人教版化學(xué)選擇性課件第四章第三節(jié)金屬的腐蝕與防護(hù)

第三節(jié)金屬的腐蝕與防護(hù)第四章2021內(nèi)容索引0102課前篇素養(yǎng)初探課堂篇素養(yǎng)提升素養(yǎng)目標(biāo)1.認(rèn)識金屬腐蝕的危害,并能解釋金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因,能正確書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式,以培養(yǎng)變化觀念與平衡思想。2.熟悉金屬腐蝕的防護(hù)方法,增強(qiáng)科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任。課前篇素養(yǎng)初探[知識鋪墊]1.原電池中,較活潑的金屬失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),被氧化。如Zn、Cu和稀硫酸構(gòu)成的原電池中,被氧化的金屬為Zn,被保護(hù)的金屬為Cu。2.電解池中,若陽極不是惰性電極,則陽極金屬失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),引起陽極金屬不斷損耗,而陰極金屬受到保護(hù)。如圖所示:被氧化的金屬為Cu,被保護(hù)的金屬為Fe。[必備知識]一、金屬的腐蝕1.定義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.本質(zhì)金屬原子失去電子變?yōu)殛栯x子,金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。3.分類(1)化學(xué)腐蝕:金屬與其表面接觸的一些物質(zhì)(如O2、Cl2、SO2等)直接反應(yīng)而引起的腐蝕。(2)電化學(xué)腐蝕:當(dāng)不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng),比較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕?！疚⑺伎?】在潮濕空氣中,鋼鐵制品表面會(huì)形成一層水膜,空氣中的哪些氣體會(huì)溶解在其中形成電解質(zhì)溶液?提示

CO2、SO2、H2S等氣體。4.鋼鐵的電化學(xué)腐蝕(1)鋼鐵的電化學(xué)腐蝕的分類:(2)鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較:類型析氫腐蝕吸氧腐蝕圖形描述

鋼鐵的析氫腐蝕示意圖

鋼鐵的吸氧腐蝕示意圖類型析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜酸性較強(qiáng)水膜呈中性或酸性很弱電極反應(yīng)負(fù)極Fe-2e-Fe2+2Fe-4e-2Fe2+正極C2H++2e-===H2↑O2+2H2O+4e-===4OH-總反應(yīng)Fe+2H+===Fe2++H2↑2Fe+2H2O+O2===2Fe(OH)2【微思考2】在鋼鐵的銹蝕過程中,Fe(OH)2如何變?yōu)镕e2O3·xH2O?提示

氫氧化亞鐵進(jìn)一步被空氣中的氧氣氧化為氫氧化鐵,氫氧化鐵再失去部分水生成Fe2O3·xH2O。二、金屬的防護(hù)1.改變金屬材料的組成方法制成性能優(yōu)異的合金——在金屬中添加其他金屬或非金屬實(shí)例不銹鋼——把鉻、鎳等加入普通鋼中制成不銹鋼鈦合金——具有優(yōu)異的抗腐蝕性和良好的生物兼容性2.在金屬表面覆蓋保護(hù)層

原理在金屬表面覆蓋致密保護(hù)層,將金屬制品與周圍物質(zhì)隔開具體方法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、鎳等金屬具體方法用化學(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采用離子注入、表面滲鍍等方式在金屬表面也可形成穩(wěn)定的鈍化膜3.電化學(xué)保護(hù)法(1)犧牲陽極法:應(yīng)用原電池原理,讓被保護(hù)金屬作正極,另找一種活潑性較強(qiáng)的金屬作負(fù)極。如圖所示:(2)外加電流法:利用電解原理,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。如圖所示:【微思考3】在探究保護(hù)鐵的犧牲陽極法的實(shí)驗(yàn)中,所用試劑K3[Fe(CN)6]溶液的作用是什么?提示

利用K3[Fe(CN)6]溶液可與Fe2+反應(yīng)生成KFe[Fe(CN)6]特征藍(lán)色沉淀,來檢驗(yàn)溶液中是否生成了Fe2+。[自我檢測]1.正誤判斷(1)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物。(

)(2)銅在酸性較強(qiáng)的溶液中均可發(fā)生析氫腐蝕。(

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

)(4)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣。(

)(5)鍍銅鐵制品鍍層受損后,鐵制品比鍍銅前更容易生銹。(

)(6)外加電流法是將被保護(hù)金屬接在直流電源的正極。(

)(7)在船體外嵌入鋅塊,可以減緩船體的腐蝕,屬于犧牲陰極法。(

)(8)在潮濕空氣中,鋼鐵表面形成水膜,金屬發(fā)生的一定是吸氧腐蝕。

(

)××××√×××2.在空氣中,鋼鐵與食鹽水接觸發(fā)生電化學(xué)腐蝕,在正極上發(fā)生的電極反應(yīng)是(

)-===Fe2+++2e-===H2↑++e-===Na2O+O2+4e-===4OH-答案

D解析

鋼鐵在中性條件下發(fā)生的電化學(xué)腐蝕為吸氧腐蝕,正極上O2參與反應(yīng),因此為2H2O+O2+4e-===4OH-。課堂篇素養(yǎng)提升任務(wù)一化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的比較[問題探究]1.與銅質(zhì)水龍頭連接處的鋼質(zhì)水管易生銹,為什么?答案

鐵與銅及空氣中的水蒸氣構(gòu)成原電池,發(fā)生電化學(xué)腐蝕,增大腐蝕速率,鐵作負(fù)極,易失電子,所以易生銹。2.你認(rèn)為在硫酸廠附近的金屬發(fā)生的主要是哪一類腐蝕?答案

析氫腐蝕;硫酸廠附近空氣中的二氧化硫的含量較高,導(dǎo)致金屬接觸到的溶液酸性較強(qiáng),所以易發(fā)生析氫腐蝕。[深化拓展]化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的區(qū)別與聯(lián)系類型化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕(主要)定義金屬與其表面接觸的一些物質(zhì)(如O2、Cl2、SO2等)直接反應(yīng)而引起的腐蝕當(dāng)不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng),比較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕吸氧腐蝕(主要)析氫腐蝕條件金屬與某些單質(zhì)或某些非電解質(zhì)直接接觸水膜中溶有O2,呈極弱酸性或中性水膜酸性較強(qiáng)現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生類型化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕(主要)反應(yīng)式(以鐵腐蝕為例)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(shí)發(fā)生,只是電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍,危害更大[素能應(yīng)用]典例1下列有關(guān)金屬腐蝕的說法中正確的是(

)A.金屬腐蝕指不純金屬與接觸到的電解質(zhì)溶液進(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,產(chǎn)物最終轉(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)生答案

D解析

金屬腐蝕的本質(zhì),主要是金屬原子失電子被氧化,腐蝕的內(nèi)因是金屬的化學(xué)性質(zhì)比較活潑,外因是金屬與空氣、水和其他腐蝕性的物質(zhì)接觸,腐蝕主要包括化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕,所以A錯(cuò)誤;電化學(xué)腐蝕指不純金屬發(fā)生原電池反應(yīng)而損耗的過程,不需要外加電流,所以B錯(cuò)誤;鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕,正極吸收氧氣,所以C錯(cuò)誤;只有選項(xiàng)D正確。金屬腐蝕類型的判斷方法(1)根據(jù)是否發(fā)生原電池反應(yīng)來判斷。發(fā)生原電池反應(yīng)引起的金屬腐蝕,屬于電化學(xué)腐蝕,否則屬于化學(xué)腐蝕。(2)根據(jù)金屬的活動(dòng)性及電解質(zhì)溶液的酸性強(qiáng)弱判斷,位于金屬活動(dòng)性順序中氫前面的金屬,在酸性較強(qiáng)的電解質(zhì)溶液中發(fā)生析氫腐蝕,在中性或酸性較弱的電解質(zhì)溶液中發(fā)生吸氧腐蝕;位于金屬活動(dòng)性順序氫后面的金屬只可能發(fā)生吸氧腐蝕。變式訓(xùn)練1(2019江蘇卷)將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤后,置于如圖所示裝置中,進(jìn)行鐵的電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)。下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的說法正確的是(

)A.鐵被氧化的電極反應(yīng)式為Fe-3e-===Fe3+B.鐵腐蝕過程中化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為電能C.活性炭的存在會(huì)加速鐵的腐蝕D.以水代替NaCl溶液,鐵不能發(fā)生吸氧腐蝕答案

C解析

題述條件下鐵粉發(fā)生了吸氧腐蝕,Fe失電子生成Fe2+,A項(xiàng)錯(cuò)誤;在鐵的腐蝕過程中,化學(xué)能會(huì)轉(zhuǎn)換為電能和熱能,B項(xiàng)錯(cuò)誤;活性炭與Fe、NaCl溶液構(gòu)成原電池,可加快鐵的腐蝕速率,C項(xiàng)正確;以水代替NaCl溶液,水雖是一種弱電解質(zhì),但也能使鐵發(fā)生吸氧腐蝕,只是速率會(huì)變慢,D項(xiàng)錯(cuò)誤。任務(wù)二金屬腐蝕快慢的判斷及金屬的防護(hù)[問題探究]1.鍍鋅鐵和鍍錫鐵均是在鐵片表面覆蓋了保護(hù)層,當(dāng)保護(hù)層損壞時(shí),哪類鐵腐蝕速率較大?答案

鍍錫鐵。2.在同一電解質(zhì)溶液中,對于電解原理引起的腐蝕(金屬作電解池的陽極)、原電池原理引起的腐蝕(金屬作原電池的負(fù)極)、化學(xué)腐蝕、有防護(hù)措施的腐蝕,這些腐蝕由快到慢的順序是怎樣的?答案

在同一電解質(zhì)溶液中:電解原理引起的腐蝕(金屬作電解池的陽極)>原電池原理引起的腐蝕(金屬作原電池的負(fù)極)>化學(xué)腐蝕>有防護(hù)措施的腐蝕。[深化拓展]1.金屬的防護(hù)措施2.犧牲陽極法與外加電流法的比較

類型犧牲陽極法外加電流法是否外接電源否是所用的原理原電池原理電解原理兩個(gè)電極的材料正極:被保護(hù)金屬負(fù)極:比被保護(hù)金屬活潑的金屬被保護(hù)金屬與外接電源的負(fù)極相連作陰極,惰性電極與外接電源正極相連作陽極保護(hù)效果外加電流法的保護(hù)效果比犧牲陽極法的保護(hù)效果更好[素能應(yīng)用]典例2如圖,各燒杯中盛有海水,鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序?yàn)?

)A.②①③④

B.④③①②C.④②①③

D.③②④①答案

C解析

②③④實(shí)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和Cu的金屬活動(dòng)性的差別比Fe和Sn的大,故鐵銅原電池中Fe被腐蝕得快;①中發(fā)生化學(xué)腐蝕。不同條件下金屬腐蝕快慢的判斷(1)同一種金屬在不同電解質(zhì)溶液中腐蝕由快到慢的順序?yàn)?其他條件相同):強(qiáng)電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。(2)無保護(hù)措施的金屬腐蝕>有一定保護(hù)措施的金屬腐蝕>原電池正極金屬的腐蝕>電解池陰極金屬腐蝕。(3)對同一種電解質(zhì)溶液來說,電解質(zhì)溶液濃度越大,腐蝕一般越快。典例3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

。

(2)為了減小某水庫鐵閘門被腐蝕的速率,可以采用圖甲所示的方案,其中焊接在鐵閘門上的固體材料R可以采用

(填寫字母序號)。該防護(hù)方法屬于

法。

A.銅 B.鈉 C.鋅 D.石墨(3)圖乙所示的方案也可以減小鐵閘門的腐蝕速率,其中鐵閘門應(yīng)該連接在直流電源的

極。該防護(hù)方法稱為

。

答案

(1)負(fù)極:2Fe-4e-===2Fe2+,正極:O2+2H2O+4e-===4OH-(2)C犧牲陽極(3)負(fù)外加電流法解析

(1)發(fā)生吸氧腐蝕時(shí),負(fù)極上Fe失電子,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,則鋅會(huì)失去電子而溶解,Fe被保護(hù),屬于犧牲陽極法,Na會(huì)與水反應(yīng)生成NaOH,達(dá)不到保護(hù)鐵閘門的目的。(3)中防護(hù)方法屬于外加電流法,需把被保護(hù)的鐵閘門連接在電源的負(fù)極。(1)判斷電化學(xué)保護(hù)法的類型,應(yīng)分清其基本原理,看是利用電解原理的外加電流法還是應(yīng)用原電池原理的犧牲陽極法,兩者不能混淆。(2)無論是吸氧腐蝕還是析氫腐蝕,作為負(fù)極的鐵都不斷地被氧化。(3)由于通常情況下,金屬表面不會(huì)接觸到酸性較強(qiáng)的溶液,所以金屬腐蝕的主要形式是電化學(xué)腐蝕中的吸氧腐蝕。金屬活動(dòng)性順序中位于氫前和氫后的金屬都能發(fā)生吸氧腐蝕,但只有在氫前的金屬才會(huì)發(fā)生析氫腐蝕。變式訓(xùn)練2下列有關(guān)金屬腐蝕與防護(hù)的說法不正確的是(

)A.純銀器的表面在空氣中因化學(xué)腐蝕漸漸變暗B.當(dāng)鍍錫鐵制品的鍍層破損時(shí),鍍層不能對鐵制品起保護(hù)作用C.在海輪外殼連接鋅塊保護(hù)外殼不受腐蝕是采用了犧牲陽極法D.可將地下輸油鋼管與外加直流電源的正極相連以保護(hù)它不受腐蝕答案

D解析

純銀器的表面在空氣中易生成硫化物失去光澤,屬于化學(xué)腐蝕,A項(xiàng)正確;當(dāng)鍍錫鐵制品鍍層破損后,由于鐵比錫活潑,形成原電池時(shí),鐵作原電池的負(fù)極,加快鐵的腐蝕,B項(xiàng)正確;鋅比鐵活潑,當(dāng)在海輪外殼上連接鋅塊后,鋅失電子而海輪外殼被保護(hù),此法為犧牲陽極法,C項(xiàng)正確;要采用電解原理保護(hù)金屬,應(yīng)將金屬與直流電源的負(fù)極相連,即作電解池的陰極,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

素養(yǎng)脈絡(luò)

隨堂檢測1.下列關(guān)于電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕的說法正確的是(

)A.電化學(xué)腐蝕沒有發(fā)生氧化還原反應(yīng)B.化學(xué)腐蝕發(fā)生氧化還原反應(yīng)C.電化學(xué)腐蝕沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng),化學(xué)腐蝕發(fā)生化學(xué)反應(yīng)D.電化學(xué)腐蝕有電子轉(zhuǎn)移,化學(xué)腐蝕沒有電子轉(zhuǎn)移答案

B解析

電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕實(shí)質(zhì)一樣,兩者都發(fā)生氧化還原反應(yīng),都是金屬失電子,被氧化,但電化學(xué)腐蝕構(gòu)成原電池,有電流產(chǎn)生,而化學(xué)腐蝕沒有產(chǎn)生電流。2.鋼鐵在潮濕的空氣中往往發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而被腐蝕,下列方程式在鋼鐵的電化學(xué)腐蝕過程中不存在的是(

)-===Fe2+2O+O2+4e-===4OH-C.2Fe+2H2O+O2===2Fe(OH)2-===Fe3+答案

D解析

鋼鐵在潮濕的空氣中可發(fā)生吸氧腐蝕,其電極反應(yīng)式分別為負(fù)極:2Fe-