2019-2020年苏教版高中化学选修4《金属的腐蚀与防护》教案.doc

2019-2020年苏教版高中化学选修4金属的腐蚀与防护教案问题导入 日常生活中用来做饭的铁锅，若用水洗净后，放置一天的时间就会有红棕色的锈迹产生，这是为什么呢？如何才能防止铁锅出现上述现象呢？答案：铁锅水洗后放置，发生了电化学腐蚀，其主要反应为2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2，4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3，从而生成红棕色的物质。若将洗后的铁锅内残余的水除去，就不再出现锈迹了。基础知识一、金属腐蚀1.金属_与周围的物质发生_而遭到破坏，称为金属腐蚀（corrosion of metal）。金属腐蚀可分为_和_。铜在高温下被空气中的氧气氧化而变黑，这种腐蚀就是_腐蚀，化学腐蚀过程中_电流产生。电化学腐蚀过程涉及到_原理，腐蚀过程中_电流产生。答案:或合金 化学反应 化学腐蚀 电化学腐蚀 化学 无 原电池 有2.通常状况下，在_空气中，钢表面会形成一层_的水膜，它与钢铁中的_和_组成原电池。在这些原电池中，_是负极，_为正极，在两极发生氧化、还原反应而导致钢铁腐蚀。由于上述电化学腐蚀中吸收_，因此_被称为腐蚀。其中负极反应为：_；正极反应为_。电池总反应为_，然后Fe（OH）2被氧化成_，反应方程式为_，失去部分水生成_，此即铁锈。答案:潮湿 溶有O2 碳 铁 铁 碳 氧气 吸氧Fe-2e-=Fe2+ O2+2H2O+4e-=4OH- 2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2 Fe（OH）3 4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3 Fe2O3nH2O3.若钢铁表面的水膜中酸性_，此时，正极就会析出_，发生_腐蚀。其正极、负极反应式分别为2H+2e-=H2，Fe-2e-=Fe2+，随着H2的析出，水膜pH_，Fe2+与OH-结合生成_，进而被O2氧化成_，最后形成铁锈。答案:较强 氢气 析氢 上升 Fe（OH）2 Fe（OH3）4.从本质上看，金属的电化学腐蚀和化学腐蚀都是金属_电子被_的过程。在一般情况下，两种腐蚀同时发生，只是_腐蚀比_腐蚀普遍得多，腐蚀速率也_。答案:失去 氧化 电化学 化学 大得多二、金属防护1.金属的腐蚀通常发生在金属_。因此，给金属表面加上一层保护层，将_与_隔开，可以起到防止金属腐蚀的作用。保护层可以是油漆、搪瓷、陶瓷、玻璃、沥青、塑料、橡胶等非金属材料，也可以是通过_而加上的_较强的_或_。答案:表面 金属 空气 电镀 稳定性 金属 非合金2.根据电化学腐蚀的原理，要防止金属发生电化学腐蚀，关键在于使_成为原电池的_，避免它发生_而溶解。这种方法被称为_。答案:金属 正极 反应 牺牲阳极的阴极保护法3.可将被保护金属与外加直流电源的_极相连，让其成为_极，而将外加直流电源的极接到一些废铁上，使废铁成为极。这种防止金属腐蚀的方法叫做外加电流的_。答案:负 阴 正 阳 阴极保护法4.除了用电化学方法防止金属腐蚀外，也可以采用_的方法防止金属腐蚀。如在金属中添加其他元素而形成_的合金。答案:改变金属组成和结构 耐腐蚀课堂互动三点剖析难点1 金属腐蚀的本质1.金属（M）腐蚀的本质是金属与其周围的物质发生了氧化还原反应，即金属的反应中失电子被氧化，M-ne-Mn+而被损耗的过程。2.金属的化学腐蚀与电化学腐蚀（1）二者的比较化学腐蚀电化学腐蚀条 件金属跟氧化性物质直接接触不纯金属（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 质金属被氧化的过程活泼金属被氧化的过程相互关系金属的化学腐蚀与电化学腐蚀同时发生，后者为主（2）电化学腐蚀的实质（钢铁腐蚀为例）钢铁电化学腐蚀示意图 如上图所示，钢铁与其所含的碳、钢铁表面的水膜构成了无数微小的原电池。Fe作负极，发生电极反应为Fe-2e-Fe2+，Fe失去的电子通过铁转移到C的表面。碳作正极，其表面发生还原反应，电极反应取决于水膜的酸碱性。当水膜呈弱酸性和中性时，发生的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-；当水膜呈较强酸性时，发生的电极反应为2H+2e-H2。总之，不管哪种腐蚀，被腐蚀金属始终作原电池的负极，发生氧化反应被损耗。（3）电化学腐蚀类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条 件水膜呈弱酸性或中性水膜呈较强酸性正极反应2H2O+O2+4e-4OH-2H+2e-H2负极反应Fe-2e-Fe2+总反应2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2【例1】 如下图各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为（ ）A. B. C. D.解析：中Fe放置在海水中，形成了无数微小原电池，发生电化学腐蚀。均构成了原电池。中Fe的活泼性强于Sn，Fe作负极发生了电化学腐蚀；中Zn的活泼性比Fe强，Zn作负极被腐蚀，而Fe被保护；中Fe的活泼性远远强于Cu，所以Fe作负极被腐蚀，并且中形成的电流弱于中电流，所以中Fe比腐蚀得快，比腐蚀得慢。因此Fe被腐蚀由快到慢的顺序为答案：C难点2 钢铁生锈 钢铁生锈主要是发生电化学腐蚀（主要是吸氧腐蚀）造成，其主要过程如下：1.钢铁均含有一定量的碳，在潮湿空气中与其表面的水膜构成了原电池。正极：O2+2H2O+4e-4OH- 负极：2Fe-4e-2Fe2+ +得原电池反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2，所以水膜中有Fe（OH）2生成。2.Fe（OH）2很不稳定，在空气中立即被O2氧化而转化成Fe（OH）3，发生反应：4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3。Fe（OH）3在水膜中逐渐分解，最后变成了铁锈（Fe2O3nH2O），所以我们看到的铁锈均为红棕色。【例2】 下列关于钢铁锈蚀的叙述中，错误的是（ ）A.酸雨能使钢铁更容易发生电化学腐蚀B.钢铁在潮湿的地窖中较易发生析氢腐蚀C.铁锈的主要成分是Fe2O3nH2OD.钢铁锈蚀时，铁原子失去电子成为Fe3+，而后生成Fe（OH）3，再部分脱水成为氧化铁的水合物解析：地窖中CO2含量较高，B正确，A、C均正确。钢铁在锈蚀时，铁原子失电子生成Fe2+，D错误。答案：D重点 金属防护方法 1.牺牲阳极的阴极保护法：此法应用原电池原理，让被保护金属作为正极，另找一种活动性较强的金属作为负极。例如在锅炉内壁、船舶外壳装上若干锌块，就可保护钢铁设备。发生的电极反应：负极：Zn-2e-Zn2+正极：O2+4e-+2H2O4OH-Zn不断被腐蚀，可定期拆换，而铁得到保护。2.外加电流的阴极保护法、此法应用电解原理，让被保护金属作阴极，惰性电极作辅助阳极，两者都存在于海水中，接上直流电源。例如钢闸门，可用此法防止腐蚀。此法中阳极上放电的粒子是海水中的阴离子，阴极上放电的粒子是海水中的阳离子。【例3】 下列事实与电化学腐蚀无关的是（ ）A.埋在潮湿土壤中的铁管比干燥土壤中的更易被腐蚀B.为保护海轮的船壳，常在船壳外面镶上锌块C.在空气中金属银的表面生成一层黑色物质D.镀银的铁制品，镀层破损后，露出的铁更易被腐蚀解析：金属在潮湿土壤中易发生电化学腐蚀，而干燥空气中难发生，A与电化学腐蚀有关。B中所述船壳是钢铁与较活的Zn组成原电池，Zn作负极被腐蚀而Fe被保护，B与电化学腐蚀有关。镀银的铁器破损后形成“FeAg”原电池，其中Fe作负极被腐蚀。D与电化学腐蚀有关。正确选项为C。答案：C各个击破类题演练1以下现象说明是化学腐蚀的是（ ）A.黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿B.生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈C.铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈D.铝制品擦亮后，几天后表面又变暗，但不像Fe一样生锈解析：黄铜中Zn比Cu活泼，发生电化学腐蚀，Zn作负极被腐蚀，而铜作正极受到保护。B中生铁不纯，内含C等杂质，发生电化学腐蚀，而纯铁由于不能形成原电池而腐蚀得慢。C中Fe与Cu接触处形成原电池，活泼性较强的铁作负极被氧化而腐蚀。铝与O2反应成生致密的氧化膜，使铝制品受到保护。综上所述，答案为D。答案：D变式训练1下列关于金属腐蚀的叙述正确的是（ ）A.金属在潮湿的情况下腐蚀，基实质是：2M+2nH2O=2M（OH）n+nH2B.金属发生化学腐蚀的实质是：M-ne-=Mn+，金属失去电子，被氧化C.金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行D.金属的电化学腐蚀必须在酸性条件下进行解析：金属的腐蚀是普遍现象，不仅有析氢腐蚀还有吸氧腐蚀，电化学腐蚀是化学腐蚀的一种。答案：B类题演练2铁钉与碳棒用导线连接后，浸入到0.01 molL-1的食盐溶液中，可能发生的反应是（ ）A.碳棒上放出Cl2 B.碳棒附近产生OH-C.碳棒上放出O2 D.铁钉被氧化解析：铁钉和碳棒用导线连接后浸入食盐溶液中，刚好满足构成原电池的三个条件，由于食盐溶液是中性的，因此发生的反应是铁的吸氧腐蚀，铁作负极，发生氧化反应：2Fe-4e-2Fe2+，碳棒为正极，溶解在溶液中的O2被还原：2H2O+O2+4e-4OH-，正极附近产生OH-，正极附近的溶液呈碱性。答案：BD变式训练2如图：水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：试管内液面上升，则溶液呈现_性，电极反应方程式：负极：_，正极：_。若试管内液面下降，则溶液呈_性，发生_腐蚀，电极反应方程式，负极：_，正极：_解析：该题在原题的基础上进一步考查了析氢腐蚀、吸氧腐蚀的基本概念。该题的关键是弄清试管内液面上升或下降的原因。上升是因为气体减少，压强降低，吸收了氧气，发生了吸氧腐蚀；下降是因为气体增多，压强增大，发生了析氢腐蚀。答案：碱 Fe-2e-=Fe2+ O2+2H2O+4e-=4OH- 酸 析氢 Fe-2e-=Fe2+ 2H+2e-=H2类题演练3如右图所示，甲、乙两试管中各放一枚铁钉，甲试管中为NH4Cl溶液，乙试管为NaCl溶液。数天后观察到的现象是_，甲中正极反应为_，乙中正极反应为_。试管中残留气体平均相对分子质量的变化为：甲_，乙_。解析：该题在析氢腐蚀与吸氧腐蚀的基础上，综合气压原理、平均相对分子质量概念，增强了题目的综合性。NH4Cl溶液水解显酸性，甲试管中发生析氢腐蚀，生成氢气，气压增高，NaCl溶液呈中性，乙试管中发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气压降低，所以左侧导管中水柱下降，右侧导管中水柱上升。又由于甲试管中生成了摩尔质量小的氢气，乙试管中消耗了摩尔质量大的氧气，甲、乙两试管中残留气体平均相对分子质量都会减小。答案：左侧导管中水柱下降，右侧导管中水柱上升 2H+2e-=H22H2O+O2+4e-=4OH- 变小 变小变式训练3造成钢铁腐蚀的主要外界条件是（ ）A.酸、碱 B.酸雾、O2 C.SO2、H2O D.H2O、O2解析：钢铁的腐蚀主要是吸氧腐蚀，是溶有O2的弱酸性或中性介质引起的，故应选D。答案：D类题演练4下列操作对钢铁不能起保护作用的是（ ）A.铁制品表面镀金 B.铁闸门与直流电源正极相连C.铁闸门水下部分镶上锌 D.钢铁中加入Ni、Cr组成合金解析：金属的防护方法有很多。A中的铁制品与空气隔绝，受到了保护。B中将Fe与电源正极相连，使其失电子速率加大，加快了腐蚀，不能起到保护作用。C中Fe与Zn组成原电池两极，Fe作正极得到了保护。D中的合金为不锈钢，具有能抗腐蚀的性能。答案：B变式训练4下列金属腐蚀得最慢的是（ ）A. B. C. D.解析：中Fe放置在海水中，形成了无数微小原电池，发生电化学腐蚀。均构成了原电池。中Fe的活泼性强于Sn，Fe作负极发生了电化学腐蚀。中Zn作阳极被腐蚀，而Fe被保护。中Fe的活泼性远远强于Cu，所以Fe作负极被腐蚀，并且中形成的电流弱于中电流，所以中Fe比腐蚀得快，比腐蚀得慢。答案：C课后集训基础达标1.下列几种金属制品的镀层损坏后，金属腐蚀速率最快的是（ ）A.镀铝塑料 B.食品罐头盒（镀锡）C.白铁水桶（镀锌） D.镀银铜质奖章解析：B、C、D选项中的材料在损坏后，均能形成原电池。其中B中Fe作负极，C中Zn作负极，D中Cu作负极，所以B、C中金属腐蚀加快，其中Fe腐蚀更快。答案：B2.下列叙述不正确的是（ ）A.金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更普通 B.钢铁在干燥空气里不易被腐蚀C.用铝质铆钉铆接铁板，铝铆钉易被腐蚀 D.原电池中电子由正极流入负极解析：金属易发生电化学腐蚀，A正确。在干燥空气中钢铁难于形成电化学腐蚀，B正确。铝质铆钉易与铁板形成原电池两极，Fe作负极易发生腐蚀，C不正确。D正确。答案：C3.下列叙述不正确的是( )A.锌跟稀硫酸反应制取氢气，加入少量的硫酸铜能加快反应速率B.镀层破损后，白铁（镀锌的铁）比马口铁（镀锡的铁）更易被腐蚀C.钢铁表面常易被锈蚀生成Fe2O3nH2OD.钢铁在发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀时，完全相同的反应是负极反应解析：锌与硫酸反应中加入CuSO4后生成Cu与锌形成原电池，反应加快。A正确。镀层破损后，白铁中Fe作正极而马口铁中Fe作负极，B不正确。钢铁表面生成的铁锈主要成分为Fe2O3nH2O，C正确，电化学腐蚀中的负极反应为Fe-2e-=Fe2+，D正确。答案：B4.钢铁发生电化学腐蚀时，负极上发生的反应是( )A.2H2O+2e-=H2+2OH- B.O2+2H2O+4e-=4OH-C.Fe-2e-=Fe2+ D.4OH-4e-=2H2O+O2解析：钢铁发生电化学腐蚀时，负极发生的反应为Fe-2e-=Fe2+。所以C是正确。答案：C5.X、Y、Z、M代表四种金属元素，金属X和Z用导线连接放入稀H2SO4中时，X溶解，Z极上有H2放出，若电解Y2+和Z2+共存的溶液时，Y先析出，又知M2+的氧化性强于Y2+。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为( )A.XZYM B.XYZMC.MZXY D.XZMY解析：金属X和Z连线放入硫酸中，X作负极，Z作正极，活动性XZ，电解Y2+和Z2+共存的溶液中，Z2+氧化性弱于Y2+，活动性ZY；因M2+的氧化性强于Y2+。则活动性YM。综上所述，四种金属活动性：XZYM。答案：A6.把锌片和铁片放在盛有含酚酞的稀食盐水的玻璃器皿中，如下图。经过一段时间后，首先观察到溶液变红的区域是（ ）A.和附近 B.和附近 C.和附近 D.和附近解析：甲装置是电解装置，Fe作阳极，反应为Fe-2e-=Fe2+；Zn作阴极，反应为：2H+2e-=H2；H+减少后，OH-浓度增大，碱性增强，溶液变红。乙装置属于电化学腐蚀，Fe作正极，反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，生成了OH-使溶液碱性增强而首先变红。答案：B综合运用7.我国铜铸的牛首、猴首和虎首距今已200多年，现看上去仍然熠熠生辉，下列对其原因的分析，最可能的是（ ）A.它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金B.环境污染日益严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去C.铜的金属活动性比氢弱，因此不易被氧化D.它们是含一定比例金、银、锌的铜合金解析：在200多年前还没有掌握电镀技术，A不正确。铜绿被酸雨冲洗后，表面将失去光泽，B不正确。Cu可与空气中O2、CO2、H2O发生反应，生成铜绿而被腐蚀，C也不正确。铜合金中有比Cu活泼的金属Zn，使Zn被腐蚀而使Cu得到保护。答案：D8.如右图所示，试管中放一铁钉，溶液为氯化钠溶液，数天后观察到的现象有_。说明铁钉发生了_腐蚀，其中正极的电极反应式为_，溶液中发生反应的化学方程式为_。解析：铁钉在NaCl溶液中发生了吸氧腐蚀，使装置中O2减少，气体压强减小，使a端液面上升，b端液面下降。其中Fe作负极，发生反应为：Fe-2e-=Fe2+；正极发生反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-。答案：a端液面上升，b端液面下降，铁钉表面有红棕色铁锈生成 吸氧 O2+2H2O+4e-=4OH- 2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2，4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）39.把锌片和铁片放在盛有稀释盐水和酚酞混合液的U形管中，如右图所示，最终可在A极观察到酚酞变红。问：A是原电池的_极，代表金属_；电极方程式分别为正极_，负极_，原电池反应为_。解析：Fe和Zn连接放入稀NaCl（aq）中，发生吸氧腐蚀。其中Zn作负极被氧化，反应为：Zn-2e-=Zn2+，正极为Fe，发生反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，并使电极附近溶液中OH-浓度增大，碱性增强。因此电池反应为：O2+2H2O+2Zn=2Zn（OH）2。答案：正 FeO2+2H2O+4e-=4OH- Zn-2e-=Zn2+ 2Zn+O2+2H2O=2Zn（OH）2拓展探究10.将洁净的金属片A、B、C、D分别放置在浸有盐溶液的滤纸上面并压紧（如下图所示），在每次实验时，记录电压表指针的移动方向和电压表的读数如下：金属电子流动方向电压/VAACu+0.78BCuB-0.15CCCu+1.35DDCu+0.30已知：构成两电极的金属，其金属活动性相差越大，电压表的读数越大。请依据表中数据判断：（1）_金属可能是最强的还原剂，_金属一定不能从CuSO4溶液中置换出铜。（2）若滤纸不用盐溶液浸润而改用NaOH溶液浸润，则在滤纸上能看到蓝色沉淀析出的是_（填字母）金属，其对应的原电池的电极反应式是：负极_，正极：_。解析：根据题中所给信息可知，A、C、D三种金属还原性均强于Cu，且电压由大到小分别为CAD。而B的活泼性弱于Cu，在原电池中Cu作负极，B作正极，电解质溶液中有Cu2+生成。因此当把溶液换作NaOH（aq）时，滤纸上有蓝色沉淀生成。答案：（1）C B（2）B Cu-2e-=Cu2+O2+2H2O+2e-=4OH-