第四單元 金屬 鋼鐵的銹蝕與防腐典題精講例1全世界每年因生銹損失的鋼鐵，約占世界年產(chǎn)量的1/4。某學(xué)生想弄清楚鐵生銹是否必須同時(shí)有空氣和水，他將干凈的鐵釘放入A、B、C 三支試管中，進(jìn)行研究。（1）在右圖的每支試管中畫出并標(biāo)明所需的物質(zhì)和用品。（2）一周后，編號(hào)為_的試管中鐵釘最易生銹。（3）比較吐魯番盆地和海南島兩地，鐵生銹相對(duì)較慢的地區(qū)是_，理由是_。思路解析：探究鐵生銹的條件應(yīng)根據(jù)控制變量的思想，使三支試管中的鐵釘處于三種不同的環(huán)境中：只與水接觸，只與空氣接觸，同時(shí)與空氣和水接觸。不同地區(qū)氧氣含量的區(qū)別很小，影響生銹的因素主要是空氣中水分的含量。答案：（1） （2）B （3）吐魯番盆地 氣候干燥綠色通道：鐵生銹的條件是鐵與水、空氣中的氧氣共同作用的結(jié)果。要通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)這一結(jié)論，必須掌握控制變量的方法，通過整合歸納設(shè)計(jì)出三個(gè)條件不同的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。變式訓(xùn)練 1 鋼鐵是人類生活和生產(chǎn)中非常重要的材料，但全世界每年都有約四分之一的鋼鐵因生銹損失。某化學(xué)課外小組對(duì)鋼鐵制品銹蝕的條件進(jìn)行了如下探究，設(shè)計(jì)了如右圖所示的實(shí)驗(yàn)，據(jù)此完成下列有關(guān)問題：（1）一周后觀察到編號(hào)為_的試管中的鐵釘銹蝕嚴(yán)重。（2）常溫下，鐵銹蝕是鐵跟_和_等物質(zhì)相互作用的結(jié)果。思路解析：本題考查鋼鐵生銹的條件，圖C中鐵釘既和水接觸著，也和空氣接觸著，所以C試管中的鐵釘銹蝕嚴(yán)重。答案：（1）C （2）水 空氣中的氧氣變式訓(xùn)練2 如圖所示，在一燒杯中放有一根鐵釘，使其一半在液面以上，一半在液面以下，然后置于空氣中，則鐵釘最容易生銹的部位是（ ）A.a處 B.b處 C.c處 D.無法判斷思路解析：鐵釘?shù)腷處既和水接觸著，也和空氣接觸著，所以鐵釘b處最容易生銹。答案：B例2（經(jīng)典回放）在下列環(huán)境中，埋在地下的鑄鐵輸氣（液）管道被腐蝕的速度最慢的是（ ）A含較多沙粒，潮濕透氣的土中 B沼澤地中C河流附近的鹽堿地中 D干燥、有黏性、透氣性差的土中思路解析：使鐵制品隔絕空氣和水可以減緩鐵制品的生銹。D選項(xiàng)是干燥、透氣性差的環(huán)境，缺水、缺空氣的環(huán)境腐蝕速度最慢。答案：D綠色通道：減緩鋼鐵銹蝕的基本方法是：破壞鐵制品銹蝕的條件，使鐵制品隔絕空氣或者水；改變鐵制品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。變式訓(xùn)練 下列做法能防止鐵制品生銹的是（ ）A.自行車臟了用水沖洗 B.用廢酸液沖洗鐵制污水管道C.在鐵制籃球架上刷一層油漆 D.切完咸菜后，盡快將菜刀洗凈擦干思路解析：A選項(xiàng)中自行車用水沖洗后變得潮濕更容易生銹；B選項(xiàng)中廢酸和鐵的水管發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。CD選項(xiàng)是正確的，分別是刷漆防銹和保持鐵制品的干燥防銹。答案：CD例3家庭生活中下列做法不能防止菜刀生銹的是（ ）A菜刀使用完后，用水洗凈，并擦干 B久置不用時(shí)在菜刀表面涂一層食用油C把菜刀存放在潮濕的地方 D用不銹鋼菜刀取代普通菜刀思路解析：防銹的辦法有：在鐵制品表面形成保護(hù)膜；保持鐵制品表面干燥；改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)，制造不銹鋼。A、B、D都能防銹。答案：C綠色通道：鐵制品防銹可以通過改變鐵生銹的環(huán)境條件和生成物的狀態(tài)來進(jìn)行。變式訓(xùn)練 (2020山東濟(jì)寧中考，3) 日常生活中的一些鐵制品經(jīng)常會(huì)被銹蝕。下列做法中不能起防銹作用的是（ ）在鐵制品表面鍍鋅 在鐵制品表面涂油脂 保留鐵件表面的鐵銹作保護(hù)層 在鐵器表面刷油漆 自行車臟了用清水沖洗 用廢酸液沖洗鐵制污水管道 切完咸菜后，盡快將菜刀洗凈擦干A. B. C. D.思路解析：鐵制品表面鍍鋅，鋅會(huì)生成致密的氧化物膜起到防銹作用；隔絕了氧氣和水起到防銹作用；鐵銹易吸潮，會(huì)加速生銹；刷油漆可以起到防銹作用；自行車用水沖洗后變得潮濕更容易生銹；廢酸和鐵的水管發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；洗凈擦干隔絕了水可以起到防銹作用。答案：B例4實(shí)驗(yàn)裝置如右圖所示:在三個(gè)一頭塞有軟木塞的玻璃管底部各插入5 g光亮干燥的鐵絲。 玻璃管用排空氣法收集H2，用玻璃片蓋住玻璃管，小心倒置在水槽中，抽去玻璃片，將水面高度做一記號(hào)。玻璃管用水浸濕鐵絲。玻璃管用飽和食鹽水浸濕鐵絲，然后倒置在水槽中。將玻璃管和內(nèi)水面調(diào)至同一刻度。過幾天后再觀察，觀察到的現(xiàn)象分別為:玻璃管_。玻璃管_。玻璃管_。思路解析：玻璃管內(nèi)缺氧氣，而不生銹，玻璃管滿足了鐵生銹的條件，內(nèi)的鐵均生銹，生銹程度嚴(yán)重。鐵生銹時(shí)消耗了玻璃管內(nèi)的氧氣，使玻璃管內(nèi)氣壓減小，所以水沿玻璃管上升，形成一段水柱，生銹較多消耗的氧氣也就多，中水柱的高度最高。答案：無明顯變化 鐵生銹且玻璃管內(nèi)形成一段水柱 鐵生銹嚴(yán)重，玻璃管內(nèi)形成的水柱最高綠色通道：鐵在潮濕的空氣中，能與水、氧氣發(fā)生復(fù)雜的緩慢氧化反應(yīng)，使鐵變?yōu)殍F銹;鐵與水、氧氣接觸，若有食鹽等存在的情況下，鐵生銹的速率會(huì)更快。變式訓(xùn)練 小明同學(xué)發(fā)現(xiàn)自行車淋雨后容易銹蝕，于是他以”鐵生銹的條件”為題進(jìn)行了研究。他將一段光亮無銹的細(xì)鐵絲繞成螺旋狀，放入一支潔凈干燥的試管底部，把試管倒放在一個(gè)盛有水的燒杯里（如圖）。數(shù)天后，他觀察到鐵絲的表面生成了一層紅褐色的鐵銹，且試管內(nèi)水面上升。（1）請(qǐng)你幫助小明分析鐵生銹的條件是_接觸相互作用的結(jié)果。（2）你認(rèn)為防止自行車生銹的方法是_。（3）鐵銹的主要成分是Fe2O3。在電鍍或焊接金屬制品前，常用稀鹽酸來清除表面的鐵銹，其原理是（用化學(xué)方程式表示）_。思路解析：水面上升是因?yàn)樵嚬軆?nèi)的氧氣和鐵發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)而減少的原因，鐵生銹的條件是Fe與O2、水接觸相互作用的結(jié)果。防銹的方法有很多種，針對(duì)自行車的防銹可以采用的方法是保持自行車干燥，不被雨淋。Fe2O3和鹽酸反應(yīng)時(shí)生成的是+3價(jià)的FeCl3而不是+2價(jià)的FeCl2。答案：（1）Fe與O2、水 （2）保持自行車干燥，不被雨淋 （3）Fe2O3+6HCl=FeCl3+3H2O例5（經(jīng)典回放）下列關(guān)于金屬資源的說法中，不正確的是（ ）A.自然界中除少數(shù)不活潑的金屬如金、銀等以單質(zhì)形式存在外，其余都以化合物形式存在B.自然界中的金屬資源是取之不盡的C.防止金屬銹蝕、回收利用廢舊金屬可以保護(hù)金屬資源和環(huán)境D.合理開發(fā)礦物、尋找金屬代用品都是保護(hù)金屬資源的有效途徑思路解析：礦物的儲(chǔ)量有限，而且不能再生。故B項(xiàng)錯(cuò)誤。廢舊電池中含有汞等重金屬，如果將廢舊電池隨意丟棄，汞等重金屬滲出會(huì)造成地下水和土壤的污染。如果將汞等重金屬回收利用，不僅可以節(jié)約金屬資源，而且還可以減少對(duì)環(huán)境的污染，故C項(xiàng)正確。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新材料層出不窮，如用塑料來代替鋼等，可以減少金屬的使用，故D項(xiàng)正確。答案：B綠色通道：保護(hù)金屬資源的有效途徑是依據(jù)金屬活動(dòng)順序表，依據(jù)金屬的活潑性不同，采取合適的保護(hù)措施。變式訓(xùn)練 礦物的儲(chǔ)量是有限的，而且不能再生，這也就意味著金屬資源是有限的。那么怎樣才能有效地保護(hù)金屬資源?思路解析：有效地保護(hù)金屬資源可以從兩個(gè)方面來回答：一是防止金屬因銹蝕等原因造成的流失浪費(fèi)；二是積極尋找開發(fā)金屬材料的替代品。答案：人類每年要向自然界索取大量的金屬礦物資源，以提取數(shù)以億噸計(jì)的金屬，其中20%40%的金屬被腐蝕而報(bào)廢。若長此以往，將發(fā)生金屬資源的危機(jī)。保護(hù)金屬資源的有效途徑是防止金屬腐蝕，回收利用廢舊金屬，合理有效地開采礦物，以及尋找金屬的代用品等。問題探究問題 鐵生銹需要消耗氧氣嗎？但是鐵生銹僅僅只和氧氣有關(guān)嗎？于是某化學(xué)學(xué)習(xí)小組根據(jù)日常生活經(jīng)驗(yàn)和以上事件的背景進(jìn)行猜想探究。 這是研究性學(xué)習(xí)的成功范例，以問題情景為探究課題，實(shí)驗(yàn)探究、合作交流。充分體現(xiàn)新課標(biāo)理念。采用控制變量法，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，從而得出正確的結(jié)論。聯(lián)想生活中所遇到的問題：在潮濕地方的鐵器比干燥地方的鐵器更容易生銹，是因?yàn)樵诔睗竦胤降蔫F器比干燥地方的鐵器更容易與水接觸；而涂了油漆的鐵制品不容易生銹則是因?yàn)橛推崞鸬搅烁艚^空氣中和水的作用。而如果要減少鐵的生銹，則可以從實(shí)驗(yàn)的結(jié)論出發(fā)，任意切斷生銹條件中的一個(gè)便可。如把鐵上面涂上油漆，便切斷了鐵和空氣的接觸。而把一些鐵制品如菜刀等用完后擦干并放在干燥的地方，則可以切斷鐵和水的接觸，從而防止鐵制品生銹。還可以猜想海南島的鐵應(yīng)該比吐魯番的鐵更容易生銹，而事實(shí)的確如此。探究：猜想：鐵制品生銹可能和水、空氣及其他因素有關(guān)。為了證明他們的猜想，他們便設(shè)計(jì)了一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)對(duì)鐵生銹的條件進(jìn)行探究。由于條件有限，他們無法使用專業(yè)的化學(xué)用品，所以他們自己動(dòng)手，利用了日常生活中容易找到的器材作為替代品。實(shí)驗(yàn)器材及藥品：汽水瓶4個(gè)，酒瓶塞2個(gè)，電吹風(fēng)1個(gè)、純凈水、食鹽。實(shí)驗(yàn)探究： （1）將4個(gè)汽水瓶分別編號(hào)為A、B、C、D。（2）用電吹風(fēng)將A瓶內(nèi)吹干后迅速放入一枚鐵釘，并立即用酒瓶塞將瓶口塞住。將蠟燭融化后封住瓶口的縫隙，使其與外部的空氣無法接觸。（3）在B瓶內(nèi)裝入一滿瓶煮沸后的純凈水，使純凈水將鐵釘完全浸沒。再用酒瓶塞將瓶口塞住，并用相同的方法用蠟燭將瓶口的縫隙封住。（4）在C瓶內(nèi)裝入少量純凈水，使鐵釘一部分在水里，另一部分裸露在空氣中，但不封口，使其與外部空氣接觸。 （5）在D瓶中加入少量的純凈水并加入少量食鹽，將鐵釘一部分浸泡在鹽水中，而另一部分裸露在空氣中，也不封口，使其與外部空氣接觸。（6）將4個(gè)試驗(yàn)瓶放在家中觀察一周（每天觀察一次）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：A、B瓶不生銹，說明只有水或者只有氧氣，鐵都不生銹；C瓶既有水也有氧氣，但沒有鹽，而鐵生銹，說明鐵生銹的必要條件只是水和氧氣；對(duì)比D瓶，鐵生銹的速度比C瓶快，說明鹽在鐵生銹的過程中起到加速生銹的作用。得出結(jié)論： （1）鐵生銹的必要條件是氧氣、水同時(shí)存在。 （2）在有鹽的情況下，生銹的程度會(huì)加深、速度會(huì)加快。