高中化学第3章探索生活材料第2节金属的腐蚀和防护Word文档格式.docx
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2H＋＋2e－===H2↑
负极反应（Fe）
Fe－2e－===Fe2＋
电池总反应
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2
Fe＋2H＋===Fe2＋ ＋H2↑
铁锈的形成
Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓
4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
2Fe（OH）3===Fe2O3·
nH2O＋（3－n）H2O
1．铁锅用完后要洗刷干净并保持干燥，如果炒完菜之后不刷锅，残留的菜汤会对铁锅产生什么影响？
【提示】 铁锅是用生铁加工成的，菜汤中含有NaCl等电解质溶液，这样Fe、C、NaCl电解质溶液一起构成了原电池，Fe作负极，C作正极，负极：
2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－，总化学方程式为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2，而生成的Fe（OH）2迅速被O2氧化：
4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3,2Fe（OH）3===Fe2O3·
nH2O＋（3－n）H2O，这样铁锅就易生成铁锈，加速了铁锅的腐蚀。
二、金属的防护
1．影响金属腐蚀的因素
（1）金属的性质
金属越活泼，越易被腐蚀。
若金属中能导电的杂质不如该金属活泼，则容易形成原电池而使金属发生电化学腐蚀。
（2）介质的影响
在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。
2．金属的防护方法
2．金属电化学防护的原理是什么？
举例说明。
【提示】
（1）应用的是原电池原理，被保护金属作正极，另一活动性较强的金属作负极。
（2）轮船船身上装锌块。
负极：
Zn－2e－===Zn2＋；
正极：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－，Zn不断被腐蚀，需定期更换。
金属腐蚀快慢的判断方法
第1步导思——问题引入，自主探究
1．金属越活泼，一般越容易发生腐蚀。
铝比铁活泼，但铝制品却比铁制品耐腐蚀，为什么？
【提示】 铝在空气中容易形成一层致密的氧化物保护膜，对内部金属有保护作用。
2．镀锡铁板和镀锌铁板镀层破坏后谁更耐腐蚀？
【提示】 因为金属的活泼性Sn＜Fe，Zn＞Fe，故镀层破损发生原电池反应时，镀锡铁板中铁被腐蚀。
镀锌铁板中锌被腐蚀，铁被保护，因此镀锌铁板更耐腐蚀。
第2步阐述——要点归纳，深化知识
1．影响金属腐蚀速率的因素
（1）金属的本性：
金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀，如果金属中能导电的杂质不如该金属活泼，则容易形成原电池而使金属发生电化学腐蚀。
（2）介质：
与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。
（3）温度：
温度越高，腐蚀速率越快。
2．金属腐蚀快慢的判断方法
（1）电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀。
（2）对同一种金属来说，腐蚀的快慢：
强电解质溶液>
弱电解质溶液>
非电解质溶液。
（3）活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。
（4）对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快。
第3步例证——典例印证，思维深化
如图，一根铁丝插入煮沸过的蒸馏水中，铁丝上有三点。
（1）A、B、C三点中腐蚀最快的是________。
（2）若向蒸馏水中加入少量食盐，B处的腐蚀速率将________（填“加快”“不变”或“减慢”）。
（3）若将蒸馏水换成：
①0.1mol·
L－1H2SO4溶液；
②1mol·
③18.4mol·
L－1H2SO4溶液，则A处腐蚀由快到慢的顺序是_________________。
【解析】
（1）根据题意可知：
A在煮沸的蒸馏水内部，因缺少氧气，很难形成电解质溶液，几乎不腐蚀。
B在水面处，发生了电化学腐蚀。
C在水面以上，与氧气发生化学腐蚀，根据同一种物质，发生电化学腐蚀与化学腐蚀的对比可知B处铁丝的腐蚀比C处的快。
（2）蒸馏水中加入少量食盐（强电解质），增强了原电池中电解质溶液的导电能力，B点腐蚀速率远大于以前。
（3）①②硫酸为稀硫酸，但是①中硫酸的浓度小于②中硫酸的浓度，铁丝在②中的腐蚀速率比①中的快，③中18.4mol·
L－1的硫酸（98%）是浓硫酸，铁很快发生了钝化，几乎不腐蚀。
【答案】
（1）B
（2）加快 （3）②>
①>
③
判断金属腐蚀类型和金属腐蚀的程度，注意以下几点：
1金属纯度。
金属越纯越不易形成原电池，越抗腐蚀。
2杂质的活泼性。
杂质比主体金属活泼，主体金属被保护，否则，会加快主体金属腐蚀。
3镀层的活泼性。
镀层被破坏时镀层金属比主体金属稳定，则主体金属腐蚀速度加快。
4水膜电解质溶液的成分。
含电解质越多浓度越大，金属腐蚀越严重。
第4步运用——精选习题，落实强化
1．如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。
为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：
序号
内容
实验现象
1
常温下将铁丝放在干燥的空气中一个月
干燥的铁丝表面依然光亮
2
常温下将铁丝放在潮湿的空气中一小时
铁丝表面依然光亮
3
常温下将铁丝放在潮湿的空气中一个月
铁丝表面已变得灰暗
4
将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时
铁丝表面略显灰暗
5
将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时
6
将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时
铁丝表面灰暗程度比实验5严重
回答以下问题：
（1）上述实验中发生了电化学腐蚀的是（填实验序号）________；
在电化学腐蚀中，负极反应是________________；
正极反应是________________。
（2）由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素是____________________。
【解析】 解答第
（1）题应注意联系金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的区别，电化学腐蚀是不纯的金属与电解质溶液接触，因发生原电池反应，较活泼的金属失电子而被氧化，分析题中实验可知，实验3、4、5、6发生了电化学腐蚀，其中负极反应是Fe－2e－===Fe2＋，正极反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
解答第
（2）题时，对比实验1和3可得出湿度增大，可使铁锈蚀速率加快；
对比实验3、4可知增大O2浓度可加快铁锈蚀的速率；
对比实验4、5可知升高温度可加快铁锈蚀的速率；
对比实验5、6可知电解质的存在会使铁锈蚀的速率加快。
【答案】
（1）3、4、5、6
Fe－2e－===Fe2＋（或2Fe－4e－===2Fe2＋）
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
（2）湿度、温度、O2的浓度、电解质的存在
金属防护的常用方法比较
1．在金属部件上涂油为什么能防止金属生锈？
【提示】 阻止金属部件与空气中的氧气接触。
2．在工业上常用亚硫酸钠除去水中溶解的氧气，防止输水管被腐蚀，请简要说明原因。
【提示】 钢铁易发生吸氧腐蚀，Na2SO3具有较强的还原性，能与水中溶解的氧气反应：
2Na2SO3＋O2===2Na2SO4，防止输水管腐蚀。
原理
方法
适用对象
防止化
学腐蚀
使氧化剂
与金属隔离
包覆塑料层
工具或车把
涂油漆
户外铁制设备
涂矿物油
机械运转部分
电镀
精密仪器或设备
改变金属内部结构
制成不锈钢
防止电
牺牲锌（镁）块
牺牲锌（镁）保护铁
大型门闸与舰船
与外接电源负极相连
铁作阴极被保护
大型水上设施
电化学保护法
（1）牺牲阳极的阴极保护法
用比被保护金属活泼的金属或合金作负极，连接在被保护金属上，形成腐蚀电池，被保护金属作正极而得到保护。
（注：
在电化学中常将发生氧化反应的电极称为阳极，故原电池中负极也叫阳极，原电池的正极也叫阴极，但通常情况下原电池的两极称为正、负极，一般不称作阴、阳极）
（2）外加电流的阴极保护法
将被保护金属与外接直流电源连接，使被保护的金属作为阴极，在外加电流的作用下使阴极得到保护。
与牺牲阳极的阴极保护法统称为电化学保护法。
下列各种方法中：
①金属表面涂抹油漆 ②改变金属内部结构 ③保持金属表面清洁干燥 ④在金属表面进行电镀 ⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜
能对金属起到防护或减缓腐蚀作用的是（ ）
A．①②③④ B．①③④⑤
C．①②④⑤D．全部
【解析】 金属腐蚀的防护方法有加保护层，如①④⑤，改变内部结构，加入某种金属制成合金，如②。
由于化学腐蚀比电化学腐蚀慢，保持表面清洁干燥可防止电化学腐蚀的发生，如③。
【答案】 D
2．现有：
①汽车；
②机器上的齿轮；
③门把手；
④锯条；
⑤铁制洗脸盆等常见铁制品。
为了防止它们生锈，通常适合采用下面哪一种方法？
（填序号）
（1）在表面喷漆________；
（2）在表面涂油________；
（3）在表面镀一层其他金属________；
（4）在表面烧制搪瓷________；
（5）使其表面形成致密的氧化物保护膜________。
【解析】 防止金属被腐蚀主要采用：
（1）表面上加保护层，如烤漆、涂机油或凡士林、电镀、烤蓝等；
（2）电化学方法，牺牲阳极的阴极保护法、外加电源的阴极保护法；
（3）改变金属的内部结构等。
【答案】
（1）①
（2）② （3）③ （4）⑤ （5）④
1．古老的铁桥，经常每隔一段时间，就要油漆一遍，但仍看到有锈迹。
下列说法中合理的是（ ）
A．油漆只起美观作用，而与腐蚀无关
B．铁桥生锈主要是铁和空气中的氧气发生了化学腐蚀
C．铁桥生锈主要是铁与空气中的O2、H2O等发生电化学腐蚀
D．铁桥腐蚀与外界环境无关，只由金属内部结构决定
【解析】 铁桥腐蚀主要是Fe与空气中的O2、H2O等发生了电化学腐蚀中的吸氧腐蚀的结果，而油漆起到了隔绝O2、H2O的作用。
【答案】 C
2．如图所示各试管中的铁钉最易锈蚀的是（ ）
【解析】 含有少量铜的铁钉放在自来水中，会与水中溶解的少量电解质构成原电池，铁钉作为负极，最易腐蚀。
3．如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．②①③④B．④③①②
C．④②①③D．③②④①
【解析】 ②、③、④实质均为原电池装置。
③中Fe为正极，被保护；
②、④中Fe为负极，均被腐蚀，但相对来说，Fe和Cu的金属活动性较Fe和Sn的差别大，故Cu－Fe原电池中Fe被腐蚀得最快；
①中因铁不纯而发生微小原电池反应。
选C。
4．下列材料保护的措施中不正确的是（ ）
A．将搪瓷快餐杯脱瓷的部位用醇酸油漆涂严实，防止杯被腐蚀
B．将自行车的铁链条涂上植物油，防止链条被腐蚀
C．将埋在地下的铁水管缠上废铜丝，防止水管被腐蚀
D．将待埋在地下的木头桩先用火将表面烧焦，防止木材被腐蚀
【解析】 铁和铜在电解质溶液里构成铁为负极、铜为正极的原电池，加快铁的腐蚀。
木材烧焦的部分主要是木炭，木炭的化学性质比较稳定，不易腐烂。
5．如图所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：
（1）铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于__________腐蚀。
（2）若试管内液面上升，则原溶液呈________性，发生________腐蚀，电极反应：
负极_________________________________________________________；
正极__________________________________________________________。
（3）若试管内液面下降，则原溶液呈________性，发生________腐蚀，电极反应：
【解析】 根据原电池的构成条件，两种不同的材料在有电解质溶液时，若形成闭合回路，即可构成原电池。
铁钉实际上是钢制成的，在这种情况下具备形成原电池的条件，此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。
根据金属腐蚀的条件、原理及结果可知：
试管内液面上升，说明试管内压强减小，气体被吸收所致，是铁钉吸氧腐蚀的结果，据此写出电极反应；
试管内液面下降，说明试管内气体压强变大，试管内产生了新气体所致，是铁钉的析氢腐蚀的结果，据此写出电极反应。
【答案】
（1）电化学
（2）弱酸性或中 吸氧 2Fe－4e－===2Fe2＋ O2＋4e－＋2H2O===4OH－
（3）较强的酸 析氢 Fe－2e－===Fe2＋ 2H＋＋2e－===H2↑
6．市场上出售的“热敷袋”中的成分主要是铁粉、炭粉、木屑和少量氯化钠、水等。
热敷袋用塑料袋密封，使用时从袋中取出轻轻揉搓就会放出热量，用完后袋内有大量铁锈生成，回答下列各问题。
【导学号：
72062058】
（1）热敷袋放出的热是由于________________________________________。
（2）炭粉和氯化钠的作用分别是____________________________________。
（3）写出有关的电极反应式和化学方程式：
__________________________、
_______________________________________________________________、
______________________________________________________________。
【解析】
【答案】
（1）形成原电池，铁被氧化而放出热量
（2）炭粉构成原电池正极，NaCl溶液起电解质溶液的作用，从而形成原电池，加速Fe的氧化
（3）负极：
2Fe－4e－===2Fe2＋
2Fe（OH）3===Fe2O3＋3H2O
学业分层测评（十）
（建议用时：
30分钟）
[学业达标]
1．铜制品上的铝质铆钉，在潮湿空气中易腐蚀的原因可描述为（ ）
A．形成原电池时铝作负极
B．形成原电池时铜作负极
C．形成原电池时，电流由铝经导线流向铜
D．铝铆钉发生了化学腐蚀
【解析】 在潮湿环境下铜、铝形成的原电池，活泼铝为负极，失电子发生氧化反应，铜得电子发生还原反应，电子由铝流向铜，而电流应由铜流向铝，发生电化学腐蚀。
【答案】 A
2．下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是（ ）
A．水中的钢闸门连接电源的负极
B．金属护栏表面涂漆
C．汽车底盘喷涂高分子膜
D．地下钢管连接镁块
【解析】 抓住题干中的关键字“使用外加电流”便可快速解答。
A.水中的钢闸门连接电源的负极，即使用了外加电流，正确。
B.金属护栏表面涂漆，是一种使用外加涂层而使金属隔绝空气和水分的保护方法。
C.汽车底盘喷涂高分子膜，也是一种使用外加涂层而使金属隔绝空气和水分的保护方法。
D.地下钢管连接镁块，是牺牲阳极的阴极保护法。
3．家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的反应是（ ）
A．4Fe（OH）2＋2H2O＋O2===4Fe（OH）3
B．2Fe＋2H2O＋O2===2Fe（OH）2
C．2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．Fe－3e－===Fe3＋
【解析】 金属在作为电极参与电极反应时，总是“过量”的，所以铁在电极反应中不能生成＋3价。
A、B、C的反应恰好是铁发生吸氧腐蚀时的变化，B是铁发生电化学腐蚀的总反应化学方程式。
4．如图液面上浮着一个空心铁球，数天后可观察到的现象是（ ）
①铁球表面出现红棕色锈斑 ②铁球表面出现黑色锈斑 ③量筒内水位下降 ④量筒内水位上升
A．①③ B．①④
C．②③D．②④
【解析】 量筒中的空气、溶有O2的食盐水和铁碳合金（铁球）组成原电池，发生了吸氧腐蚀，铁球表面出现红棕色（Fe2O3·
nH2O）锈斑，因不断消耗O2导致量筒内气体压强小于外界大气压，量筒内水位上升。
【答案】 B
5．下列方法可用于金属防护的是（ ）
①原电池原理 ②电解原理 ③涂油漆 ④电镀
⑤置于干燥环境
A．③④⑤B．①②③
C．②③④D．全部
【解析】 金属防护的基本思路是防止金属与化学物质直接接触，防止金属与环境形成原电池。
常用的防护方法有改变金属的结构（如不锈钢）、加防护层（如电镀、涂漆等）、电化学保护法（外加电流的阴极保护法和牺牲阳极的阴极保护法）。
6．下列关于铁制品腐蚀或保护措施的说法中不正确的是（ ）
A．在如图所示环境中，铁被腐蚀速率：
Ⅰ＞Ⅲ＞Ⅱ
B．军事演习期间给坦克的履带上刷上油漆以防止生锈
C．在海轮的外壳上常焊有锌块，且定期更新
D．将不锈钢制成刀具和餐具，有的刀具还进行烤蓝处理
【解析】 A项Ⅰ中铁作原电池负极腐蚀速率加快，Ⅱ中铁作原电池正极被保护，腐蚀速率减慢，所以铁被腐蚀速率：
Ⅰ>
Ⅲ>
Ⅱ；
B项军事演习期间给坦克的履带上刷上油漆，油漆会很快脱落起不到保护作用，B项错误；
C项锌作负极保护海轮，正确；
D项保护措施正确。
7．为防止碳素钢菜刀生锈，在使用后特别是切过咸菜后，应将其（ ）
A．洗净、擦干B．浸泡在水中
C．浸泡在食醋中D．直接置于空气中
【解析】 切过咸菜的菜刀含有电解质，如果不洗干净擦干很容易形成原电池，原电池会加快菜刀的腐蚀。
8．如图表示的是钢铁在海水中的锈蚀过程，以下有关说法正确的是（ ）
A．该金属腐蚀过程为析氢腐蚀
B．正极为C，发生的反应为氧化反应
C．在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀
D．正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
【解析】 从题图看出，该反应正极上O2得电子，发生吸氧腐蚀；
正极为碳，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；
金属在酸性条件下发生析氢腐蚀。
[能力提升]
9．某探究小组对铁生锈进行探究。
（1）甲同学设计了A、B、C一组实验（如图），探究铁生锈的条件。
经过较长时间后，甲同学观察到的现象是：
A中铁钉生锈；
B中铁钉不生锈；
C中铁钉不生锈。
①通过上述实验现象分析，可得出铁生锈的外部条件是_________________。
②由于与金属接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于______________________，正极电极反应式为__________________________。
③实验B所用的水要经过________处理；
植物油的作用是______________。
④实验C中碱石灰的作用是_______________________________________。
（2）乙同学为了达到同样目的，设计了实验D（如图），发现一段时间后，试管中的液面升高，其原因是_______________________________________________
________________________________________________________________，
该实验________（填“能”或“不能”）说明水对铁钉生锈产生影响。
【解析】 铁内部一般含有碳，是铁发生电化学腐蚀时的两个电极，如果再有电解质溶液和氧气即可发生腐蚀；
A中的铁钉发生的是吸氧腐蚀，所以正极上反应的物质是氧气得到电子；
水中往往溶有一定量的氧气，所以做实验前要先将水煮沸。
【答案】
（1）①有水（或电解质溶液）和氧气（或空气）
②吸氧腐蚀 O2＋4e－＋2H2O===4OH－ ③煮沸（或“除去氧气”） 隔绝空气（或“防止氧气与铁接触”）
④吸收水蒸气（或“干燥”“保持试管内干燥环境”）
（2）铁的腐蚀要吸收O2，使气体体积减小 不能
9．用铝制饭盒盛放醋，一段时间后饭盒被腐蚀，该腐蚀属________腐蚀，相应的化学方程式为__________________________________________________
_______________________________________________________________。
如盛放纯碱溶液而被腐蚀，有关离子方程式为_________________________
_______________________________________________________________，
如盛放食盐（含少量MgCl2杂质），一段时间后食盐变潮湿的原因是_____________________________________________________________________
而且饭盒也会被腐蚀，发生________腐蚀，有关电极反应式是____________
________________________________________________________________。
【解析】 从本题条件出发，判断金属腐蚀的类型是解题关键，酸性条件金属发生析氢腐蚀，中性或弱酸性发生吸氧腐蚀，与活泼化学物质直接反应发生化学腐蚀。
【答案】 化学 2Al＋6CH3COOH===2Al（CH3COO）3＋3H2↑ CO＋H2OHCO＋OH－ 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑ 潮解 吸氧 负极：
Al－3e－===Al3＋，正极：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
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