鲁科版选修1 主题4课题4金属制品的防护 学案.doc

化学鲁科版选修1主题4课题4金属制品的防护学习要求学习要点1.了解金属腐蚀的本质及分类，特别是电化学腐蚀的原理。2明确金属防护的方法，培养学生分析并解决生活中实际问题的能力。3切实感受金属及合金在国家建设及社会生活中的重要作用，形成爱护资源，科学利用资源的正确思想。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。一、自行车金属部件为什么易被腐蚀1自行车被腐蚀的原理：制造自行车的金属是_。_并不是纯铁，而是铁的_，其中含有少量的_，镀层破损后，暴露出的_部件表面就会形成一层水膜，这层水膜与_和_可以组成无数微小的_。水膜溶有co2等物质，是_溶液；活泼的铁相当于微小原电池的_，电极反应为_；碳是微小原电池的_，电极反应为_。原电池反应为_。原电池反应生成的产物进一步被氧化的化学方程式为_。_是铁被腐蚀所生成的铁锈的主要成分。2电化学腐蚀：指金属在有_存在情况下通过_反应发生的腐蚀。3化学腐蚀：指_与_直接接触而被腐蚀的过程。高温下，钢铁与氯气接触生成_，铜在加热下生成黑色的_，都属于_。4金属腐蚀：本质是金属原子_变成_，在此过程中金属被_。预习交流金属腐蚀的定义？化学腐蚀与电化学腐蚀的区别与联系是什么？二、自行车金属部件的防腐蚀1为防止自行车金属部件被腐蚀，主要采用在金属部件的表面上加上_的方法，如给车架、挡泥板、车后座烤上一层_，给链条涂上_，给轴承涂上_，将车把、车圈、车辐条进行_，将车座弹簧用一层_保护等。2镀锌是最常见的电镀工艺，广泛应用于制品的防腐蚀，原因是锌比铁_，腐蚀时先腐蚀_。3根据电化学原理，只要将要保护的金属与比它活泼的金属相连构成_，便可以使要保护的金属不被腐蚀，这就是_保护法。各种防腐措施都是为了阻止需要保护的金属_被_为金属阳离子。预习交流金属腐蚀的本质是什么？根据电化学原理，如何防止铁被腐蚀？三、自行车的合金材料1不锈钢是通过改变金属的_和_来提高自身耐腐蚀性的合金。目前，科学家们已发明了各种有针对性耐腐蚀的合金钢。2自行车选材主要指标为_、_、_和_。3几种常见合金(1)铁合金：优点：_，缺点：_。(2)铝合金：优点：_、_、_、_性高。(3)钛合金：优点：_、_、_、_。(4)镁合金：优点：_。预习交流合金的定义及其特点？答案：一、1.钢铁钢铁合金碳钢铁铁碳原电池电解质负极2fe4e=2fe2正极 2h2oo24e=4oh2fe2h2oo2=2fe(oh)24fe(oh)2o22h2o=4fe(oh)3三氧化二铁2电解质溶液原电池3金属氧化剂氯化铁氧化铜化学腐蚀4失去电子金属阳离子氧化预习交流：答案：金属腐蚀是指金属(或合金)跟周围接触到的气体(或液体)反应而腐蚀损耗的过程。金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。化学腐蚀是指：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。特点：反应简单、金属与氧化剂之间为氧化还原反应。电化学腐蚀是指：不纯的金属或合金与电解质溶液接触，发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀如：化学腐蚀与电化学腐蚀的对比：化学腐蚀：金属被氧化电化学腐蚀：活泼金属被氧化化学腐蚀与电化学腐蚀相互关系：往往同时发生，电化学腐蚀要比化学腐蚀普遍得多。二、1.防护层漆机油凡士林电镀“烤蓝”2活泼锌3原电池牺牲阳极的阴极失去电子氧化预习交流：答案：金属腐蚀本质就是金属失电子而被氧化的过程。金属越活泼，就越易被腐蚀。因此在金属铁上连接一块比它更活泼的金属，发生原电池反应时，失电子的为活泼的金属，而铁被保护。三、1.组成结构2重量轻耐腐蚀强度高减震性能好3(1)使车架变轻笨重，易腐蚀(2)质轻成本低易加工机械(3)重量轻强度高韧性好 耐腐蚀(4)质轻预习交流：答案：合金就是两种或两种以上的金属(或金属跟非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。其特点是：合金比它的成分金属具有更多良好的物理、化学或机械等方面的性能。一般地说，合金的熔点比它的各成分金属的熔点都低。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一、金属的腐蚀市场上出售的“热敷袋”其主要成分为铁屑、炭粉、木屑和少量氯化钠、水等。“热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量，使用完后，会发现有大量铁锈存在，请回答下列问题：(1)“热敷袋”产生热量的来源是_。(2)炭粉的主要作用是_。(3)加入nacl的主要作用是_。(4)写出生成铁锈的有关方程式(按生成过程分步写，不可合并成总式)：_。如图，烧杯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_，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，电极反应：负极_，正极_。1.金属腐蚀的本质金属原子(m)失去电子生成金属阳离子。mne=mn2化学腐蚀和电化学腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟接触的物质反应不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象不产生电流有微弱的电流产生反应金属被氧化较活泼的金属被氧化相互关系化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生3.钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀(1)吸氧腐蚀和析氢腐蚀的比较类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜呈弱酸性或中性水膜呈酸性正极反应(o2)o22h2o4e=4oh2h2e=h2负极反应(fe)fe2e=fe2fe2e=fe2总反应式4fe3o26h2o=4fe(oh)3fe2h=fe2h2(2)铁锈(fe2o3nh2o)的生成过程：钢铁发生吸氧腐蚀而生锈。发生的化学反应为：(正极)o22h2o4e=4oh(负极)2fe4e=2fe2(电池反应)2feo22h2o=2fe(oh)24fe(oh)2o22h2o=4fe(oh)32fe(oh)3=fe2o3h2o2h2o说明：金属的腐蚀主要是电化学腐蚀。在金属活动顺序表中h以后的金属只能发生吸氧腐蚀。钢铁表面呈弱酸性的原因：h2oco2h2co3、h2co3hcoh。4金属腐蚀快慢的影响因素(1)与构成原电池的材料有关。两极材料的活动性差别越大，电势差越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属被腐蚀的速率就越快。(2)与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。5金属腐蚀快慢比较电解原理引起腐蚀(金属作阳极)原电池原理引起的腐蚀(金属作负极)化学腐蚀一般有防腐措施的腐蚀形成原电池原理防腐(金属作正极)的腐蚀形成电解池原理的防腐(金属作阴极)的腐蚀。二、金属的防护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。某学生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)请你帮助该学生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，注入蒸馏水浸没铁钉，并用植物油液封c探究铁在有空气和水封时的生锈情况(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_。金属腐蚀的现象非常普遍。金属制成的日用品、生产工具、机器部件、海轮的船壳等，如保养不好，都会腐蚀，从而造成大量金属的损耗。金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能等方面都将发生变化，会使机器设备、仪器、仪表的精密度和灵敏度降低，影响使用以至报废，甚至发生严重事故。至于因设备腐蚀损坏而引起停工减产、产品质量下降、污染环境、危害人体健康，甚至造成严重事故的损失，那就更无法估计了。据初步估计每年由于钢铁生锈会使我国损失大约100亿150亿元。因此，了解金属腐蚀的原因，掌握防护的方法，具有十分重要的意义。要想减少或避免金属腐蚀，我们应该采取什么措施？(请你举出几个你所了解的具体事例)金属的防护措施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。(1)烤蓝：如在钢铁制品表面生成fe3o4。(2)常温下在铝制品表面生成al2o3。3电化学保护法消除引起金属发生电化学腐蚀的电池反应的方法。(1)外加电流的保护法：将被保护的金属与外加直流电源的负极相连，能导电的惰性材料(如石墨)与电源正极相连，通电后，被保护的金属上积累电子从而防止其被氧化而腐蚀。(2)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，首先锈蚀的是阳极(活泼金属一极)，这样就保护了另一极的金属不被腐蚀。4电镀(1)定义：应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。(2)电镀的目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度。(3)电镀的条件：待镀的金属制品作阴极，镀层金属作阳极，用含有镀层金属离子的盐溶液作电镀液。即阳极材料、电解质溶液中的放电阳离子、镀层金属都必须是同一种金属元素。注意：(1)电镀池中，电解质溶液浓度不发生变化；(2)经过特殊处理，可以在有机材料表面镀上一层金属。5烤蓝“烤蓝”，又称“发蓝”，是一种常用的铁器表面处理方法。它可以使铁器表面生成一层致密的fe3o4薄膜，增强铁器件的抗腐蚀能力。铁器件“烤蓝”要使用发蓝液。其方法是：将铁放入50 g naoh、10 g nano3、3 g nano2及100 ml水所得到的溶液中，加热煮沸20 min，用水洗净，即看到有fe3o4保护层生成。其原理是利用fe在碱性溶液中更容易被一些并不强的氧化剂氧化生成钝化膜。三、自行车中的合金材料钛(ti)因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注，是航空、军工、电力等方面的必需材料，被誉为“空间金属”和“深海金属”。常温下钛不和非金属、强酸反应。红热时，却可与常见的非金属单质反应。地壳中含钛矿石金红石(tio2)，目前大规模生产钛的方法是：第一步：将金红石、炭粉混合，在高温条件下通入氯气制得ticl4和一种可燃性气体。该反应的化学方程式：_，该反应的还原剂是_。第二步：在氩气的气氛中，用过量的镁在加热条件下与ticl4反应制得金属钛。(1)写出此反应的化学方程式：_。(2)如何由上述所得产物中获取金属钛？简述步骤并写出有关反应的化学方程式。实验步骤：_。化学方程式：_。(3)钛和钛的合金被誉为“21世纪最有发展前景的材料”，它们具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工等，尤其是钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”。根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是_。a用来做保险丝b用来制造航天飞机c用于制造人造骨d用于家庭装修，做钛合金装饰门防止自行车上金属部件腐蚀的方法有哪些？用哪些材料替代钢材，既可以节约钢材，又能使自行车经久耐用？1.合金的组成和性质(1)组成：合金是由金属和金属或金属和非金属熔合而成的具有金属特性的物质。(2)合金的性质：合金比纯金属硬度更大、更坚固。纯金属中原子排列规整，加入其他元素的原子，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子间滑动变困难，因此合金硬度更大。合金的熔点一般比成分金属低。合金具有固定的熔、沸点(有别于其他混合物)。2常见合金的组成、性能合金名称组成主要性质主要用途镁铝合金含有10%30%的镁强度和硬度都比纯铝和纯镁大火箭、飞机、轮船等制造业铁合金含碳0.3%4.3%硬度大、有韧性、有弹性机座、管道、机械、交通工具钛合金含铝6%、钒4%耐高温、耐腐蚀、高强度用于宇航、飞机、造船、化学工业答案：一、活动与探究：答案：(1)铁被氧化放出的热量(2)与铁屑、nacl溶液构成原电池，加速铁被氧化(3)nacl溶于水，形成电解质溶液，增强导电性(4) fe2e= fe2 ，2h2oo24e = 4oh，fe22oh=fe(oh)2，4fe(oh)2o22h2o=4fe(oh)3,2fe(oh)3=fe2o3nh2o(3n)h2o解析：从“热敷袋”使用前与空气隔绝，启用后却要打开揉搓，说明有空气参与了“热敷袋”内的反应。反应后有大量铁锈生成，说明有o2参加，而放出的热量应是铁被氧化时释放的，从启用到放出热量时间很短，显然不是铁的缓慢氧化所能形成的现象。此时，再分析“热敷袋”中的原料成分，会很容易想到铁的吸氧腐蚀，即“热敷袋”内发生的是原电池反应，其中铁作负极，炭粉作正极，nacl与水构成了电解质溶液，轻轻揉搓的作用是使铁屑与炭粉、氯化钠与水充分接触，以促使原电池反应的发生，“热敷袋”内主要发生以下反应：fe2e= fe2 ,2h2oo24e = 4oh，fe22oh=fe(oh)2，4fe(oh)2o22h2o=4fe(oh)3，2fe(oh)3=fe2o3nh2o(3n)h2o。思考与交流：答案：(1)电化学(2)弱酸性或中性吸氧2fe4e=2fe2o24e2h2o=4oh(3)较强的酸fe2e=fe22h2e=h2解析：根据原电池的构成条件可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀，试管内液面上升，说明试管内压强减小，试管内气体被吸收所致，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，是铁钉析氢腐蚀的结果，据此写出电极反应。二、活动与探究：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)南方比北方空气潮湿，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：(1)对金属做必要的精炼，以减少其中能导电的不活泼杂质。(2)对机器、仪表及时保养，减少金属与腐蚀性气体、电解质溶液、潮湿气体的接触。(3)根据用途不同采取不同的方法使金属与造成腐蚀的介质隔离，如涂油脂、喷漆、镀层、表面钝化等。(4)选用适宜的金属或非金属制成耐腐蚀的合金，如炼制不锈钢、耐酸钢等。(5)采用电化学防护方法，如在钢铁的船体上焊接上较活泼的金属锌。三、活动与探究：答案：第一步：tio22c2cl2ticl42coc第二步：(1)ticl42mgti2mgcl2(2)加入足量的盐酸，除去过量金属镁，过滤，并用蒸馏水洗涤固体即得金属钛mg2hcl=mgcl2h2(3)a解析：由题意可知可燃性气体为co，可得方程式tio22c2cl2ticl42co，该反应中氧化剂为cl2，还原剂为c。(1)由题给信息可直接写出。(2)利用钛不与强酸反应，故可知用过量盐酸除去过量的镁而分离出钛。(3)由于钛合金熔点高，密度小，故不适合做保险丝，因为保险丝要求在受热时能及时熔断。思考与交流：答案：为了防止自行车的金属部件被腐蚀，延长自行车的使用寿命以及保护它漂亮的外观，主要采用在金属部件的表面加上防护层的方法，如给车架、挡泥板、车后座烤上一层漆，给链条涂上机油，给轴承涂上凡士林，将车把、车圈、车辐条进行电镀，将车座弹簧用一层“烤蓝”保护等。除此之外还可以采用改变金属的内部结构，例如，把铬、镍加入普通钢中制成不锈钢。在设计方面，设备和工程的结构和组合应该符合防腐蚀规律。要尽量避免不同金属的搭接和铆接。焊缝不宜太多，各部分受力要均匀。替代钢铁的材料：铝合金、钛合金和镁合金。1钢铁在很弱的酸性或中性条件下发生电化学腐蚀时，正极的反应式为()。afe2e=fe2b2h2e=h2c2h2oo24e=4ohdfe3e=fe32钢铁的锈蚀过程中，下列五种变化可能发生的是()。fe由2价转化为3价o2被还原h被还原有fe2o3h2o生成杂质碳被氧化除去abc d3在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是()。a锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子b锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子c铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子d锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子4有关合金的叙述错误的是()。a铁与非金属氯、氧等很难形成合金b合金是混合物c合金具有固定的熔点d形成合金后，其熔点比各成分的熔点都高5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)_。答案：1c解析：本题考查金属的电化学腐蚀的实质。钢铁中含有多种杂质，在考虑钢铁的电化学腐蚀时，为了简化问题，主要讨论碳杂质问题，也就是以