2019-2020年蘇教版化學選修4《金屬的腐蝕與防護》word教案.doc

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2019-2020年蘇教版化學選修4《金屬的腐蝕與防護》word教案 問題導入 日常生活中用來做飯的鐵鍋，若用水洗凈后，放置一天的時間就會有紅棕色的銹跡產(chǎn)生，這是為什么呢？如何才能防止鐵鍋出現(xiàn)上述現(xiàn)象呢？ 答案：鐵鍋水洗后放置，發(fā)生了電化學腐蝕，其主要反應為2Fe+O2+2H2O====2Fe（OH）2，4Fe（OH）2+O2+2H2O====4Fe（OH）3，從而生成紅棕色的物質(zhì)。若將洗后的鐵鍋內(nèi)殘余的水除去，就不再出現(xiàn)銹跡了。 基礎知識 一、金屬腐蝕 1.金屬___________與周圍的物質(zhì)發(fā)生___________而遭到破壞，稱為金屬腐蝕（corrosion of metal）。金屬腐蝕可分為___________和___________。銅在高溫下被空氣中的氧氣氧化而變黑，這種腐蝕就是___________腐蝕，化學腐蝕過程中___________電流產(chǎn)生。電化學腐蝕過程涉及到___________原理，腐蝕過程中___________電流產(chǎn)生。 答案:或合金 化學反應 化學腐蝕 電化學腐蝕 化學 無 原電池 有 2.通常狀況下，在___________空氣中，鋼表面會形成一層___________的水膜，它與鋼鐵中的___________和___________組成原電池。在這些原電池中，___________是負極，___________為正極，在兩極發(fā)生氧化、還原反應而導致鋼鐵腐蝕。由于上述電化學腐蝕中吸收___________，因此___________被稱為腐蝕。其中負極反應為：___________；正極反應為_____________________。電池總反應為______________________________，然后Fe（OH）2被氧化成___________，反應方程式為______________________________，失去部分水生成___________，此即鐵銹。 答案:潮濕 溶有O2 碳 鐵 鐵 碳 氧氣 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 Fe2O3nH2O 3.若鋼鐵表面的水膜中酸性___________，此時，正極就會析出___________，發(fā)生___________腐蝕。其正極、負極反應式分別為2H++2e-=H2↑，F(xiàn)e-2e-=Fe2+，隨著H2的析出，水膜pH___________，F(xiàn)e2+與OH-結(jié)合生成___________，進而被O2氧化成___________，最后形成鐵銹。 答案:較強 氫氣 析氫 上升 Fe（OH）2 Fe（OH3） 4.從本質(zhì)上看，金屬的電化學腐蝕和化學腐蝕都是金屬___________電子被___________的過程。在一般情況下，兩種腐蝕同時發(fā)生，只是___________腐蝕比___________腐蝕普遍得多，腐蝕速率也___________。 答案:失去 氧化 電化學 化學 大得多 二、金屬防護 1.金屬的腐蝕通常發(fā)生在金屬___________。因此，給金屬表面加上一層保護層，將___________與___________隔開，可以起到防止金屬腐蝕的作用。保護層可以是油漆、搪瓷、陶瓷、玻璃、瀝青、塑料、橡膠等非金屬材料，也可以是通過___________而加上的___________較強的___________或___________。 答案:表面 金屬 空氣 電鍍 穩(wěn)定性 金屬 非合金 2.根據(jù)電化學腐蝕的原理，要防止金屬發(fā)生電化學腐蝕，關(guān)鍵在于使___________成為原電池的___________，避免它發(fā)生___________而溶解。這種方法被稱為___________________。 答案:金屬 正極 反應 犧牲陽極的陰極保護法 3.可將被保護金屬與外加直流電源的______極相連，讓其成為_________極，而將外加直流電源的極接到一些廢鐵上，使廢鐵成為極。這種防止金屬腐蝕的方法叫做外加電流的________。 答案:負 陰 正 陽 陰極保護法 4.除了用電化學方法防止金屬腐蝕外，也可以采用___________________的方法防止金屬腐蝕。如在金屬中添加其他元素而形成________的合金。 答案:改變金屬組成和結(jié)構(gòu) 耐腐蝕 課堂互動 三點剖析 難點1 金屬腐蝕的本質(zhì) 1.金屬（M）腐蝕的本質(zhì)是金屬與其周圍的物質(zhì)發(fā)生了氧化還原反應，即金屬的反應中失電子被氧化，M-ne-Mn+而被損耗的過程。 2.金屬的化學腐蝕與電化學腐蝕 （1）二者的比較 化學腐蝕 電化學腐蝕 條 件 金屬跟氧化性物質(zhì)直接接觸 不純金屬（合金）跟電解質(zhì)溶液接觸 現(xiàn) 象 無電流產(chǎn)生 有微弱電流產(chǎn)生 本 質(zhì) 金屬被氧化的過程 活潑金屬被氧化的過程 相互關(guān)系 金屬的化學腐蝕與電化學腐蝕同時發(fā)生，后者為主 （2）電化學腐蝕的實質(zhì)（鋼鐵腐蝕為例） 鋼鐵電化學腐蝕示意圖 如上圖所示，鋼鐵與其所含的碳、鋼鐵表面的水膜構(gòu)成了無數(shù)微小的原電池。Fe作負極，發(fā)生電極反應為Fe-2e-Fe2+，F(xiàn)e失去的電子通過鐵轉(zhuǎn)移到C的表面。碳作正極，其表面發(fā)生還原反應，電極反應取決于水膜的酸堿性。當水膜呈弱酸性和中性時，發(fā)生的電極反應為O2+2H2O+4e-4OH-；當水膜呈較強酸性時，發(fā)生的電極反應為2H++2e-H2↑?？傊?，不管哪種腐蝕，被腐蝕金屬始終作原電池的負極，發(fā)生氧化反應被損耗。 （3）電化學腐蝕類型 吸氧腐蝕 析氫腐蝕 條 件 水膜呈弱酸性或中性 水膜呈較強酸性 正極反應 2H2O+O2+4e-4OH- 2H++2e-H2↑ 負極反應 Fe-2e-Fe2+ 總反應 2Fe+O2+2H2O====2Fe（OH）2 — 【例1】 如下圖各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序為（ ） A.②①③④ B.④③①② C.④②①③ D.③②④① 解析：①中Fe放置在海水中，形成了無數(shù)微小原電池，發(fā)生電化學腐蝕。②③④均構(gòu)成了原電池。②中Fe的活潑性強于Sn，F(xiàn)e作負極發(fā)生了電化學腐蝕；③中Zn的活潑性比Fe強，Zn作負極被腐蝕，而Fe被保護；④中Fe的活潑性遠遠強于Cu，所以Fe作負極被腐蝕，并且②中形成的電流弱于④中電流，所以④中Fe比②腐蝕得快，①比②腐蝕得慢。因此Fe被腐蝕由快到慢的順序為④①②③ 答案：C 難點2 鋼鐵生銹 鋼鐵生銹主要是發(fā)生電化學腐蝕（主要是吸氧腐蝕）造成，其主要過程如下： 1.鋼鐵均含有一定量的碳，在潮濕空氣中與其表面的水膜構(gòu)成了原電池。 正極：O2+2H2O+4e-4OH- ① 負極：2Fe-4e-2Fe2+ ② ①+②得原電池反應：2Fe+O2+2H2O====2Fe（OH）2，所以水膜中有Fe（OH）2生成。 2.Fe（OH）2很不穩(wěn)定，在空氣中立即被O2氧化而轉(zhuǎn)化成Fe（OH）3，發(fā)生反應：4Fe（OH）2+O2+2H2O====4Fe（OH）3。Fe（OH）3在水膜中逐漸分解，最后變成了鐵銹（Fe2O3nH2O），所以我們看到的鐵銹均為紅棕色。 【例2】 下列關(guān)于鋼鐵銹蝕的敘述中，錯誤的是（ ） A.酸雨能使鋼鐵更容易發(fā)生電化學腐蝕 B.鋼鐵在潮濕的地窖中較易發(fā)生析氫腐蝕 C.鐵銹的主要成分是Fe2O3nH2O D.鋼鐵銹蝕時，鐵原子失去電子成為Fe3+，而后生成Fe（OH）3，再部分脫水成為氧化鐵的水合物 解析：地窖中CO2含量較高，B正確，A、C均正確。鋼鐵在銹蝕時，鐵原子失電子生成Fe2+，D錯誤。 答案：D 重點 金屬防護方法 1.犧牲陽極的陰極保護法：此法應用原電池原理，讓被保護金屬作為正極，另找一種活動性較強的金屬作為負極。例如在鍋爐內(nèi)壁、船舶外殼裝上若干鋅塊，就可保護鋼鐵設備。 發(fā)生的電極反應： 負極：Zn-2e-Zn2+ 正極：O2+4e-+2H2O4OH- Zn不斷被腐蝕，可定期拆換，而鐵得到保護。 2.外加電流的陰極保護法、此法應用電解原理，讓被保護金屬作陰極，惰性電極作輔助陽極，兩者都存在于海水中，接上直流電源。例如鋼閘門，可用此法防止腐蝕。此法中陽極上放電的粒子是海水中的陰離子，陰極上放電的粒子是海水中的陽離子。 【例3】 下列事實與電化學腐蝕無關(guān)的是（ ） A.埋在潮濕土壤中的鐵管比干燥土壤中的更易被腐蝕 B.為保護海輪的船殼，常在船殼外面鑲上鋅塊 C.在空氣中金屬銀的表面生成一層黑色物質(zhì) D.鍍銀的鐵制品，鍍層破損后，露出的鐵更易被腐蝕 解析：金屬在潮濕土壤中易發(fā)生電化學腐蝕，而干燥空氣中難發(fā)生，A與電化學腐蝕有關(guān)。B中所述船殼是鋼鐵與較活的Zn組成原電池，Zn作負極被腐蝕而Fe被保護，B與電化學腐蝕有關(guān)。鍍銀的鐵器破損后形成“FeAg”原電池，其中Fe作負極被腐蝕。D與電化學腐蝕有關(guān)。正確選項為C。 答案：C 各個擊破 類題演練1 以下現(xiàn)象說明是化學腐蝕的是（ ） A.黃銅（銅鋅合金）制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠 B.生鐵比軟鐵芯（幾乎是純鐵）容易生銹 C.鐵質(zhì)器件附有銅質(zhì)配件，在接觸處易生鐵銹 D.鋁制品擦亮后，幾天后表面又變暗，但不像Fe一樣生銹 解析：黃銅中Zn比Cu活潑，發(fā)生電化學腐蝕，Zn作負極被腐蝕，而銅作正極受到保護。B中生鐵不純，內(nèi)含C等雜質(zhì)，發(fā)生電化學腐蝕，而純鐵由于不能形成原電池而腐蝕得慢。C中Fe與Cu接觸處形成原電池，活潑性較強的鐵作負極被氧化而腐蝕。鋁與O2反應成生致密的氧化膜，使鋁制品受到保護。綜上所述，答案為D。 答案：D 變式訓練1 下列關(guān)于金屬腐蝕的敘述正確的是（ ） A.金屬在潮濕的情況下腐蝕，基實質(zhì)是： 2M+2nH2O====2M（OH）n+nH2↑ B.金屬發(fā)生化學腐蝕的實質(zhì)是：M-ne-====Mn+，金屬失去電子，被氧化 C.金屬的化學腐蝕必須在酸性條件下進行 D.金屬的電化學腐蝕必須在酸性條件下進行 解析：金屬的腐蝕是普遍現(xiàn)象，不僅有析氫腐蝕還有吸氧腐蝕，電化學腐蝕是化學腐蝕的一種。 答案：B 類題演練2 鐵釘與碳棒用導線連接后，浸入到0.01 molL-1的食鹽溶液中，可能發(fā)生的反應是（ ） A.碳棒上放出Cl2 B.碳棒附近產(chǎn)生OH- C.碳棒上放出O2 D.鐵釘被氧化 解析：鐵釘和碳棒用導線連接后浸入食鹽溶液中，剛好滿足構(gòu)成原電池的三個條件，由于食鹽溶液是中性的，因此發(fā)生的反應是鐵的吸氧腐蝕，鐵作負極，發(fā)生氧化反應：2Fe-4e-2Fe2+，碳棒為正極，溶解在溶液中的O2被還原：2H2O+O2+4e-4OH-，正極附近產(chǎn)生OH-，正極附近的溶液呈堿性。 答案：BD 變式訓練2 如圖：水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察：試管內(nèi)液面上升，則溶液呈現(xiàn)___________性，電極反應方程式：負極：___________，正極：___________。若試管內(nèi)液面下降，則溶液呈___________性，發(fā)生___________腐蝕，電極反應方程式，負極：___________，正極：___________________ 解析：該題在原題的基礎上進一步考查了析氫腐蝕、吸氧腐蝕的基本概念。該題的關(guān)鍵是弄清試管內(nèi)液面上升或下降的原因。上升是因為氣體減少，壓強降低，吸收了氧氣，發(fā)生了吸氧腐蝕；下降是因為氣體增多，壓強增大，發(fā)生了析氫腐蝕。 答案：堿 Fe-2e-====Fe2+ O2+2H2O+4e-====4OH- 酸 析氫 Fe-2e-====Fe2+ 2H++2e-====H2↑ 類題演練3 如右圖所示，甲、乙兩試管中各放一枚鐵釘，甲試管中為NH4Cl溶液，乙試管為NaCl溶液。數(shù)天后觀察到的現(xiàn)象是______________，甲中正極反應為______________，乙中正極反應為______________。試管中殘留氣體平均相對分子質(zhì)量的變化為：甲______________，乙______________。 解析：該題在析氫腐蝕與吸氧腐蝕的基礎上，綜合氣壓原理、平均相對分子質(zhì)量概念，增強了題目的綜合性。NH4Cl溶液水解顯酸性，甲試管中發(fā)生析氫腐蝕，生成氫氣，氣壓增高，NaCl溶液呈中性，乙試管中發(fā)生吸氧腐蝕，氧氣被消耗，氣壓降低，所以左側(cè)導管中水柱下降，右側(cè)導管中水柱上升。又由于甲試管中生成了摩爾質(zhì)量小的氫氣，乙試管中消耗了摩爾質(zhì)量大的氧氣，甲、乙兩試管中殘留氣體平均相對分子質(zhì)量都會減小。 答案：左側(cè)導管中水柱下降，右側(cè)導管中水柱上升 2H++2e-====H2↑ 2H2O+O2+4e-====4OH- 變小 變小 變式訓練3 造成鋼鐵腐蝕的主要外界條件是（ ） A.酸、堿 B.酸霧、O2 C.SO2、H2O D.H2O、O2 解析：鋼鐵的腐蝕主要是吸氧腐蝕，是溶有O2的弱酸性或中性介質(zhì)引起的，故應選D。 答案：D 類題演練4 下列操作對鋼鐵不能起保護作用的是（ ） A.鐵制品表面鍍金 B.鐵閘門與直流電源正極相連 C.鐵閘門水下部分鑲上鋅 D.鋼鐵中加入Ni、Cr組成合金 解析：金屬的防護方法有很多。A中的鐵制品與空氣隔絕，受到了保護。B中將Fe與電源正極相連，使其失電子速率加大，加快了腐蝕，不能起到保護作用。C中Fe與Zn組成原電池兩極，F(xiàn)e作正極得到了保護。D中的合金為不銹鋼，具有能抗腐蝕的性能。 答案：B 變式訓練4 下列金屬腐蝕得最慢的是（ ） A.① B.② C.③ D.④ 解析：①中Fe放置在海水中，形成了無數(shù)微小原電池，發(fā)生電化學腐蝕。②③④均構(gòu)成了原電池。②中Fe的活潑性強于Sn，F(xiàn)e作負極發(fā)生了電化學腐蝕。③中Zn作陽極被腐蝕，而Fe被保護。④中Fe的活潑性遠遠強于Cu，所以Fe作負極被腐蝕，并且②中形成的電流弱于④中電流，所以④中Fe比②腐蝕得快，①比②腐蝕得慢。 答案：C 課后集訓 基礎達標 1.下列幾種金屬制品的鍍層損壞后，金屬腐蝕速率最快的是（ ） A.鍍鋁塑料 B.食品罐頭盒（鍍錫） C.白鐵水桶（鍍鋅） D.鍍銀銅質(zhì)獎章 解析：B、C、D選項中的材料在損壞后，均能形成原電池。其中B中Fe作負極，C中Zn作負極，D中Cu作負極，所以B、C中金屬腐蝕加快，其中Fe腐蝕更快。 答案：B 2.下列敘述不正確的是（ ） A.金屬的電化學腐蝕比化學腐蝕更普通 B.鋼鐵在干燥空氣里不易被腐蝕 C.用鋁質(zhì)鉚釘鉚接鐵板，鋁鉚釘易被腐蝕 D.原電池中電子由正極流入負極 解析：金屬易發(fā)生電化學腐蝕，A正確。在干燥空氣中鋼鐵難于形成電化學腐蝕，B正確。鋁質(zhì)鉚釘易與鐵板形成原電池兩極，F(xiàn)e作負極易發(fā)生腐蝕，C不正確。D正確。 答案：C 3.下列敘述不正確的是( ) A.鋅跟稀硫酸反應制取氫氣，加入少量的硫酸銅能加快反應速率 B.鍍層破損后，白鐵（鍍鋅的鐵）比馬口鐵（鍍錫的鐵）更易被腐蝕 C.鋼鐵表面常易被銹蝕生成Fe2O3nH2O D.鋼鐵在發(fā)生析氫腐蝕和吸氧腐蝕時，完全相同的反應是負極反應 解析：鋅與硫酸反應中加入CuSO4后生成Cu與鋅形成原電池，反應加快。A正確。鍍層破損后，白鐵中Fe作正極而馬口鐵中Fe作負極，B不正確。鋼鐵表面生成的鐵銹主要成分為Fe2O3nH2O，C正確，電化學腐蝕中的負極反應為Fe-2e-====Fe2+，D正確。 答案：B 4.鋼鐵發(fā)生電化學腐蝕時，負極上發(fā)生的反應是( ) A.2H2O+2e-====H2↑+2OH- B.O2+2H2O+4e-====4OH- C.Fe-2e-====Fe2+ D.4OH--4e-====2H2O+O2↑ 解析：鋼鐵發(fā)生電化學腐蝕時，負極發(fā)生的反應為Fe-2e-====Fe2+。所以C是正確。 答案：C 5.X、Y、Z、M代表四種金屬元素，金屬X和Z用導線連接放入稀H2SO4中時，X溶解，Z極上有H2放出，若電解Y2+和Z2+共存的溶液時，Y先析出，又知M2+的氧化性強于Y2+。則這四種金屬的活動性由強到弱的順序為( ) A.X＞Z＞Y＞M B.X＞Y＞Z＞M C.M＞Z＞X＞Y D.X＞Z＞M＞Y 解析：金屬X和Z連線放入硫酸中，X作負極，Z作正極，活動性X＞Z，電解Y2+和Z2+共存的溶液中，Z2+氧化性弱于Y2+，活動性Z＞Y；因M2+的氧化性強于Y2+。則活動性Y＞M。綜上所述，四種金屬活動性：X＞Z＞Y＞M。 答案：A 6.把鋅片和鐵片放在盛有含酚酞的稀食鹽水的玻璃器皿中，如下圖。經(jīng)過一段時間后，首先觀察到溶液變紅的區(qū)域是（ ） A.Ⅰ和Ⅲ附近 B.Ⅰ和Ⅳ附近 C.Ⅱ和Ⅲ附近 D.Ⅱ和Ⅳ附近 解析：甲裝置是電解裝置，F(xiàn)e作陽極，反應為Fe-2e-====Fe2+；Zn作陰極，反應為：2H++2e-====H2↑；H+減少后，OH-濃度增大，堿性增強，溶液變紅。乙裝置屬于電化學腐蝕，F(xiàn)e作正極，反應為O2+2H2O+4e-====4OH-，生成了OH-使溶液堿性增強而首先變紅。 答案：B 綜合運用 7.我國銅鑄的牛首、猴首和虎首距今已200多年，現(xiàn)看上去仍然熠熠生輝，下列對其原因的分析，最可能的是（ ） A.它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金 B.環(huán)境污染日益嚴重，它們表面的銅綠被酸雨溶解洗去 C.銅的金屬活動性比氫弱，因此不易被氧化 D.它們是含一定比例金、銀、鋅的銅合金 解析：在200多年前還沒有掌握電鍍技術(shù)，A不正確。銅綠被酸雨沖洗后，表面將失去光澤，B不正確。Cu可與空氣中O2、CO2、H2O發(fā)生反應，生成銅綠而被腐蝕，C也不正確。銅合金中有比Cu活潑的金屬Zn，使Zn被腐蝕而使Cu得到保護。 答案：D 8.如右圖所示，試管中放一鐵釘，溶液為氯化鈉溶液，數(shù)天后觀察到的現(xiàn)象有______________。說明鐵釘發(fā)生了_______________腐蝕，其中正極的電極反應式為__________________，溶液中發(fā)生反應的化學方程式為______________。 解析：鐵釘在NaCl溶液中發(fā)生了吸氧腐蝕，使裝置中O2減少，氣體壓強減小，使a端液面上升，b端液面下降。其中Fe作負極，發(fā)生反應為：Fe-2e-====Fe2+；正極發(fā)生反應為：O2+2H2O+4e-====4OH-。 答案：a端液面上升，b端液面下降，鐵釘表面有紅棕色鐵銹生成 吸氧 O2+2H2O+4e-====4OH- 2Fe+O2+2H2O====2Fe（OH）2，4Fe（OH）2+O2+2H2O====4Fe（OH）3 9.把鋅片和鐵片放在盛有稀釋鹽水和酚酞混合液的U形管中，如右圖所示，最終可在A極觀察到酚酞變紅。問：A是原電池的_____________極，代表金屬_____________；電極方程式分別為正極_____________，負極_____________，原電池反應為_________________。 解析：Fe和Zn連接放入稀NaCl（aq）中，發(fā)生吸氧腐蝕。其中Zn作負極被氧化，反應為：Zn-2e-====Zn2+，正極為Fe，發(fā)生反應為：O2+2H2O+4e-====4OH-，并使電極附近溶液中OH-濃度增大，堿性增強。因此電池反應為：O2+2H2O+2Zn====2Zn（OH）2。 答案：正 Fe O2+2H2O+4e-====4OH- Zn-2e-====Zn2+ 2Zn+O2+2H2O====2Zn（OH）2 拓展探究 10.將潔凈的金屬片A、B、C、D分別放置在浸有鹽溶液的濾紙上面并壓緊（如下圖所示），在每次實驗時，記錄電壓表指針的移動方向和電壓表的讀數(shù)如下： 金屬 電子流動方向 電壓/V A ACu +0.78 B CuB -0.15 C CCu +1.35 D DCu +0.30 已知：構(gòu)成兩電極的金屬，其金屬活動性相差越大，電壓表的讀數(shù)越大。請依據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷： （1）_____________金屬可能是最強的還原劑，_____________金屬一定不能從CuSO4溶液中置換出銅。 （2）若濾紙不用鹽溶液浸潤而改用NaOH溶液浸潤，則在濾紙上能看到藍色沉淀析出的是_____________（填字母）金屬，其對應的原電池的電極反應式是：負極____________，正極：____________。 解析：根據(jù)題中所給信息可知，A、C、D三種金屬還原性均強于Cu，且電壓由大到小分別為C＞A＞D。而B的活潑性弱于Cu，在原電池中Cu作負極，B作正極，電解質(zhì)溶液中有Cu2+生成。因此當把溶液換作NaOH（aq）時，濾紙上有藍色沉淀生成。 答案：（1）C B （2）B Cu-2e-====Cu2+ O2+2H2O+2e-====4OH-