人教版 (2019)选择性必修1金属的腐蚀与防护学案

这是一份人教版 (2019)选择性必修1金属的腐蚀与防护学案，共13页。
新知探究(一)——金属的腐蚀
1.金属的腐蚀
[微点拨] 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快得多。
2.钢铁的电化学腐蚀
应用化学
在日常生活中,经常发现铁锅的底部存在锈迹,而中上部位基本没有。
(1)“锈迹”的产生,你认为是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀?
(2)推测“底部存在锈迹,而中上部位基本没有”的原因?
(3)你能用化学方程式解释铁锈(Fe2O3·xH2O)的形成过程吗?
[题点多维训练]
1.下列关于金属腐蚀的说法正确的是( )
A.金属在潮湿空气中腐蚀的实质是M+nH2OM(OH)n+n2H2↑
B.金属的化学腐蚀的实质是M-ne-Mn+,电子直接转移给氧化剂
C.金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行
D.在潮湿的环境中,金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀
2.如图为模拟铁生锈的实验。铁粉中均匀混有少量炭粉,装入内壁已分别用氯化钠溶液和稀醋酸润湿过的甲、乙两个具支试管中,打开止水夹片刻后,下列有关该实验的说法合理的是( )
A.甲装置导管口有气泡,乙装置导管内出现一段液柱
B.甲装置中发生的电化学腐蚀主要是析氢腐蚀
C.乙装置中发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
D.乙装置导管口有气泡冒出
3.(2025·景德镇高二期末)研究青铜器(含Cu、Sn等)在潮湿环境中发生的腐蚀对文物保护和修复有重要意义,如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图,下列说法正确的是( )
A.青铜器发生电化学腐蚀,图中c作负极,被还原
B.正极发生的电极反应为O2+4e-+4H+2H2O
C.若生成0.2 ml Cu2(OH)3Cl,则理论上消耗O2的体积为4.48 L
D.环境中的Cl-与正、负两极反应的产物作用生成a的离子方程式为
2Cu2++3OH-+Cl-Cu2(OH)3Cl↓
4.如图所示,a为生铁,A、B两个烧杯中为海水,C烧杯中为1 ml·L-1的稀硫酸。
(1)C中Cu极的电极反应式为 。
(2)B中Zn极的电极反应式为 。
Fe极附近溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)A、B、C中铁被腐蚀的速率最快的是 。
新知探究(二)——金属的防护
(一)改变金属材料的组成
在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。如普通钢加入 制成不锈钢, 合金不仅具有优异的抗腐蚀性,还具有良好的生物相容性。
(二)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涂油漆、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料等;电镀锌、锡、铬、镍等金属,用化学方法、利用阳极氧化处理等;采用 、 等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。
(三)电化学保护法
金属在发生电化学腐蚀时,总是作为原电池 (阳极)的金属被腐蚀,作为 (阴极)的金属不被腐蚀,如果能使被保护的金属成为阴极,则该金属就不易被腐蚀。
1.牺牲阳极法
(1)实验探究
①实验Ⅰ
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。
②实验Ⅱ
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。
(2)保护原理
①图示
②原理:原电池原理。
③要求:被保护的金属作为正极,活泼性更强的金属作为负极。
④应用:锅炉的内壁、船舶的外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块。
2.外加电流法
(1)图示
(2)原理:电解池原理。
(3)要求:被保护的钢铁设备作为阴极,与电源的负极相连。
(4)应用:钢铁闸门,高压线铁架,地下管道连接直流电源的负极。
应用化学
在日常生活中,我们常常会接触到白铁皮(镀锌钢板)和马口铁(镀锡钢板),如果镀层破损后,你认为谁更耐腐蚀?
[题点多维训练]
1.(2025·西安高二期中)下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是( )
A.铝具有很强的抗腐蚀能力,是因为其不易与氧气发生反应
B.纯银器表面在空气中因发生电化学腐蚀生成Ag2S而变暗
C.铁塔上常装有一些锌块,这种保护方法称为牺牲阳极法
D.不锈钢有较强的抗腐蚀能力是因为在钢铁表面上镀上了铬
2.下列铁制品防护的装置或方法中,不正确的是( )
3.(2024·广东卷)我国自主设计建造的浮式生产储卸油装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域使用,其钢铁外壳镶嵌了锌块,以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是( )
A.钢铁外壳为负极
B.镶嵌的锌块可永久使用
C.该法为外加电流法
D.锌发生反应:Zn-2e-Zn2+
4.(2025·广州高二期末)某同学为探究电极对金属腐蚀与防护的影响,设计如下实验:将饱和食盐水与琼脂(不参与反应)的混合液置于两个培养皿中,向其中滴入少量酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液,混合均匀,分别将包裹锌片和铜片的铁钉放入两个培养皿中,观察现象如表。已知:K3[Fe(CN)6]遇到Fe2+能产生蓝色沉淀,对有关实验现象及分析不正确的是( )
A.两个培养皿中金属均发生吸氧腐蚀,且铁钉腐蚀速度ⅰ快
B.该实验证明,若给金属表面镀活泼性比被保护金属强的金属,则镀层破损后依旧可以防护内层金属
C.培养皿ⅱ中对铁钉的防护是牺牲阳极法
D.随着反应的进行,培养皿ⅰ和ⅱ中均出现红褐色浑浊
|思维建模|金属腐蚀快慢的判断方法
(1)同一种金属在相同电解质溶液中,腐蚀快慢如下:
(2)同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
(3)对同一种电解质溶液来说,一般电解质溶液浓度越大,金属腐蚀越快。
新知探究(三)——暖贴的设计与制作
1.明确研究目的
市场上销售的一种暖贴是利用金属的电化学腐蚀原理制作的,它具有发热温和、放热时间长、使用方便和安全等特点。通过收集资料、实验研究和动手制作,了解这种暖贴的发热原理,培养分析和解决实际问题的能力。
2.收集相关资料
材料一 主要成分:铁粉、水、活性炭、蛭石、吸水性树脂、食盐等。
使用方法:将暖贴的真空包装沿切入口打开,揭去后面的衬纸,贴于内衣的外侧,用手铺平即可。可贴于人体的肩部、腹部、背部、腰部、胃部及相关关节部位。
材料二 使用后的暖贴,打开后有红褐色粉末。
3.理清工作原理
暖贴的反应原理为利用原电池加快氧化还原反应速率,将化学能转变为热能。为了使温度能够持续时间更长,使用了矿物材料蛭石来保温。因为在使用前不能发生反应,所以袋子材质要很特别,由原料层、明胶层和无纺布袋组成。无纺布袋是采用微孔透气膜制作的,它还有一个常规不透气的外袋。在使用时,去掉外袋,让内袋(无纺布袋)暴露在空气里,空气中的氧气通过透气膜进入里面。其中涉及的反应有
负极:Fe-2e-Fe2+
正极:O2+2H2O+4e-4OH-
总反应:2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3
2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O
4.设计自制暖贴
[题点多维训练]
1.自发热“暖宝宝”的主要成分包含铁粉、活性炭、氯化钠、蛭石(保温)、水,发热原因是基于钢铁在潮湿空气中的吸氧腐蚀原理。下列有关“暖宝宝”的说法错误的是( )
A.发热过程中化学能转化为电能和热能
B.氯化钠和水作电解质溶液
C.发热过程中铁粉作负极
D.发热过程中正极反应为O2+4e-+4H+2H2O
2.“暖贴”是我们冬天中常用的一种用品。某化学兴趣小组对暖贴中成分及发热原理展开了探究。
(1)“暖贴”中含有铁粉、活性炭、水、氯化钠等物质,其发热原理就是利用铁生锈时会放热,其中一种生成物是Fe(OH)3,请写出化学方程式: 。
(2)检验配料中含有铁粉。用磁铁吸引黑色粉末,发现部分黑色粉末被吸引;取少量附着在磁铁上的粉末于试管中,加入适量稀盐酸,通过观察得到的现象是产生气泡、 ,得出配料中含有铁粉。
(3)检验配料中含有活性炭。暖贴中的活性炭是利用它能 大量潮湿的空气,为铁粉氧化提供条件。
该组用如图所示方法实验,将暖贴放在燃烧匙中,在酒精灯上加热,观察到烧杯内壁变浑浊,说明含有活性炭。此方案 (填“可行”或“不可行”),若可行,写出其理论依据,若不可行,请写出合适的方法: 。
(4)探究暖贴中活性炭、食盐、水等物质的作用。
实验数据如下表:
①分析对照组与实验组第 组的数据,能证明食盐能加快铁粉的锈蚀速率。
②实验组第4组数据中:a= ,b= 。
(5)下列说法正确的是 (填字母)。
A.暖贴在使用前要密封保存
B.暖贴使用后剩余物可以回收利用
C.利用铁生锈的原理,铁粉还可用于食品保鲜
课下请完成课时跟踪检测(三十五)
第三节 金属的腐蚀与防护
新知探究(一)
2.O2+4e-+2H2O4OH- Fe+2H+Fe2++H2↑
[应用化学]
提示:(1)吸氧腐蚀,因为铁锅底部常常残留氯化钠溶液,中性环境下易发生吸氧腐蚀。
(2)一般来说,中上部位较干燥,不易发生腐蚀或腐蚀较慢。
(3)电极反应式:Fe-2e-Fe2+、O2+4e-+2H2O4OH-,总反应:2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2,进一步反应:4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3、2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O。
[题点多维训练]
1.选B 金属在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀,正极上氧气得电子发生还原反应,因此没有氢气生成,A错误;金属发生化学腐蚀时金属和氧化剂直接接触,电子直接转移给氧化剂,B正确;在弱酸性或中性条件下,金属发生吸氧腐蚀,在酸性条件下,金属发生析氢腐蚀,可见无论是酸性还是碱性、中性环境都能发生金属腐蚀,C错误;在潮湿的中性环境中,金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀,D错误。
2.选D 甲装置中的电解质溶液呈中性,所以发生的是吸氧腐蚀,A、B两项错误;乙装置中的电解质溶液酸性较强,发生的是析氢腐蚀,有气体产生,C项错误,D项正确。
3.选D 根据题图可知,青铜器发生吸氧腐蚀,Cu作负极被氧化,故A错误;氧气在正极得电子生成氢氧根离子,电极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,故B错误;未指明气体所处状况,无法计算O2的体积,故C错误;Cl-与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl,负极上生成铜离子、正极上生成氢氧根离子,所以该离子反应为2Cu2++3OH-+Cl-Cu2(OH)3Cl↓,故D正确。
4.解析:(1)装置C中,Cu、Fe、稀H2SO4构成原电池,其中Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,Cu作正极,电极反应式为2H++2e-H2↑。(2)装置B中,Zn、Fe、海水构成原电池,其中负极(Zn):Zn-2e-Zn2+,正极(Fe):2H2O+O2+4e-4OH-,故Fe极附近c(OH-)增大,pH增大。(3)C中铁作原电池的负极,电解质浓度大,腐蚀速率最快;B中铁作原电池的正极,被保护;经比较,铁被腐蚀的快慢顺序为C>A>B。
答案:(1)2H++2e-H2↑ (2)Zn-2e-Zn2+ 增大
(3)C
新知探究(二)
(一)镍、铬 钛 (二)离子注入 表面渗镀 (三)负极 正极
1.(1)①偏转 气泡 无 ②变红 蓝色沉淀 变红
[应用化学]
提示:白铁皮更耐腐蚀。金属活动性:锌>铁>锡,镀层破损后,锌、铁与附着的电解质溶液形成原电池,铁作为正极被保护,而铁、锡与附着的电解质溶液形成原电池,铁作为负极被氧化,加快了铁的腐蚀。
[题点多维训练]
1.选C Al属于亲氧元素,极易和空气中的O2反应生成致密的氧化铝薄膜而具有很强的抗腐蚀能力,故A错误;纯银器表面和空气中的硫化氢因发生化学腐蚀生成Ag2S而变暗,不是电化学腐蚀,故B错误;Zn、Fe和电解质溶液构成原电池,Fe作为正极被保护,这种保护方法称为牺牲阳极法,故C正确;不锈钢是在钢中加入铬、镍等金属,改变内部结构,并不是在金属表面覆盖保护层,故D错误。
2.选A A项,此为外加电流法,被保护金属钢制管桩应与电源负极相连,错误;镁比铁活泼,此为牺牲阳极法,B正确;铁上镀铜,铁质镀件接电源负极,铜接电源正极,硫酸铜作为电镀液,C正确;表面刷漆可以隔绝空气,起到防护作用,D正确。
3.选D 钢铁外壳镶嵌了锌块,由于金属活动性Zn>Fe,即锌块为负极,钢铁为正极,形成原电池,Zn失去电子,发生氧化反应:Zn-2e-Zn2+,从而保护钢铁,延缓其腐蚀。由于金属活动性Zn>Fe,钢铁外壳为正极,锌块为负极,故A错误;Zn失去电子,发生氧化反应:Zn-2e-Zn2+,镶嵌的锌块会被逐渐消耗,需根据腐蚀情况进行维护和更换,不能永久使用,故B错误,D正确;由分析得,该方法为牺牲阳极法,故C错误。
4.选D ⅰ中Fe、Cu和饱和食盐水构成原电池,Fe发生吸氧腐蚀;ⅱ中Fe、Zn和饱和食盐水构成原电池,Zn作负极、Fe作正极,根据图知,培养皿ⅰ、ⅱ中都有Fe被腐蚀,但ⅱ中Fe被保护,则铁钉腐蚀速度ⅰ快,故A正确。若给金属表面镀活泼性比被保护金属强的金属,镀层破损后,被保护的金属作正极,所以镀层破损后依旧可以防护内层金属,故B正确。培养皿ⅱ构成原电池,所以对铁钉的防护是牺牲阳极法,故C正确。培养皿ⅰ中得到Fe(OH)2,Fe(OH)2不稳定,被氧化为Fe(OH)3;培养皿ⅱ中Fe被保护,所以ⅱ不会随着反应的进行出现红褐色浑浊,故D错误。
新知探究(三)
1.选D 铁粉和活性炭在氯化钠溶液中形成原电池,将化学能转化为电能,铁发生吸氧腐蚀还放出热量,即发热过程中化学能转化为电能和热能,故A正确;氯化钠溶于水形成的氯化钠溶液能传导离子,可作原电池的电解质溶液,故B正确;铁粉和活性炭在氯化钠溶液中形成原电池,铁发生吸氧腐蚀,作负极,碳作正极,故C正确;该原电池中铁作负极,碳作正极,中性条件下正极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,故D错误。
2.(1)4Fe+3O2+3H2O2Fe(OH)3+Fe2O3 (2)黑色粉末溶解且溶液变为浅绿色 (3)吸附 不可行 将样品放入试管中,通入氧气,加热,然后将生成的气体通入澄清石灰水中,若变浑浊,说明含有活性炭 (4)①2 ②0 0.2 (5)ABC
学习目标
重点难点
1.通过实验探究金属腐蚀的本质及原因,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.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。
重
点
金属的电化学腐蚀及电化学防护原理
难
点
金属发生吸氧腐蚀的原理
定
义
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
分
类
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
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
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(溶有一定的氧气)
负极
Fe-2e-Fe2+
正极
2H++2e-H2↑
2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2
实验装置
电流表
阳极(负极区)
阴极(正极区)
现象
指针
Zn溶解
有 产生, 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
装置
现象
铁钉周围
铁钉周围生成 ,铜丝周围
结论
铁作为负极时易腐蚀,作为正极时未腐蚀
A.外加电流
B.牺牲阳极
C.表面镀铜
D.表面刷油漆
变红
变蓝
ⅰ.包裹铜片的铁钉
ⅱ.包裹锌片的铁钉
实验
原料
铁粉、活性炭、水、食盐、蛭石、吸水性树脂、无纺布、塑料袋、双面胶、真空包装机
实验
步骤
(1)将铁粉、活性炭、水、食盐、蛭石(保温作用)倒入烧杯搅拌;
(2)加入吸水性树脂,使混合物呈糊状;
(3)将混合物装入无纺布袋,其中一面贴上双面胶;
(4)最后放入塑料袋,真空包装
实验
编号
实验药品及用量
反应
时间/min
温度上
升值/℃
铁粉/g
活性炭/g
食盐/g
水/g
对照组
2
0.4
0.2
8
10
60
实
验
组
1
0
0.4
0.2
8
10
0
2
2
0.4
0
8
10
30
3
2
0.4
0.2
0
10
6.5
4
2
a
b
8
10
3.7