高中化学 第4章 电化学基础 第4节 金属的电化学腐蚀与防护课件 新人教版选修4.ppt

第四章 电化学基础 第四节金属的电化学腐蚀与防护 新课情境呈现 秦始皇兵马俑一号坑在沉寂了24年后 考古学者对它进行了第三次大规模发掘 同前两次一样 这一次也出土了大量的青铜器 其中有的青铜兵器在地下埋藏两千多年 但出土后依然光亮如新 锋利无比 这些兵器为什么会保存的完整无损呢 在生产生活中如何保护金属制品不受腐蚀呢 课前新知预习 一 金属的电化学腐蚀 1 金属腐蚀 概念 金属或合金与周围的 物质发生 反应而引起损耗的现象 实质 金属原子 电子变成阳离子的过程 即金属发生了 反应 类型 根据与金属 不同 可分为 腐蚀和 腐蚀 2 化学腐蚀 金属与接触到的 气体 如o2 cl2 so2等 或 液体 石油 等直接发生化学反应而引起的腐蚀 腐蚀的速率随温度升高而 气体或液体 氧化还原 失去 氧化 接触的介质 化学 电化学 干燥 非电解质 加快 3 电化学腐蚀 概念 的金属与 溶液接触时 会发生 反应 比较 的金属 电子而被氧化 实例 在潮湿的空气里 钢铁的表面形成了一层 的薄膜 它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好构成了 其中 是负极 是正极 不纯 电解质 原电池 活泼 失去 电解质溶液 原电池 铁 碳 析氢腐蚀和吸氧腐蚀 a 析氢腐蚀 金属表面的电解质溶液 较强 腐蚀过程中有 放出 负极反应 正极反应 总反应 酸性 h2 fe 2e fe2 2h 2e h2 fe 2h fe2 h2 b 吸氧腐蚀 钢铁表面吸附的水膜 或呈 时 氧气参加电极反应 发生吸氧腐蚀 电极反应如下 负极 正极 总反应 最终生成铁锈 主要成分为fe2o3 xh2o 反应如下 2fe oh 3 fe2o3 xh2o 3 x h2o 酸性很弱 中性 碱性 2fe 4e 2fe2 2h2o o2 4e 4oh 2fe o2 2h2o 2fe oh 2 4fe oh 2 o2 2h2o 4fe oh 3 二 金属的电化学防护金属的防护一般有三条途径 1 改变金属内部结构 如制成 2 涂保护层 如 等 3 电化学保护法 牺牲阳极的阴极保护法 应用 原理 让被保护金属作 另找一种活泼性较强的金属作 外加电流的阴极保护法 利用 原理 把被保护的钢铁设备作为 极 用惰性电极作为辅助 极 在电解质溶液里 接外加 电源 抗腐蚀的合金 不锈钢 喷油漆 涂油脂 搪瓷 原电池 正极 负极 电解池 阴 阳 直流 预习自我检测 解析 黄铜由于是铜锌合金 所以在发生电化学腐蚀的时候腐蚀锌而不腐蚀铜 使用的是电化学原理 生铁中由于含有杂质碳 铁和碳构成原电池 铁作负极 比纯铁更易生锈 铁质器件附有铜质配件 铁与铜形成原电池 所以接触处铁作负极 易生成铁锈 银质奖牌久置后表面变暗是由于银与氧气直接反应生成了氧化银 是一种化学腐蚀的过程 d 解析 铁棒为原电池的负极 被腐蚀 石墨棒为正极 发生反应 o2 2h2o 4e 4oh b 解析 由作电解池阳极引起的腐蚀 作原电池负极引起的腐蚀 化学腐蚀 有防护措施的腐蚀可知答案 d 解析 铝能与空气中的o2化合生成致密的氧化膜 保护al不受腐蚀 a 解析 a项 铁锌形成的合金层是混合物 错误 b项 钢管镀锌的目的一是美观 二是万一镀层破损 铁与锌形成原电池 保护钢管免受腐蚀 错误 d项 镀锌钢管破损后 负极反应式为zn 2e zn2 错误 c 课堂探究研析 1 化学腐蚀与电化学腐蚀比较 知识点1金属的化学腐蚀与电化学腐蚀 提示 只有在金属活动性顺序中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀 位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀 2 钢铁生锈的过程和特点钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀都是铁原子失电子生成fe2 fe oh 3失去部分水转化为铁锈 fe2o3 xh2o 铁锈的形成并不能阻止钢铁继续腐蚀 因为铁锈结构疏松 更容易吸附空气中的水分使钢铁表面潮湿 钢铁反而更容易生锈 提示 析氢腐蚀和吸氧腐蚀通常同时存在 但因为酸性较强的环境不多 所以吸氧腐蚀较为普遍 c 解析 生铁与其中的碳及电解质溶液构成原电池 负极是铁 铁失去电子发生氧化反应 碳是正极 正极发生还原反应 开始时 因酸性较强发生析氢腐蚀 一段时间后导管内液面回升且略高于小试管液面 说明具支试管中气体压强减小 即此时发生吸氧腐蚀 反应式是2h2o o2 4e 4oh 故溶液的ph增大 a b d错误 c正确 解析 电化学腐蚀与化学腐蚀的本质区别在于是否发生原电池反应 金属铝发生的是电化学腐蚀 铝比铜活泼 故金属铝是负极 电流的流动方向与电子的流动方向恰好相反 应是由铜流向铝 a 1 金属腐蚀快慢的判断方法 1 在同一电解质溶液中 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 同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为 强电解质溶液 弱电解质溶液 非电解质溶液 3 有无保护措施的 无保护措施的金属腐蚀 有一定保护措施的金属腐蚀 牺牲阳极的阴极金属的腐蚀 有外接电源的阴极金属腐蚀 4 对同一种电解质溶液来说 电解质溶液浓度越大 腐蚀越快 提示 对于活动性不同的两金属 活动性差别越大 氧化还原反应的速率越快 活泼金属腐蚀越快 纯度越高的金属 腐蚀速率越慢 知识点2金属腐蚀快慢的判断以及金属的防护 2 金属腐蚀的防护方法 1 改变金属的内部组织结构 例如 把铬 镍等加入普通钢里制成的不锈钢 就大大地增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力 2 在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖致密的保护层 从而使金属制品跟周围物质隔离开来 这是一种普遍采用的防护方法 以钢铁的防护为例 根据保护层成分的不同 可分为如下几种 在钢铁表面涂矿物性油脂 油漆或覆盖搪瓷 塑料等物质 例如 船身 车厢 水桶等常涂油漆 汽车外壳常喷漆 枪炮 机器常涂矿物性油脂等 用电镀 热镀 喷镀的方法 在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属 如锌 锡 铬 镍等 例如 常用的白铁皮就是在薄钢板的表面热镀上一层锌 自行车钢圈就是用电镀的方法镀上一层既耐腐蚀又耐磨的铬或镍 用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜 例如 工业上常借一些溶液的氧化作用 在机器零件 精密仪器 枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜 3 电化学保护法 牺牲阳极的阴极保护法 将还原性较强的金属作为保护极与被保护金属相连构成原电池 还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而被损耗 被保护金属作为正极就可以避免被腐蚀 这种保护法牺牲了阳极保护了阴极 外加电流的阴极保护法 将被保护金属与外加直流电源的负极相连让其成为阴极 而将外加直流电源的正极接到惰性电极上 让其成为阳极 c 解析 实质均为原电池装置 中fe为正极被保护 中fe为负极 均被腐蚀 但相对来说 fe和cu的金属活动性的差别比fe和sn的大 故fe cu原电池中fe被腐蚀得快 中因铁不纯而发生微电池反应 b a 图a中 插入海水中的铁棒 越靠近底端腐蚀越严重b 图b中 开关由m改置于n时 cu zn合金的腐蚀速率减小c 图c中 接通开关时zn腐蚀速率增大 zn上放出气体的速率也增大d 图d中 zn mno2干电池自放电腐蚀主要是由mno2的氧化作用引起的解析 图a中 铁棒发生化学腐蚀 靠近底端的部分与氧气接触少 腐蚀程度较轻 a项错误 图b中开关由m置于n cu zn作正极 腐蚀速率减小 b对 图c中接通开关时zn作负极 腐蚀速率增大 但氢气在pt上放出 c项错误 图d中干电池自放电腐蚀是zn与c活动性不同形成原电池 与mno2性质无关 d项错误 学科核心素养 补牙剂与原电池常用的补牙剂中有一种汞合金 它含有几乎等质量的汞 银 锡 铜和锌 这种补牙剂十分坚固 耐腐蚀 不产生有毒物质或可溶性物质 但是 用了这种补牙剂的人可能会碰到一个麻烦 当他们享用口香糖或糖果时 如果补过的牙不小心咬到包装用的铝箔 啊 疼 据牙科医生说 两颗坏牙上的补牙剂接触时也会产生疼痛 这是为什么呢 补牙剂汞合金中含有组成大致为ag2hg3 ag3sn snxhg x 7 9 的物质 它们可能发生电极