原电池金属腐蚀和防护.ppt

原电池 一、原电池原理 二、金属的腐蚀和防护 三、化学电源 一、原电池原理 .电流是如何产生的? 2.铜片上为什么有气泡? 锌片(-) : Zn2e- Zn2 铜片(+) : 2H+ + 2e- = H2 定义: 把化学能转变为电能的装置。 实验分析： .形成原电池的条件: 2.原电池的电极名称、电极反应、电极判断 负极：电子流出的一极，发生氧化反应，较活泼的一极 正极：电子流入的一极，发生还原反应，较不活泼的一极 锌片(-):2Zn2e- Zn 2 铜片(+): 2H+ + 2e- = H2 总反应： Zn + 2H+ = Zn2+ + H2 电子流动方向：负极-外电路-正极.电流方向:反 问题探究: 盐桥的作用是什么？ 材料：琼脂+饱和氯化 钾溶液或饱和硝酸铵溶液 作用:可提供定向移动 的阴阳离子，使由它连接 的两溶液保持电中性。 导线的作用是传递电 子，沟通外电路。而盐桥 的作用则是沟通内电路。 3.标准原电池: 问题探究: 3.标准原电池: 问题探究: 负极： 正极： 总反应： Zn2e-Zn2+ Cu2+2e-Cu Zn+Cu2+Zn2+Cu 或 Zn+CuSO4ZnSO4+Cu 负极： 正极： 总反应： Fe2e- Fe2+ 2H+2e-H2 Fe+2H+ Fe2+H2 或 Fe+H2SO4FeSO4+H2 FeSO4 原电池原理的运用: 5.制作化学电池。许多有实际应用的化学电池，都是 原电池原理的应用。 4.金属的腐蚀和防护 3.判断金属腐蚀的快慢 2.比较金属活动性大小 例如：实验室Zn与稀硫酸反应制H2，用粗锌更快；或者在反应 液中滴加少量的CuSO4溶液。 1.提高反应速率 电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐 措施的腐蚀 同种金属，在强电解质溶液中比在弱电解质溶液中腐蚀的快 1.判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由 ；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式. () () 练习1: ( ) 正极： 负极： 总反应： Fe2e- Fe2+ Cu2+2e- Cu Fe+Cu2+Fe2+Cu Fe+CuSO4Cu+FeSO4 ( ) ( ) 负极： 正极： 总反应： Zn2e-Zn2+ Cu2+2e-Cu Zn+Cu2+Zn2+Cu 或 Zn+CuSO4ZnSO4+Cu ( ) （a）构成原电池，铜是正极，锌为负极。 （b）H+向铜片移动，并在铜片上发生氧化反应 （c）H+向锌片移动 （d）电子由铜片沿导线流向锌片 CuZn 稀硫酸 2 2、观察右图,下列有关叙 述正确的（ ）。 A 练习1: 3.如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛 水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液， 片刻后可观察到的现象是 4.试将下列两个氧化还原反应分别设计成两个原电池 Zn + 2AgNO3=Zn(NO3)2+2Ag 2Fe3+Fe=3Fe2+ ( D ) ( ZnAgNO3C ) ( FeFe2(SO4)3C ) A. 铁圈和银圈左右摇摆不定； B. 保持平衡状态； C. 铁圈向下倾斜； D. 银圈向下倾斜； 练习1: 5.一个原电池的总反应的离子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+Cu，该反应的原电池的正确组成是 （ ） （A）（B）（C）（D） 正极ZnCuCuCu 负极CuZnZnZn 电解质溶 液 CuCl2H2SO4HClCuCl2 D 练习1: 6.把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线 两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、 d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量 气泡；b、d相连时，b上有大量气泡产生，则这四种 金属的活动性顺序由强到弱为 _。acdb 作为负极的金属较正极金属活泼，电子流动 方向由负极流向正极，电流方向与电子流向 相反。故可作出以下判断：acdb。 练习2: 7.(高考海南化学卷，原电池) 依据氧化还原反应： 2Ag(aq)Cu(s) = Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如 图所示。 盐桥盐桥 X Y A CuSO4溶液 电电流计计 Ag 请回答下列问题： (1)电极X的材料是_； 电解质溶液Y是_； (2)银电极为电池的_极， 发生的电极反应为 _ X电极上发生的电极反应为 _； (3)外电路中的电子是从_ 电极流向_电极。 铜(或Cu) AgNO3溶液 正 Age-= Ag Cu -2e-= Cu2 负(Cu) 正(Ag) 练习2: 8.判断右边原电池的两极， 并写出电极反应式。 A 浓HNO3溶液 负极：Cu -2e- =Cu2+ 正极：NO3-+e- +2H+ =NO2+H2O Cu Fe 稀硫酸溶液 NaOH溶液 稀硫酸 负极:Mg -2e- = Mg2+ 正极：2H+2e-= H2 NaOH溶 负极：Al+4OH-3e-=AlO2- + 2H2O 正极：2H2O +2e- =H2+2OH- 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2 A A Mg Al Mg Al 练习2: 二、金属的腐蚀和防护 下列装置是否为原电池? 如果是,请标出两 极的名称,并写出电极方程式. 探究: FeC C自来水 FeC B食盐水 FeC A稀盐酸 (-)Fe: Fe-2e-=Fe2+ (+)C: 2H+2e-=H2 总:Fe+ 2H+= Fe2+H2 2Fe(OH)3 = Fe2O3nH2O（铁锈） 2Fe-4e-=2Fe2+ O2+2H2O+4e-=4OH- 2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 (-)Fe: (+)C: 总: A装置: B C装置: (-)Fe: Fe-2e-=Fe2+ (+)C: 2H+2e-=H2 总:Fe+ 2H+= Fe2+H2 2Fe(OH)3 =Fe2O3nH2O（铁锈 ） 2Fe-4e-=2Fe2+ O2+2H2O+4e-=4OH- 2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 (-)Fe: (+)C: 总: A装置: B C装置: （1）化学腐蚀: 金属跟接触到的物质(如O2、Cl2、SO2等)直接发 生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。 （2）电化学腐蚀: 不纯的金属跟电解质溶液接触时，发生原电池反 应引起的腐蚀叫做电化学腐蚀。 化学腐蚀 电化腐蚀 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 （常见普遍） 金属腐蚀的类型 : 金属阳离子 失e- 金属原子 金属腐蚀的本质 ： 一、金属的腐蚀： 电化腐蚀与化学腐蚀的比较: 电化腐蚀电化腐蚀 化学腐蚀化学腐蚀 条件条件 现象现象 本质本质 相互关相互关 系系 不纯金属或合金与电解不纯金属或合金与电解 质溶液接触质溶液接触 金属与氧化剂直接接金属与氧化剂直接接 触触 有微弱电流产生有微弱电流产生 无电流产生无电流产生 较活泼金属被氧化，原电池较活泼金属被氧化，原电池 反应反应 金属被氧化，简单氧化金属被氧化，简单氧化 还原反应还原反应 化学腐蚀与电化腐蚀往往同时发生，但电化腐蚀化学腐蚀与电化腐蚀往往同时发生，但电化腐蚀 更普遍，危害更严重更普遍，危害更严重 钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较: 条 件 电 极 反 应 联 系 Fe2O3nH2O（铁锈 ） 通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。 析氢腐蚀吸氧腐蚀 水膜呈强酸性 水膜呈弱酸性 中性 碱性 CO2、SO2、H2S的H2O溶液 (-)Fe: Fe-2e-=Fe2+ 2Fe-4e-=2Fe2+ (+)C: 2H+2e-=H2 O2+2H2O+4e-=4OH- 总:Fe+ 2H+= Fe2+H2 2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 (-)Fe: (+)C: 总: 金属腐蚀的危害: 使桥梁、建筑物的金属结构强度降低而造成坍塌 地下金属管道发生泄漏 轮船的船体损坏 金属及其设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低， 直至报废 惊人的数字: 发达国家每年有余金属腐蚀造成的直接损失约占 全年国民生产总值的2%4%，远远超过水灾、风灾、 地震等自然灾害造成损失的总和。 1.如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察： （1） 若试管液面上升，则溶液呈 性，发生 腐蚀,电极反应式为：负极： , 正极： ； 若试管液面下降，则溶液呈 性，发生 腐蚀，电极反应式为：负极： 正极： 。 （2） 中性或碱性 吸氧 2Fe4e-2Fe2+ O2+2H2O+4e-4OH 酸性 析氢Fe2e-Fe2+ 2H2O+2e-=H2 +2OH- 或2H+ 2e-=H2 练习1: 2、分析右图，按要求写出有关反应方程式： （1）铁棒上的电极反应式为： （2）碳棒上的电极反应式为： （3）溶液中发生反应的化学方程式： 原电池总反应2a+b+2c： 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 在空气中的变化： （1）4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 （2）氢氧化铁变成水合氧化铁即铁锈 正极:O2+2H2O+4e-4OH- (b) 负极:Fe2e-Fe2+ (a) 溶液中的离子反应Fe2+2OH-= Fe(OH)2 (c) 练习1: 1 1、普通方法：隔绝空气、干燥储存、普通方法：隔绝空气、干燥储存 2 2、在金属表面覆盖保护层、在金属表面覆盖保护层( (电镀、油漆、钝化等电镀、油漆、钝化等) ) 3 3、改变金属结构（如制成不锈钢）、改变金属结构（如制成不锈钢） 4 4、电化学电化学保护法（重点！）保护法（重点！） 牺牲阳极法和外加电流法。牺牲阳极法和外加电流法。 二、金属的防护： *电化学保护法 (1)牺牲阳极的阴极保护法 原理 ：形成原电池反 应时，让被保护金属做 正极，不反应，起到保 护作用；而活泼金属反 应受到腐蚀。 (2)外加电流的阴极保护法 原理:把要保护的钢铁设备作为 阴极，另外用不溶性电极作为辅 助阳极，两者都放在电解质溶液 里，接上外加直流电源通电后 ，大量电子被强制流向被保护的 钢铁设备，使钢铁表面产生负电 荷（电子）的积累，只要外加足 够强的电压，金属腐蚀而产生的 原电池电流就不能被输送，因而 防止了钢铁的腐蚀 *电化学保护法 辅助阳极（ 不溶性） 白铁即镀锌铁板, 当镀锌铁板出现划痕时，暴露出 来的铁将与锌形成原电池的两个电极，且锌为负极， 铁为正极，故铁板上的镀锌层将先被腐蚀，镀锌层腐 蚀完后才腐蚀铁板本身。所以白铁更耐腐蚀。 马口铁即镀锡铁板,当有划痕时，锡将成为原电池 的正极，铁为负极，这样就会加速铁的腐蚀。 白铁与马口铁 资料: 1.下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是 (5)(2 ) (1)(3)(4 ) 金属腐蚀由快到慢的规律:电解池的阳极原电池的负 极无防护措施原电池的正极电解池的阴极 电 解 池 的 阳 极 电 解 池 的 阴 极 原 电 池 的 正 极 原 电 池 的 负 极 无 防 护 措 施 练习2: 2.下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速 率由慢到快的顺序是 (4 ) (2 ) (1)(3) 练习2: 三、判断金属腐蚀快慢的规律： 一、不纯金属或合金的腐蚀快慢： （1）与构成原电池的材料有关，两极材料活泼性差别越大 ，氧化还原反应的速率越快，活泼金属腐蚀就越快； （2）与金属接触的电解质溶液的相关离子浓度大小相关，相 关离子浓度越大，金属腐蚀越快。 二、同样的电极材料： 强电解质溶液引起的腐蚀 弱电解质溶液引起的腐蚀 非电解 质引起的腐蚀 电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有 防护措施的腐蚀 1.以下现象与电化学腐蚀无关的是 ( ) A.黄铜（铜锌合金）制做的铜锣不易产生铜绿 B.生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈 C.铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈 D.银质奖牌久置后表面变暗 D A中的Cu与Zn、B中的Fe与C、C中的Fe与Cu，它们中的两种物质 与空气水膜形成原电池，其中较活泼的Zn、Fe、Fe作负极而被 腐蚀，A中Cu不生成铜绿，B、C中铁生锈。D中Ag长期在空气中 与硫化氢反应生成了少量Ag2S，而呈黑色。 练习3: 2.氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取 代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是 ： H2+2NiO(OH) 2Ni(OH)2 根据此反应式判断，下列叙述中正确的是 A.电池放电时，电池负极周围溶液的OH-不断增大 B.电池放电时，镍元素被氧化 C.电池充电时，氢元素被还原 D.电池放电时，H2是负极 CD 练习3: 放电 充电 3.熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到 重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电 解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴 极助燃气，制得在6500下工作的燃料电池， 完成有关的电池反应式： 阳极反应式： 。 阴极反应式：O2+2CO2+4e-=2CO32- 总电池反应式： 。 练习3: 2CO+2CO32-4e- =4CO2 2CO+O2=2CO2 解析：本题中CO为还原剂，空气中O2为氧化剂，电池总反应式为： 2CO+O2=2C