1、第 17 课时 金属的腐蚀及防护 学案 【学习目标】 1了解金属腐蚀的实质和类型。 2了解保护金属防止腐蚀的方法。 【重点难点】 金属腐蚀的实质和类型及防护 课前预习 【情景材料】当金属和周围介质接触时，由于发生化学和电化学作用而引起的破坏 叫做金属的腐蚀。从热力学观点看，除少数贵金属(如 Au、Pt) 外，各种金属都有转变成离 子的趋势，就是说金属腐蚀是自发的普遍存在的现象。金属被腐蚀后，在外形、色泽以及 机械性能方面都将发生变化，造成设备破坏、管道泄漏、产品污染，酿成燃烧或爆炸等恶 性事故以及资源和能源的严重浪费，使国民经济受到巨大的损失。据估计，世界各发达国 家每年因金属腐蚀而造成的经济
2、损失约占其国民生产总值 3.5%4.2% ，超过每年各项天灾 (火灾、风灾及地震等)损失的总和。有人甚至估计每年全世界腐蚀报废和损耗的金属约为 1 亿吨! 因此，研究腐蚀机理，采取防护措施，对经济建设有着十分重大的意义。 【预习内容】 根据教材有关内容填写下列空白： 一、金属的电化学腐蚀 1.金属的腐蚀是金属与周围的气体或者液体物质 发生 而引起 损耗的现象。一般可分为 腐蚀和 腐蚀。 化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体（如 、 、 等）或非电解质液体 （如 ）等直接发生化学反应而引起的腐蚀。 如：钢管被原油中的 腐蚀，温度越高，化学腐蚀越 。 电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时。会发生
3、反应， 的金属失 去电子而被 。如 在潮湿的空气中生锈。 两种腐蚀往往 发生，但 腐蚀更普遍，速度更快，危害更严重。 2.化学腐蚀与电化学腐蚀的共同点和不同点： 电化腐蚀 化学腐蚀 条件 不纯金属或合金与 接触 与 直接接触 有无电流产生 本质 较活泼的金属被氧化 金属被氧化 3.电化学腐蚀 (以钢铁为例) （1）析氢腐蚀 (酸性较强的溶液 ) 负极: 正极: 总方程式： （2） 吸氧腐蚀 (中性或弱酸性溶液 ) 负极: 正极: 总方程式： 离子方程式：Fe 2+ + 2OH= Fe(OH)2 Fe(OH)2 继续与空气中的氧气作用： 铁锈的主要成分是 ， 阻止钢铁继续腐蚀。 （能、不能） 3
4、.影响金属腐蚀快慢的因素 本性：（1）金属的活动性：金属越 ，越容易被腐蚀 （2）纯度：不纯的金属比纯金属跟 腐蚀，如纯铁比钢 腐蚀。 （难、易） 电化学腐蚀：两电极活动性差别越大，氧化还原反应速率越 ，活泼金属被腐蚀得 越快。 （3）氧化膜：如果金属被氧化形成致密的氧化膜，那么会保护内层金属，如 、 如果金属被氧化形成疏松的氧化膜，那么不会保护内层金属，如 外因： 介质：环境（腐蚀性气体，电解质溶液） 二、金属的腐蚀的防止和利用 1.金属的防护 覆盖保护膜（涂油漆，电镀，钝化等） 改变金属的内部结构（钢不锈钢，在钢中加入镍和铬） 2.电化学保护 牺牲阳极阴极保护法（较活泼金属作 极，钢铁作
5、极被保护） 外加电流阴极保护法（外加电流，使钢铁被迫成为 极受保护） 预习内容答案 一、1. 接触 化学反应 化学 电化学 O2 C12 SO2 石油 含硫化合物 快 ：原电池 比较活泼 氧化 钢铁 同时 电化学 2. 氧化性物质 电解质溶液 有 无 3.Fe 2e- = Fe2+ 2H+ + 2e- = H2 Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 2Fe 4e= 2Fe2+ O2+4e+2H2O = 4OH 2Fe + O2 +2H2O =2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O = 4Fe(OH)3 Fe2O3xH2O 不能 3.活泼 易 易 大 Al Mg Fe 二、负 正
6、 阴 堂中互动 【问题探究 1】金属的腐蚀分为几种类型？其本质相同吗？ 【教师点拨】参考教材 P63P64 内容，把握腐蚀的本质是 Mxe- = Mx+。 分析解答:金属腐蚀主要分为两种类型：化学腐蚀和电化学腐蚀，其本质都是金属失去电子 被氧化。区别见预习内容。 【即学即练 1】下列关于金属腐蚀的说法不正确的是( ) A.金属在潮湿的空气中腐蚀的实质是： MnH 2O=M(OH)n H2 n2 B.金属的化学腐蚀的实质是 Mne =Mn ，电子直接转移给氧化剂 C.金属的化学腐蚀不一定在酸性条件下进行 D.在潮湿的中性环境中，金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀 1.A【解析】金属的腐蚀不一定是发生
7、化学腐蚀，在潮湿的空气中被腐蚀时，往往是发生电 化学腐蚀，并不一定放出 H2。 【问题探究 2】金属的电化学腐蚀更为普遍，试分析钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀的条件和 电极反应情况。 【教师点拨】电解质溶液的酸性强弱问题，看溶液中的微粒谁先放电。 分析解答： 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或者呈中性 正极反应 2H 2e =H2 2H 2OO 24e =4OH 负极反应 Fe2e =Fe2 2Fe4e =2Fe2 总反应 Fe2H 2O=Fe(OH)2H 2 4Fe(OH)2O 22H 2O= 4Fe(OH)3 2Fe2H 2OO 2=2Fe(OH)2 4Fe(OH)2O 22H 2O= 4Fe(
8、OH)3 【即学即练 2】下图装置中，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 Fe 2 Da 试管中发生了吸氧腐蚀，b 试管中发生了析氢腐蚀 7.B【解析】a 中发生吸氧腐蚀，气体压强减小，b 中发生析氢腐蚀，气体压强增大，所以 红墨水柱两边的液面变为左高右低，故 B 项错。 【问题探究 3】在铁皮上镀上一层锌的目的是什么？快餐杯表面有一层搪瓷，起什么作用？ 为什么工业生产的镁、铝不需要加覆盖层保护？ 【教师点
9、拨】金属防护主要有表面保护、电化学保护及改变金属成分等方法。 分析解答：镀锌的目的主要是将锌覆盖在铁的表面，隔离空气等物质防止铁的腐蚀。快餐 杯表面的搪瓷起到保护铁，防止铁生锈的作用。由于镁、铝两种活泼金属容易被氧化，其 表面形成一层致密的氧化物保护膜，这层氧化膜起到了阻止氧气继续氧化金属的作用，故 镁铝不需要覆盖其他保护层。 【即学即练3】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 3.B【解析】钢管与电源正极连接
10、，作电解池的阳极，被氧化而腐蚀，A 项错；铁在冷浓硝 酸中表面生成一层致密的氧化物保护膜，从而保护内部不被腐蚀，B 项正确，钢管与铜管 堆放一起时，构成原电池，钢管作负极而易被腐蚀，C 项错；钢铁发生析氢腐蚀时，负极 反应：Fe2e =Fe2 ，D 项错。 练案 A 组（课堂反馈 满分 50 分） 一、选择题（每小题 5 分，共 35 分） 1.下列关于钢铁腐蚀的叙述中正确的是( ) A.吸氧腐蚀时正极放出氧气 B.析氢腐蚀时正极放出氢气 C.化学腐蚀速率超过电化学腐蚀速率 D.析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍 1. B【解析】吸氧腐蚀时正极上氧气得到电子被还原，析氢腐蚀时正极放出氢气；化学腐 蚀不如电
11、化学腐蚀速率快，析氢腐蚀不如吸氧腐蚀普遍。 2.下列金属的防护方法不正确的是( ) A对健身器材涂油漆以防止生锈 B对某些工具的“ 机械转动部位”选用刷油漆的方法来防锈 C用牺牲锌块的方法来保护船体 D自行车的钢圈上镀上一层 Cr 防锈 2.B【解析】 “机械转动部位 ”应涂油质防锈，油质既能防水又能防止气体对金属的腐蚀，还 能使转动部位灵活。 3.钢铁生锈过程发生如下反应：2FeO 22H 2O=2Fe(OH)2； 4Fe(OH) 2O 22H 2O= 4Fe(OH)3；2Fe(OH) 3=Fe2O33H 2O。下列说法正确的是( ) A.反应、中电子转移数目相等 B.反应中的氧化剂是氧气和
12、水 C.与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀 D.钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀 3.A【解析】反应氧化剂为 O2，不含 H2O；两种金属形成原电池，加快钢质水管的腐蚀； 钢铁在潮湿空气中易发生电化学腐蚀。 4.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)制的铜锣不易产生铜绿 C.铜、铝电线一般不连接起来作导线 D.生铁比熟铁(几乎是纯铁) 容易生锈 4.A【解析】自行车钢圈外面镀了一层不易发生化学变化的金属，阻止了钢铁与空气的接触， 所以不易生锈，与电化学腐蚀无关。 5.下列关于金属保护方法的说法正确的是( ) A.在铁制品表面涂上
13、搪瓷可以防腐，若搪瓷层破损后仍能起防止生锈的作用 B.镀锌铁制品表面的锌层破损后仍能起到防止铁生锈的作用 C.钢铁制造的暖气管外常涂有一层沥青，这是一种改变金属内部结构的方法 D.轮船外壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阴极的阳极保护法 5.B【解析】搪瓷层破损后不能起防止生锈的作用；锌比铁活泼，锌层破损后，发生电化腐 蚀时，锌作负极，仍能起到防止铁生锈的作用；涂沥青是表面膜保护法，而不是改变了金 属内部结构；轮船外壳装有锌块，是利用了牺牲阳极的阴极保护法。 6.在金属 A 中含有金属 B，发生电化锈蚀时，金属 A 被腐蚀；将金属 A 与金属 C 组成原 电池，则 A 为电池的正极， A
14、、B、C 三种金属还原性的强弱顺序是( ) A.ABC B.CBA C.BCA D.CAB 6.D【解析】金属 A 先被腐蚀，说明 A 更易失电子，故金属性 AB；A 和 C 组成的原电池， C 为负极，说明 C 失电子的能力比 A 强，故金属性 CA，应选 D。 7.把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞试液的表面皿中，如下图所示。最先观察到酚酞 变红现象的区域是( ) A和 B和 C和 D和 7.B【解析】酚酞变红，表明显碱性，判断哪一个电极上先生成 OH ，左端装置属于原电 池；Zn 作负极，O 2 在上得电子生成 OH ；右端装置是电解装置，Fe 是阳极溶解，溶液 中的 H 在阴极Zn 上
15、得电子析出 H2，同时在溶液中生成 OH 。所以和先变红。 二、填空题（共 15 分） 8.(6 分) 市场上出售的 “热敷袋”中的成分主要是铁粉、碳粉、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： (1)“热敷袋”放出的热量来自 _。 (2)碳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_ 。 8.(1)铁粉发生氧化反应放出的热量 (2)碳粉构成原电池的正极，氯化钠溶液起电解质溶液作用，从而形成原电池，加速铁的氧 化 (3)负极：2Fe4e =2Fe2 ，正极：2H 2OO 24e
16、 =4OH ； 总反应：2FeO 22H 2O=2Fe(OH)2； 进一步发生的反应：4Fe(OH) 2O 22H 2O= 4Fe(OH)3, 2Fe(OH)3=Fe2O33H 2O或 2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O(3 n)H 2O 【解析】本题考查的知识点是：原电池电极反应式、化学方程式的书写和化学反应中的能 量变化。 9.(9 分)防止钢铁的腐蚀是世界级难题，每年全世界钢产量的四分之一因腐蚀而损失 (1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为_ _、_。 (2)为降低某水库的铁闸门的被腐蚀速率，可以采用图甲方案，其中焊接在铁闸门上的固体 材料 R 可以采用_。 A铜 B
17、钠 C锌 D石墨 (3)图乙所示方案也可降低铁闸门的被腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的 _极。 8.(1)负极：2Fe4e =2Fe2 正极：O 24e 2H 2O=4OH (2)C (3) 负 【解析】(1)发生吸氧腐蚀时，Fe 为负极：Fe2e =Fe2 而腐蚀；正极上： O24e 2H 2O=4OH 。 (2)铁闸门上连接一块比铁更活泼的金属如锌就可由锌失去电子被腐蚀而把 Fe 保护起来。 (3)属外接电流的阴极保护法，需把被保护的物件( 闸门)与电源的负极相连接。 B 组（课后拓展） 1.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
18、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 1.B【解析】依据原电池原理分析可知： a 中铁钉作负极，发生氧化反应，铜丝作正极发生 O22H 2O4e =4OH 的还原反应，可知 A、C 错误；b 中铁钉作正极，发生 O22H 2O4e =4OH 的还原反应，而铝条发生氧化反应不会冒气泡，D 错误。 2.对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。 (1)以下为铝材表面处理的一种方法： 碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，其原
19、因是 _(用离子方程式表示 )。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向 槽液中加入下列试剂中的_。 aNH 3 bCO 2 cNaOH dHNO 3 以铝材为阳极，在 H2SO4 溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为 _。取少量废电解液，加入 NaHCO3 溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因 是_。 (2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是 _。 (3)利用下图装置，可以模拟铁的电化学防护。 若 X 为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关 K 应置于_ 处。 若 X 为锌，开关 K 置于 M 处，该电化学防护法称为_。 2.(1)2Al2OH 6H 2O=2Al
20、(OH)4 3H 2 b 2Al 3H2O=Al2O36H 6e HCO3 与 H 反应使 H 浓度降低，产生 Al(OH)3 沉淀。 (2)补充溶液中消耗的 Cu2 ，保持溶液中 Cu2 浓度恒定。 (3)牺牲阳极的阴极保护法。 【解析】(1)碱洗时，部分除去了氧化膜的 Al 与 NaOH 溶液反应放出了 H2，若将溶液中 Al(OH)4 转化为 Al(OH)3 沉淀，应向溶液中通入 CO2，加 HNO3，如若过量会造成沉淀部 分溶解。铝作阳极失去电子最终形成 Al2O3，所以阳极电极反应式为： 2Al3H 2O=Al2O36H 6e ，在废电解液中加入 NaHCO3，会使溶液中 H 浓度降
21、低 而生成 Al(OH)3 沉淀。 (2)以 Cu 做阳极，Cu 失电子形成 Cu2 ，使溶液中 Cu2 浓度保持不变。 (3)作为原电池的正极或电解池的阴极的铁被保护，我们把这种方法叫作牺牲阳极的阴极保 护法。 3.某学生在 A、B、C、D 四只小烧瓶中分别放入干燥的细铁丝、浸过食盐水的细铁丝、浸 过清水的细铁丝、食盐水及细铁丝(并使铁丝完全浸没在食盐水中) ，然后装配成如图所示 的四套装置，每隔一段时间测量导管中水面上升的高度，结果如下表(表中所列数据为导管 中水面上升的高度/cm)所示： 时间/小时 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 A 瓶(盛干燥细铁丝 ) 0 0 0
22、 0 0 0 0 B 瓶(盛浸过食盐水的细铁丝) 0 0.4 1.2 3.4 5.6 7.6 9.8 C 瓶(盛浸过清水的细铁丝) 0 0 0 0.3 0.8 2.0 3.5 D 瓶(盛完全浸没在食盐水中的细铁丝) 0 0 0 0 0 0 0 (1)为什么有的导管中水面会上升？ _ _。 (2)上述实验中，铁生锈的速率由大到小的排列顺序为( 填小烧瓶的字母编号)_ _。 (3)影响铁生锈的因素除氧气外，还有 _ _。 (4)日常生活中常见到铁制品生成铁锈，试写出铁制品生成铁锈(Fe 2O3xH2O)的化学方程式 _。 (5)通过以上研究你认为在日常生活中应如何保护铁制品？_ _(至少回答两种方
23、法) 3.(1)氧气消耗后，瓶内气体物质的量减少，导致瓶内压强减小，因此导管中水面上升 (2)BCAD (3)水、电解质(或电解质溶液 ) (4)4Fe3O 2 2xH2O=2Fe2O3xH2O (5)洗净擦干涂油；与较活泼的金属锌用导线连接；将铁制品置于通风干燥处，避免将其置 于潮湿处等 【解析】铁丝在食盐水中会形成原电池，负极反应为 2Fe4e =2Fe2 ；正极反应为 2H2OO 24e =4OH ，由于铁丝腐蚀过程中消耗了 O2，使瓶内气体的物质的量减少， 压强减小，致使导管中水面上升，产生的 Fe2 和 OH 结合成 Fe(OH) 2：Fe 2 2OH =Fe(OH)2，Fe(OH) 2 进一步氧化生成 Fe(OH)3：4Fe(OH) 2O 22H 2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH) 3=Fe2O33H 2O，从而形成铁锈。
