第三节 钢铁的锈蚀与防护
基础主干落实
一、导致钢铁锈蚀的因素
1.金属锈蚀的条件:
铁在空气中锈蚀,是铁跟 氧气 、 水 等物质相互作用,发生一系列复杂的化学反应,是铁转化为铁的化合物的过程,同时钢铁的成分、环境的温度、湿度和酸碱性也是影响钢铁锈蚀的因素。
2.铁锈的成分及其特点:
铁锈(主要成分为 Fe2O3 ) 疏松多孔 ,会把空气和水分保留在钢铁制品的表面,进一步加速锈蚀。因此,当钢铁制品表面生锈时,应及时 除锈 并做防锈处理。
【导·思】 为延长食品保质期,可在有些食品袋中放入铁粉双吸剂。你知道它的作用吗
提示:铁粉在生锈过程中吸收氧气和水蒸气,既能保持食品干燥,又能隔绝氧气防腐。
二、减缓钢铁锈蚀的方法
1.保持金属的洁净和干燥。
2.在金属表面覆盖保护层(涂刷 矿物油 或 油漆 、覆盖搪瓷或塑料等)。
3.镀上一层不易锈蚀的金属或用“烤蓝”等方法形成致密保护层。
4.改变金属的组成和结构(如 制成合金 )。
三、废旧金属的回收利用
1.废旧金属的危害:
既造成了环境污染,又浪费了有限的金属资源。
2.回收利用废旧金属的意义:
既可以保护环境,又能节约资源和能源。
【易错辨析】 判断下列说法是否正确。
(1)金属铝比铁更耐腐蚀,是因为铁更活泼。 (×)
(2)钢铁的锈蚀是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生反应的结果。 (√)
(3)铁锈主要成分是Fe2O3,它疏松多孔,应当及时去除。 (√)
(4)在金属表面刷漆只是为了美观。 (×)
(5)回收利用废旧金属既可以保护环境,又能节约资源和能源。 (√)
重点案例探析
考点一铁制品的锈蚀与防护
【典例1】(2023·娄底中考)下列对金属的防护措施不合理的是 (C)
A.齿轮表面涂油
B.制成合金
C.将铁制品放在潮湿的空气中
D.车圈镀铬
【方法点拨】 防止铁生锈常采用的方法
1.干:保持铁制品表面洁净和干燥。
2.膜:在铁制品表面覆盖保护膜,如在车、船的表面喷涂油漆,在机械表面涂油,在杯子表面烧涂搪瓷等。
3.镀:在铁制品表面镀一层其他金属,如在钢铁表面镀锌、镀铬等。
4.烤:用化学方法使铁制品表面形成致密的氧化膜,如锯条上的烤蓝。
5.改:改善金属的本质,添加合金元素,如在铁制品中加入镍制成不锈钢,可以增强耐腐蚀性能。
考点二金属锈蚀条件的探究
【典例2】(2023秋·烟台质检)钢铁的腐蚀是重要研究课题。某校兴趣小组以铁的腐蚀为课题进行如下探究。
【提出问题】铁制品锈蚀的条件是什么
【设计实验】取3根无锈的铁丝设计如图所示的三个实验(铁丝足量且实验时间足够长)
【实验现象】
(1)Ⅰ中铁丝生锈,Ⅱ、Ⅲ铁丝无明显变化,打开Ⅰ中的止水夹后还能观察到的现象是 右边液面下降,左边液面上升至刻度1 。
【实验结论】(2)由实验可以得出铁制品锈蚀的条件是 铁生锈需要与氧气和水接触 。
【拓展与延伸】小明在旅途中发现,海边铁制渔船上的锈迹比江边铁制渔船的多,他提出问题:海水会加快铁的生锈吗 为验证这一问题,设计以下数字化实验:
(3)实验1的实验药品:长5 cm、直径1 mm铁丝,15 mL蒸馏水;
实验2的实验药品: 长5 cm、直径1 mm铁丝,15 mL海水 。
实验结果如图像所示:
(4)根据图像分析可知铁生锈会 放出 (填“吸收”或“放出”)热量。
(5)根据该实验可以得出结论 海水能够促进铁生锈 。
【思考与运用】(6)根据铁制品生锈条件,写出一条生活中防止铁锈蚀的具体方法: 在铁制品表面刷漆(合理即可) 。
【变式训练】 (2023秋·泰安肥城质检)如图是探究铁制品锈蚀的条件时做的五个实验(铁钉在不同环境中),实验一段时间后,得出的结论错误的是 (D)
A.甲、乙中铁钉生锈快慢的顺序为乙>甲
B.丙和戊中的铁钉都不生锈
C.铁钉生锈的主要条件是与氧气、水直接接触
D.丁中铁钉生锈最严重
【方法点拨】 设置探究实验,验证铁的锈蚀条件至少设置以下三个实验
①铁在干燥的空气中。
②铁全部在水中。
③铁既与空气接触,又同时与水接触。
其中①②中的铁不生锈,③中的铁生锈。
通过①③对比确定铁的锈蚀条件为水,通过②③对比确定铁的锈蚀条件为氧气。
素养分层评价
【A层 基础练】
1.(2022·淄博淄川期末)光亮的铁钉在如图所示情况下最容易生锈的是 (B)
2.(2023·青岛中考)防止金属锈蚀能有效保护金属资源。下列防锈方法中,与其他三种方法原理不同的是 (D)
A.表面涂油 B.表面刷漆
C.覆盖塑料 D.制成合金
3.(2023秋·淄博周村区质检)长期埋在地下的金属管线会被腐蚀。常温下,某金属管线腐蚀速率与土壤含水量的关系如图所示,下列说法正确的是 (D)
A.土壤含水量越高,金属腐蚀速率越快
B.埋在地下的金属管线被腐蚀仅与土壤中水分有关
C.土壤含水量在 20%~40%时,金属腐蚀的速率逐渐加快
D.可以采用刷漆、涂油等方法防止金属管线腐蚀
4.关于金属材料的锈蚀说法不一,下列说法中,没有科学道理的是 (D)
A.金属经常接触水和空气锈蚀加快
B.改变金属的内部结构能抵御金属锈蚀
C.金属表面刷油漆可以抵御金属锈蚀
D.不断擦去铝表面的锈能抵御铝的继续锈蚀
5.(2023秋·淄博周村区质检)种类繁多的金属材料是人类社会文明发展的重要物质基础。下列说法不正确的是 (C)
A.铝制品具有良好的抗腐蚀性能
B.铜合金比纯铜更适合用于制作耐磨齿轮
C.铁锅清洗后未擦干的水可隔绝空气,从而减缓生锈
D.沙漠地区的铁制品锈蚀较慢
6.(2023·广西中考)下列做法不能有效保护金属资源的是 (D)
A.防止金属腐蚀
B.寻找金属的代用品
C.回收利用废旧金属
D.肆意开采金属矿物
7.(2023·常德中考)常德滨湖公园的“金刚塔”,俗称“铁树”,始建于北宋建隆年间。湖南省博物馆典藏技术部曾实地考察“金刚塔”的保存状况,专家认为由于常德天气潮湿多雨,加上“金刚塔”主要成分为铁,导致表面局部锈蚀严重,需作保护处理。请回答相应问题:
(1)铁生锈的条件为 与水和氧气同时接触 ,铁锈主要成分为 Fe2O3 (填化学式)。
(2)常德“金刚塔”表面局部锈蚀严重,以下合理的除锈措施是 B (填字母)。
A.直接喷洒稀盐酸 B.小心打磨生锈处 C.用水清洗
(3)请你写出一种防止铁制品锈蚀的措施:
置于干燥处(合理即可) 。
【B层 能力练】
8.(2023·潍坊中考)某化学学习小组为探究铁丝生锈、铁丝燃烧的影响因素,进行如下实验(点燃操作已略去)。下列说法错误的是 (B)
A.对比①③可知:水是铁丝生锈的条件之一
B.对比①②可知:氧气是铁丝生锈的条件之一
C.对比②③可知:氧气是铁丝燃烧的条件之一
D.对比③④可知:铁丝形状能影响铁丝的燃烧
9.学习金属单元后,小强知道了铁是当今世界用量最多的金属,而每年全世界被腐蚀损耗的钢铁材料约占全年钢铁产量的十分之一。于是小强对金属铁的相关知识展开了探究性学习。
(1)如图,小强将一根长20 cm的光亮的铁棒放在自来水中,观察A、B、C三处的变化。几天后,他发现 B (填序号)处最先出现铁锈,小强结合书本知识知道,铁生锈实际是铁和 氧气(或O2) 、 水(或H2O) 等物质发生反应的过程。
(2)小强来到已停产的企业厂房,看到许多机械设备上已经生锈,他马上想到可以用稀盐酸将铁锈(主要成分Fe2O3)除去,去锈后为防止机械设备进一步锈蚀,小强想到的一种防护方法是 涂油(或刷漆等合理即可) 。
【C层 拓展练】
10.(2023秋·青岛城阳区质检)铁是应用最广泛的金属,但也是最容易发生锈蚀的金属材料之一。为此兴趣小组同学以“铁的锈蚀”为主题开展项目式学习。
【任务一】识锈:铁锈与铁在性质上有哪些差异
实验1:比较导电性
(1)如图所示实验,接入光亮的铁片时小灯泡发光;将光亮的铁片换成大小形状完全相同的生锈的铁片时,小灯泡不发光。由此得出结论:铁生锈前后导电性 不同 (填“相同”或“不同”)。
实验2:与酸反应
(2)将表面生锈的铁钉放入盛有足量稀盐酸的试管中,先观察到 铁锈溶解,溶液由无色变黄色 的现象,反应的化学方程式为 Fe2O3+6HCl===2FeCl3+3H2O ;一段时间后,发现试管中有气泡产生,最终溶液变为 浅绿 色,这是因为 铁能和稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气(合理即可) 。
【任务二】探锈:探究铁生锈的条件
通常情况下,铁生锈所需时间较长,小组同学在老师指导下设计如图所示改进实验:
步骤Ⅰ.打开弹簧夹,通入氮气,一段时间后观察到C中①②处细铁丝均依然光亮;
步骤Ⅱ.关闭弹簧夹,打开A中分液漏斗的活塞,一段时间后观察到C中①处细铁丝依然光亮,②处细铁丝表面灰暗。
(3)A中发生反应的化学方程式为 2H2O22H2O+O2↑ ;对比步骤Ⅰ、Ⅱ中②处细铁丝的变化,说明铁生锈与 氧气 有关;对比步骤Ⅱ中①②处细铁丝的不同现象,说明铁生锈还与 水 有关,从而得出铁生锈的条件。
【任务三】防锈:如何防止铁制品生锈
(4)为防止铁生锈,人们采取了很多措施。请写出一种生活中防止铁锅生锈的做法: 用完后洗净擦干置于干燥处 。
【任务四】用锈:生活中铁生锈的用途
(5)合理利用铁生锈也能服务于生活,例如为防止受潮和变质,月饼盒中加入铁粉包作为双吸剂。检验某双吸剂中是否含有铁粉的物理方法是 利用磁铁吸引 。 第三节 钢铁的锈蚀与防护
基础主干落实
一、导致钢铁锈蚀的因素
1.金属锈蚀的条件:
铁在空气中锈蚀,是铁跟 、 等物质相互作用,发生一系列复杂的化学反应,是铁转化为铁的化合物的过程,同时钢铁的成分、环境的温度、湿度和酸碱性也是影响钢铁锈蚀的因素。
2.铁锈的成分及其特点:
铁锈(主要成分为 ) ,会把空气和水分保留在钢铁制品的表面,进一步加速锈蚀。因此,当钢铁制品表面生锈时,应及时 并做防锈处理。
【导·思】 为延长食品保质期,可在有些食品袋中放入铁粉双吸剂。你知道它的作用吗
提示:铁粉在生锈过程中吸收氧气和水蒸气,既能保持食品干燥,又能隔绝氧气防腐。
二、减缓钢铁锈蚀的方法
1.保持金属的洁净和干燥。
2.在金属表面覆盖保护层(涂刷 或 、覆盖搪瓷或塑料等)。
3.镀上一层不易锈蚀的金属或用“烤蓝”等方法形成致密保护层。
4.改变金属的组成和结构(如 )。
三、废旧金属的回收利用
1.废旧金属的危害:
既造成了环境污染,又浪费了有限的金属资源。
2.回收利用废旧金属的意义:
既可以保护环境,又能节约资源和能源。
【易错辨析】 判断下列说法是否正确。
(1)金属铝比铁更耐腐蚀,是因为铁更活泼。 ( )
(2)钢铁的锈蚀是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生反应的结果。 ( )
(3)铁锈主要成分是Fe2O3,它疏松多孔,应当及时去除。 ( )
(4)在金属表面刷漆只是为了美观。 ( )
(5)回收利用废旧金属既可以保护环境,又能节约资源和能源。 ( )
重点案例探析
考点一铁制品的锈蚀与防护
【典例1】(2023·娄底中考)下列对金属的防护措施不合理的是 ( )
A.齿轮表面涂油
B.制成合金
C.将铁制品放在潮湿的空气中
D.车圈镀铬
【方法点拨】 防止铁生锈常采用的方法
1.干:保持铁制品表面洁净和干燥。
2.膜:在铁制品表面覆盖保护膜,如在车、船的表面喷涂油漆,在机械表面涂油,在杯子表面烧涂搪瓷等。
3.镀:在铁制品表面镀一层其他金属,如在钢铁表面镀锌、镀铬等。
4.烤:用化学方法使铁制品表面形成致密的氧化膜,如锯条上的烤蓝。
5.改:改善金属的本质,添加合金元素,如在铁制品中加入镍制成不锈钢,可以增强耐腐蚀性能。
考点二金属锈蚀条件的探究
【典例2】(2023秋·烟台质检)钢铁的腐蚀是重要研究课题。某校兴趣小组以铁的腐蚀为课题进行如下探究。
【提出问题】铁制品锈蚀的条件是什么
【设计实验】取3根无锈的铁丝设计如图所示的三个实验(铁丝足量且实验时间足够长)
【实验现象】
(1)Ⅰ中铁丝生锈,Ⅱ、Ⅲ铁丝无明显变化,打开Ⅰ中的止水夹后还能观察到的现象是 。
【实验结论】(2)由实验可以得出铁制品锈蚀的条件是 。
【拓展与延伸】小明在旅途中发现,海边铁制渔船上的锈迹比江边铁制渔船的多,他提出问题:海水会加快铁的生锈吗 为验证这一问题,设计以下数字化实验:
(3)实验1的实验药品:长5 cm、直径1 mm铁丝,15 mL蒸馏水;
实验2的实验药品: 。
实验结果如图像所示:
(4)根据图像分析可知铁生锈会 (填“吸收”或“放出”)热量。
(5)根据该实验可以得出结论 。
【思考与运用】(6)根据铁制品生锈条件,写出一条生活中防止铁锈蚀的具体方法: 。
【变式训练】 (2023秋·泰安肥城质检)如图是探究铁制品锈蚀的条件时做的五个实验(铁钉在不同环境中),实验一段时间后,得出的结论错误的是 ( )
A.甲、乙中铁钉生锈快慢的顺序为乙>甲
B.丙和戊中的铁钉都不生锈
C.铁钉生锈的主要条件是与氧气、水直接接触
D.丁中铁钉生锈最严重
【方法点拨】 设置探究实验,验证铁的锈蚀条件至少设置以下三个实验
①铁在干燥的空气中。
②铁全部在水中。
③铁既与空气接触,又同时与水接触。
其中①②中的铁不生锈,③中的铁生锈。
通过①③对比确定铁的锈蚀条件为水,通过②③对比确定铁的锈蚀条件为氧气。
素养分层评价
【A层 基础练】
1.(2022·淄博淄川期末)光亮的铁钉在如图所示情况下最容易生锈的是 ( )
2.(2023·青岛中考)防止金属锈蚀能有效保护金属资源。下列防锈方法中,与其他三种方法原理不同的是 ( )
A.表面涂油 B.表面刷漆
C.覆盖塑料 D.制成合金
3.(2023秋·淄博周村区质检)长期埋在地下的金属管线会被腐蚀。常温下,某金属管线腐蚀速率与土壤含水量的关系如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.土壤含水量越高,金属腐蚀速率越快
B.埋在地下的金属管线被腐蚀仅与土壤中水分有关
C.土壤含水量在 20%~40%时,金属腐蚀的速率逐渐加快
D.可以采用刷漆、涂油等方法防止金属管线腐蚀
4.关于金属材料的锈蚀说法不一,下列说法中,没有科学道理的是 ( )
A.金属经常接触水和空气锈蚀加快
B.改变金属的内部结构能抵御金属锈蚀
C.金属表面刷油漆可以抵御金属锈蚀
D.不断擦去铝表面的锈能抵御铝的继续锈蚀
5.(2023秋·淄博周村区质检)种类繁多的金属材料是人类社会文明发展的重要物质基础。下列说法不正确的是 ( )
A.铝制品具有良好的抗腐蚀性能
B.铜合金比纯铜更适合用于制作耐磨齿轮
C.铁锅清洗后未擦干的水可隔绝空气,从而减缓生锈
D.沙漠地区的铁制品锈蚀较慢
6.(2023·广西中考)下列做法不能有效保护金属资源的是 ( )
A.防止金属腐蚀
B.寻找金属的代用品
C.回收利用废旧金属
D.肆意开采金属矿物
7.(2023·常德中考)常德滨湖公园的“金刚塔”,俗称“铁树”,始建于北宋建隆年间。湖南省博物馆典藏技术部曾实地考察“金刚塔”的保存状况,专家认为由于常德天气潮湿多雨,加上“金刚塔”主要成分为铁,导致表面局部锈蚀严重,需作保护处理。请回答相应问题:
(1)铁生锈的条件为 ,铁锈主要成分为 (填化学式)。
(2)常德“金刚塔”表面局部锈蚀严重,以下合理的除锈措施是 (填字母)。
A.直接喷洒稀盐酸 B.小心打磨生锈处 C.用水清洗
(3)请你写出一种防止铁制品锈蚀的措施:
。
【B层 能力练】
8.(2023·潍坊中考)某化学学习小组为探究铁丝生锈、铁丝燃烧的影响因素,进行如下实验(点燃操作已略去)。下列说法错误的是 ( )
A.对比①③可知:水是铁丝生锈的条件之一
B.对比①②可知:氧气是铁丝生锈的条件之一
C.对比②③可知:氧气是铁丝燃烧的条件之一
D.对比③④可知:铁丝形状能影响铁丝的燃烧
9.学习金属单元后,小强知道了铁是当今世界用量最多的金属,而每年全世界被腐蚀损耗的钢铁材料约占全年钢铁产量的十分之一。于是小强对金属铁的相关知识展开了探究性学习。
(1)如图,小强将一根长20 cm的光亮的铁棒放在自来水中,观察A、B、C三处的变化。几天后,他发现 (填序号)处最先出现铁锈,小强结合书本知识知道,铁生锈实际是铁和 、 等物质发生反应的过程。
(2)小强来到已停产的企业厂房,看到许多机械设备上已经生锈,他马上想到可以用稀盐酸将铁锈(主要成分Fe2O3)除去,去锈后为防止机械设备进一步锈蚀,小强想到的一种防护方法是 。
【C层 拓展练】
10.(2023秋·青岛城阳区质检)铁是应用最广泛的金属,但也是最容易发生锈蚀的金属材料之一。为此兴趣小组同学以“铁的锈蚀”为主题开展项目式学习。
【任务一】识锈:铁锈与铁在性质上有哪些差异
实验1:比较导电性
(1)如图所示实验,接入光亮的铁片时小灯泡发光;将光亮的铁片换成大小形状完全相同的生锈的铁片时,小灯泡不发光。由此得出结论:铁生锈前后导电性 (填“相同”或“不同”)。
实验2:与酸反应
(2)将表面生锈的铁钉放入盛有足量稀盐酸的试管中,先观察到 的现象,反应的化学方程式为 ;一段时间后,发现试管中有气泡产生,最终溶液变为 色,这是因为 。
【任务二】探锈:探究铁生锈的条件
通常情况下,铁生锈所需时间较长,小组同学在老师指导下设计如图所示改进实验:
步骤Ⅰ.打开弹簧夹,通入氮气,一段时间后观察到C中①②处细铁丝均依然光亮;
步骤Ⅱ.关闭弹簧夹,打开A中分液漏斗的活塞,一段时间后观察到C中①处细铁丝依然光亮,②处细铁丝表面灰暗。
(3)A中发生反应的化学方程式为 ;对比步骤Ⅰ、Ⅱ中②处细铁丝的变化,说明铁生锈与 有关;对比步骤Ⅱ中①②处细铁丝的不同现象,说明铁生锈还与 有关,从而得出铁生锈的条件。
【任务三】防锈:如何防止铁制品生锈
(4)为防止铁生锈,人们采取了很多措施。请写出一种生活中防止铁锅生锈的做法: 。
【任务四】用锈:生活中铁生锈的用途
(5)合理利用铁生锈也能服务于生活,例如为防止受潮和变质,月饼盒中加入铁粉包作为双吸剂。检验某双吸剂中是否含有铁粉的物理方法是 。
