1、高中化学第四章电化学基础第四节金属的电化学腐蚀与防护导学案新人教版第四节金属的电化学腐蚀与防护学习目标定位1.认识金属腐蚀的危害，并能解释金属发生电化学腐蚀的原因，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。2.熟知金属腐蚀的防护方法。一金属的腐蚀1.回答下列问题：(1)铁与氯气反应的化学方程式是2Fe3Cl22FeCl3；纯锌片与盐酸反应的离子方程式是Zn2H=Zn2H2；上述两反应过程不是(填“是”或“不是”)原电池反应。(2)铁制品在潮湿的环境中比在干燥的环境中易生锈，其原因是铁制品中含有杂质碳，在潮湿环境下的电解质溶液中构成原电池，加快了铁被氧化的反应速率。2.金属腐蚀(1)概
2、念：金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。(2)根据与金属接触的气体或液体物质不同，金属腐蚀可分为两类：化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而加快。电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。(3)用铝制饭盒盛放醋酸，一段时间后，饭盒被腐蚀，这种腐蚀属于化学腐蚀，反应的化学方程式为2Al6CH3COOH=2(CH3COO)3Al3H2；若用铝制饭盒盛放食盐(含水时)，一段时间后，饭盒被腐蚀，这种腐蚀属于电化学腐蚀，反应原理是(
3、写电极反应式和总反应式)：负极：Al3e=Al3，正极：O22H2O4e=4OH，总反应：4Al3O26H2O=4Al(OH)3。3.钢铁的电化学腐蚀根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，如下图所示：(1)钢铁的析氢腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，腐蚀过程中有H2放出。Fe是负极，C是正极。发生的电极反应式及总反应式为负极：Fe2e=Fe2；正极：2H2e=H2；总反应：Fe2H=Fe2H2。(2)钢铁的吸氧腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液呈中性或呈弱酸性并溶有一定量的O2时，将会发生吸氧腐蚀。发生的电极反应式及总反应式为负极：2Fe4e=2Fe2；正
4、极：2H2OO24e=4OH；总反应：2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2。铁锈(Fe2O3xH2O)的形成：2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(3x)H2O。归纳总结1.金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。2.金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强(pH4.3)水膜酸性很弱或呈中性电极反应负极Fe2e=Fe2正极2H2e=H2O
5、22H2O4e=4OH总反应式Fe2H=Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)2联系吸氧腐蚀更普遍提示(1)金属活动顺序表中氢后的金属不能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀。(2)金属活动顺序表中氢之前、镁之后金属的电化学腐蚀与钢铁的电化学腐蚀相似。1.下列有关金属腐蚀的说法中正确的是()A.金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程B.电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程C.钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈D.金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化学腐蚀伴有电流产生答案D解析金属腐蚀的本质，主要是金属原子失电子被
6、氧化，腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，外因是金属与空气、水和其他腐蚀性的物质接触，腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀，所以A错误；电化学腐蚀指不纯金属与电解质溶液接触时发生原电池反应而损耗的过程，不需要外加电流，所以B错误；钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，正极吸收氧气，而不是负极吸收氧气，所以C错误。2.如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH4的雨水和生铁片。观察到：开始导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。以下有关解释合理的是()A.生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应B.雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀C.墨水回升时，碳极反应式为O22H2O4e=4OH
7、D.具支试管中溶液pH逐渐减小答案C解析生铁片中的碳是原电池的正极，A错误；雨水酸性较强，开始时铁片发生析氢腐蚀，产生氢气，导管内液面下降，一段时间后铁片发生吸氧腐蚀，吸收氧气，导管内液面回升，B错误；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，电极反应式为O22H2O4e=4OH，C正确；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管内溶液pH均增大，D错误。二金属的防护方法1.金属的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。从金属腐蚀的反应实质、影响因素等方面分析，确定金属防护的方法：(1)改变金属的内部结构，使金属性质改变，增强其本身的抗腐蚀能力，成为耐腐蚀金属。(2)使金属
8、与化学物质相互隔离，在金属表面覆盖油漆、镀层金属、氧化膜等保护层。2.常见的金属防护方法(1)物理保护法在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。用电镀的方法，在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。工业上常利用一些溶液的氧化作用，在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜。把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢，就大大地增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。(2)电化学保护法为了减小某水库的铁闸门被腐蚀的速率，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C(填字母)。A.铜 B.钠 C.锌 D.石墨图乙所示的方案也可以减慢
9、铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的负极。归纳总结1.金属的电化学防护方法类型方法原理实例牺牲阳极的阴极保护法在被保护的设备上装上比它更活泼的金属被保护的金属作原电池的正极船舶的外壳上装锌块外加电流的阴极保护法将被保护的设备与惰性电极置于电解质溶液里，接上外加直流电源被保护的金属作电解池的阴极保护海水中的钢闸门2.判断金属腐蚀快慢的方法(1)同一金属在相同电解质溶液中，金属腐蚀的快慢是电解池的阳极原电池的负极化学腐蚀原电池的正极电解池的阴极。(2)同一金属在相同电解质溶液中，电解质浓度越大，腐蚀越快。(3)同一金属在不同电解质溶液中，金属腐蚀的快慢是强电解质溶液弱电解质溶液非电解质
10、溶液。3.下列说法正确的是()A.金属腐蚀就是金属原子失去电子被还原的过程B.合金都比纯金属易被腐蚀C.将金属与外加直流电源的负极相连，而将正极接到废铁上，可以防止金属被腐蚀D.镀锌铁比镀锡铁更容易被腐蚀答案C解析金属腐蚀就是金属原子失去电子被氧化的过程，A错；铁中加入镍比纯铁耐腐蚀，B错；C项应用的是牺牲阳极的阴极保护法，正确；镀锌铁破损后，Zn作负极，Fe仍受保护，而镀锡铁破损后，铁作负极，被腐蚀，D错。4.下列对如图所示的实验装置的判断中错误的是()A.若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀B.若X为锌棒，开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀C.若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的
11、阴极保护法D.若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H2e=H2答案D解析若X为碳棒，开关K置于A处，Fe作电解池的阴极，属外加电流的阴极保护法，A项正确；若X为碳棒，开关K置于B处，Fe作原电池的负极，电极反应为Fe2e=Fe2，D项不正确；若X为锌棒，K置于A处，Fe作电解池的阴极，属外加电流的阴极保护法，K置于B处时，Fe作原电池的正极，属牺牲阳极的阴极保护法，B项和C项均正确。1.下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是()A.纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗B.当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用C.海轮外壳连接锌块以保护外壳不受腐蚀D.可将地下输油钢
12、管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀答案B解析银器在空气中久置会被氧化变黑，为化学腐蚀，A正确；当镀层破损时，Sn、Fe可形成原电池，Fe为负极，不再起到保护作用，B错；Fe与Zn块形成原电池，Zn作负极(阳极)，从而保护Fe正极(阴极)，C正确；外加电流的阴极保护法应使被保护对象与直流电源的负极相连，故D正确。2.为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是()A.正极的电极反应方程式为O22H2O4e=4OHB.将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成C.若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈D.分别向铁、石墨电极附近吹入O2，前者铁锈出现得快
13、答案D解析铁是负极，失电子被氧化成Fe2，在正极氧气得电子发生还原反应生成OH，反应式为O22H2O4e=4OH，A项正确；将氧气吹向石墨电极的腐蚀速率比吹向铁电极快，D项错误；向自来水中加入NaCl(s)，可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率，C项正确；但若将石墨电极换成Mg电极，则负极为Mg，Fe被保护，难以看到铁生锈，B项正确。3.关于钢铁腐蚀与防护的说法不正确的是()A.钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的负极反应式均为Fe2e=Fe2B.钢铁发生吸氧腐蚀时，正极反应式为O22H2O4e=4OHC.地下钢管连接镁块是采用牺牲阳极的阴极保护法D.用外加电流的阴极保护法防止钢铁腐蚀时，钢铁接电
14、源的正极答案D解析钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀都是铁失去电子作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2，钢铁发生吸氧腐蚀时O22H2O4e=4OH，A、B正确；地下钢管连接镁块，镁比铁活泼，作负极，铁作阳极得到保护，C正确；用外加电流的阴极保护法防止钢铁腐蚀时，钢铁连接电源的负极，D错误。4.根据下图，下列判断中正确的是()A.烧杯a中的溶液pH降低B.烧杯b中发生氧化反应C.烧杯a中发生的反应为2H2e=H2D.烧杯b中发生的反应为2Cl2e=Cl2答案B5.根据图示判断，下列说法正确的是()A.装置和装置中负极反应均是Fe2e=Fe2B.装置和装置中正极反应均是O22H2O4e=4OHC.装置和装置
15、中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动D.放电过程中，装置左侧烧杯和装置右侧烧杯中溶液的pH均增大答案D解析装置中，由于Zn比Fe活泼，所以Zn作原电池的负极，电极反应式为Zn2e=Zn2；Fe作正极，电极反应式为O22H2O4e=4OH；由于正极有OH生成，因此溶液的pH增大。装置中，Fe作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2；Cu作正极，电极反应式为2H2e=H2；由于正极不断消耗H，所以溶液的pH逐渐增大。A、B项错误，D项正确；盐桥中的阳离子移向原电池的正极，C项错误。6.回答下列问题：(1)如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。该电化腐蚀称为_。图中A、B、C、D四个区域，
16、生成铁锈最多的是_(填字母)。以锌为负极，采用牺牲阳极的阴极保护法防止铁闸的腐蚀，图中锌块的固定位置最好应在_处(填字母)。(2)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成如图防腐示意图，并作相应标注：(3)下图所示的各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是_。(4)如图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中，下列分析正确的是_(填字母)。A.K1闭合，铁棒上发生的反应为2H2e=H2B.K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高C.K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法D.K2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001 mol气体答案(1)吸氧腐
17、蚀BC(2)(3)(4)B解析(1)金属在中性或较弱的酸性条件下发生的是吸氧腐蚀。发生吸氧腐蚀，越靠近液面接触到的O2越多，腐蚀得越严重。锌块应固定在腐蚀最严重的C处形成原电池，锌作负极，铁闸作正极，得到保护。(2)要用石墨通过电化学腐蚀保护铜，只能用电解池原理，碳接电源正极，铜接电源负极。(3)当电解质溶液相同时，同一金属腐蚀的快慢是电解池的阳极原电池的负极化学腐蚀原电池的正极电解池的阴极。故本小题中，铁腐蚀由快到慢的顺序为。(4)A项，K1闭合时，该装置构成了FeCNaCl溶液原电池，铁作负极，发生氧化反应，电极反应式是Fe2e=Fe2；B项，石墨棒作正极，发生的电极反应式是2H2OO24
18、e=4OH，故石墨棒周围溶液pH逐渐升高；C项，K2闭合时，该装置构成了FeC外加电源的电解池，石墨棒作阳极，Fe作阴极而不被腐蚀，该方法称为外加电流的阴极保护法；D项，K2闭合时，阳极的电极反应式是2Cl2e=Cl2，阴极的电极反应式是2H2e=H2，所以当电路中通过0.002NA个即0.002 mol电子时，生成H2和Cl2的物质的量均为0.001 mol，则两极共产生0.002 mol气体。40分钟课时作业经典基础题题组1金属的腐蚀与防护1.下列事实与电化学腐蚀无关的是()A.光亮的自行车钢圈不易生锈B.黄铜(Cu、Zn合金)制的铜锣不易生锈C.铜、铝电线一般不连接起来作导线D.生铁比熟
19、铁(几乎是纯铁)容易生锈答案A解析B、C、D项均与原电池有关，能用电化学知识来解释，故选A。2.下列叙述错误的是()A.生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱B.用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈C.在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液D.铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀答案C3.下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是()A.图1中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重B.图2中，插入溶液中的铁棒容易溶解，主要是发生电化学腐蚀C.图3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4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阴极答案C解析A项，水面附近的铁接触
20、的氧气多，容易腐蚀，错误；B项，铁作为阴极受保护，不容易腐蚀，错误；C项，高温下铁被氧化，正确；D项，镁块为原电池的负极，一般用锌块，因为镁容易形成致密氧化膜，错误。4.下列说法中正确的是()镀层破损后，白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易被腐蚀钢铁表面常易锈蚀生成Fe2O3xH2O锌和铁构成原电池时，铁作负极铅蓄电池中铅作负极，PbO2作正极，两极浸到稀H2SO4中A.只有 B.只有C. D.答案A解析镀层破损后，白铁形成原电池时，因为锌比铁活泼，易失电子，从而保护了铁，而马口铁破损后，因为形成原电池时，铁比锡活泼，铁被腐蚀，所以在镀层破损后，马口铁比白铁更易被腐蚀，说法错误。钢铁无论发
21、生析氢腐蚀或吸氧腐蚀，铁都是失电子变成Fe2，吸氧腐蚀更普遍，O2得电子变成OH，与Fe2结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2在空气中很易被氧化成Fe(OH)3，因此铁锈的成分常用Fe2O3xH2O表示，说法正确。锌和铁构成原电池时，锌比铁活泼，应该是锌作负极，说法不正确。说法正确，故A为正确选项。5.下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是()A.钢管与电源正极连接，钢管可被保护B.铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀C.钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀D.钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe3e=Fe3答案B解析铁易失去电子，故钢管与电源正极相连时，更易使铁失去电子，故A项错误；
22、铁遇冷浓硝酸时表面能形成一层致密的氧化物薄膜，故B项正确；铁比铜活泼，当铁、铜相接触时构成原电池，铁作负极，被腐蚀，故C项错误；钢铁发生析氢腐蚀时，负极发生反应：Fe2e=Fe2，故D项错误。题组2析氢腐蚀与吸氧腐蚀6.如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是()A.生铁块中的碳是原电池的正极B.红墨水水柱两边的液面变为左低右高C.两试管中相同的电极反应式是Fe2e=Fe2D.a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀答案B解析生铁在a中发生吸氧腐蚀，压强降低，在b中发生析氢腐蚀，压强增大，所以红墨水应左高右低。
23、7.如图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动)。下列叙述正确的是()A.a中铁钉附近呈现红色B.b中铁钉上发生还原反应C.a中铜丝上发生氧化反应D.b中铝条附近有气泡产生答案B解析a中铁比铜活泼，铁作负极，发生氧化反应，铜作正极，发生还原反应，电极反应式分别为负极：2Fe4e=2Fe2，正极：O22H2O4e=4OH，因此A、C不正确；b中铝比铁活泼，铝作负极，发生氧化反应，铁作正极，发生还原反应，电极反应式分别为负极：4Al12e=4Al3，正极：3O26H2O12e=12OH，因此B正确，D不正确。8.下
24、列与金属腐蚀有关的说法正确的是()A.图a中，铁钉易被腐蚀B.图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小C.图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大D.图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的答案B解析选项A，图a中，铁钉与溶液不接触，不能形成原电池，因此不易被腐蚀，错误；选项B，图b中开关置于M时，CuZn合金作负极，由M改置于N时，CuZn合金作正极，腐蚀速率减小，正确；选项C，图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，但氢气在Pt极上放出，错误；选项D，图d中ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由Zn的还原作用引起的，错误。9.
25、将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。下列说法正确的是()A.液滴中的Cl由a区向b区迁移B.液滴边缘是正极区，发生的电极反应式为O22H2O4e=4OHC.液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2由a区向b区迁移，与b区的OH形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈D.若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应式为Cu2e=Cu2答案B解析液滴边缘O2多，在碳粒上发生正极反应：O22H2O4e
26、=4OH。液滴下的Fe发生负极反应：Fe2e=Fe2，为腐蚀区(a)，B选项正确；阴离子应移向负极，即Cl由b区向a区迁移，A选项错误；液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀，C选项错误；铜螺丝钉在铁板上，Cu不如铁活泼，作正极，反应为O22H2O4e=4OH，D选项错误。10.银器的保护主要是维持它的原貌。对于轻微腐蚀蒙有硫化银的银器，可将其和铝片一起接触浸泡在稀NaOH溶液中，经一定时间后污迹消失，取出后用水洗干净，再用软布或棉团擦光。下列有关叙述中，不正确的是()A.溶液中的OH向负极移动B.在银表面上的反应为Ag2S2e=2AgS2C.在铝表面上的反应为Al3e=Al3D.在铝表面的反应为
27、Al4OH3e=AlO2H2O答案C解析金属铝、硫化银和NaOH溶液构成了原电池，金属铝、硫化银分别充当了负极和正极，电极反应分别是在银表面上：Ag2S2e=2AgS2，在铝表面：Al3e=Al3，在碱性条件下，Al3又会与过量的OH反应生成AlO，所以在铝表面的实际反应为Al4OH3e=AlO2H2O，溶液中的OH向负极移动，A、B、D均正确。能力提升题11.甲、乙两池电极材料都是铁棒与碳棒，请回答下列问题：(1)若两池中均为CuSO4溶液，反应一段时间后：有红色物质析出的是甲池中的_棒，乙池中的_棒。乙池中阳极的电极反应式是_。(2)若两池中均为饱和NaCl溶液：写出乙池中总反应的离子方程
28、式：_。甲池中碳棒电极上电极反应式是_，乙池中碳棒电极上电极反应属于_(填“氧化反应”或“还原反应”)。答案(1)碳铁4OH4e=2H2OO2(2)2Cl2H2OCl2H22OH2H2OO24e=4OH氧化反应解析甲为原电池，乙为电解池。(1)若两池中均为CuSO4溶液，则有甲乙(2)若均为NaCl溶液，则有甲乙12.下图所示的是某研究性学习小组探究金属腐蚀条件的实验装置图，试分析实验并回答下列问题：(1)若起始时甲、乙、丙三套装置的导管中液面高度相同，过一段时间后液面最高的是_。铁粉腐蚀的速率由大到小的排列顺序为(用甲、乙、丙填写)_。(2)通过甲、乙装置的对比说明钢铁中碳的含量越_(填“高”或“低”)越易腐蚀。(3)乙装置中发生电化学腐蚀时正极的电极反应式为_
