高中化学 44 金属的电化学腐蚀与防护教案 新人教版选修4.doc

第四节 金属的电化学腐蚀与防护课标要求1能解释金属发生电化学腐蚀的原因。2认识金属腐蚀的危害。3通过实验探究防止金属腐蚀的措施。课标解读1.从原电池原理分析金属发生电化学腐蚀的原因及危害。2用原电池、电解池的原理采取措施，防止金属腐蚀。教学地位在学习了原电池原理及电解池原理的基础上展开，介绍了金属腐蚀造成的严重危害、电化学腐蚀的原理及防止金属腐蚀的几种方法，重点是掌握金属电化学腐蚀(析氢腐蚀和吸氧腐蚀)的本质(金属表面形成了微型原电池)，同时指出，人们根据对金属电化学腐蚀本质的认识，发现了防护金属电化学腐蚀的方法。本节内容是本章理论知识的实际应用，有利于培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。新课导入建议耸立于美国纽约港外一个海岛上15层楼高的自由女神铜像，历来被认为是美利坚合众国的象征。然而，经过近百年的风风雨雨，它和人一样，已经生“病”了。自由女神铜像近百年来一直受着一种“疾病”的折磨，那就是电化学腐蚀。“自由女神”的外壳材料是铜，而支撑整个雕像的内支架却是铁的，在它们之间仅用一层浸透油的毛毡隔开。随着时光的流逝，那一层毛毡失去了隔离作用，而大西洋夹带着盐分的潮湿空气不断地向自由女神“攻击”，无数的原电池便在“自由女神”的身上形成了。这种原电池以铁为负极，铜为正极，夹带盐分的湿空气正好在两极之间起着电解质溶液的作用，结果加速了铁的腐蚀。面对自由女神雕像的腐蚀问题，应采取什么措施和方法？【提示】连接一活泼金属，如zn，阻止自身形成fe、cu原电池，使fe、cu作原电池正极，而被保护。教学流程设计步骤1：导入新课、本课时教材地位分析。步骤2：师生互动完成“探究1，化学腐蚀和电化腐蚀的比较”，可利用【问题导思】中的内容，由浅入深地进行。步骤3：教师通过【例1】和教材p8485页教材研析，对“探究1”的内容进行总结。步骤4：在教师引导下学生完成【变式训练1】和【当堂双基达标】中的1、2两题，验证学生对探究1的掌握情况。步骤8：先让学生自主总结本课时学习的主要知识，然后对照【课堂小结】以明确掌握已学的内容，安排学生课下完成【课后知能检测】。步骤7：在教师指导下学生自主完成【变式训练2】和【当堂双基达标】中的3、4两题，验证学生对探究2的理解掌握情况。步骤6：教师通过例2的讲解，对“探究2”进行总结。步骤5：师生互动完成“探究2”。课标解读重点难点1.了解金属腐蚀的原因。2.了解防止金属腐蚀的方法。1.金属电化学腐蚀的原因及反应原理。(重难点) 2.金属电化学防护的方法。(重点)金属的电化学腐蚀1.金属的腐蚀金属的腐蚀概念金属腐蚀是指金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象特征金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面会发生变化本质金属腐蚀的本质是金属失去电子变成阳离子，发生氧化反应类型化学腐蚀金属与接触到的干燥气体(如o2、cl2、so2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀电化学腐蚀不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化的腐蚀。电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大2.电化学腐蚀(1)析氢腐蚀含义：金属表面的电解质溶液酸性较强。腐蚀过程有h2放出电极反应负极：fe2e=fe2正极：2h2e=h2总反应：fe2h=fe2h2(2)吸氧腐蚀含义：钢铁表面吸附的水膜，酸性很弱或呈中性、碱性时，氧气参加电极反应电极反应负极：2fe4e=2fe2正极：o22h2o4e=4oh总反应：2feo22h2o=2fe(oh)21钢铁发生吸氧腐蚀生成fe(oh)2，最终生成铁锈的原因是什么？(用化学方程式表示)【提示】4fe(oh)2o22h2o=4fe(oh)32fe(oh)3fe2o33h2o金属的电化学防护1.牺牲阳极的阴极保护法应用原电池原理，让被保护金属作正极，另找一种活泼性较强的金属作负极。2外加电流的阴极保护法利用电解池原理，把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者在电解质溶液里，接外加直流电源。2电化学防护的实质是什么？【提示】把被保护的金属作原电池正极或电解池阴极，不参与电极反应，从而不被氧化。化学腐蚀与电化学腐蚀的比较【问题导思】纯铁和生铁分别与等浓度的盐酸反应，哪种反应更快？【提示】生铁(因为形成原电池)自然界中，钢铁的腐蚀以哪种形式为主？【提示】电化学腐蚀。化学腐蚀电化学腐蚀(主要)定义金属跟接触到的干燥气体或非电解质液体等直接发生化学反应而引起的腐蚀不纯金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼金属原子失去电子而被氧化引起的腐蚀。吸氧腐蚀(主要)析氢腐蚀条件金属与非金属(非电解质)直接接触水膜中溶有o2，呈极弱酸性或中性水膜酸性较强区别无电流产生有微弱电流产生反应式2fe3cl2=2fecl3负极：fe2e=fe2正极：2h2oo24e=4oh正极：2h2e=h2联系两种腐蚀往往同时发生，电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍、危害更大化学腐蚀与电化学腐蚀虽然发生腐蚀的过程不同，但其实质相同，都是金属元素被氧化。如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：序号内容实验现象1常温下将铁丝放在干燥空气中一个月干燥的铁丝表面依然光亮2常温下将铁丝放在潮湿空气中一小时铁丝表面依然光亮3常温下将铁丝放在潮湿的空气中一个月铁丝表面已变得灰暗4将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时铁丝表面略显灰暗5将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时铁丝表面已变得灰暗6将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时铁丝表面灰暗程度比实验5严重回答以下问题：(1)上述实验中发生了电化学腐蚀的是(填实验序号)_；在电化学腐蚀中，负极反应是_；正极反应是_；(2)由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素是_；(3)为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是_(答两种方法)。【解析】解答第(1)题应注意联系金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的区别，不纯的金属与电解质溶液接触，因发生原电池反应，较活泼的金属失电子而被氧化，分析题中实验可知，实验3、4、5、6发生了电化学腐蚀，其中负极反应是fe2e=fe2，正极反应是o22h2o4e=4oh。解答第(2)题时，对比实验1和3可得出湿度增大，可使铁锈蚀速率加快；对比实验2、4可知增大o2浓度可加快铁锈蚀的速率；对比实验4、5可知升高温度可加快铁锈蚀的速率；对比实验5、6可知电解质的存在会使铁锈蚀的速率加快。第(3)题，为防止铁的锈蚀，根据铁锈蚀的类型，可采用牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法，还可把铁制成不锈钢(合金)、亦可采用喷油漆、涂油脂、电镀、表面钝化等方法使铁与空气、水等物质隔离，以防止金属腐蚀。【答案】(1)3、4、5、6fe2e=fe2(或2fe4e=2fe2)2h2oo24e=4oh(2)温度、湿度、o2的浓度、电解质存在(3)电镀、烤蓝等表面覆盖保护层，牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法等(答案合理即可)1用铝制饭盒盛放醋酸，一段时间后，饭盒被腐蚀，该种腐蚀属于_，反应的化学方程式可表示为_，若用铝制饭盒盛放食盐水，一段时间后，饭盒被腐蚀，这种腐蚀属于_，反应原理是_(写电极反应式和总反应方程式)。【解析】铝制饭盒盛放醋酸，铝与醋酸直接反应使铝氧化而损耗，属于化学腐蚀，铝制饭盒盛食盐水时，则能形成原电池，因而发生的是电化学腐蚀。【答案】化学腐蚀2al6ch3cooh=2al(ch3coo)33h2电化学腐蚀负极：4al12e=4al3，正极：6h2o3o212e=12oh总反应方程式：4al6h2o3o2=4al(oh)3金属腐蚀快慢的判断以及金属的防护【问题导思】把生铁放在水中与放在食盐水中，哪个腐蚀的快？【提示】食盐水中。轮船的外壳装有镁合金或锌块，其作用是什么？【提示】保护船体。1判断金属腐蚀快慢的规律(1)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。(2)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。(3)活泼性不同的两种金属，构成原电池活动性差别越大，腐蚀越快。(4)对同一种电解质溶液来说，一般是电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。2金属的防护金属防护改变金属内部结构而增强抗腐蚀能力不锈钢金属表面覆盖保护层涂矿物油、油漆或覆盖搪瓷、塑料镀抗蚀金属电镀、热镀、喷镀法用化学方法使其表面形成一层致密的氧化膜，金属的钝化电化学保护法外加电流的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为：正极：_，负极：_。(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用甲图所示的方案，其中焊接在闸门上的固体材料r可以采用_。a铜b钠c锌d石墨(3)乙图所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的_极。【解析】(1)发生吸氧腐蚀时，负极上fe失去电子，正极上o2得到电子。(2)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌，就可由锌失去电子，锌被溶解，而铁被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法。(3)属于外加电流的阴极保护法，需把被保护的铁闸门连接在电源的负极。【答案】(1)o22h2o4e=4oh2fe4e=2fe2(2)c(3)负2如图各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为()abc d【解析】中fe放置在海水中，形成了无数微小原电池，发生电化学腐蚀。均构成了原电池。中fe的活泼性强于sn，fe作负极发生了电化学腐蚀；中zn的活泼性比fe强，zn作负极被腐蚀，而fe被保护；中fe的活泼性远远强于cu，所以fe作负极被腐蚀，并且中形成的电流弱于中电流，所以中fe比腐蚀得快，比腐蚀得慢。因此fe被腐蚀由快到慢的顺序为。【答案】c【教师备课资源】下图中，铁腐蚀由快到慢的顺序为(电解质溶液为水)_。【解析】中由于水中溶解了氧气，铁与杂质碳会形成原电池，发生电化学腐蚀；中铁在油中，氧气难以溶解，无电解质溶液，不能形成原电池；、都形成原电池，但中铁为正极，受到保护；中铁为负极，被氧化；、都形成了电解池；中铁与电源的正极相连，作阳极，氧化速率加快；中铁与电源的负极相连，作阴极，受到保护。所以铁腐蚀由快到慢的顺序为。【答案】金属的腐蚀与防护金属的腐蚀实质mne=mn类型化学腐蚀电化学腐蚀吸氧腐蚀析氢腐蚀影响因素和快慢比较金属的防护覆盖保护层改变金属内部结构电化学保护法牺牲阳极的阴极保护法外加电流的阴极保护法1以下现象与电化学腐蚀无关的是()a镀锡铁器比镀锌铁器表面破损时更易被腐蚀b纯铁不容易生锈c镶有相邻的银牙和金牙容易引起头痛d输送氯气的钢管易被氯气腐蚀【解析】a项中镀锡铁器表面破损时形成原电池，fe作负极，易被腐蚀，而镀锌铁器表面破损时形成原电池，fe作正极，被保护。b项中纯铁不能形成原电池，所以不容易被腐蚀。c项中相邻的银牙和金牙容易形成原电池产生电流，使人头痛恶心。d项中铁和cl2直接发生反应，为化学腐蚀，与电化学腐蚀无关。【答案】d2钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是()a2h2e=h2bfe22e=fec2h2oo24e=4ohdfe3e=fe2【解析】钢铁发生吸氧腐蚀，正极反应为2h2oo24e=4oh。【答案】c3下列有关金属的保护方法的说法中正确的是()a常使用的快餐杯表面有一层搪瓷，若搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用b白铁(镀锌铁)镀层破损后，铁皮的腐蚀速率很慢c轮船的船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阴极的阳极保护法d钢铁制造的暖气管道外常涂有一层沥青，这是钢铁的电化学保护法【解析】a项中涂层破损后，铁直接暴露在空气中，因而搪瓷层不能对破损部分进行保护；b项中镀层破损后由于锌的金属性比铁强，和铁构成原电池，锌作负极，保护铁不被腐蚀；c选项应是牺牲阳极的阴极保护法；d项中应是用沥青作涂层的涂层保护法。【答案】b4潜艇的金属外壳浸在海水中，在海水和空气的作用下会被腐蚀。(1)若海水呈中性，一艘钢制外壳的潜艇在海水中发生腐蚀的电极反应式为：正极：_，负极：_。(2)为有效地保护潜艇，下列措施中最好的是_。a采用纯铁制造潜艇外壳b采用耐腐蚀的合金制造潜艇外壳c在潜艇外壳上涂一层