高中化學(xué)魯科版選擇性必修1課件第1章第4節(jié)金屬的腐蝕與防護(hù)

第4節(jié)金屬的腐蝕與防護(hù)第1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.了解電化學(xué)腐蝕的本質(zhì),探究金屬腐蝕的實(shí)質(zhì),從而形成宏觀辨識(shí)與微觀探析的學(xué)科核心素養(yǎng)。2.能利用電化學(xué)原理解釋金屬腐蝕的現(xiàn)象并能設(shè)計(jì)防腐保護(hù)措施,體驗(yàn)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的學(xué)科核心素養(yǎng)。課前篇素養(yǎng)初探知識(shí)鋪墊鐵制品是如何銹蝕的?提示鐵制品銹蝕的過(guò)程,實(shí)際上是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。必備知識(shí)一、金屬電化學(xué)腐蝕的原理1.金屬腐蝕(1)金屬腐蝕的定義及本質(zhì)。①定義:金屬表面因與周?chē)奈镔|(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而遭到破壞的現(xiàn)象。②本質(zhì):金屬本身失去電子變成陽(yáng)離子的過(guò)程(發(fā)生氧化反應(yīng)):M-ne-==Mn+。(2)金屬腐蝕的分類(lèi)。

2.金屬腐蝕的電化學(xué)原理(1)實(shí)質(zhì)。不純的金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)發(fā)生原電池反應(yīng),較活潑的金屬失去電子被氧化的過(guò)程。(2)分類(lèi)。金屬的電化學(xué)腐蝕分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕。二、金屬腐蝕的防護(hù)1.原理阻止金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。2.方法(1)改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu),如制成合金等。(2)加防護(hù)層,如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍等。(3)電化學(xué)防護(hù),分為犧牲陽(yáng)極保護(hù)法和外加電流陰極保護(hù)法。3.金屬的防護(hù)措施圖示

三、電化學(xué)腐蝕原理的應(yīng)用1.鐵腐蝕能消耗空氣中的氧氣,利用這一原理可快速測(cè)定空氣中氧氣的含量。2.鐵腐蝕的反應(yīng)消耗氧氣和水,以鐵粉為主要成分制成雙吸劑放入食品包裝袋,可以延長(zhǎng)食物的保質(zhì)期。3.鐵腐蝕的過(guò)程放熱,利用這一特點(diǎn)可以制成一次性保暖貼。4.根據(jù)金屬電化學(xué)腐蝕的原理,利用微電解技術(shù)處理工業(yè)廢水。5.金屬電化學(xué)腐蝕原理在航空航天、精密儀器和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。正誤判斷判斷下列說(shuō)法是否正確,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”。(1)鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕或吸氧腐蝕時(shí),負(fù)極反應(yīng)均是Fe-3e-==Fe3+。(

)(2)鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí),正極發(fā)生的主要反應(yīng)是O2+2H2O+4e-==4OH-。(

)(3)發(fā)生吸氧腐蝕時(shí)正極放出O2,發(fā)生析氫腐蝕時(shí)正極放出H2。(

)(4)純鐵在稀硫酸中發(fā)生析氫腐蝕。(

)(5)現(xiàn)實(shí)生活中電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍。(

)(6)金屬作為原電池的負(fù)極或電解池的陰極時(shí)均被保護(hù)。(

)答案(1)×

(2)√

(3)×

(4)×

(5)√

(6)×課堂篇素養(yǎng)提升探究一金屬的腐蝕問(wèn)題探究據(jù)估計(jì),每年全世界被腐蝕損耗的鋼鐵材料約占全年鋼鐵產(chǎn)量的十分之一。那么,金屬的腐蝕都有哪些類(lèi)型?不同類(lèi)型的金屬腐蝕有何區(qū)別?提示金屬的腐蝕可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕;化學(xué)腐蝕過(guò)程中沒(méi)有電流產(chǎn)生,電化學(xué)腐蝕過(guò)程中有電流產(chǎn)生。深化拓展1.化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的比較

類(lèi)型化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件金屬與非金屬等直接接觸不純的金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸形成原電池電流無(wú)電流產(chǎn)生有電流產(chǎn)生結(jié)果金屬被氧化較活潑金屬被氧化實(shí)質(zhì)M-ne-==Mn+關(guān)系①化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕往往同時(shí)發(fā)生;②電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍,危害更大2.鋼鐵的吸氧腐蝕與析氫腐蝕的比較

區(qū)別與聯(lián)系吸氧腐蝕析氫腐蝕腐蝕的實(shí)質(zhì)金屬作為原電池負(fù)極,失電子被氧化負(fù)極電極反應(yīng)Fe-2e-==Fe2+條件水膜呈很弱的酸性、中性或堿性水膜酸性較強(qiáng)正極電極反應(yīng)O2+2H2O+4e-==4OH-2H++2e-==H2↑總反應(yīng)2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2Fe+2H+==Fe2++H2↑其他反應(yīng)Fe2++2OH-==Fe(OH)2↓4Fe(OH)2+2H2O+O2==4Fe(OH)3Fe(OH)3失去部分水轉(zhuǎn)化為鐵銹【微點(diǎn)撥】在通常情況下,潮濕的空氣中水膜酸性較弱,金屬在潮濕的空氣中主要發(fā)生的是吸氧腐蝕。素能應(yīng)用典例1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的NaCl溶液,一段時(shí)間后觀察發(fā)生的變化。下列敘述正確的是(

)中鐵釘附近溶液呈現(xiàn)紅色中鐵釘上發(fā)生還原反應(yīng)中銅絲上發(fā)生氧化反應(yīng)中鋁條附近有氣泡產(chǎn)生答案B解析依據(jù)原電池原理分析可知:電極名稱(chēng)a中b中負(fù)極鐵:Fe-2e-==Fe2+(氧化反應(yīng))鋁:Al-3e-==Al3+(氧化反應(yīng))正極銅:O2+2H2O+4e-==4OH-(還原反應(yīng))銅絲附近溶液變紅色鐵:O2+2H2O+4e-==4OH-(還原反應(yīng))鐵釘附近溶液變紅色a中鐵釘附近不變紅色,銅絲上發(fā)生還原反應(yīng);b中鐵釘上發(fā)生還原反應(yīng),鋁條附近沒(méi)有氣泡產(chǎn)生。變式訓(xùn)練1右圖裝置中,U形管內(nèi)為紅墨水,a、b試管內(nèi)分別盛有食鹽水和氯化銨溶液(呈酸性),各加入生鐵塊,放置一段時(shí)間。下列有關(guān)描述錯(cuò)誤的是(

)A.生鐵塊中的碳是原電池的正極B.紅墨水水柱兩邊的液面變?yōu)樽蟮陀腋逤.兩試管中相同的電極反應(yīng)是Fe-2e-==Fe2+試管中發(fā)生了吸氧腐蝕,b試管中發(fā)生了析氫腐蝕答案B解析a為中性環(huán)境,發(fā)生吸氧腐蝕,氧氣被消耗,試管中氣體壓強(qiáng)減小;b中溶液呈酸性,發(fā)生析氫腐蝕,有氫氣放出,試管中氣體壓強(qiáng)增大,所以紅墨水水柱兩邊的液面變化為左高右低,故B項(xiàng)錯(cuò)。探究二金屬腐蝕的快慢與金屬腐蝕的防護(hù)問(wèn)題探究根據(jù)金屬腐蝕的原理分析金屬腐蝕的防護(hù)措施都有哪些?提示常見(jiàn)金屬腐蝕的防護(hù)措施有改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)(不銹鋼)、覆蓋防護(hù)層(電鍍、油漆等)、電化學(xué)防護(hù)、電化學(xué)使金屬表面“鈍化”等。深化拓展1.金屬腐蝕的快慢規(guī)律(1)在同種電解質(zhì)溶液中,金屬腐蝕由快到慢的順序?yàn)?電解池的陽(yáng)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。(2)同一種金屬在不同介質(zhì)(濃度相等)中腐蝕由快到慢的順序?yàn)?強(qiáng)電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。(3)在同一種電解質(zhì)溶液中,電解質(zhì)溶液濃度越大,金屬腐蝕越快(鈍化除外)。(4)純度越高的金屬,腐蝕越慢。(5)不純的金屬或合金,在潮濕的空氣中,氧氣濃度越大,腐蝕越快。2.金屬的電化學(xué)防護(hù)

類(lèi)型犧牲陽(yáng)極保護(hù)法外加電流陰極保護(hù)法原理原電池原理電解池原理保護(hù)對(duì)象正極金屬得到保護(hù)陰極金屬得到保護(hù)應(yīng)用鋼鐵設(shè)備如鍋爐內(nèi)壁、船體外殼等裝上鎂合金或鋅片土壤、海水及水中的金屬設(shè)備素能應(yīng)用典例2(2021湖南長(zhǎng)沙高二期末)銅板上鐵鉚釘處的吸氧腐蝕原理如圖所示,下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是(

)A.正極電極反應(yīng)為2H++2e-==H2↑B.此過(guò)程中還涉及反應(yīng):4Fe(OH)2+2H2O+O2==4Fe(OH)3C.此過(guò)程中銅并不被腐蝕D.此過(guò)程中電子從Fe移向Cu答案A解析銅、鐵在潮濕的環(huán)境中形成原電池,Fe發(fā)生吸氧腐蝕,Fe作為負(fù)極,失去電子被氧化,電極反應(yīng)為Fe-2e-==Fe2+;Cu作為正極,電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-==4OH-。在此原電池中,電子由Fe移向Cu,原電池反應(yīng)為2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2,在溶液中還發(fā)生反應(yīng):4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3。變式訓(xùn)練2下面各容器中盛有海水,鐵在其中被腐蝕時(shí)由快到慢的順序是(

)A.④>②>①>③ B.②>①>③>④C.④>②>③>① D.③>②>④>①答案A解析鐵在海水中的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕,當(dāng)鐵與比它活潑性差的Sn相連時(shí),Fe被腐蝕的速率比①大,與活潑性比其強(qiáng)的鋅相連時(shí),鋅作為負(fù)極被腐蝕,鐵被保護(hù),其腐蝕的速率要比①小;④為電解裝置,Fe為陽(yáng)極,發(fā)生氧化反應(yīng),鐵腐蝕的速率最快。素養(yǎng)脈絡(luò)隨堂檢測(cè)1.研究電化學(xué)腐蝕及防護(hù)的裝置如右圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.若d為石墨,鐵片腐蝕加快B.若d為石墨,石墨上電極反應(yīng)為:O2+2H2O+4e-==4OH-C.若d為鋅塊,鐵片不易被腐蝕D.若d為鋅塊,鐵片上電極反應(yīng)為:2H++2e-==H2↑答案D解析鐵、石墨及海水構(gòu)成原電池時(shí),Fe為負(fù)極,失去電子被氧化為Fe2+進(jìn)入溶液,溶解在海水中的氧氣在正極石墨上得到電子被還原,比沒(méi)有形成原電池時(shí)腐蝕快,A正確。d為石墨,鐵片在海水中發(fā)生的是吸氧腐蝕,石墨上氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-==4OH-,B正確。若d為鋅塊,由于金屬活潑性Zn>Fe,Zn為原電池的負(fù)極,Fe為正極,首先被腐蝕的是Zn,鐵得到保護(hù),鐵片不易被腐蝕,C正確。若d為鋅塊,鐵片在海水中發(fā)生的是吸氧腐蝕,在鐵片上的電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-==4OH-,D錯(cuò)誤。2.相同材質(zhì)的鐵在下列情形下最不易被腐蝕的是(

)答案C解析A、B、D都能形成原電池,鐵作為負(fù)極,腐蝕速率加快;C中鐵表面鍍銅,鐵被保護(hù)不易被腐蝕。3.為了防止鋼鐵銹蝕,下列防護(hù)方法中正確的是(

)A.在精密機(jī)床的鐵床上安裝銅螺釘B.在排放海水的鋼鐵閥門(mén)上用導(dǎo)線(xiàn)連接一塊石墨,一同浸入海水中C.在輪船的舷上用鐵絲系住鋅板浸在海水里D.在地下輸油的鑄鐵管上接直流電源的正極答案C解析A、B中形成的原電池都是鐵為負(fù)極,加速鐵的腐蝕;D中鑄鐵管是陽(yáng)極,會(huì)加速鐵的腐蝕;C中鋅比鐵活潑,鐵是正極,鐵受到保護(hù)。4.(1)電工操作上規(guī)定:不能把銅導(dǎo)線(xiàn)和鋁導(dǎo)線(xiàn)連接在一起使用。請(qǐng)說(shuō)明原因

。

(2)銅制品在經(jīng)常下酸雨的地區(qū)發(fā)生電化學(xué)腐蝕嚴(yán)重。寫(xiě)出此電化學(xué)腐蝕的電極反應(yīng):正極:

,負(fù)極:

。

答案(1)二者連接在一起時(shí),接頭處在潮濕的空氣中形成原電池而造成鋁被腐蝕(2)O2+2H2O+4e-==4OH-

2Cu-4e-==2Cu2+解析(1)當(dāng)銅導(dǎo)線(xiàn)和鋁導(dǎo)線(xiàn)連接時(shí),接觸到潮濕的空氣就易形成原電池而使鋁被腐蝕。(2)要注意銅的電化學(xué)腐蝕與鐵的區(qū)別,銅不能還原H+,故不可能發(fā)生析氫腐蝕,只能發(fā)生吸氧腐蝕;酸雨是一個(gè)干擾因素,只是使電解質(zhì)溶液中的離子濃度增大,腐蝕加快。5.如圖所示,水槽中的試管內(nèi)有一枚鐵釘,放置數(shù)天后觀察:(1)鐵釘在逐漸生銹,則鐵釘?shù)母g屬于

(填“化學(xué)”或“電化學(xué)”)腐蝕。

(2)若試管內(nèi)液面上升,則原溶液呈

性,發(fā)生

腐蝕,負(fù)極電極反應(yīng)為

,正極電極反應(yīng)為

。

(3)若試管內(nèi)液面下降,則原溶液呈

性,發(fā)生

腐蝕。負(fù)極電極反應(yīng)為

,正極電極反應(yīng)為

。

答案(1)電化學(xué)(2)弱酸或中或堿吸氧2Fe-4e