苏教版选修1 专题3第一单元应用广泛的金属材料第2课时 学案.doc

第2课时金属的腐蚀与防护学习目标重点难点1了解生活中金属的腐蚀情况及危害，认识防止金属腐蚀的重要性。2掌握金属腐蚀的原理。3了解与掌握金属腐蚀的防护措施常用方法及原理。4通过学生的调查研究、交流与讨论，帮助学生掌握生活中金属的防护知识。1电化学腐蚀的原因。2析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应方程式。3防止金属腐蚀的常用方法。1金属腐蚀概念：金属腐蚀是金属与周围介质发生_成为金属化合物而受破坏的一种现象。金属腐蚀分为_和_。其中最主要的就是_。2电化学腐蚀(1)概念：电化学腐蚀是指_因发生_而产生破坏的现象。(2)腐蚀原因：在潮湿的空气里，铁器表面吸附了一层水膜。水膜中溶解有_等，形成一薄层电解质溶液，与铁器中的铁和碳构成了许多微小的_，发生原电池反应，加快铁器的腐蚀。(3)防止腐蚀措施：金属腐蚀防护一般采用两种途径，一是_；二是利用_。避免与空气接触常用的方法有_和_两种。利用电化学原理保护常用的方法是_。预习交流1金属的腐蚀现象非常普遍。例如，钢铁生锈等。腐蚀可以使金属的机械性能、色泽和外形等方面发生重大变化，严重时可使机械设备、仪器仪表等报废。有些重大事故的发生如桥梁塌陷、石油管道破裂等也往往与金属腐蚀有关。某化工厂的输送物质的管道，很短时间内就被腐蚀得锈迹斑斑。想一想，金属为什么会被腐蚀？有什么危害？3电镀(1)概念：在金属表面镀上一层_。(2)电镀的原理：待镀部件与直流电源的_极相连，镀层金属部件与直流电源的_极相连，_的盐溶液作电镀的电解质溶液。4烤蓝(1)概念：“烤蓝”，又称“发蓝”。可以增强铁器件的抗腐蚀能力。(2)原因：烤蓝在铁器件的表面生成_。预习交流2铁是活泼金属，易被腐蚀氧化。为了延长铁制品的使用寿命，人们常用什么方法加以处理？在预习中还有哪些问题需要你在听课时加以关注？请在下列表格中做个备忘吧！我的学困点我的学疑点答案：预习导引三、1化学、电化学或物理作用化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀2(1)金属与电解质电化学反应(2)氧和少量盐类原电池(3)避免与空气接触电化学原理保护电镀烤蓝牺牲阳极的阴极保护预习交流1：答案：金属腐蚀是金属与周围介质发生化学、电化学或物理作用成为金属化合物而受破坏的一种现象。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化学腐蚀。电化学腐蚀是指金属与电解质因发生电化学反应而产生破坏的现象。化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生。据国家统计，每年由于金属腐蚀造成的直接损失约占全年国民生产总值的4%，远远超过一年中火灾、水灾、风灾、地震等损失(多年平均值)的总和。3(1)有保护能力的金属(2)阴阳镀层金属4(2)一层致密的四氧化三铁薄膜预习交流2：答案：(1)制成不锈钢；(2)涂油漆；(3)涂油；(4)镀上其他抗腐蚀能力强的金属。1金属的腐蚀全世界每年因生锈损失的钢铁约占世界钢铁年产量的1/4。某同学想探究铁生锈的条件，他将干净的铁钉分别同时放入a、b、c三支试管中进行研究。(1)请你帮助该同学完成下列实验设计的内容：编号操作方法实验目的a探究铁在干燥空气中的生锈情况b放入铁钉，注入加热过的蒸馏水浸没铁钉，并用植物油液封c探究铁在有空气和水时的生锈情况(2)一周后，编号为_的试管中的铁钉最易生锈。(3)用相同材料制作，经过相同时间防锈处理的铁栏杆，安装在南方比安装在北方更易生锈，其原因是_。(4)在焊接铁管时，为了使接口更加牢固，常用稀盐酸清洗接口处的铁锈，该反应的化学方程式为_。钢铁的电化学腐蚀是怎样进行的？(1)化学腐蚀与电化学腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀(主要)条件金属与非电解质直接接触水膜中溶有o2，呈极弱酸性或中性(吸氧腐蚀)，水膜酸性较强(析氢腐蚀)本质金属被氧化而腐蚀，无电流产生较活泼金属被氧化而腐蚀，有微弱电流产生反应式4fe3o2=2fe2o3负极：fe2e=fe2吸氧腐蚀，正极：2h2oo24e=4oh析氢腐蚀，正极：2h2e=h2(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较析氢腐蚀吸氧腐蚀形成条件水膜酸性较强水膜酸性很弱或为中性负极反应fe2e=fe22fe4e=2fe2正极反应2h2e=h2o22h2o4e=4oh发生情况相对较少，腐蚀速率较快非常普遍，腐蚀速率一般较慢联系吸氧腐蚀为主溶液中的相关反应fe22oh=fe(oh)24fe(oh)2o22h2o=4fe(oh)32金属的防护下图中，铁腐蚀由快到慢的顺序为(未标注的电解质溶液为水)_。什么叫烤蓝？烤蓝的原理是什么？金属防护的基本思路是防止金属与化学物质直接接触；防止金属与环境形成原电池。由于金属的腐蚀给生产和生活带来严重的损失，必须采取一定的措施防止金属腐蚀，常用的防护方法有：(1)改变金属的结构：制成各种合金。如不锈钢(钢中加入一定量的镍和铬)等。(2)加保护层：电镀、热镀、喷镀、涂漆、涂油等，或制成氧化膜保护。如在钢铁制品表面生成fe3o4；在铝制品表面生成al2o3等。(3)电化学保护法：消除引起金属发生电化学腐蚀的原电池反应的方法。外加电流的保护法：将被保护的金属与外加直流电源负极相连，能导电的惰性材料(如石墨)与电源正极相连，通电后，被保护的金属上有大量电子从而防止其被氧化而腐蚀。外加活泼电极的保护法：在被保护的金属上连接一种更活泼的金属，当发生电化学腐蚀时，首先锈蚀的是负极(活泼金属一极)，这样就保护了另一极的金属不被腐蚀。1铁棒与石墨用导线连接之后，浸入0.01 moll1的食盐溶液中，可能出现的现象是()。a铁棒附近产生oh b铁棒被腐蚀c石墨棒上放出cl2 d石墨棒上放出o22下列关于钢铁腐蚀的叙述正确的是()。a吸氧腐蚀时正极放出氧气b析氢腐蚀时正极放出的是氢气c化学腐蚀速率超过电化学腐蚀速率d析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍3建筑用的钢材在出厂之前都要经过发蓝处理，使其表面生成一层四氧化三铁，其目的是()。a增加钢材的硬度 b增加钢材的抗腐蚀能力c使钢材美观 d增加钢材的韧性4如下图所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：(1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于_腐蚀。(2)若试管内液面上升，则原溶液呈_性，发生_腐蚀，电极反应：负极：_，正极_。(3)若试管内液面下降，则原溶液呈_性，发生_腐蚀，电极反应：负极：_；正极：_。5取6根铁钉，6支干净的试管及其他材料，准备如下图：试管(1)放入一根铁钉，再注入蒸馏水，使铁钉和空气及水接触；试管(2)的试管底放入硅胶(是一种干燥剂)，再放入铁钉，用棉花团堵住试管口，使铁钉和干燥空气接触；试管(3)先放入一根铁钉，趁热倒入煮沸的蒸馏水(赶出原先溶解在蒸馏水中的空气)浸没铁钉，再加上一层植物油，使铁钉不能跟空气接触；试管(4)中放入铁钉注入食盐水，使铁钉和空气及食盐水接触；试管(5)放入相连的铁钉和锌片，注入自来水，浸没铁钉和锌片；试管(6)放入相连的铁钉和铜丝，注入自来水，浸没铁钉和铜丝。把6支试管放在试管架上，几天后观察铁钉被腐蚀的情况。其中_试管内的铁钉未被腐蚀。从铁钉被腐蚀的情况可知引起和促进铁钉腐蚀的条件是_。6在长期的生产实践中，人类对各种金属器件的防锈问题已找到一些理想的措施，例如：(1)农机具采用_；(2)地下输油管道采用_；(3)远洋巨轮船体采用_；(4)大型水库的钢铁闸门采用_。答案：活动与探究1：答案：(1)加热烘干试管，小心放入铁钉，塞上塞子探究铁在有水而无空气(氧气)时的生锈情况小心放入铁钉，注入蒸馏水，使铁钉部分浸入水中(2)c(3)南方比北方天气潮湿，铁更易生锈(4)fe2o36hcl=2fecl33h2o解析：本题不仅考查了铁生锈的条件，也考查了研究铁生锈的过程。铁生锈与氧气、水有关，题中控制条件，设计了三个对比实验进行证明：(1)铁钉只与干燥空气接触；(2)铁钉只与水接触；(3)铁钉既与水又与空气接触。本题还结合地理知识考查了不同地理位置、环境对铁生锈快慢的影响，体现了研究铁锈蚀条件的实际价值。思考与交流：答案：现实生活中，铁合金表面大量存在的是“微电池”。“微电池”与“大电池”在电化学原理上是一致的，只是“微电池”发生在极小的范围内(如金属晶粒之间)，而在一小块铁片上，可能存在成千上万个“微电池”，甚至宏观上难以区分阴极区、阳极区。潮湿环境下的铁合金大多数情况下会发生“微电池”腐蚀。铁合金的主要成分虽然是铁，但其中还含有碳、磷、锰、硅等成分与杂质，同时形成不同的固溶体形式。当铁合金表面有水膜存在时，合金中不同组分之间表现出不同的电位(其间存在电位差)，水膜是离子导体，金属本身是电子导体，具备了腐蚀电池的条件。无数“微电池”运行的结果，铁合金表面“生锈”了。如果能理解金属成分(组分)对于形成“微电池”的影响与作用，就可以解释为什么金属纯度越高，耐腐蚀性能就越好的道理。金属纯度越高，说明杂质越少、越单一，形成“微电池”的机会、数量也就越少，越耐腐蚀。常用的铝合金常常用一层纯铝包覆，正是为了提高铝合金的耐蚀性，这也是借助减少“微电池”的生成这一原理来提高金属防腐性能的应用实例。炒过菜的铁锅残留有烹饪用的食盐等电解质，溶解在水中形成了电解质溶液，为原电池提供了离子通道，如果不及时洗净很容易发生电化学腐蚀而遭到破坏。活动与探究2：答案：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；、都形成电解池，中铁与电源的正极相连，作阳极，氧化速率增大；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。思考与交流：答案：在钢铁表面生成一定厚度和强度的致密的氧化层的处理方法叫烤蓝。致密的氧化层化学成分：fe3o4发蓝液：naohnano2nano3原理：铁在含有氧化剂和苛性钠的混合溶液中，一定温度下经一定时间后，反应生成亚铁酸钠(na2feo2)和铁酸钠(na2fe2o4)，亚铁酸钠与铁酸钠又相互作用生成四氧化三铁氧化膜。其反应方程式为：3fenano25naoh3na2feo2h2onh38fe3nano35naoh2h2o4na2fe2o43nh3na2feo2na2fe2o42h2ofe3o44naoh这层氧化膜呈黑色或黑蓝色，它结构致密，具有较强的抗腐蚀能力。当堂检测1b解析：铁棒和石墨相连放入氯化钠溶液中之后，形成fec原电池，负极反应为fe=fe22e，电子经导线转移到碳棒上，氯化钠溶液呈中性，主要发生吸氧腐蚀：o22h2o4e=4oh，c棒附近产生oh。2b解析：钢铁腐蚀分为两大类，一类是析氢腐蚀，另一类是吸氧腐蚀。两种腐蚀类型的不同是根据发生腐蚀时电解质溶液不同来分的。当电解质溶液为酸性时发生析氢腐蚀；当为中性或碱性时发生吸氧腐蚀。发生这两种腐蚀时，都是铁为负极。因为钢铁上的电解质溶液一般为中性，所以钢铁腐蚀以发生吸氧腐蚀较为普遍。3b解析：发蓝处理，钢材“表面生成一层四氧化三铁”是为了在金属表面覆盖保护层，增强抗腐蚀能力。4答案：(1)电化学(2)弱酸性或中吸氧2fe4e=2fe2o24e2h2o=4oh(3)较强的酸析氢fe2e=fe22h2e=h2解析：根据原电池的构成条件，两种不同的材料在有电解质溶液时，若形成闭合回路，即可构成原电池。铁钉实际上是钢制成的，在这种情况下具备形成原电池的条件，此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件、原理及结果可知：试管内液面上升，说明试管内压强减小，气体被吸收所致，是铁钉吸氧腐蚀的结果，据此写出电极反应；试管内液面下降，说明试管内气体压强变大，试管内产生了新气体所致，是铁钉的析氢腐蚀的结果，据此写出电极反应。5答案：(2)(3)(5)水、空气、电解质