;純銀器表面和空氣中的硫化氫因發(fā)生化學腐蝕生成Ag2S而變暗,不是電化學腐蝕,故B錯誤;Zn、Fe和電解質溶液構成原電池,Fe作為正極被保護,這種保護方法稱為犧牲陽極法,故C正確;不銹鋼是在鋼中加入鉻、鎳等金屬,改變內部結構,并不是在金屬表面覆蓋保護層,故D錯誤。2.選AA項,此為外加電流法,被保護金屬鋼制管樁應與電源負極相連,錯誤;鎂比鐵活潑,此為犧牲陽極法,B正確;鐵上鍍銅,鐵質鍍件接電源負極,銅接電源正極,硫酸銅作為電鍍液,C正確;表面刷漆可以隔絕空氣,起到防護作用,D正確。3.選D鋼鐵外殼鑲嵌了鋅塊,由于金屬活動性Zn>Fe,即鋅塊為負極,鋼鐵為正極,形成原電池,Zn失去電子,發(fā)生氧化反應:Zn2eZn2+,從而保護鋼鐵,延緩其腐蝕。由于金屬活動性Zn>Fe,鋼鐵外殼為正極,鋅塊為負極,故A錯誤;Zn失去電子,發(fā)生氧化反應:Zn2eZn2+,鑲嵌