新教材2023年高中化學(xué)第四章化學(xué)反應(yīng)與電能第三節(jié)金屬的腐蝕與防護(hù)課件新人教版選擇性必修1

第三節(jié)金屬的腐蝕與防護(hù)目標(biāo)素養(yǎng)1.知道金屬腐蝕的危害,能利用電化學(xué)原理解釋金屬腐蝕的現(xiàn)象。2.能根據(jù)電化學(xué)原理選擇并設(shè)計防止金屬腐蝕的措施。知識概覽一、金屬的腐蝕1.金屬的腐蝕是金屬或合金與周圍的氣體或液體發(fā)生

氧化還原

反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。

2.金屬腐蝕的實質(zhì)是金屬原子

失去

電子變?yōu)榻饘訇栯x子,金屬發(fā)生

氧化

反應(yīng)。

3.金屬腐蝕的類型。(1)化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕。類型化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件金屬與其表面接觸到的物質(zhì)①

直接

反應(yīng)

不純金屬與電解質(zhì)溶液接觸,發(fā)生②

原電池

反應(yīng)

本質(zhì)金屬發(fā)生③

氧化

反應(yīng),腐蝕速率隨溫度升高而④

增大

比較活潑的金屬發(fā)生⑤

氧化

反應(yīng)

聯(lián)系兩者往往同時發(fā)生,但絕大多數(shù)屬于⑥

電化學(xué)

腐蝕

(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕(以鋼鐵腐蝕為例)。

類型析氫腐蝕吸氧腐蝕條件①水膜酸性較強

②

水膜酸性很弱或呈中性,溶有一定量的氧氣

電極反應(yīng)負(fù)極③

Fe-2e-====Fe2+

正極④

2H++2e-====H2↑

⑤2H2O+O2+4e-====4OH-

總反應(yīng)式⑥

Fe+2H+====Fe2++H2↑

⑦

2Fe+2H2O+O2====2Fe(OH)2

類型析氫腐蝕吸氧腐蝕圖形描述

微判斷

(1)細(xì)銅絲在氯氣中燃燒屬于化學(xué)腐蝕。(

)(2)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中被腐蝕均生成氧化物。(

)(3)鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時,負(fù)極鐵失去電子生成Fe3+。(

)(4)金屬的電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕本質(zhì)相同,都是金屬原子失電子被氧化。(

)√××√二、金屬的防護(hù)1.改變金屬材料的組成。如在普通鋼中加入鉻、鎳等制成

不銹鋼

產(chǎn)品,以增強鋼鐵的抗腐蝕性能。

2.在金屬表面覆蓋保護(hù)層。例如,在鋼鐵制品的表面噴涂

油漆

、礦物性油脂或覆蓋

搪瓷

、塑料等;用電鍍等方法在鋼鐵表面鍍上一層鋅、錫、鉻、鎳等金屬;用化學(xué)方法在鋼鐵部件表面進(jìn)行

發(fā)藍(lán)

處理(生成一層致密的四氧化三鐵薄膜);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;等等。另外,采用離子注入、表面滲鍍等方式在金屬表面也可以形成穩(wěn)定的

鈍化膜

。

3.電化學(xué)保護(hù)法。(1)犧牲陽極法。如圖1,應(yīng)用

原電池

原理,讓活動性比鐵強的金屬鋅作

負(fù)

極,鋼鐵設(shè)備作

正

極而被保護(hù)。

圖1(2)外加電流法。如圖2,應(yīng)用

電解

原理,把被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備作為

陰

極,用惰性電極作為輔助

陽

極,兩者均放在電解質(zhì)溶液里,外接

直流電源

。

圖2微思考

家用炒菜鐵鍋用水清洗放置后,出現(xiàn)的紅棕色銹斑是如何形成的,其主要成分是什么?提示:鐵鍋中含有碳元素,在潮濕環(huán)境中生銹屬于吸氧腐蝕,在腐蝕過程中,負(fù)極:Fe-2e-══Fe2+,正極(C):2H2O+O2+4e-══4OH-,總反應(yīng)為2Fe+2H2O+O2══2Fe(OH)2,Fe(OH)2極易被氧化,發(fā)生反應(yīng)4Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3。Fe(OH)3進(jìn)一步反應(yīng)生成鐵銹Fe2O3·xH2O。微訓(xùn)練1.下列敘述正確的是(

)。A.原電池中陽離子向負(fù)極移動B.用鋁制鉚釘接鐵板,鐵易被腐蝕C.馬口鐵(鍍錫)的表面一旦破損,鐵腐蝕加快D.白鐵(鍍鋅)的表面一旦破損,鐵腐蝕加快答案:C解析:A中原電池工作時陽離子向正極移動,錯誤;B中鋁制鉚釘接鐵板形成原電池,鋁作為負(fù)極,鐵作為正極不容易被腐蝕,錯誤;C中馬口鐵(鍍錫)的表面一旦破損,鐵作為負(fù)極,加快腐蝕,正確;D中白鐵(鍍鋅)的表面一旦破損,鐵作為正極,受到保護(hù),錯誤。2.下列防止鋼鐵銹蝕的措施中,不合理的是(

)。A.車輪的鋼圈表面鍍鎳B.在地下鋼鐵管道上連接銅塊C.改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)制成不銹鋼D.金屬材料表面包上一層塑料層答案:B解析:鐵比銅活潑,在地下鋼鐵管道上連接銅塊會加速鐵的腐蝕,B項錯誤。3.如圖所示,水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘,放置數(shù)天觀察:

(1)鐵釘在逐漸生銹。(2)若試管內(nèi)液面上升,發(fā)生

腐蝕,電極反應(yīng):負(fù)極

,正極

。

(3)若試管內(nèi)液面下降,則原溶液呈較強的

性,發(fā)生的正極反應(yīng)為

。

答案:(2)吸氧Fe-2e-══Fe2+

O2+2H2O+4e-══4OH-(3)酸

2H++2e-══H2↑

解析:由題意可知,(2)試管內(nèi)液面上升,說明試管內(nèi)壓強減小,發(fā)生吸氧腐蝕。(3)試管內(nèi)液面下降,說明試管內(nèi)氣壓增大,即發(fā)生析氫腐蝕。一、金屬的化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的比較(以鐵為例)重難歸納

比較項目化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕(主要)定義金屬與其表面接觸的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的腐蝕不純金屬與電解質(zhì)溶液接觸時發(fā)生的原電池反應(yīng),較活潑金屬原子失去電子被氧化而引起的腐蝕吸氧腐蝕(主要)析氫腐蝕比較項目化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕(主要)條件金屬與氧化性物質(zhì)直接接觸水膜中溶有O2,呈極弱酸性或中性(吸氧腐蝕)或水膜酸性較強(析氫腐蝕)本質(zhì)金屬被氧化生成金屬離子區(qū)別無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生反應(yīng)式2Fe+3Cl2===2FeCl3負(fù)極:Fe-2e-===Fe2+正極:2H2O+O2+4e-===4OH-正極:2H++2e-===H2↑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;吸氧腐蝕比析氫腐蝕更普遍將鐵釘用NaCl溶液浸濕并露置于空氣中,將發(fā)生哪種腐蝕?電極反應(yīng)式如何書寫?提示:NaCl溶液為中性溶液,所以發(fā)生吸氧腐蝕,電極反應(yīng)式:負(fù)極Fe-2e-══Fe2+,正極O2+2H2O+4e-══4OH-。典例剖析下列有關(guān)金屬腐蝕的說法正確的是(

)。A.金屬腐蝕指不純金屬接觸到電解質(zhì)溶液時進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而損耗的過程B.電化學(xué)腐蝕指在外加電流的作用下不純金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而損耗的過程C.鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕,負(fù)極吸收氧氣最終轉(zhuǎn)化為鐵銹D.金屬的電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕本質(zhì)相同,但電化學(xué)腐蝕伴有電流產(chǎn)生D解析:金屬腐蝕既包括化學(xué)腐蝕又包括電化學(xué)腐蝕,A項錯誤;電化學(xué)腐蝕是指形成原電池反應(yīng)引起的腐蝕,B項錯誤;吸氧腐蝕正極上O2得電子,C項錯誤;電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕的本質(zhì)都是金屬被氧化成金屬離子,本質(zhì)相同,但電化學(xué)腐蝕過程中會產(chǎn)生微弱的電流,D項正確。方法歸納對金屬腐蝕的理解。

(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。學(xué)以致用1.鐵生銹是一種常見的自然現(xiàn)象,其主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Fe+3O2+xH2O══2Fe2O3·xH2O。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答案:C2.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負(fù)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,正極反應(yīng)式:O2+2H2O+4e-══4OH-D.具支試管中溶液pH逐漸減小C解析:生鐵與其中的碳及電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池,負(fù)極是鐵,鐵失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),碳是正極,正極發(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,此時發(fā)生吸氧腐蝕,正極反應(yīng)式是2H2O+O2+4e-══4OH-,故溶液的pH增大,A、B、D三項錯誤;C項正確。二、金屬腐蝕快慢的一般規(guī)律重難歸納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(hù)措施的腐蝕。有防護(hù)措施的腐蝕發(fā)生的可能性很小或幾乎不發(fā)生,包括原電池原理的防護(hù)(犧牲陽極法)和電解原理的防護(hù)(外加電流法)。2.活動性不同的兩種金屬,活動性差別越大,活動性強的金屬往往腐蝕越快。3.對同一種電解質(zhì)溶液而言,電解質(zhì)溶液濃度越大,往往腐蝕越快。4.溫度升高,對化學(xué)腐蝕的速率影響很大。升高溫度,電解質(zhì)溶液中的離子運動速率增大,溶液的導(dǎo)電性增強,因此溫度對電化學(xué)腐蝕的速率也有一定的影響。結(jié)合金屬腐蝕的本質(zhì),分析如何進(jìn)行金屬防護(hù)。提示:金屬腐蝕的本質(zhì)是被氧化劑氧化變成金屬陽離子。金屬防護(hù)的基本思路是:①防止金屬與氧化性介質(zhì)直接接觸;②防止金屬表面形成電解質(zhì)溶液;③改善金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu);④利用電化學(xué)原理進(jìn)行防護(hù)。典例剖析鋼鐵工業(yè)是國家工業(yè)的基礎(chǔ),鋼鐵生銹現(xiàn)象卻隨處可見,為此每年國家損失大量資金。請回答鋼鐵腐蝕與防護(hù)過程中的有關(guān)問題。(1)鋼鐵的電化學(xué)腐蝕原理如圖所示,寫出石墨電極的電極反應(yīng)式:

。

(2)在實際生產(chǎn)中,可在鐵件的表面鍍銅防止鐵被腐蝕。裝置示意圖如圖所示:①A電極對應(yīng)的金屬是

(寫元素名稱),B電極的電極反應(yīng)式是

。

②鍍層破損后,鍍銅鐵比鍍鋅鐵更容易被腐蝕,請簡要說明原因:

。

答案:(1)O2+2H2O+4e-══4OH-(2)①銅Cu2++2e-══Cu

②鐵比銅活潑,鍍層銅破損后,鐵與銅在潮濕環(huán)境中形成原電池,鐵為負(fù)極,加速鐵的腐蝕(其他答案合理也可)解析:(1)在中性溶液中發(fā)生吸氧腐蝕,石墨作正極,發(fā)生反應(yīng):O2+2H2O+4e-══4OH-。(2)在鐵表面鍍銅需將鐵作陰極、銅作陽極,則A對應(yīng)的金屬為銅,B電極為鐵,溶液中的Cu2+得電子生成銅在鐵表面析出;鍍層破損后,鐵與銅在潮濕環(huán)境中形成原電池,鐵為負(fù)極,加速鐵的腐蝕?！就卣寡由臁?/p>

若電鍍前鐵、銅兩片金屬質(zhì)量相同,電鍍完成后將它們?nèi)〕鱿磧?、烘干、稱量,兩者質(zhì)量差為5.12g,則電鍍時電路中通過的電子的物質(zhì)的量是多少?答案:0.08mol。析出1mol銅時兩電極的質(zhì)量差為64g+64g=128g,轉(zhuǎn)移2mol電子,當(dāng)質(zhì)量差為5.12g,電路中通過的電子為×2mol=0.08mol。學(xué)以致用1.相同材質(zhì)的鐵在圖中的四種情況下最不易被腐蝕的是(

)。答案:C解析:在A中,食醋提供電解質(zhì)溶液環(huán)境,鐵勺和銅盆是相互接觸的兩個金屬極,形成原電池,鐵是活潑金屬作負(fù)極;在B中,食鹽水提供電解質(zhì)溶液環(huán)境,鐵炒鍋和鐵鏟都是鐵碳合金,符合原電池形成的條件,鐵是活潑金屬作負(fù)極,碳作正極;在C中,銅鍍層將鐵球覆蓋,使鐵被保護(hù),所以鐵不易被腐蝕;在D中,酸雨提供電解質(zhì)溶液環(huán)境,鐵鉚釘和銅板分別作負(fù)、正極,形成原電池。2.如圖所示,各燒杯中盛有海水,鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序為(

)。A.②①③④⑤⑥B.⑤④③①②⑥C.⑤④②①③⑥D(zhuǎn).⑤③②④①⑥答案:C解析:先判斷裝置是形成原電池還是電解池,再分析金屬活動性的差別。①中Fe為負(fù)極,雜質(zhì)C為正極,屬于鋼鐵的吸氧腐蝕,腐蝕速率較慢。②③④實質(zhì)均為原電池裝置,③中Fe為正極,被保護(hù);②④中Fe為負(fù)極,均被腐蝕,但相對來說Fe與Cu的金屬活動性差別較Fe與Sn的大,故鐵銅原電池中Fe的腐蝕速率較快;⑤中Fe接電源正極作陽極,Cu接電源負(fù)極作陰極,加快了Fe的腐蝕;⑥中Fe接電源負(fù)極作陰極,Cu接電源正極作陽極,防止了Fe的腐蝕。根據(jù)以上分析可知:鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序為⑤>④>②>①>③>⑥。1.下列關(guān)于金屬腐蝕的說法正確的是(

)。B.金屬化學(xué)腐蝕的實質(zhì)是M-ne-

══Mn+,電子直接轉(zhuǎn)移給氧化劑C.金屬的化學(xué)腐蝕必須在酸性條件下進(jìn)行D.在潮濕的中性環(huán)境中,金屬的電化學(xué)腐蝕主要是析氫腐蝕答案:B解析:金屬與接觸的化學(xué)物質(zhì)直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程為化學(xué)腐蝕,金屬失去的電子直接轉(zhuǎn)移給氧化劑;金屬的腐蝕以電化學(xué)腐蝕為主,在中性或弱酸性環(huán)境中,主要發(fā)生吸氧腐蝕,電子由金屬轉(zhuǎn)移到不活潑的正極材料上被氧化劑得到。2.為保護(hù)地下鋼管不受腐蝕,下列方法中屬于犧牲陽極法的是(

)。A.與石墨棒相連

B.與銅板相連C.埋在潮濕、疏松的土壤中 D.與鋅板相連答案:D解析:A項,石墨棒與鐵構(gòu)成原電池,鐵活潑,失電子作負(fù)極,被腐蝕;B項,銅板與鐵構(gòu)成原電池,鐵比銅活潑,失電子作負(fù)極,被腐蝕;C項,在潮濕、疏松的土壤中,鐵與水、空氣構(gòu)成原電池,氧氣得電子,鐵失電子,被腐蝕;D項,鋅板與鐵構(gòu)成原電池,鋅比鐵活潑,鋅失電子作負(fù)極,鋅被腐蝕,鐵被保護(hù)。3.結(jié)合如圖判斷,下列敘述正確的是(

)。A.Ⅰ和Ⅱ中正極均被保護(hù)B.Ⅰ和Ⅱ中負(fù)極反應(yīng)均是Fe-2e-══Fe2+C.Ⅰ和