苏教版选修4 专题1第三单元 金属的腐蚀与防护 课件（80张）.ppt

第三单元金属的腐蚀与防护 一 金属的腐蚀1 金属腐蚀及类型 化学反应 失去电子 氧化还原 原电池 失电子被氧化 微点拨 判断金属的腐蚀类型要从本质入手 化学腐蚀和电化学腐蚀的本质区别在于是否发生原电池反应 3 钢铁的电化学腐蚀 酸性较强 酸性很弱或呈中性 fe 2e fe2 2h 2e h2 o2 4e 2h2o 4oh fe 2h h2 fe2 2fe o2 2h2o 2fe oh 2 微点拨 在自然界中 吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍 二 金属的防护1 保护层法 在金属表面覆盖保护层隔绝水和氧气 如在钢铁表面涂油或油漆 覆盖塑料 镀不活泼金属等 2 电化学防护法 1 牺牲阳极的阴极保护法 原电池原理 将被保护的金属接上一块更活泼的金属 活泼金属作原电池的负极而被腐蚀 被保护的金属作正极不被腐蚀 常用于保护海轮外壳及石油管道等 原理如图 2 外加电流的阴极保护法 电解池原理 将被保护的金属与外加直流电源的负极相连 另一附加惰性电极为阳极 阴极金属不参与电极反应而被保护 原理如图 3 其他方法 改变金属组成或结构 如在金属中添加其他元素形成耐蚀合金等 自我小测 1 思考辨析 1 因空气中co2的存在 金属表面形成一层酸膜 所以大多数金属发生的是析氢腐蚀 分析 强酸性环境发生析氢腐蚀 弱酸性或中性发生吸氧腐蚀 自然界中大多数金属发生吸氧腐蚀 2 钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀 分析 当铁作原电池的正极或电解池的阴极时 铁均会受到保护 3 若在海轮外壳上附着一些铜块 则可以减缓海轮外壳的腐蚀 分析 在海轮外壳上附着一些铜 可形成铁 铜原电池 铁比铜活泼 作为负极被腐蚀 4 自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致 分析 钢铁主要发生吸氧腐蚀 2 下列金属防护属于电化学防护的是 a 改变金属内部组成结构b 涂油漆c 外加电流阴极保护法d 在金属表面覆盖一层保护层 解析 选c 金属的防护包括改变金属的内部结构 覆盖保护层和电化学防护 其中电化学防护包括牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法 3 关于金属腐蚀的叙述中 正确的是 a 金属被腐蚀的本质是m nh2o m oh n h2 b 马口铁 镀锡铁 镀层破损后被腐蚀时 首先是镀层被氧化c 金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀d 常温下 置于空气中的金属主要发生化学腐蚀 解析 选c 金属腐蚀的本质主要是金属原子失电子被氧化 腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼 外因是金属与空气 水和其他腐蚀性的物质相接触 腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀 a中金属腐蚀的本质应包括化学腐蚀和电化学腐蚀 为m ne mn b选项中sn fe构成电化学腐蚀 主要是fe 2e fe2 铁先被腐蚀 常温下 空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀 4 下列对图a和图b的分析合理的是 a 图a负极上发生的反应是o2 4e 2h2o 4oh b 图b接通开关后溶液中的h 向正极移动c 图a中的铁棒发生腐蚀 正极上发生的反应可能是4oh 4e o2 2h2od 图b接通开关后锌被保护 这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法 解析 选b 图a负极上发生的反应是fe 2e fe2 a错误 图b接通开关后 形成原电池 溶液中的h 向正极移动 b正确 图a在液面与空气的交界处铁棒发生吸氧腐蚀 正极反应是o2 4e 2h2o 4oh c错误 图b接通开关后锌是负极 铜被保护 d错误 5 下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是 a 纯银器表面在空气中因化学腐蚀而渐渐变暗b 当镀锡铁制品的镀层破损时 镀层仍能对铁制品起保护作用c 在海轮外壳连接锌块以保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阴极的阳极保护法d 可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀 解析 选a ag在空气中会被氧化而渐渐变暗 a正确 镀锡铁镀层破损时 由于铁比锡活泼 铁先被腐蚀 b错误 该做法是牺牲阳极的阴极保护法 c错误 输油钢管应与外加直流电源的负极相连 d错误 6 sj选修4 p27改编 家用铁锅因烧菜未及时洗涤 第二天便出现红棕色锈斑 fe oh 3失水的产物 在此变化过程中不可能发生的化学反应是 a fe2 2oh fe oh 2b 2h2o o2 4e 4oh c fe 3e fe3 d 4fe oh 2 o2 2h2o 4fe oh 3 解析 选c 因铁锅烧菜后未洗涤 有酸碱性食物残留 在水 空气 nacl等作用下会被锈蚀 nacl溶于水呈中性 铁在中性溶液中发生吸氧腐蚀 铁作负极 fe 2e fe2 正极 o2 2h2o 4e 4oh fe2 2oh fe oh 2 4fe oh 2 o2 2h2o 4fe oh 3 因此a b d项都有可能发生 只有c项不可能发生 一 金属不同类型腐蚀的比较 核心突破 1 化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 2 析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以铁腐蚀为例 的比较 点拨 1 活泼金属既能发生析氢腐蚀 又能发生吸氧腐蚀 而不活泼金属只能发生吸氧腐蚀 且生活中金属制品所处环境多为中性或弱酸性 因此金属的吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍 2 不活泼金属在酸性条件下发生吸氧腐蚀时 正极氧气变成水 其电极反应式为o2 4h 4e 2h2o 典题通关 典例 某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素 将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部 塞上瓶塞 如图1 从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液 同时测量容器中的压强变化 1 请完成以下实验设计表 表中不要留空格 2 编号 实验测得容器中压强随时间变化如图2 t2时 容器中压强明显小于起始压强 其原因是铁发生了 腐蚀 请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向 此时 碳粉表面发生了 填 氧化 或 还原 反应 其电极反应式是 3 该小组对图2中0 t1时压强变大的原因提出了如下假设 请你完成假设二 假设一 发生析氢腐蚀产生了气体 假设二 解题指南 解答本题时应注意以下两点 1 控制变量的方法 2 吸氧腐蚀与析氢腐蚀的区别 解析 1 实验 是探究醋酸浓度的影响 因此醋酸浓度不同 其他条件相同 即铁粉的质量为2 0g 实验 是探究碳粉的量对反应的影响 2 t2时压强减小 则是发生了吸氧腐蚀 碳是正极 发生还原反应 o2 4e 2h2o 4oh 或4h o2 4e 2h2o 电子流向是铁 碳 3 压强变大可能是产生了气体 温度升高等 因此假设二是反应放热 答案 1 2 0 碳粉含量的影响 2 吸氧还原o2 4e 2h2o 4oh 或4h o2 4e 2h2o 3 反应放热 温度升高 体积膨胀 延伸探究 1 铁发生腐蚀的电极反应式为 提示 fe 2e fe2 2 铁在中性或弱碱性条件下 发生腐蚀的总反应式为 提示 2fe o2 2h2o 2fe oh 2 最终生成铁锈 主要成分为fe2o3 nh2o 过关训练 1 2016 浙江10月选考真题 在一块表面无锈的铁片上滴食盐水 放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现 铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式 2fe 2h2o o2 2fe oh 2 fe oh 2进一步被氧气氧化为fe oh 3 再在一定条件下脱水生成铁锈 其原理如图 下列说法正确的是 a 铁片发生还原反应而被腐蚀b 铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域c 铁片腐蚀中负极发生的电极反应 2h2o o2 4e 4oh d 铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池 发生了电化学腐蚀 解析 选d 铁生锈的原理是铁片中的铁和碳形成无数微小的原电池 发生电化学腐蚀 d项正确 铁作负极发生氧化反应 fe 2e fe2 a项错误 因为生成的fe2 移向正极和oh 结合成fe oh 2 fe oh 2进一步被氧气氧化为fe oh 3 再在一定条件下脱水生成铁锈 所以铁锈在正极区域产生 而铁在负极被腐蚀 所以铁片腐蚀最严重区域是负极区 而生锈最多的区域则是正极区 b项错误 氧气在碳正极上发生还原反应 2h2o o2 4e 4oh c项错误 2 如图装置中 u形管内为红墨水 a b试管内分别盛有食盐水和稀醋酸溶液 各加入生铁块 放置一段时间后 下列有关描述正确的是 a 红墨水柱两边的液面变化是左高右低b b试管中溶液ph减小c 两试管中相同的电极反应式是fe 3e fe3 d a试管中阳极反应式为o2 2h2o 4e 4oh 解析 选a 左边试管中是中性溶液 发生吸氧腐蚀 右边试管中是酸性溶液发生析氢腐蚀 所以左边试管内气体的压强减小 右边试管内气体的压强增大 导致u形管内红墨水左高右低 a正确 b试管中发生析氢腐蚀 则溶液中氢离子浓度减小 溶液的ph增大 b错误 两个试管中铁都作负极 负极上铁失电子 发生氧化反应 电极反应式为fe 2e fe2 c错误 a试管中属于原电池 应为正极 得电子发生还原反应 d错误 3 我国古代青铜器工艺精湛 有很高的艺术价值和历史价值 但出土的青铜器大多受到环境腐蚀 故对其进行修复和防护具有重要意义 下图为青铜器在潮湿环境中发生的电化学腐蚀的原理示意图 1 腐蚀过程中 负极是 填图中字母 a b 或 c 2 环境中的cl 扩散到孔口 并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈cu2 oh 3cl 其离子方程式为 3 若生成4 29gcu2 oh 3cl 则理论上耗氧体积为 l 标准状况 解析 1 根据图示 腐蚀过程中 铜失电子生成cu2 则负极是铜 选c 2 根据上述分析 正极产物是oh 负极产物为cu2 环境中的cl 扩散到孔口 与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈cu2 oh 3cl 则离子方程式为2cu2 3oh cl cu2 oh 3cl 3 4 29gcu2 oh 3cl的物质的量为 0 02mol 根据铜原子守恒 cu2 的物质的量为0 04mol 负极反应为2cu 4e 2cu2 正极反应为o2 4e 2h2o 4oh 根据正 负极放电量相等 则理论上耗氧体积为0 02mol 22 4l mol 1 0 448l 答案 1 c 2 2cu2 3oh cl cu2 oh 3cl 3 0 448 二 金属的电化学防护 核心突破 1 金属的防护方法 2 金属的电化学防护 1 牺牲阳极的阴极保护法 原理 应用原电池原理 方法 将被保护金属与比其更活泼的金属连接在一起 更活泼的金属作负极不断被腐蚀 可定期更换 而作为正极的金属就能不被腐蚀而得到保护 常用于保护海轮外壳及石油管道等 实例 2 外加电流的阴极保护法 原理 应用电解池原理 方法 将被保护金属与外加直流电源负极相连 作为阴极 另一附加惰性电极作为阳极 通电后 电子流向被保护的金属 在金属表面积累了大量的负电荷 从而抑制金属失去电子 阻止金属被腐蚀 该方法主要用于防止土壤 海水及河水中的金属设备的腐蚀 实例 点拨 化学电池电极的名称金属的牺牲阳极的阴极保护法 实际上利用的是原电池原理 为什么叫做阳极和阴极呢 通常对原电池的两个电极叫做正极和负极 对电解池的两个电极叫做阳极和阴极 但在电化学中 对化学电池的电极还有个统一的名称 即 发生氧化反应的电极叫做阳极 发生还原反应的电极叫做阴极 典题通关 典例 2017 全国卷 支撑海港码头基础的防腐技术 常用外加电流的阴极保护法进行防腐 工作原理如图所示 其中高硅铸铁为惰性辅助阳极 下列有关表述不正确的是 a 通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零b 通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩c 高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流d 通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 解析 选c 通过外加电流的阴极保护法可以有效防止钢管桩的腐蚀 从而使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 a项正确 通电后高硅铸铁为阳极 发生氧化反应 电子流出通过外电路流向钢管桩 b项正确 高硅铸铁为惰性辅助阳极 阳极反应的实质是水的电解 高硅铸铁并不是损耗阳极材料 只起传递电流的作用 c项错误 可以根据发生腐蚀的趋势不同调整通入的保护电流 d项正确 延伸探究 1 本题中的装置是 填 原电池 或 电解池 目的是保护钢管桩不被腐蚀 提示 电解池 2 高硅铸铁作 填 阴极 或 阳极 该电极是否参与电极反应 提示 阳极否 过关训练 1 2017 金华高二检测 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 a b c d 解析 选c 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的金属活动性差别比fe和sn的差别大 故fe cu原电池中fe被腐蚀得快 为化学腐蚀 腐蚀较慢 2 保护埋在地下的钢管常用如图所示方法加以保护 使其免受腐蚀 关于此方法 下列说法正确的是 a 金属棒x的材料可能为铜b 金属棒x的材料可能为钠c 钢管附近土壤的ph可能会上升d 这种方法称为外加电流的阴极保护法 解析 选c 构成的原电池中 金属棒x作原电池负极 所以金属棒x材料的活泼性应该大于铁 a错误 金属钠性质很活泼 极易和空气 水反应 不能作电极材料 b错误 该装置发生吸氧腐蚀 正极钢管上氧气得电子生成氢氧根离子 导致钢管附近土壤的ph可能会上升 c正确 该装置没有外接电源 不属于外加电流的阴极保护法 d错误 3 2017 舟山高二检测 1 将干净的铁片浸于熔融的液