2023化学苏教版选择性必修一 1.3 金属的腐蚀与防护（共53张ppt）
文档属性
| 名称 | 2023化学苏教版选择性必修一 1.3 金属的腐蚀与防护（共53张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2022-12-22 20:50:53 | ||
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文档简介
(共53张PPT)
专题1 化学反应与能量变化
第三单元 金属的腐蚀与防护
学习目标
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。
3．能利用电化学原理解释金属腐蚀现象，选择并设计防腐措施。
核心素养
宏观辨识与微观探析：
能从宏观与微观结合的视角对金属的腐蚀和防护进行分类和表征。能运用电化学符号等解释金属发生腐蚀的原因，能分析技术防护与金属腐蚀之间的关系。
证据推理与模型认知：
运用电化学模型认识并分析金属腐蚀的原理及防护的方法。
生产生活中，金属腐蚀带来的损失非常严重！
建筑物坍塌、管道泄漏、船体损坏、火灾、爆炸……
在我国，每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年产量的十分之一，因为金属腐蚀造成的损失占到国内生产总值的2%~4%。
新课导入
活动探究
向铁粉中加入少量炭粉，混合均匀后，撒入内壁分别用氯化钠溶液和稀醋酸润湿过的两支具支试管(分别标记为a、b)中，按下图组装好仪器。几分钟后，打开止水夹，观察、比较导管中水柱(在水中滴加几滴红墨水)的变化和试管中的现象。
[思考交流]
1．图a导管中水柱和具支试管中的铁粉有什么变化？产生这种现象的原因是什么？
提示：导管中水柱上升，铁粉表面生锈；产生这种现象的原因是铁粉在潮湿的环境中发生吸氧腐蚀。电极反应，负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，由于盛铁粉的具支试管中不断消耗O2而使体系内的压强减小，从而引起水的倒吸。
2．图b导管中水柱及具支试管中的铁粉有什么变化？如何解释？
提示：导管中水柱下降，铁粉表面生锈；产生这种现象的原因是铁粉在潮湿的、酸性较强的环境中发生了析氢腐蚀。电极反应，负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：2H＋＋2e－===H2↑，产生的H2使体系内的压强增大，从而使导管中的水柱下降。
3．若将图b中的稀醋酸换为盐酸(足量)，则实验中存在哪些形式的腐蚀？
提示：若换为盐酸，则实验中会发生铁与盐酸的化学腐蚀，同时也有电化学腐蚀。
4．化学腐蚀与电化学腐蚀的异同点是什么？
提示：相同点是都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。
知识梳理
1．金属腐蚀
(1)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。
(2)本质：金属本身失去电子变成阳离子的过程(发生氧化反应)：
M－ne－===Mn＋。
一、金属的电化学腐蚀
(3)金属腐蚀的分类
根据金属或合金与接触的介质不同，金属腐蚀一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。
在潮湿的空气中，钢铁表面形成一层薄薄的水膜，若水膜中
溶解有CO2、SO2、H2S等气体，其与水反应生成的酸电离使
水膜中含有一定量的H＋。此时电解质溶液酸性较强，在钢铁
表面构成无数微小的原电池，其中Fe和C分别作负极和正极。Fe在负极失去电子发生氧化反应，H＋在正极得到电子发生还原反应，电子从负极流向正极。
该过程中发生的原电池反应：负极为Fe－2e－===Fe2＋，正极为2H＋＋2e－===
H2↑，总反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
2．电化学腐蚀的类型和原理
根据电解质溶液的酸碱性不同，电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
(1)析氢腐蚀
发生的电极反应如下：
负极(Fe)：2Fe－4e－===2Fe2＋(氧化反应)
正极(C)：2H2O＋O2＋4e－===4OH－(还原反应)
总反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
(2)吸氧腐蚀
①一般情况下，如果钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气，就会发生吸氧腐蚀。腐蚀原理如图所示。
②铁锈的形成过程
Fe(OH)2继续与空气中的O2作用，生成Fe(OH)3，即4Fe(OH)2＋O2＋2H2O ===4Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去部分水生成Fe2O3·nH2O(铁锈的主要成分)，即2Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O。铁锈疏松地覆盖在钢铁表面，不能阻止钢铁继续腐蚀。
(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)判断金属的腐蚀类型要从本质入手，化学腐蚀和电化学腐蚀的本质区别在于是否产生电流。腐蚀过程中有电流产生的为电化学腐蚀，无电流产生的为化学腐蚀。
(3)电化学腐蚀中，只有在金属活动性顺序中位于氢之前的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀，吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式。
[名师点拨]
巩固练习
1．下列说法正确的是 ( )
A．在生产和生活中，化学腐蚀比电化学腐蚀普遍，危害更大
B．大多数金属腐蚀的原因是发生氧化还原反应
C．化学腐蚀的速度随着温度的升高而加快
D．化学腐蚀和电化学腐蚀过程中都产生电流
C
【解析】电化学腐蚀比化学腐蚀普遍，危害更大，A项错误；所有金属腐蚀的原因均为发生氧化还原反应，B项错误；温度升高，化学反应速率增大，C项正确；化学腐蚀过程中无电流产生，电化学腐蚀过程中有微弱的电流产生，D项错误。
2．某研究小组对铁生锈的条件进行研究。请回答下列问题：
(1)甲同学设计了A、B、C一组实验(如图所示)，探究铁生锈的条件。经过较长时间后，甲同学观察到A中铁钉生锈；B中铁钉不生锈；C中铁钉不生锈。
①通过分析上述实验现象，可得出铁生锈的外部条件是
_____________________________________________；
②铁钉发生电化学腐蚀的正极反应式为__________________________；
③实验B所用的水要经过_____处理，植物油的作用是________________________；
④实验C中碱石灰的作用是________________________。
有水(或电解质溶液)和氧气(或空气)
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
煮沸
隔绝空气中的氧气和水蒸气
吸收水蒸气
(2)乙同学设计了实验D(如图所示)，一段时间后，发现试管中的液面升高，其原因是__________________________________________________________。
铁腐蚀吸收氧气，造成试管内气体体积减小，试管内压强减小
【解析】对比A、B、C中现象可知铁生锈的外部条件是有水(或电解质溶液)和氧气(或空气)。铁钉生锈所处的环境为中性环境时，发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
活动探究
实验操作 (1)以Fe作被保护电极，以Zn作辅助电极，以经过酸化的3% NaCl溶液作电解质溶液，按下图所示连接装置。观察电流表指针的变化以及烧杯中两个电极附近发生的现象；
(2)过一段时间，用胶头滴管从Fe电极区域取出少量溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察试管中溶液颜色的变化
实验 装置
实验 现象 (1)电流表指针发生偏转，Fe电极上有气泡产生；
(2)试管中滴入K3[Fe(CN)6]溶液未出现特殊蓝色沉淀
[实验] 探究牺牲阳极的阴极保护法保护铁
[思考交流]
1．该实验装置是电化学装置中的原电池还是电解池？指出装置中的电极名称并写出电极反应式。
提示：Zn、Fe和经过酸化的NaCl溶液构成原电池；其中Zn作负极，电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋；Fe作正极，电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑。
2．一段时间后，从Fe电极区域取出少量溶液于试管中，加入2滴K3[Fe(CN)6]溶液的目的是什么？若铁电极区域有Fe2＋存在，会出现什么现象？写出反应的离子方程式。
提示：加入K3[Fe(CN)6]溶液的目的是检验铁电极是否发生反应生成Fe2＋；若铁电极区域有Fe2＋生成，加入K3[Fe(CN)6]后会产生蓝色沉淀，反应的离子方程式为3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓(蓝色)。
3．通过上述实验得出的实验结论是什么？为什么要向船体上镶嵌锌块？该保护船体的方法的名称是什么？
提示：Zn-Fe-电解质溶液构成的装置中，铁未被腐蚀，即受到了保护。向船体上镶嵌锌块的目的是在Zn-Fe-海水构成的原电池装置中，牺牲锌块而保护船体不受腐蚀；该保护船体的方法的名称是牺牲阳极的阴极保护法。
4．常见的白铁皮是在薄钢板表面镀上一层锌，罐装食品用的马口铁是在薄钢板表面上镀上一层锡，若上述两种钢铁制品的表面出现破损时，白铁皮和马口铁中哪一种更容易受到腐蚀？其原因是什么？
提示：马口铁中的铁更容易被腐蚀。原因是马口铁中的铁比锡活泼，形成原电池时，铁作负极而被腐蚀；白铁皮中锌比铁活泼，形成原电池时，铁作正极而受到保护。
5．你还能想出哪些防止金属Fe发生腐蚀的措施？能防止金属腐蚀的原理是什么？
提示：(1)在金属制品表面覆盖保护层，原理：避免金属与潮湿的环境接触构成原电池而发生腐蚀。
(2)让被保护的金属与外接直流电源的负极相连，充当电解池的阴极而被保护。
知识梳理
二、金属的电化学防护
1．金属防护的原理
金属防护就是防止金属的腐蚀，要解决的主要问题是使金属不被氧化，应从金属腐蚀的化学反应原理、腐蚀的类型等方面来确定金属防护的具体方法。
2．金属防护的方法
(1)改变金属材料的组成
如把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢，就大大增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。
(2)在金属表面覆盖保护层
在金属表面覆盖致密的保护层，从而使金属制品与周围物质(外界空气、水、电解质溶液等)隔离，这是一种普遍采用的防护方法。
①非金属保护层：如喷油漆、涂油脂。
②金属保护层：如在钢铁表面镀一层锌、锡、铬、镍等。
牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法
依据 原电池原理 电解原理
原理 形成原电池时，被保护的金属作正极(阴极)，不反应受到保护；活泼金属作负极(阳极)，发生反应受到腐蚀。负极(阳极)要定期予以更换 将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护
应用 保护一些钢铁设备，如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌 保护土壤、海水及水中的金属设备
实例示意图
(3)电化学防护法
(1)金属表面覆盖保护层的其他方法
①用化学方法在钢铁部件表面进行发蓝处理(生成一层致密的Fe3O4薄膜)。
②利用阳极氧化处理铝制品的表面，使之形成致密的氧化膜而钝化。
(2)Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀：3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓，此反应可用于检验Fe2＋。
[名师点拨]
巩固练习
1．下列有关远洋轮船船壳腐蚀与防护叙述错误的是 ( )
A．可在船壳外刷油漆进行保护
B．可将船壳与电源的负极相连进行保护
C．可在船底安装锌块进行保护
D．在海上航行时，船壳主要发生析氢腐蚀
D
【解析】在船壳外刷油漆可以防止金属和海水、空气接触，所以在船壳外刷油漆可以对船壳进行保护，故A正确；将船壳与电源的负极相连，即船壳为阴极，阴极材料不易被腐蚀，在电解池的阴极金属被保护，故B正确；在船底安装锌块，形成原电池，金属锌作负极，被腐蚀，正极材料Fe被保护，故C正确；海水是中性环境，金属会发生吸氧腐蚀，即在海上航行时，船壳主要发生吸氧腐蚀，故D错误。
2．下列防止金属腐蚀的做法不可行的是 ( )
A．在某些工具的机械转动部位刷油漆以防生锈
B．衣架和电线外面包上一层塑料层以防生锈
C．在钢材制造的大型船舶上装上一定数量的锌块
D.自行车的钢圈和车铃上镀上一层铬，既耐腐蚀又美观耐磨
A
【解析】在某些工具的机械转动部位刷油漆，能隔绝空气和水，但转动部位的漆易脱落，应该涂油，故A错误；衣架和电线外面包上一层塑料层，能隔绝空气和水，所以能防止生锈，故B正确；在钢材制造的大型船舶上装上一定数量的锌块，Fe、Zn和海水构成原电池，Zn易失电子作负极，Fe作正极，所以Fe被保护，故C正确；自行车的钢圈和车铃上镀上一层铬，能隔绝空气和水，且铬不易发生腐蚀，所以能防止铁生锈，故D正确。
《我在故宫修文物》这部纪录片里关于古代青铜器的修复引起了某研学小组的兴趣。“修旧如旧”是文物保护的主旨。
能力提升
(1)查阅高中教材得知铜锈为Cu2(OH)2CO3，俗称铜绿，可溶于酸。请写出铜绿与盐酸反应的化学方程式。
提示：Cu2(OH)2CO3＋4HCl===2CuCl2＋3H2O＋CO2↑。
Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl分别属于无害锈和有害锈，请解释原因。
(2)继续查阅中国知网，了解到铜锈的成分非常复杂，主要成分有Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl。考古学家将铜锈分为无害锈和有害锈，结构如图所示：
提示：结合图可知，Cu2(OH)2CO3为致密结构，可以阻止潮湿空气进入内部进一步腐蚀铜，属于无害锈。Cu2(OH)3Cl为疏松结构，潮湿空气可以进入空隙内将内部的铜进一步腐蚀，属于有害锈。
①写出在发生电化学腐蚀的过程中正极的电极反应式。
(3)如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀生成有害锈Cu2(OH)3Cl的原理示意图。
提示：正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
②若生成2.145 g Cu2(OH)3Cl，计算理论上消耗标准状况下氧气的体积。
提示：n[Cu2(OH)3Cl]＝＝0.01 mol，根据得失电子守恒可得n(O2)＝0.01 mol×2×2÷4＝0.01 mol，故在标准状况下氧气的体积为V＝0.01 mol×22.4 L·mol－1＝0.224 L。
提示：结合图可知，过程Ⅰ中Cu作负极，电极反应式是Cu－e－＋Cl－===CuCl。
请分析BTA保护法可能的优点。
(4)BTA保护法是青铜器修复中最常用的方法之一，原理如图所示：
提示：在青铜器表面形成一层致密的透明保护膜；能够替换出锈层中的Cl－，能够高效除去有害锈；此法不破坏无害锈，可以保护青铜器的艺术价值，做到“修旧如旧”。
[思维建模] 解答有关金属防护措施问题的思维流程如下：
举一反三
1．某同学利用如图所示装置探究金属的腐蚀与防护条件{已知Fe2＋遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀}。
下列说法不合理的是 ( )
A ．①区Cu电极上产生气泡，Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6] 溶液后出现蓝色沉淀，Fe被腐蚀
B．②区Cu电极附近滴加酚酞试液后变成红色，Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色沉淀，
Fe被腐蚀
C．③区Zn电极的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液未出现蓝色沉
淀，Fe被保护
D．④区Zn电极的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出
现蓝色沉淀，Fe被腐蚀
A
【解析】①区发生吸氧腐蚀，Cu为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，Cu电极上不产生气泡，A项错误；②区Cu为阴极，电极反应为2H2O＋2e－=== H2↑＋2OH－，Cu电极附近溶液碱性增强，滴加酚酞试液后变成红色，Fe为阳极，被腐蚀，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色沉淀，B项正确；③区Zn为负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，Fe为正极，被保护，C项正确，④区Zn为阴极，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，Fe为阳极，被腐蚀，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色沉淀，D项正确。
2．钢铁的防护方法有多种，图中的方法描述正确的是 ( )
A．b为电源负极
B．该方法是牺牲阳极的阴极保护法
C．电子流向：a→钢铁闸门→辅助电极→b→a
D．电源改用导线连接进行防护时，辅助电极发生氧化反应
D
【解析】从图示可知，由于有外加电源，故此防护方法为外加电流的阴极保护法，B错误；在外加电流的阴极保护法中，钢铁作电解池的阴极，即a为电源的负极，则b为电源的正极，故A错误；在电解池中，电子由电解池的阳极→电源的正极，电源的负极→电解池的阴极，溶液中通过离子导电而不是电子，故C错误；电源改用导线连接进行防护时，即牺牲阳极的阴极保护法，则辅助电极要作负极，发生氧化反应，故D正确。
当堂检测
1．如图表示钢铁在海水中的锈蚀过程，以下有关说法正确的是 ( )
A．该金属腐蚀过程为析氢腐蚀
B．正极为C，发生的反应为氧化反应
C．在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀
D．正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D
【解析】钢铁中含有铁和碳，在潮湿的环境中构成原电池，铁作负极，碳作正极，从图中可以看出，空气中的O2参加反应，所以发生的是吸氧腐蚀，A项错误；碳作正极，发生的反应为还原反应，B项错误；在酸性条件下，原电池的正极上H＋得电子发生还原反应，析出H2，即在酸性条件下发生的是析氢腐蚀，C项错误；发生吸氧腐蚀时，O2在正极发生得电子的还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D项正确。
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
C
【解析】A、D错误，铁在中性环境中会发生吸氧腐蚀，负极上铁失电子发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－；B错误，铁的电化学腐蚀过程中，化学能除转化为电能外还有部分转化为热能。
3．下列与金属腐蚀有关的说法中，正确的是 ( )
A．图甲中，铁钉易被腐蚀
B．图乙中，滴加少量KSCN溶液，溶液变为红色
C．图丙中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是 由于高温下铁发生化学腐蚀
D．图丁中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管 道的腐蚀，镁块相当于原电
池的正极
C
【解析】图甲中浓硫酸能吸收空气中的水蒸气，干燥条件下铁钉不易被腐蚀，A错误；图乙中构成原电池，铁为负极失去电子，转化为亚铁离子，因此滴加少量KSCN溶液，溶液不会变为红色，B错误；图丙中燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁和氧气发生反应，为化学腐蚀，C正确；图丁中用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁比铁活泼，则镁块相当于原电池的负极，D错误。
4．我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是 ( )
A．通电时，锌环为阳极，发生氧化反应
B．通电时，阴极上的电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．断电时，锌环上的电极反应：Zn2＋＋2e－===Zn
D．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀
C
【解析】通电时，锌环连接电源正极，锌环为阳极，发生氧化反应，A正确；通电时，阴极上溶液中由水电离出的氢离子得电子，所以发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B正确；断电时发生原电池反应，锌环失电子作负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，C错误；断电时锌环作负极被腐蚀，铁帽作正极被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法，D正确。
(1)若容器内液体是水，铁钉逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于________腐蚀。
(2)若试管内液面上升，则原溶液呈___________性，发生______腐蚀，负极的电极反应为__________________，正极的电极反应为_______________________。
(3)若试管内液面下降，则原溶液呈__________性，发生______腐蚀，负极的电极反应为__________________，正极的电极反应为____________________。
5．如图所示，容器中的试管内有一枚铁钉，放置数天后观察：
电化学
弱酸性或中
吸氧
2Fe－4e－===2Fe2＋
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
较强的酸
析氢
Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑
【解析】(1)铁钉中含有的杂质碳和铁作原电池的两极，在水、空气等构成的电解质溶液中发生电化学腐蚀。(2)试管中被密封的是空气，液面上升，即空气减少，发生的是吸氧腐蚀。(3)试管内液面下降，则发生析氢腐蚀，生成的H2使试管内气体体积增大。
本节内容结束
专题1 化学反应与能量变化
第三单元 金属的腐蚀与防护
学习目标
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。
3．能利用电化学原理解释金属腐蚀现象，选择并设计防腐措施。
核心素养
宏观辨识与微观探析：
能从宏观与微观结合的视角对金属的腐蚀和防护进行分类和表征。能运用电化学符号等解释金属发生腐蚀的原因，能分析技术防护与金属腐蚀之间的关系。
证据推理与模型认知：
运用电化学模型认识并分析金属腐蚀的原理及防护的方法。
生产生活中，金属腐蚀带来的损失非常严重！
建筑物坍塌、管道泄漏、船体损坏、火灾、爆炸……
在我国，每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年产量的十分之一，因为金属腐蚀造成的损失占到国内生产总值的2%~4%。
新课导入
活动探究
向铁粉中加入少量炭粉，混合均匀后，撒入内壁分别用氯化钠溶液和稀醋酸润湿过的两支具支试管(分别标记为a、b)中，按下图组装好仪器。几分钟后，打开止水夹，观察、比较导管中水柱(在水中滴加几滴红墨水)的变化和试管中的现象。
[思考交流]
1．图a导管中水柱和具支试管中的铁粉有什么变化？产生这种现象的原因是什么？
提示：导管中水柱上升，铁粉表面生锈；产生这种现象的原因是铁粉在潮湿的环境中发生吸氧腐蚀。电极反应，负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，由于盛铁粉的具支试管中不断消耗O2而使体系内的压强减小，从而引起水的倒吸。
2．图b导管中水柱及具支试管中的铁粉有什么变化？如何解释？
提示：导管中水柱下降，铁粉表面生锈；产生这种现象的原因是铁粉在潮湿的、酸性较强的环境中发生了析氢腐蚀。电极反应，负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：2H＋＋2e－===H2↑，产生的H2使体系内的压强增大，从而使导管中的水柱下降。
3．若将图b中的稀醋酸换为盐酸(足量)，则实验中存在哪些形式的腐蚀？
提示：若换为盐酸，则实验中会发生铁与盐酸的化学腐蚀，同时也有电化学腐蚀。
4．化学腐蚀与电化学腐蚀的异同点是什么？
提示：相同点是都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。
知识梳理
1．金属腐蚀
(1)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。
(2)本质：金属本身失去电子变成阳离子的过程(发生氧化反应)：
M－ne－===Mn＋。
一、金属的电化学腐蚀
(3)金属腐蚀的分类
根据金属或合金与接触的介质不同，金属腐蚀一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。
在潮湿的空气中，钢铁表面形成一层薄薄的水膜，若水膜中
溶解有CO2、SO2、H2S等气体，其与水反应生成的酸电离使
水膜中含有一定量的H＋。此时电解质溶液酸性较强，在钢铁
表面构成无数微小的原电池，其中Fe和C分别作负极和正极。Fe在负极失去电子发生氧化反应，H＋在正极得到电子发生还原反应，电子从负极流向正极。
该过程中发生的原电池反应：负极为Fe－2e－===Fe2＋，正极为2H＋＋2e－===
H2↑，总反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
2．电化学腐蚀的类型和原理
根据电解质溶液的酸碱性不同，电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
(1)析氢腐蚀
发生的电极反应如下：
负极(Fe)：2Fe－4e－===2Fe2＋(氧化反应)
正极(C)：2H2O＋O2＋4e－===4OH－(还原反应)
总反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
(2)吸氧腐蚀
①一般情况下，如果钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气，就会发生吸氧腐蚀。腐蚀原理如图所示。
②铁锈的形成过程
Fe(OH)2继续与空气中的O2作用，生成Fe(OH)3，即4Fe(OH)2＋O2＋2H2O ===4Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去部分水生成Fe2O3·nH2O(铁锈的主要成分)，即2Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O。铁锈疏松地覆盖在钢铁表面，不能阻止钢铁继续腐蚀。
(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)判断金属的腐蚀类型要从本质入手，化学腐蚀和电化学腐蚀的本质区别在于是否产生电流。腐蚀过程中有电流产生的为电化学腐蚀，无电流产生的为化学腐蚀。
(3)电化学腐蚀中，只有在金属活动性顺序中位于氢之前的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀，吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式。
[名师点拨]
巩固练习
1．下列说法正确的是 ( )
A．在生产和生活中，化学腐蚀比电化学腐蚀普遍，危害更大
B．大多数金属腐蚀的原因是发生氧化还原反应
C．化学腐蚀的速度随着温度的升高而加快
D．化学腐蚀和电化学腐蚀过程中都产生电流
C
【解析】电化学腐蚀比化学腐蚀普遍，危害更大，A项错误；所有金属腐蚀的原因均为发生氧化还原反应，B项错误；温度升高，化学反应速率增大，C项正确；化学腐蚀过程中无电流产生，电化学腐蚀过程中有微弱的电流产生，D项错误。
2．某研究小组对铁生锈的条件进行研究。请回答下列问题：
(1)甲同学设计了A、B、C一组实验(如图所示)，探究铁生锈的条件。经过较长时间后，甲同学观察到A中铁钉生锈；B中铁钉不生锈；C中铁钉不生锈。
①通过分析上述实验现象，可得出铁生锈的外部条件是
_____________________________________________；
②铁钉发生电化学腐蚀的正极反应式为__________________________；
③实验B所用的水要经过_____处理，植物油的作用是________________________；
④实验C中碱石灰的作用是________________________。
有水(或电解质溶液)和氧气(或空气)
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
煮沸
隔绝空气中的氧气和水蒸气
吸收水蒸气
(2)乙同学设计了实验D(如图所示)，一段时间后，发现试管中的液面升高，其原因是__________________________________________________________。
铁腐蚀吸收氧气，造成试管内气体体积减小，试管内压强减小
【解析】对比A、B、C中现象可知铁生锈的外部条件是有水(或电解质溶液)和氧气(或空气)。铁钉生锈所处的环境为中性环境时，发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
活动探究
实验操作 (1)以Fe作被保护电极，以Zn作辅助电极，以经过酸化的3% NaCl溶液作电解质溶液，按下图所示连接装置。观察电流表指针的变化以及烧杯中两个电极附近发生的现象；
(2)过一段时间，用胶头滴管从Fe电极区域取出少量溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察试管中溶液颜色的变化
实验 装置
实验 现象 (1)电流表指针发生偏转，Fe电极上有气泡产生；
(2)试管中滴入K3[Fe(CN)6]溶液未出现特殊蓝色沉淀
[实验] 探究牺牲阳极的阴极保护法保护铁
[思考交流]
1．该实验装置是电化学装置中的原电池还是电解池？指出装置中的电极名称并写出电极反应式。
提示：Zn、Fe和经过酸化的NaCl溶液构成原电池；其中Zn作负极，电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋；Fe作正极，电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑。
2．一段时间后，从Fe电极区域取出少量溶液于试管中，加入2滴K3[Fe(CN)6]溶液的目的是什么？若铁电极区域有Fe2＋存在，会出现什么现象？写出反应的离子方程式。
提示：加入K3[Fe(CN)6]溶液的目的是检验铁电极是否发生反应生成Fe2＋；若铁电极区域有Fe2＋生成，加入K3[Fe(CN)6]后会产生蓝色沉淀，反应的离子方程式为3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓(蓝色)。
3．通过上述实验得出的实验结论是什么？为什么要向船体上镶嵌锌块？该保护船体的方法的名称是什么？
提示：Zn-Fe-电解质溶液构成的装置中，铁未被腐蚀，即受到了保护。向船体上镶嵌锌块的目的是在Zn-Fe-海水构成的原电池装置中，牺牲锌块而保护船体不受腐蚀；该保护船体的方法的名称是牺牲阳极的阴极保护法。
4．常见的白铁皮是在薄钢板表面镀上一层锌，罐装食品用的马口铁是在薄钢板表面上镀上一层锡，若上述两种钢铁制品的表面出现破损时，白铁皮和马口铁中哪一种更容易受到腐蚀？其原因是什么？
提示：马口铁中的铁更容易被腐蚀。原因是马口铁中的铁比锡活泼，形成原电池时，铁作负极而被腐蚀；白铁皮中锌比铁活泼，形成原电池时，铁作正极而受到保护。
5．你还能想出哪些防止金属Fe发生腐蚀的措施？能防止金属腐蚀的原理是什么？
提示：(1)在金属制品表面覆盖保护层，原理：避免金属与潮湿的环境接触构成原电池而发生腐蚀。
(2)让被保护的金属与外接直流电源的负极相连，充当电解池的阴极而被保护。
知识梳理
二、金属的电化学防护
1．金属防护的原理
金属防护就是防止金属的腐蚀，要解决的主要问题是使金属不被氧化，应从金属腐蚀的化学反应原理、腐蚀的类型等方面来确定金属防护的具体方法。
2．金属防护的方法
(1)改变金属材料的组成
如把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢，就大大增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。
(2)在金属表面覆盖保护层
在金属表面覆盖致密的保护层，从而使金属制品与周围物质(外界空气、水、电解质溶液等)隔离，这是一种普遍采用的防护方法。
①非金属保护层：如喷油漆、涂油脂。
②金属保护层：如在钢铁表面镀一层锌、锡、铬、镍等。
牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法
依据 原电池原理 电解原理
原理 形成原电池时，被保护的金属作正极(阴极)，不反应受到保护；活泼金属作负极(阳极)，发生反应受到腐蚀。负极(阳极)要定期予以更换 将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护
应用 保护一些钢铁设备，如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌 保护土壤、海水及水中的金属设备
实例示意图
(3)电化学防护法
(1)金属表面覆盖保护层的其他方法
①用化学方法在钢铁部件表面进行发蓝处理(生成一层致密的Fe3O4薄膜)。
②利用阳极氧化处理铝制品的表面，使之形成致密的氧化膜而钝化。
(2)Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀：3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓，此反应可用于检验Fe2＋。
[名师点拨]
巩固练习
1．下列有关远洋轮船船壳腐蚀与防护叙述错误的是 ( )
A．可在船壳外刷油漆进行保护
B．可将船壳与电源的负极相连进行保护
C．可在船底安装锌块进行保护
D．在海上航行时，船壳主要发生析氢腐蚀
D
【解析】在船壳外刷油漆可以防止金属和海水、空气接触，所以在船壳外刷油漆可以对船壳进行保护，故A正确；将船壳与电源的负极相连，即船壳为阴极，阴极材料不易被腐蚀，在电解池的阴极金属被保护，故B正确；在船底安装锌块，形成原电池，金属锌作负极，被腐蚀，正极材料Fe被保护，故C正确；海水是中性环境，金属会发生吸氧腐蚀，即在海上航行时，船壳主要发生吸氧腐蚀，故D错误。
2．下列防止金属腐蚀的做法不可行的是 ( )
A．在某些工具的机械转动部位刷油漆以防生锈
B．衣架和电线外面包上一层塑料层以防生锈
C．在钢材制造的大型船舶上装上一定数量的锌块
D.自行车的钢圈和车铃上镀上一层铬，既耐腐蚀又美观耐磨
A
【解析】在某些工具的机械转动部位刷油漆，能隔绝空气和水，但转动部位的漆易脱落，应该涂油，故A错误；衣架和电线外面包上一层塑料层，能隔绝空气和水，所以能防止生锈，故B正确；在钢材制造的大型船舶上装上一定数量的锌块，Fe、Zn和海水构成原电池，Zn易失电子作负极，Fe作正极，所以Fe被保护，故C正确；自行车的钢圈和车铃上镀上一层铬，能隔绝空气和水，且铬不易发生腐蚀，所以能防止铁生锈，故D正确。
《我在故宫修文物》这部纪录片里关于古代青铜器的修复引起了某研学小组的兴趣。“修旧如旧”是文物保护的主旨。
能力提升
(1)查阅高中教材得知铜锈为Cu2(OH)2CO3，俗称铜绿，可溶于酸。请写出铜绿与盐酸反应的化学方程式。
提示：Cu2(OH)2CO3＋4HCl===2CuCl2＋3H2O＋CO2↑。
Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl分别属于无害锈和有害锈，请解释原因。
(2)继续查阅中国知网，了解到铜锈的成分非常复杂，主要成分有Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl。考古学家将铜锈分为无害锈和有害锈，结构如图所示：
提示：结合图可知，Cu2(OH)2CO3为致密结构，可以阻止潮湿空气进入内部进一步腐蚀铜，属于无害锈。Cu2(OH)3Cl为疏松结构，潮湿空气可以进入空隙内将内部的铜进一步腐蚀，属于有害锈。
①写出在发生电化学腐蚀的过程中正极的电极反应式。
(3)如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀生成有害锈Cu2(OH)3Cl的原理示意图。
提示：正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
②若生成2.145 g Cu2(OH)3Cl，计算理论上消耗标准状况下氧气的体积。
提示：n[Cu2(OH)3Cl]＝＝0.01 mol，根据得失电子守恒可得n(O2)＝0.01 mol×2×2÷4＝0.01 mol，故在标准状况下氧气的体积为V＝0.01 mol×22.4 L·mol－1＝0.224 L。
提示：结合图可知，过程Ⅰ中Cu作负极，电极反应式是Cu－e－＋Cl－===CuCl。
请分析BTA保护法可能的优点。
(4)BTA保护法是青铜器修复中最常用的方法之一，原理如图所示：
提示：在青铜器表面形成一层致密的透明保护膜；能够替换出锈层中的Cl－，能够高效除去有害锈；此法不破坏无害锈，可以保护青铜器的艺术价值，做到“修旧如旧”。
[思维建模] 解答有关金属防护措施问题的思维流程如下：
举一反三
1．某同学利用如图所示装置探究金属的腐蚀与防护条件{已知Fe2＋遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀}。
下列说法不合理的是 ( )
A ．①区Cu电极上产生气泡，Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6] 溶液后出现蓝色沉淀，Fe被腐蚀
B．②区Cu电极附近滴加酚酞试液后变成红色，Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色沉淀，
Fe被腐蚀
C．③区Zn电极的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液未出现蓝色沉
淀，Fe被保护
D．④区Zn电极的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出
现蓝色沉淀，Fe被腐蚀
A
【解析】①区发生吸氧腐蚀，Cu为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，Cu电极上不产生气泡，A项错误；②区Cu为阴极，电极反应为2H2O＋2e－=== H2↑＋2OH－，Cu电极附近溶液碱性增强，滴加酚酞试液后变成红色，Fe为阳极，被腐蚀，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色沉淀，B项正确；③区Zn为负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，Fe为正极，被保护，C项正确，④区Zn为阴极，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，Fe为阳极，被腐蚀，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色沉淀，D项正确。
2．钢铁的防护方法有多种，图中的方法描述正确的是 ( )
A．b为电源负极
B．该方法是牺牲阳极的阴极保护法
C．电子流向：a→钢铁闸门→辅助电极→b→a
D．电源改用导线连接进行防护时，辅助电极发生氧化反应
D
【解析】从图示可知，由于有外加电源，故此防护方法为外加电流的阴极保护法，B错误；在外加电流的阴极保护法中，钢铁作电解池的阴极，即a为电源的负极，则b为电源的正极，故A错误；在电解池中，电子由电解池的阳极→电源的正极，电源的负极→电解池的阴极，溶液中通过离子导电而不是电子，故C错误；电源改用导线连接进行防护时，即牺牲阳极的阴极保护法，则辅助电极要作负极，发生氧化反应，故D正确。
当堂检测
1．如图表示钢铁在海水中的锈蚀过程，以下有关说法正确的是 ( )
A．该金属腐蚀过程为析氢腐蚀
B．正极为C，发生的反应为氧化反应
C．在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀
D．正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D
【解析】钢铁中含有铁和碳，在潮湿的环境中构成原电池，铁作负极，碳作正极，从图中可以看出，空气中的O2参加反应，所以发生的是吸氧腐蚀，A项错误；碳作正极，发生的反应为还原反应，B项错误；在酸性条件下，原电池的正极上H＋得电子发生还原反应，析出H2，即在酸性条件下发生的是析氢腐蚀，C项错误；发生吸氧腐蚀时，O2在正极发生得电子的还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D项正确。
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
C
【解析】A、D错误，铁在中性环境中会发生吸氧腐蚀，负极上铁失电子发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－；B错误，铁的电化学腐蚀过程中，化学能除转化为电能外还有部分转化为热能。
3．下列与金属腐蚀有关的说法中，正确的是 ( )
A．图甲中，铁钉易被腐蚀
B．图乙中，滴加少量KSCN溶液，溶液变为红色
C．图丙中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是 由于高温下铁发生化学腐蚀
D．图丁中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管 道的腐蚀，镁块相当于原电
池的正极
C
【解析】图甲中浓硫酸能吸收空气中的水蒸气，干燥条件下铁钉不易被腐蚀，A错误；图乙中构成原电池，铁为负极失去电子，转化为亚铁离子，因此滴加少量KSCN溶液，溶液不会变为红色，B错误；图丙中燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁和氧气发生反应，为化学腐蚀，C正确；图丁中用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁比铁活泼，则镁块相当于原电池的负极，D错误。
4．我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是 ( )
A．通电时，锌环为阳极，发生氧化反应
B．通电时，阴极上的电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．断电时，锌环上的电极反应：Zn2＋＋2e－===Zn
D．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀
C
【解析】通电时，锌环连接电源正极，锌环为阳极，发生氧化反应，A正确；通电时，阴极上溶液中由水电离出的氢离子得电子，所以发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B正确；断电时发生原电池反应，锌环失电子作负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，C错误；断电时锌环作负极被腐蚀，铁帽作正极被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法，D正确。
(1)若容器内液体是水，铁钉逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于________腐蚀。
(2)若试管内液面上升，则原溶液呈___________性，发生______腐蚀，负极的电极反应为__________________，正极的电极反应为_______________________。
(3)若试管内液面下降，则原溶液呈__________性，发生______腐蚀，负极的电极反应为__________________，正极的电极反应为____________________。
5．如图所示，容器中的试管内有一枚铁钉，放置数天后观察：
电化学
弱酸性或中
吸氧
2Fe－4e－===2Fe2＋
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
较强的酸
析氢
Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑
【解析】(1)铁钉中含有的杂质碳和铁作原电池的两极，在水、空气等构成的电解质溶液中发生电化学腐蚀。(2)试管中被密封的是空气，液面上升，即空气减少，发生的是吸氧腐蚀。(3)试管内液面下降，则发生析氢腐蚀，生成的H2使试管内气体体积增大。
本节内容结束