2019-2020年高中化學(xué)專題1化學(xué)反應(yīng)與能量變化第三單元金屬的腐蝕與防護教學(xué)案蘇教版.doc

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2019-2020年高中化學(xué)專題1化學(xué)反應(yīng)與能量變化第三單元金屬的腐蝕與防護教學(xué)案蘇教版 —————————————————————————————————————— [課標(biāo)要求] 1．了解金屬腐蝕及其危害。 2．了解金屬電化學(xué)腐蝕的原因及反應(yīng)原理。 3．了解金屬防護的方法，特別是電化學(xué)防護的方法。 1．金屬腐蝕的本質(zhì)是金屬被氧化為金屬陽離子，分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。 2．鋼鐵的電化學(xué)腐蝕分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕，在中性或弱酸性環(huán)境中主要發(fā)生吸氧腐蝕，在酸性較強環(huán)境中主要發(fā)生析氫腐蝕。 3．鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕的負(fù)極反應(yīng)都是：Fe－2e－===Fe2＋，吸氧腐蝕正極反應(yīng)為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，析氫腐蝕正極反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑。 4．金屬腐蝕由快到慢的順序：電解池的陽極>原電池的負(fù)極>化學(xué)腐蝕> 原電池的正極>電解池的陰極被保護 5．金屬電化學(xué)保護法分為犧牲陽極的陰極保護法和外加電流的陰極保護法。 1．金屬的腐蝕及分類 概念 金屬或合金與周圍環(huán)境中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的現(xiàn)象 本質(zhì) 金屬原子失去電子而被氧化的過程 類型 化學(xué)腐蝕 金屬與其他物質(zhì)直接接觸發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起的腐蝕 電化學(xué)腐蝕 不純的金屬或合金發(fā)生原電池反應(yīng)，使較活潑的金屬失電子被氧化而引起的腐蝕 2.鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 不同點 條件 水膜酸性較強 水膜呈弱酸性或中性 正極反應(yīng) 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 電池反應(yīng) Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 普遍性 吸氧腐蝕更普遍 相同點 負(fù)極反應(yīng) Fe－2e－===Fe2＋ 正極材料 碳 最終產(chǎn)物 鐵銹主要成分為Fe2O3nH2O 鋼鐵腐蝕中發(fā)生的反應(yīng)還有： 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3， 2Fe(OH)3===Fe2O3nH2O＋(3－n)H2O [特別提醒] (1)電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象比化學(xué)腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重得多。 (2)鋼鐵在自然界中的腐蝕主要發(fā)生的是吸氧腐蝕。 [實驗1]　將經(jīng)過酸洗除銹的鐵釘，用飽和食鹽水浸泡一下，放入下圖所示的具支試管中。幾分鐘后，觀察導(dǎo)管中水柱和鐵釘?shù)淖兓?，如圖1。 [實驗2]　向100 mL燒杯中加入約50 mL稀醋酸后，插入兩個玻璃筒(無底)；將一個無銹鐵釘和一個碳棒分別用導(dǎo)線與電流計連接后，再分別插入兩個玻璃筒中，如圖2。 [問題思考] 1．圖1實驗導(dǎo)管中水柱和鐵釘有什么變化？產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是什么？ 提示：導(dǎo)管中的水面上升，鐵釘表面生銹；產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕。電極反應(yīng)，負(fù)極：2Fe－4e－===2Fe2＋，正極：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，由于盛鐵釘?shù)木咧г嚬苤胁粩嘞腛2而使具支試管中壓強減小，從而引起水的倒吸。 2．圖2實驗碳棒表面有什么現(xiàn)象？產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是什么？ 提示：碳棒表面有氣泡產(chǎn)生；原因是發(fā)生了析氫腐蝕，電極反應(yīng)，負(fù)極：Fe－2e－===Fe2＋，正極：2H＋＋2e－===H2↑。 3．化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的相同點和不同點是什么？ 提示：相同點都是造成金屬被氧化腐蝕。不同點是化學(xué)腐蝕是金屬和氧化劑直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)，無電流產(chǎn)生；電化學(xué)腐蝕是發(fā)生原電池反應(yīng)，有電流產(chǎn)生。 金屬化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的比較 化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕(主要) 吸氧腐蝕(主要) 析氫腐蝕 條件 金屬直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 水膜中溶有O2，呈弱酸性或中性 水膜酸性較強 本質(zhì) 金屬被氧化而腐蝕 較活潑金屬被氧化而腐蝕 區(qū)別 無電流產(chǎn)生 有微弱電流產(chǎn)生 反應(yīng)式 2Fe＋3Cl2===2FeCl3 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 最終生成鐵銹(主要成分為Fe2O3xH2O)，反應(yīng)為4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3xH2O＋(3－x)H2O 聯(lián)系 兩種腐蝕往往同時發(fā)生，只是電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍、危害更大 [特別提醒] (1)析氫腐蝕和吸氧腐蝕取決于金屬表面電解質(zhì)溶液的酸堿性，實際情況中以吸氧腐蝕為主。 (2)鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕或吸氧腐蝕時，負(fù)極均是Fe失電子生成Fe2＋，而非Fe3＋。 (3)一般情況下，只有在金屬活動性順序中排在氫之前的金屬才有可能發(fā)生析氫腐蝕。 1.如圖裝置中，小試管內(nèi)為紅墨水，具支試管內(nèi)盛有pH＝5的雨水和生鐵片。觀察到開始時導(dǎo)管內(nèi)液面下降，一段時間后導(dǎo)管內(nèi)液面回升，略高于小試管液面。以下有關(guān)解釋合理的是(　　) A．生鐵片中的碳是原電池的陽極，發(fā)生還原反應(yīng) B．雨水酸性較強，生鐵片僅發(fā)生析氫腐蝕 C．紅墨水回升時，碳極反應(yīng)式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．具支試管中溶液pH逐漸減小 解析：選C　生鐵中的鐵、碳及電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池，鐵是負(fù)極，鐵失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，碳是正極，正極上發(fā)生還原反應(yīng)。開始時，因酸性較強發(fā)生析氫腐蝕，一段時間后導(dǎo)管內(nèi)液面回升且略高于小試管液面，說明具支試管中氣體壓強減小，即此時發(fā)生吸氧腐蝕，反應(yīng)式是2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故溶液的pH增大，A、B、D錯誤；C正確。 2.如圖所示，燒杯中試管內(nèi)有一段鐵絲，放置數(shù)天后觀察： (1)鐵絲在逐漸生銹，則鐵絲的腐蝕屬于________腐蝕(填“化學(xué)”或“電化學(xué)”)。 (2)若試管內(nèi)液面上升，則原溶液呈____性，發(fā)生____________腐蝕，電極反應(yīng)式：負(fù)極：__________________________，正極：________________________________________________________________________。 (3)若試管內(nèi)液面下降，則原溶液呈____性，發(fā)生______腐蝕，電極反應(yīng)式：負(fù)極：________________________________________________________________________； 正極：________________________。 解析：(1)由于鐵絲不純含有碳，則鐵為負(fù)極，碳為正極，又存在電解質(zhì)溶液，所以可形成原電池，因此鐵絲的腐蝕為電化學(xué)腐蝕。(2)試管內(nèi)液面上升，說明此時試管內(nèi)的壓強減小，應(yīng)為試管內(nèi)的氣體被消耗所致，結(jié)合電化學(xué)腐蝕的原理，鐵絲發(fā)生了吸氧腐蝕。(3)試管內(nèi)液面下降，說明此時試管內(nèi)的壓強增大，試管內(nèi)應(yīng)該有氣體產(chǎn)生，結(jié)合電化學(xué)腐蝕的原理，鐵絲發(fā)生了析氫腐蝕。 答案：(1)電化學(xué) (2)弱酸性、中性或堿　吸氧　Fe－2e－===Fe2＋ O2＋4e－＋2H2O===4OH－ (3)較強酸　析氫　Fe－2e－===Fe2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ 防止金屬腐蝕的方法 1．在金屬的表面覆蓋保護層 (1)具體方法：如在鋼鐵表面涂油或油漆、覆蓋塑料、鍍不活潑金屬等。 (2)目的：使鋼鐵與空氣、水隔絕，以達到防止鋼鐵銹蝕的目的。 2．電化學(xué)防護法 (1)犧牲陽極的陰極保護法 ①原理：將被保護金屬與比其更活潑的金屬連接在一起，更活潑的金屬(如鎂、鋅等)作陽極(負(fù)極)不斷被腐蝕，可定期更換，而作為陰極(正極)的金屬就能不被腐蝕而得到保護。 ②應(yīng)用：常用于保護海輪外殼及石油管道等。 (2)外加電流的陰極保護法 ①原理：將被保護的鋼鐵設(shè)備作為陰極，另一附加惰性電極作為陽極，兩者都處在電解質(zhì)溶液(如海水)中，接上外加直流電源。通電后，電子流向被保護的鋼鐵設(shè)備，在鋼鐵表面積累了大量的負(fù)電荷，從而抑制鋼鐵失去電子，阻止鋼鐵被腐蝕。 ②應(yīng)用：用于防止土壤、海水及河水中的金屬設(shè)備的腐蝕。 3．改變金屬組成和結(jié)構(gòu) 如在金屬中添加其他元素形成耐蝕合金等。 1．下列關(guān)于金屬的保護的說法中正確的是(　　) A．在特殊的電解質(zhì)溶液中，以鋁為陽極，可以在鋁表面生成一層致密的氧化膜，相應(yīng)的電極反應(yīng)式為Al－3e－===Al3＋ B．在海輪外殼連接鋅塊保護外殼不受腐蝕是采用了犧牲陽極的陰極保護法 C．生鐵(鐵碳合金)具有很強的耐酸能力 D．可將地下輸油鋼管與外加直流電源的正極相連以保護它不受腐蝕 解析：選B　A中對應(yīng)的電極反應(yīng)式產(chǎn)物應(yīng)該是Al2O3：2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，A項錯誤；在海輪外殼(鋼鐵)連接鋅塊，F(xiàn)e與Zn塊形成原電池，Zn為負(fù)極，從而保護作為正極的Fe，B項正確；生鐵是合金，更易與酸發(fā)生原電池反應(yīng)，C項錯誤；外加電流保護法應(yīng)該與直流電源的負(fù)極相連，D項錯誤。 2．如下圖所示的四個裝置中(燒杯中均盛有海水)，能使鐵受到保護不被腐蝕的是(　　) A．①②　　 　B．②③　　　C．①③　　　D．②④ 解析：選D　從裝置組成分析：②屬外加電流的陰極保護法，④屬犧牲陽極的陰極保護法。 3．如下圖所示，各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序為(　　) A．②①③④⑤⑥ B．⑤④②①③⑥ C．⑤④③①②⑥ D．⑤③②④①⑥ 解析：選B　電解池引起的腐蝕(此時這種金屬作陽極)>原電池引起的腐蝕(此時這種金屬作負(fù)極)>一般金屬的腐蝕>有防護措施的金屬腐蝕。 [方法技巧] 金屬腐蝕快慢的判斷方法 (1)在同一電解質(zhì)溶液中：電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護措施的腐蝕。 (2)同一種金屬在不同介質(zhì)中腐蝕由快到慢的順序為強電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。 (3)無保護措施的金屬腐蝕>有一定保護措施的金屬腐蝕>犧牲陽極的陰極金屬腐蝕>有外接電源的陰極金屬腐蝕。 (4)對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕越快。 [三級訓(xùn)練節(jié)節(jié)過關(guān)]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．下列有關(guān)金屬腐蝕的說法正確的是(　　) ①金屬的腐蝕全部是氧化還原反應(yīng) ②金屬的腐蝕可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，只有電化學(xué)腐蝕才是氧化還原反應(yīng) ③因為二氧化碳普遍存在，所以鋼鐵的電化學(xué)腐蝕以析氫腐蝕為主 ④無論是析氫腐蝕還是吸氧腐蝕，總是金屬被氧化 A．①③　　　　　　　　 　B．②③ C．①④ D．①③④ 解析：選C　金屬腐蝕的實質(zhì)是金屬原子失去電子被氧化的過程，所以金屬總是被氧化，均是氧化還原反應(yīng)；鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生的電化學(xué)腐蝕以吸氧腐蝕為主，因為盡管有二氧化碳存在，電解質(zhì)溶液呈酸性，但其酸性很弱，故難以發(fā)生析氫腐蝕。 2．鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時，正極上發(fā)生的電極反應(yīng)是(　　) A．2H＋＋2e－===H2↑ B．2H2O＋O2＋4e－===4OH－ C．Fe－2e－===Fe2＋ D．Fe－3e－===Fe3＋ 解析：選B　鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時，正極上應(yīng)為氧氣得電子，電極反應(yīng)為2H2O＋O2＋4e－===4OH－。 3．為保護地下銅管不受腐蝕，可使它與(　　) ①直流電源負(fù)極相連?、阢~板相連?、垆\板相連　④直流電源正極相連 A．①③ B．②④ C．①② D．③④ 解析：選A　電化學(xué)保護法包括兩種，一種是被保護金屬與直流電源負(fù)極相連的陰極保護法，另一種是犧牲陽極的陰極保護法，被保護金屬應(yīng)與金屬活潑性更強的金屬相連。 4. 如圖所示，甲、乙兩試管中各放一枚鐵釘，甲試管中為稀鹽酸，乙試管中為NaCl溶液。 (1)數(shù)天后導(dǎo)管中觀察到的現(xiàn)象是 ________________________________________________________________________。 (2)甲中鐵釘?shù)母g主要屬于______(填“吸氧”或“析氫”，下同)腐蝕，正極反應(yīng)為__________。 (3)乙中鐵釘?shù)母g主要屬于________腐蝕，正極反應(yīng)式為____________________，負(fù)極 反應(yīng)式為______________________，鐵銹中鐵的化合價為________。 解析：甲中溶液呈較強酸性，鐵釘發(fā)生析氫腐蝕，放出H2導(dǎo)致甲試管內(nèi)壓強增大；乙中NaCl溶液呈中性，鐵釘發(fā)生吸氧腐蝕，O2被消耗，導(dǎo)致乙試管內(nèi)壓強減小，導(dǎo)管中液面左邊低右邊高；鐵銹中鐵的化合價為＋3價。 答案：(1)導(dǎo)管中液面左邊低右邊高 　(2)析氫　2H＋＋2e－===H2↑　(3)吸氧　2H2O＋O2＋4e－===4OH－ Fe－2e－===Fe2＋?。? 1．下列關(guān)于金屬腐蝕的說法正確的是(　　) A．金屬在潮濕的空氣中腐蝕的實質(zhì)：M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑ B．金屬的化學(xué)腐蝕的實質(zhì)：M－ne－===Mn＋，電子直接轉(zhuǎn)移給還原劑 C．金屬的化學(xué)腐蝕必須在酸性條件下進行 D．在潮濕的中性環(huán)境中金屬的電化學(xué)腐蝕主要是吸氧腐蝕 解析：選D　金屬在潮濕的空氣中發(fā)生的如果是吸氧腐蝕，則不生成氫氣；金屬發(fā)生化學(xué)腐蝕時，電子直接轉(zhuǎn)移給氧化劑；金屬的化學(xué)腐蝕不一定在酸性條件下進行。 2．關(guān)于犧牲陽極的陰極保護法的敘述正確的是(　　) A．正極就是陽極　　　　 　B．負(fù)極就是陰極 C．陽極上發(fā)生氧化反應(yīng) D．正極上發(fā)生氧化反應(yīng) 解析：選C　犧牲陽極的陰極保護法就是原電池的負(fù)極(陽極)的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)被腐蝕，作為正極(陰極)的金屬不被腐蝕。 3．下列舉措不能防止或減緩鋼鐵腐蝕的是(　　) A．在鋼鐵制品表面鍍一層金屬鋅 B．將鋼鐵制品放置在潮濕處 C．在鋼鐵中加入錳、鉻等金屬，以改變鋼鐵結(jié)構(gòu) D．將鋼鐵制品與電源負(fù)極相連 解析：選B　A項，在鋼鐵表面鍍鋅，使內(nèi)部金屬被保護；B項，鋼鐵在潮濕空氣中易發(fā)生吸氧腐蝕；C項，在鋼鐵中加入錳、鉻金屬，制成不銹鋼，能有效防止鋼鐵被腐蝕；D項，電源負(fù)極能為鋼鐵制品輸入電子，防止Fe失電子被腐蝕。 4．下列事實不能用電化學(xué)理論解釋的是(　　) A．輪船水線以下的船殼上裝一定數(shù)量的鋅塊 B．鋁片不用特殊方法保護 C．純鋅與稀硫酸反應(yīng)時，滴入少量硫酸銅溶液后速率加快 D．鍍鋅鐵比鍍錫鐵耐用 解析：選B　A項，在船殼上加鋅塊構(gòu)成ZnFe原電池，鋅作原電池的負(fù)極，從而保護正極鐵不受腐蝕；B項，鋁在空氣中形成氧化膜，可保護鋁，與電化學(xué)理論無關(guān)；C項，由于發(fā)生反應(yīng)Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，生成的銅附在鋅表面構(gòu)成了原電池，從而加快了反應(yīng)的速率；D項，一旦金屬鍍層受損后，分別形成了ZnFe原電池和FeSn原電池，前者Zn被腐蝕從而保護了鐵，而后者Fe首先被腐蝕，所以鍍鋅鐵比鍍錫鐵耐用。 5．用圖示的方法可以保護鋼質(zhì)閘門。下列說法正確的是(　　) A．當(dāng)a、b間用導(dǎo)體連接時，則X應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng) B．當(dāng)a、b間用導(dǎo)體連接時，則X可以是鋅或石墨 C．當(dāng)a、b與外接電源相連時，a應(yīng)連接電源的正極 D．當(dāng)a、b與外接電源相連時，陰極的電極反應(yīng)式：2Cl－－2e－===Cl2↑ 解析：選A　A項，當(dāng)a、b間用導(dǎo)體連接時構(gòu)成原電池，根據(jù)題意，X應(yīng)為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，正確；B項，當(dāng)a、b間用導(dǎo)體連接時，則X可以是鋅，不能選用石墨，錯誤；C項，當(dāng)a、b與外接電源相連時，a應(yīng)連接電源的負(fù)極，錯誤；D項，當(dāng)a、b與外接電源相連時，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，錯誤。 6．下列有關(guān)鋼鐵腐蝕與防護的說法正確的是(　　) A．鋼管與電源正極連接，鋼管可被保護 B．鐵遇冷濃硝酸表面被鈍化，可保護內(nèi)部不被腐蝕 C．鋼管與銅管露天堆放在一起，鋼管不易被腐蝕 D．鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時，負(fù)極反應(yīng)是Fe－3e－===Fe3＋ 解析：選B　鋼管與電源正極連接，鋼管作陽極，被腐蝕，A錯誤；鋼管與銅管露天堆放在一起，可形成原電池，鋼管中鐵作負(fù)極被腐蝕，C錯誤；鐵被腐蝕的負(fù)極反應(yīng)是Fe－2e－===Fe2＋，D錯誤。 7．下列事實中，與電化學(xué)腐蝕無關(guān)的是(　　) A．鍍錫的鐵制品，鍍層部分受損后，露出的鐵表面易被腐蝕 B．為保護海輪的船殼，常在船殼上鑲?cè)脘\塊 C．埋在潮濕土壤里的鐵管比埋在干燥土壤里的鐵管更易被腐蝕 D．盛放濃硫酸廢棄不用的鐵制容器表面變得凸凹不平 解析：選D　A項，鍍錫鐵制品鍍層部分受損后，露出的鐵和錫形成了原電池，鐵作負(fù)極被腐蝕，是電化學(xué)腐蝕原理；B項，船殼鑲嵌鋅塊是利用犧牲陽極的陰極保護法保護船體；C項，潮濕土壤中的鐵管易形成原電池發(fā)生電化學(xué)腐蝕，干燥土壤中的鐵管通常發(fā)生化學(xué)腐蝕；D項，廢棄的鐵制容器表面殘留濃硫酸遇水形成的稀硫酸與金屬鐵發(fā)生反應(yīng)：Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，不屬于電化學(xué)腐蝕。 8．下圖是研究鐵釘腐蝕的裝置圖，下列說法不正確的是(　　) A．鐵釘在兩處的腐蝕速率：aa，正確；B項，a、b中都發(fā)生原電池反應(yīng)，鐵釘中的碳作正極，鐵作負(fù)極，正確；C項，a、b中都發(fā)生原電池反應(yīng)，鐵作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，正確；D項，a中發(fā)生吸氧腐蝕，正極反應(yīng)為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，b中發(fā)生析氫腐蝕，正極反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑，錯誤。 9．鋼鐵很容易生銹而被腐蝕，每年因腐蝕而損失的鋼材占世界鋼鐵年產(chǎn)量的四分之一。 (1)鋼鐵腐蝕主要是吸氧腐蝕，該腐蝕過程中的電極反應(yīng)式為 正極：_____________________________________________________________， 負(fù)極：_____________________________________________________________。 (2)為了降低某水庫鐵閘門被腐蝕的速率，可以采用甲圖所示的方案，其中焊接在閘門上的固體材料R可以采用________。 A．銅　　 　B．鈉　　　C．鋅　　　D．石墨 (3)乙圖所示的方案也可以降低鐵閘門的腐蝕速率，其中鐵閘門應(yīng)該連接在直流電源的________極。 解析：(1)發(fā)生吸氧腐蝕時，負(fù)極上Fe失去電子，正極上O2得到電子。(2)鐵閘門上連接一塊比鐵活潑的金屬如鋅，則鋅失去電子被溶解，而鐵被保護，屬于犧牲陽極的陰極保護法。(3)屬于外加電流的陰極保護法，需把被保護的鐵閘門連接在直流電源的負(fù)極。 答案：(1)O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 2Fe－4e－===2Fe2＋　(2)C　(3)負(fù) 10．下圖所示的是某研究性學(xué)習(xí)小組探究金屬腐蝕條件的實驗裝置圖。試分析實驗并回答下列問題： (1)若起始時甲、乙、丙三套裝置的導(dǎo)管中液面高度相同，過一段時間后液面最高的是______________，鐵粉腐蝕的速率由大到小的排列順序為(用甲、乙、丙填寫)______________________________。 (2)通過甲、乙裝置的對比說明鋼鐵中碳的含量越____(填“高”或“低”)越易腐蝕。 (3)乙裝置中發(fā)生電化學(xué)腐蝕時正極的電極反應(yīng)式為____________________________________________。 (4)針對乙、丙裝置研究的結(jié)果分析，可采用何種防護措施來減緩金屬的腐蝕：________________________________________________________________________ (寫出一點即可)。 解析：Fe粉、C粉、食鹽水構(gòu)成原電池，發(fā)生吸氧腐蝕，故乙中液面最高；甲中Fe粉中的少量碳也能發(fā)生吸氧腐蝕，但由于C的含量少，故不如乙中Fe腐蝕的快，丙中乙醇為非電解質(zhì)，F(xiàn)e粉、炭粉形不成原電池，F(xiàn)e受到保護，故可把鋼鐵放在油脂或有機溶劑中進行保護。 答案：(1)乙　乙>甲>丙　(2)高 (3)2H2O＋O2＋4e－===4OH－ (4)將金屬放在油脂或有機溶劑中 1．在鋼鐵腐蝕過程中，下列六種變化可能發(fā)生的是(　　) ①O2被還原?、诋a(chǎn)生H2?、跢e(OH)3失水形成Fe2O3xH2O　④雜質(zhì)碳被氧化?、蒎儗悠茡p后，鍍鋅鐵板比鍍錫鐵板更耐腐蝕 A．只①② B．只②③④ C．①②③⑤ D．①②③④⑤ 解析：選C　鋼鐵腐蝕分為吸氧腐蝕和析氫腐蝕，腐蝕發(fā)生時雜質(zhì)碳作正極，發(fā)生吸氧腐蝕時O2在正極上被還原，發(fā)生析氫腐蝕時H2在正極上產(chǎn)生，①②正確；鋼鐵腐蝕生成的Fe(OH)3不穩(wěn)定，易失水形成Fe2O3xH2O，③正確；鍍層破損后，由于鋅的活潑性比鐵強，鋅被腐蝕，而鐵被保護；錫的活潑性比鐵弱，鐵被腐蝕，⑤正確。 2．家用鐵鍋用水清洗放置后，出現(xiàn)紅棕色的銹斑，在此過程中不發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)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：選D　鐵鍋發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，鐵作負(fù)極，發(fā)生反應(yīng)：Fe－2e－===Fe2＋，碳作正極，發(fā)生反應(yīng)：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，F(xiàn)e2＋與OH－結(jié)合生成Fe(OH)2，總反應(yīng)為2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2；Fe(OH)2在空氣中被氧化為Fe(OH)3,4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3；但Fe被氧化不能直接生成Fe3＋，則Fe－3e－===Fe3＋不能發(fā)生。 3.鐵生銹是一種常見的自然現(xiàn)象，其主要的化學(xué)反應(yīng)方程式為4Fe＋3O2＋xH2O===2Fe2O3xH2O。如圖為一放在水槽中的鐵架，水位高度如圖。最容易生銹的鐵架橫桿是(　　) A．① B．② C．③ D．④ 解析：選C?、芴帥]有和電解質(zhì)溶液接觸，不能構(gòu)成原電池，銹腐蝕速率較慢；①②③處已與電解質(zhì)溶液接觸，但①②處含O2較少，所以③處腐蝕最快。 4.銅板上鐵鉚釘處的吸氧腐蝕原理如圖所示，下列有關(guān)說法不正確的是(　　) A．正極電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑ B．此過程中還涉及反應(yīng)：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3 C．此過程中銅并不被腐蝕 D．此過程中電子從Fe移向Cu 解析：選A　題圖表示吸氧腐蝕，其中鐵鉚釘為負(fù)極，電極反應(yīng)為2Fe－4e－===2Fe2＋，銅板為正極，電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，當(dāng)形成Fe(OH)2后，還發(fā)生反應(yīng)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，A項錯誤。 5．如圖所示，將緊緊纏繞不同金屬的鐵釘放入培養(yǎng)皿中，再加入含有適量酚酞和NaCl的瓊脂熱溶液，冷卻后形成瓊膠(離子在瓊膠內(nèi)可以移動)，下列敘述正確的是(　　) A．a(chǎn)中鐵釘附近呈現(xiàn)紅色 B．b中鐵釘上發(fā)生還原反應(yīng) C．a(chǎn)中銅絲上發(fā)生氧化反應(yīng) D．b中鋁條附近有氣泡產(chǎn)生 解析：選B　a中鐵比銅活潑，鐵作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，銅作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式分別為負(fù)極：2Fe－4e－===2Fe2＋，正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，因此A、C不正確；b中鋁比鐵活潑，鋁作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，鐵作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式分別為負(fù)極：4Al－12e－===4Al3＋，正極：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－，因此B正確，D不正確。 6．一定條件下，某含碳鋼腐蝕情況與溶液pH的關(guān)系如下表。 pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14 腐蝕快慢 較快 慢 較快 主要產(chǎn)物 Fe2＋ Fe3O4 Fe2O3 FeO 下列說法錯誤的是(　　) A．當(dāng)pH<4時，碳鋼主要發(fā)生析氫腐蝕 B．當(dāng)pH>6時，碳鋼主要發(fā)生吸氧腐蝕 C．當(dāng)pH>14時，正極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－===2H2O D．將堿性溶液煮沸除去氧氣后，碳鋼腐蝕的速率會減緩 解析：選C　當(dāng)pH<4時，酸性較強，碳鋼主要發(fā)生析氫腐蝕，A正確；當(dāng)pH>6時，是弱酸性和堿性，碳鋼主要發(fā)生吸氧腐蝕，B正確；當(dāng)pH>14時，正極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C項錯誤；將堿性溶液煮沸除去氧氣后，可以減少吸氧腐蝕，故可以使碳鋼腐蝕的速率減緩，D正確。 7．用壓強傳感器探究生鐵在pH＝2和pH＝4醋酸溶液中發(fā)生腐蝕的裝置及得到的圖像如下： 分析圖像，以下結(jié)論錯誤的是(　　) A．析氫腐蝕和吸氧腐蝕的速率一樣快 B．在酸性溶液中生鐵可能發(fā)生吸氧腐蝕 C．溶液pH≤2時，生鐵發(fā)生析氫腐蝕 D．兩溶液中負(fù)極反應(yīng)均為Fe－2e－===Fe2＋ 解析：選A　根據(jù)壓強與時間關(guān)系圖可知，pH＝2的溶液和pH＝4的溶液中，變化相同的壓強時所用時間不同，前者比后者使用時間長，這說明吸氧腐蝕速率大于析氫腐蝕速率，錯誤；B項，pH＝4的醋酸溶液中壓強隨著反應(yīng)的進行而逐漸減小，說明發(fā)生吸氧腐蝕，因pH＝4的醋酸溶液呈酸性，所以在酸性溶液中生鐵也可能發(fā)生吸氧腐蝕，正確；C項，根據(jù)pH＝2的溶液中壓強與時間的關(guān)系知，壓強隨著反應(yīng)的進行而逐漸增大，說明發(fā)生的析氫腐蝕，即在溶液pH≤2時，生鐵發(fā)生析氫腐蝕，正確；D項，根據(jù)以上分析可知兩個溶液中都發(fā)生電化學(xué)腐蝕，鐵均作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋，正確。 8．甲、乙兩位同學(xué)對鐵生銹進行研究。 (1)甲同學(xué)設(shè)計了A、B、C一組實驗(如圖)，探究鐵生銹的條件。經(jīng)過較長時間后，甲同學(xué)觀察到的現(xiàn)象是：A中鐵釘生銹；B中鐵釘不生銹；C中鐵釘不生銹。 ①通過上述實驗現(xiàn)象分析，可得出鐵生銹的外部條件是__________________________。 ②由于與金屬接觸的介質(zhì)不同，金屬腐蝕分成不同類型，本實驗中鐵生銹屬于________________________________________________________________________， 正極電極反應(yīng)式為____________________________________________________。 ③實驗B所用的水要經(jīng)過________處理；植物油的作用是________________________。 ④實驗C中堿石灰的作用是__________________。 (2)乙同學(xué)為了達到同樣目的，設(shè)計了實驗D(如圖)，發(fā)現(xiàn)一段時間后，試管中的液面升高，其原因是__________________________，該實驗________(填“能”或“不能”)說明水對鐵釘生銹產(chǎn)生影響。 解析：鐵內(nèi)部一般含有碳，是鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時的兩個電極，如果再有電解質(zhì)溶液和氧氣即可發(fā)生腐蝕；A中的鐵釘發(fā)生的是吸氧腐蝕，所以電極上反應(yīng)的物質(zhì)是氧氣得到電子；水中往往溶有一定量的氧氣，所以作實驗前要先將水煮沸。 答案：(1)①有水(或電解質(zhì)溶液)和氧氣(或空氣) ②吸氧腐蝕　O2＋4e－＋2H2O===4OH－ ③煮沸(或“除去氧氣”) 　隔絕空氣(或“防止氧氣與鐵接觸”) ?、芪账魵?或“干燥”“保持試管內(nèi)干燥環(huán)境”) (2)鐵的腐蝕要吸收氧氣(或“氧氣參與反應(yīng)”“消耗了氧氣”)使氣體體積減少　 不能 9．鋼鐵工業(yè)是國家工業(yè)的基礎(chǔ)。請回答下列鋼鐵腐蝕、防護過程中涉及的有關(guān)問題： (1)生產(chǎn)中可用稀鹽酸來除鐵銹?，F(xiàn)將一生銹的鐵片放入稀鹽酸中，當(dāng)鐵銹被除盡后，溶液中發(fā)生的化合反應(yīng)的化學(xué)方程式是_________________________________________。 (2)下列哪個裝置可防止鐵棒被腐蝕_________________________________________。 (3)在實際生產(chǎn)中，可在鐵件的表面鍍銅防止鐵被腐蝕，裝置示意圖如右圖所示。 ①A電極對應(yīng)的金屬是________(填元素名稱)，B電極的電極反應(yīng)是________________________________。 ②若電鍍前A、B兩金屬片質(zhì)量相同，電鍍完成后將它們?nèi)〕鱿磧?、烘干、稱量，二者質(zhì)量差為5.12 g，則電鍍時電路中通過的電子為________ mol。 ③鍍層破損后，鍍銅鐵比鍍鋅鐵更易被腐蝕，簡要說明原因________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)鐵銹的主要成分為Fe2O3nH2O，其與HCl反應(yīng)生成Fe3＋，F(xiàn)e3＋具有強氧化性，能夠氧化鐵單質(zhì)：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。(2)根據(jù)原電池的工作原理和電 解原理可知，A項鐵作負(fù)極，加速了鐵的腐蝕；B項鐵作正極，被保護；C項為鐵的自然腐蝕；D項鐵作陰極，被保護。(3)①鐵件的表面鍍銅時，陽極材料應(yīng)選精銅。②陽極銅溶解，陰極析出銅，故在陰極析出銅的質(zhì)量為＝2.56 g，根據(jù)Cu2＋＋2e－===Cu可知，轉(zhuǎn)移電子0.08 mol。③鍍銅鐵鍍層破損后，銅、鐵在潮濕環(huán)境中構(gòu)成原電池，鐵作負(fù)極，鐵加速腐蝕；而鍍鋅鐵鍍層破損后，鐵、鋅在潮濕環(huán)境中構(gòu)成原電池，鐵作正極鐵被保護。 答案：(1)2FeCl3＋Fe===3FeCl2　(2)BD　(3)①銅　Cu2＋＋2e－===Cu?、?.08?、坭F比銅活潑，鍍銅鐵鍍層破損后，在潮濕環(huán)境中形成原電池，鐵作負(fù)極，加速鐵的腐蝕(其他合理答案也可)