《2021-2022學年高二化學同步精品學案（新人教版選擇性必修1）》第四章化學反應與電能第三節金屬的腐蝕與防護（2）二、金屬的防護：主要從金屬、與金屬接觸的物質及兩者反應的條件等方面來考慮。1．改變金屬材料的組成：在金屬中添加其他（非）金屬制成合金。如不銹鋼、鈦合金等。2．在金屬表面覆蓋保護層：在金屬表面覆蓋致密的保護層，將金屬制品與周圍物質隔開。eq\a\vs0\al(（1）非金屬保護層：油漆、礦物性油脂或搪瓷、塑料等。,（2）金屬保護層：用電鍍等方法在鋼鐵表面鍍上一層金屬。,（3）發藍處理：通過化學方法使鋼鐵部件表面生成一層致密的Fe3O4薄膜。,（4）鈍化處理：利用陽極氧化處理鋁制品的表面，使之形成致密的氧化膜而鈍化。,（5）其它方法：離子注入、表面滲鍍等方式在金屬表面也可以形成穩定的鈍化膜等。)3．電化學保護法金屬在發生電化學腐蝕時，總是作為原電池負極(陽極)的金屬被腐蝕，作為正極(陰極)的金屬不被腐蝕，如果能使被保護的金屬成為陰極，就不易被腐蝕。如鋼鐵的防腐通常采用下列兩種陰極保護法。犧牲陽極法外加電流法示意圖工作原理原電池原理電解池原理電極設計負極：活潑性更強的金屬正極：被保護的金屬陽極：惰性金屬或石墨陰極：被保護的金屬【思考與討論】犧牲陽極法和外加電流法都要采用輔助陽極，將被保護的金屬作為陰極。在這兩種方法中：（1）輔助陽極發生的電極反應類型是否相同?（2）對于用作輔助陽極的金屬的化學性質各有什么要求?【實驗探究】實驗4—4〔資料卡片〕Fe2＋的檢驗Fe2＋與黃色K3[Fe(CN)6]（鐵氰化鉀）溶液反應生成特征藍色沉淀KFe[Fe(CN)6]。（1）犧牲陽極法的實驗探究連接如圖裝置，過一段時間，用膠頭滴管從Fe電極區域取少量溶液于試管中，再向試管中滴入2滴K3[Fe(CN)6]溶液實驗現象電極反應電流表指針偏轉Fe電極有氣泡產生；試管中溶液未生成藍色沉淀。2H＋＋2e－H2↑Zn電極鋅棒溶解變細Zn－2eˉ==Zn2+實驗結論溶液中不含Fe2＋，鐵作正極未被腐蝕（2）兩個培養皿a、b中均放入含有NaCl的瓊脂，并注入5～6滴酚酞和K3[Fe(CN)6]溶液。實驗裝置裹有鋅皮的鐵釘纏有銅絲的鐵釘現象紅色鐵釘周圍變紅銅絲周圍變紅藍色沉淀未見藍色沉淀鐵釘周圍生成藍色沉淀電極反應Zn－2eˉ==Zn2+O2+4eˉ+2H2O==4OHˉFe－2eˉ==Fe2+O2+4eˉ+2H2O==4OHˉ結論Zn被腐蝕，Fe被保護。Fe被腐蝕，Cu被保護。【預習檢驗】1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)（1）若在海輪外殼上附著一些銅塊，則可以減緩海輪外殼的腐蝕（×）（2）鍍鋅鐵和鍍錫鐵在保護層破損后，就失去了對金屬的保護作用（×）（3）生鐵比純鐵容易生銹（√）（4）在鋼鐵表面進行發藍處理，生成氧化鐵薄膜保護金屬（×）（5）陰極還原處理鋁制品生成致密的保護膜屬于電化學保護法（×）（6）外加電流法是把被保護的鋼閘門作為陽極，把惰性電極作為輔助陰極（×）2．我國有多條高壓直流電線路的瓷絕緣子出現鐵帽腐蝕現象，在鐵帽上加鋅環能有效防止鐵帽的腐蝕，防護原理如圖所示。下列說法錯誤的是()A．通電時，鋅環是陽極，發生氧化反應B．通電時，陰極上的電極反應為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．斷電時，鋅環上的電極反應為Zn2＋＋2e－=ZnD．斷電時，仍能防止鐵帽被腐蝕【答案】C〔解析〕鋅環與電源的正極相連，為陽極，A項正確；斷電時，Zn比鐵活潑，作負極，電極反應為Zn－2e－=Zn2＋，C項錯誤。3．如圖是自來水表的常見安裝方式。下列有關說法不正確的是()A．該安裝方式的水表更容易被腐蝕B．發生腐蝕過程中，電子從接頭流向水表C．腐蝕時水表發生的電極反應為2H2O+O2+4e?=4OH?D．腐蝕過程還涉及反應：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3【答案】A〔解析〕構成原電池，腐蝕鐵，保護銅，所以該安裝方式的水表不易被腐蝕，故A不正確；電子由鐵流向銅，即電子從接頭流向水表，故B正確；水表發生了吸氧腐蝕，氧氣在水表的表面得電子，電極反應式為2H2O+O2+4e?=4OH?，故C正確；負極放電產生的Fe2+與正極產生的OH?結合成Fe(OH)2，Fe(OH)2被空氣中的氧氣氧化生成氫氧化鐵，所以腐蝕過程還涉及反應：4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3，故D正確。4．支撐海港碼頭基礎的鋼管樁，常用外加電流法進行防腐，工作原理如圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關表述不正確的是()A．通入保護電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零B．通電后外電路電子被強制從高硅鑄鐵流向鋼管樁C．高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流D．通入的保護電流應該根據環境條件變化進行調整【答案】C〔解析〕題給信息高硅鑄鐵為“惰性輔助陽極”不損耗，C項錯誤。5．“暖寶寶”主要成分有鐵粉、水、食鹽、活性炭、吸水性樹脂等，工作時利用微孔透氧技術反應發熱。下列說法錯誤的是()A．發熱時鐵粉發生了吸氧腐蝕B．食鹽作電解質，活性炭為正極C．工作時，吸水性樹脂可供水D．暖寶寶可以重復使用【答案】D〔解析〕A項，固體混合物組成原電池，發熱時鐵粉失電子，生成亞鐵離子，而正極上，氧氣得電子，與水反應生成氫氧根離子，故放電時發生了吸氧腐蝕，正確；B項，固體混合物組成原電池，發生電化學腐蝕，鐵作負極，食鹽作電解質，活性炭為正極，正確；C項，吸水性樹脂是一種吸水能力特別強的功能高分子材料，可反復釋水、吸水，工作時，吸水性樹脂可供水，正確；D項，鐵發生吸氧腐蝕后，不能再還原為鐵粉，則“暖寶寶”不可以重復使用，錯誤。6．驗證犧牲陽極法，實驗如下（燒杯內均為經過酸化的3%NaCl溶液）。①②③在Fe表面生成藍色沉淀試管內無明顯變化試管內生成藍色沉淀下列說法不正確的是（）A．對比②③，可以判定Zn保護了FeB．對比①②，K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化C．驗證Zn保護Fe時不能用①的方法D．將Zn換成Cu，用①的方法可判斷Fe比Cu活潑【答案】D〔解析〕②中Zn作負極，發生氧化反應生成Zn2＋，Fe作正極被保護，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入鐵氰化鉀溶液，試管內無明顯變化。但③中沒有Zn保護Fe，Fe在酸性環境中發生析氫腐蝕，Fe作負極被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入鐵氰化鉀溶液，生成藍色沉淀，對比②③可知Zn保護了Fe，A項正確；①與②的區別在于：前者是將鐵氰化鉀溶液直接滴入燒杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加鐵氰化鉀溶液，①中出現了藍色沉淀，說明有Fe2＋生成。對比分析可知，可能是鐵氰化鉀氧化Fe生成了Fe2＋，B項正確；通過上述分析可知，驗證Zn保護Fe時不能用①的方法，C項正確；若將Zn換成Cu，鐵氰化鉀仍會將Fe氧化為Fe2＋，在鐵的表面同樣會生成藍色沉淀，所以無法判斷Fe2＋是不是負極產物，即無法判斷Fe與Cu的活潑性，D項錯誤。7．回答下列問題：（1）如圖是實驗室研究海水對鐵閘不同部位腐蝕情況的剖面示意圖。①該電化腐蝕稱為______________。②圖中A、B、C、D四個區域，生成鐵銹最多的是______(填字母)。③以鋅為負極，采用犧牲陽極法防止鐵閘的腐蝕，圖中鋅塊的固定位置最好應在________處(填字母)。（2）某同學進行下列實驗驗證鐵的腐蝕：操作現象取一塊打磨過的生鐵片，在其表面滴一滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食鹽水放置一段時間后，生鐵片上出現如圖所示“斑痕”，其邊緣為紅色，中心區域為藍色，在兩色環交界處出現鐵銹中心區的電極反應式為__________________，邊緣處的電極反應式為____________________，交界處發生的反應為_________________________。（3）利用如圖所示裝置，可以模擬鐵的電化學防護。若X為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，開關K應置于________處。若X為鋅，開關K置于M處，該電化學防護法稱為________________________。【答案】（1）①吸氧腐蝕②B③C（2）Fe－2e－=Fe2＋2H2O＋O2＋4e－=4OH－4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3、2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O（3）N犧牲陽極法〔解析〕（1）①金屬在中性或較弱的酸性條件下發生的是吸氧腐蝕。②發生吸氧腐蝕，越靠近液面接觸到的O2越多，腐蝕得越嚴重。③鋅塊應固定在腐蝕最嚴重的C處形成原電池，鋅作負極，鐵閘作正極，得到保護。（2）Fe作負極，電極反應式為Fe－2e－=Fe2＋，Fe2＋與K3[Fe(CN)6]反應生成藍色的鐵氰化亞鐵沉淀，故中心區域為藍色；邊緣處發生電極反應：2H2O＋O2＋4e－=4OH－，堿能使酚酞變紅，交界處Fe(OH)2被空氣中的O2氧化成Fe(OH)3，最終變為鐵銹(Fe2O3·xH2O)。（3）鐵被保護，可以作原電池的正極或電解池的陰極。故若X為碳棒，開關K應置于N處，Fe作陰極受到保護；若X為鋅，開關K置于M處，鐵作正極，稱為犧牲陽極法。8．銅也是一種日常廣泛應用的金屬。（1）用相關式子表示銅制品在潮濕的空氣中發生吸氧腐蝕生成銅綠的原理。（2）下圖為青銅器在潮濕環境中發生電化學腐蝕的原理示意圖。①腐蝕過程中，負極是________(填圖中字母“a”或“b”或“c”)；②環境中的Cl－擴散到孔口，并與正極反應產物和負極反應產物作用生成多孔粉狀銹Cu2(OH)3Cl，其離子方程式為___________________________________________；③若生成4.29gCu2(OH)3Cl，則理論上耗氧體積為________L(標準狀況)。【答案】（1）銅銹的形成負極：2Cu－4e－=2Cu2＋正極：O2＋2H2O＋4e－=4OH－2Cu＋2H2O＋O2=2Cu(OH)22Cu(OH)2＋CO2=Cu2(OH)2CO3（銅綠）＋H2O（2）①c②2Cu2＋＋3OH－＋Cl－=Cu2(OH)3Cl↓③0.448〔解析〕（2）①負極發生失電子的反應，銅作負極失電子，因此負極為c。負極反應：Cu－2e－=Cu2＋，正極反應：O2＋2H2O＋