4.3 金属的腐蚀与防护 学案（含答案）
文档属性
| 名称 | 4.3 金属的腐蚀与防护 学案（含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 323.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2020-12-24 11:28:15 | ||
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文档简介
第三节 金属的腐蚀与防护
[核心素养发展目标]
1.科学探究与创新意识：通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因，认识金属腐蚀的主要类型，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式。
2.科学态度与社会责任：认识金属腐蚀产生的危害和影响，树立防止金属腐蚀的意识，熟知金属腐蚀常用的防护方法。
知识梳理
一、金属的腐蚀
1．金属的腐蚀
(1)概念：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。其实质是金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。
(2)根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类：
①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而加快。
②电化学腐蚀：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。
特别提醒 金属腐蚀过程中，电化学腐蚀和化学腐蚀同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀，且比化学腐蚀的速率大得多。
2．钢铁的电化学腐蚀
类别
项目
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
图形描述
条件
水膜酸性较强
水膜酸性很弱或呈中性
负极
Fe－2e－===Fe2＋
正极
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
后续反应
最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
联系
通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍
3.实验探究：电化学腐蚀
(1)
实验操作
实验现象
实验解释
导管中液面上升
装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀
(2)
实验操作
实验现象
实验解释
①试管中产生气泡的速率快
Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，形成电化学腐蚀，速率更快
二、金属的防护
金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。
1．改变金属材料的组成
在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金。如普通钢加入镍、铬制成不锈钢，钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性能且具有良好的生物相容性。
2．在金属表面覆盖保护层
在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如，在钢铁制品表面喷油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷等；电镀锌、锡、铬、镍等，利用化学方法、离子注入法、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。
3．电化学保护法
金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极(阳极)的金属被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为阴极，就不易被腐蚀。
(1)牺牲阳极法
原理：原电池原理
要求：被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极。
应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块
实验探究一
如图装置反应一段时间后，往Fe电极区滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察实验现象。
已知Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的KFe[Fe(CN)6]沉淀。
实验装置
电流表
阳极(负极区)
阴极(正极区)
现象
指针偏转
Zn溶解
有气泡产生，无蓝色沉淀生成
有关反应
—
Zn－2e－===Zn2＋
2H＋＋2e－===H2↑
结论
溶液中不含Fe2＋，铁作正极未被腐蚀
实验探究二：
培养皿中放入含有NaCl的琼脂，并注入5～6滴酚酞和K3[Fe(CN)6]溶液，取两个2～3 cm的铁钉，用砂纸擦光，将裹有锌皮的铁钉放入a，缠有铜丝的铁钉放入b。
实验
装置
现象
铁钉周围变红
铁钉周围生成蓝色沉淀，铜丝周围变红
结论
铁作为负极时易腐蚀，作为正极时未腐蚀
(2)外加电流法
原理：电解池原理
要求：被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连
应用：钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极。
课堂检测
1．下列有关金属电化学腐蚀的说法正确的是( )
A．铜既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀
B．铁只能发生析氢腐蚀
C．铜只能发生吸氧腐蚀
D．析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍
答案 C
2．铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．正极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B．此过程中还涉及反应4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
C．此过程中Fe、Cu均被腐蚀
D．此过程中电流从Fe流向Cu
答案 B
3．(2019·福建上杭第一中学高二上10月月考)如图所示是探究铁发生腐蚀的装置图，下列说法正确的是( )
A．若B处液面上升，A溶液可能是酸性溶液
B．若A为NaCl溶液，B、C液面始终保持不变
C．可能产生Fe2O3·nH2O
D．腐蚀的总反应式一定是2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
答案 C
4．研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是( )
A．若d为石墨，则铁片腐蚀加快
B．若d为石墨，则石墨上电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．若d为锌块，则铁片不易被腐蚀
D．若d为锌块，则铁片上电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
答案 D
5．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一。请回答下列问题：
(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，写出该腐蚀过程中的电极反应式：负极：______________，正极：________________________________________________________________________。
(2)为了降低某水库铁闸门的腐蚀速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________(填字母)。
A．铜 B．钠 C．锌 D．石墨
(3)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的________极上。
答案 (1)2Fe－4e－===2Fe2＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)C (3)负
[核心素养发展目标]
1.科学探究与创新意识：通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因，认识金属腐蚀的主要类型，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式。
2.科学态度与社会责任：认识金属腐蚀产生的危害和影响，树立防止金属腐蚀的意识，熟知金属腐蚀常用的防护方法。
知识梳理
一、金属的腐蚀
1．金属的腐蚀
(1)概念：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。其实质是金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。
(2)根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类：
①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而加快。
②电化学腐蚀：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。
特别提醒 金属腐蚀过程中，电化学腐蚀和化学腐蚀同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀，且比化学腐蚀的速率大得多。
2．钢铁的电化学腐蚀
类别
项目
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
图形描述
条件
水膜酸性较强
水膜酸性很弱或呈中性
负极
Fe－2e－===Fe2＋
正极
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
后续反应
最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
联系
通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍
3.实验探究：电化学腐蚀
(1)
实验操作
实验现象
实验解释
导管中液面上升
装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀
(2)
实验操作
实验现象
实验解释
①试管中产生气泡的速率快
Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，形成电化学腐蚀，速率更快
二、金属的防护
金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。
1．改变金属材料的组成
在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金。如普通钢加入镍、铬制成不锈钢，钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性能且具有良好的生物相容性。
2．在金属表面覆盖保护层
在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如，在钢铁制品表面喷油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷等；电镀锌、锡、铬、镍等，利用化学方法、离子注入法、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。
3．电化学保护法
金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极(阳极)的金属被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为阴极，就不易被腐蚀。
(1)牺牲阳极法
原理：原电池原理
要求：被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极。
应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块
实验探究一
如图装置反应一段时间后，往Fe电极区滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察实验现象。
已知Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的KFe[Fe(CN)6]沉淀。
实验装置
电流表
阳极(负极区)
阴极(正极区)
现象
指针偏转
Zn溶解
有气泡产生，无蓝色沉淀生成
有关反应
—
Zn－2e－===Zn2＋
2H＋＋2e－===H2↑
结论
溶液中不含Fe2＋，铁作正极未被腐蚀
实验探究二：
培养皿中放入含有NaCl的琼脂，并注入5～6滴酚酞和K3[Fe(CN)6]溶液，取两个2～3 cm的铁钉，用砂纸擦光，将裹有锌皮的铁钉放入a，缠有铜丝的铁钉放入b。
实验
装置
现象
铁钉周围变红
铁钉周围生成蓝色沉淀，铜丝周围变红
结论
铁作为负极时易腐蚀，作为正极时未腐蚀
(2)外加电流法
原理：电解池原理
要求：被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连
应用：钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极。
课堂检测
1．下列有关金属电化学腐蚀的说法正确的是( )
A．铜既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀
B．铁只能发生析氢腐蚀
C．铜只能发生吸氧腐蚀
D．析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍
答案 C
2．铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．正极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B．此过程中还涉及反应4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
C．此过程中Fe、Cu均被腐蚀
D．此过程中电流从Fe流向Cu
答案 B
3．(2019·福建上杭第一中学高二上10月月考)如图所示是探究铁发生腐蚀的装置图，下列说法正确的是( )
A．若B处液面上升，A溶液可能是酸性溶液
B．若A为NaCl溶液，B、C液面始终保持不变
C．可能产生Fe2O3·nH2O
D．腐蚀的总反应式一定是2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
答案 C
4．研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是( )
A．若d为石墨，则铁片腐蚀加快
B．若d为石墨，则石墨上电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．若d为锌块，则铁片不易被腐蚀
D．若d为锌块，则铁片上电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
答案 D
5．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一。请回答下列问题：
(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，写出该腐蚀过程中的电极反应式：负极：______________，正极：________________________________________________________________________。
(2)为了降低某水库铁闸门的腐蚀速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________(填字母)。
A．铜 B．钠 C．锌 D．石墨
(3)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的________极上。
答案 (1)2Fe－4e－===2Fe2＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)C (3)负