高中化学1.3金属的腐蚀与防护学案苏教版选修.doc

江苏省连云港市赣榆县赣榆县海头高级中学 高中化学 1.3 金属的腐蚀与防护学案 苏教版选修4疏导引导识点1：金属的电化学腐蚀1.金属腐蚀 金属腐蚀是指金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而被腐蚀损耗的现象。金属的腐蚀可分为化学腐蚀与电化学腐蚀两种。2.金属腐蚀后的特征 金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能等方面都发生一定的变化。3.金属被腐蚀的危害 金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面都发生变化，从而使机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，直至报废。金属腐蚀还会使桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成坍塌、地下金属管道发生泄漏，轮船船体损坏等。4.金属腐蚀的本质 金属腐蚀的本质，是金属原子失去电子变成阳离子的过程。也就是说，金属腐蚀的本质是金属发生了氧化反应。5.金属腐蚀的类型 由于与金属接触的介质不同，发生腐蚀的情况也不同，一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。（1）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，叫做化学腐蚀。注意：化学腐蚀过程中发生的化学反应是普通氧化还原反应，而不是原电池反应，无电流产生。（2）电化学腐蚀电化学腐蚀是指不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。 下图表示的是一块铆有铁铆钉的铜板暴露在潮湿空气中的腐蚀情况。铜板表面凝结有一层水膜，空气中二氧化碳、二氧化硫及沿海地区空气中的氯化钠等物质都可能溶到水膜中形成电解质溶液。铜板和铁铆钉与这种电解质溶液接触形成电极。由于铁铆钉和铜板直接相连，铁又比铜容易失去电子，因此铁发生氧化反应，电极反应为：FeFe2+2e- 铁原子失去的电子传递到铜极上，在铜极上发生还原反应。所发生的还原反应主要由水膜的酸碱性决定。 在通常情况下水膜酸性不强，铜极上主要发生溶解的氧气在水膜中被还原的反应，电极反应为：2H2O+O2+4e-4OH-两极的电极反应组合起来形成一个原电池反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 在以上铜和铁所组成的原电池中，铁作为负极直接参加反应；铁原子变成Fe2+进入溶液，与溶液中的OH-结合生成氢氧化亚铁。具有强还原性的氢氧化亚铁与潮湿空气中的水和氧气反应生成红棕色氢氧化铁：4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 所生成的氢氧化铁进一步转化为铁锈。这个腐蚀过程主要消耗氧气，铁生成含氧化合物，因此也称为“吸氧腐蚀”。 在水膜酸度较高的特殊环境（如某些工厂附近的酸性气氛）中，正极反应可能主要是H+被还原成氢气而析出：2H+2e-H2 这时所发生的腐蚀称为“析氢腐蚀”。 不论是吸氧腐蚀，还是析氢腐蚀，铜只起到正极材料的作用，本身并不参与反应。因此，铆有铁铆钉的铜板暴露在潮湿空气中，被腐蚀的是铁铆钉，铜板则因此而得到保护。 由此可见，当两种金属相接触又同时暴露在潮湿气体、水或电解质溶液中时，由于形成原电池而发生腐蚀，这种腐蚀就是电化学腐蚀。 金属发生电化学腐蚀的根本原因是被腐蚀金属成为原电池的负极，其原子失去电子变成金属阳离子，发生阳极溶解。显然，越是活泼的金属，越容易发生电化学腐蚀。在引起电化学腐蚀的原电池中，正极金属充当惰性电极材料，不参与反应，因此碳等物质也可以充当正极材料。平常使用的金属往往含有杂质，如锌中常含有不活泼的铁。钢铁中常含有杂质碳。当这样的金属暴露于潮湿的空气中时，也会在表面的杂质附近形成原电池而被腐蚀。知识点2：金属的防护1.金属的防护就是防止金属的腐蚀。金属的防护要解决的主要矛盾是不使金属被氧化。从金属腐蚀的化学反应原理、腐蚀类型等方面来看，确定金属防护方法的思路，一是改变金属的内部结构，使金属性质改变，成为耐腐蚀金属；二是使金属与它的氧化剂相互隔离。总之，“据腐蚀、作防护”。 金属防护的方法很多，例如可以根据不同用途选用不同的金属或非金属制成合金，以防止腐蚀，如不锈钢就是一种耐腐蚀的合金；也可以采用油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法使金属与介质隔离，以防止腐蚀；还可以采用电化学保护法防止金属腐蚀等。2.金属的电化学防护（1）牺牲阳极的阴极保护法 此法应用原电池原理，让被保护金属作为正极，另找一种活动性较强的金属作为负极。例如：在锅炉内壁、船舶外壳装上若干锌块，就可保护钢铁设备。发生的电极反应：负极：Zn-2e-Zn2+正极：O2+4e-+2H2O4OH-Zn不断被腐蚀，可定期拆换，而铁得到保护。（2）外加电流的阴极保护法： 此法应用电解原理，让被保护金属作阴极，惰性电极作辅助阳极，两者都存在于海水中，接上直流电源。例如钢闸门，可用此法防止腐蚀。此法中阳极上放电的微粒是海水中的阳离子，阴极上放电的微粒是海水中的阳离子。3.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）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）活动性不同的两金属，活动性差别越大，腐蚀越快。（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。活学巧用1.我们已经知道，铁在潮湿的空气里易生锈，设计一组实验（也可用图表示）来证明铁的生锈，既不是单纯水的作用也不单纯是空气中氧气的作用，而是水和氧气共同作用的结果。将结果填入表中：实验过程实验现象各步结论解析：这是一道实验设计题目，要求证明铁生锈是两方面共同作用造成的，因此在设计时要单独考虑每一个条件对实验的影响，因此要设计3种情况：有氧气无水；有水无氧气；既有氧气又有水。在课堂学习中我们了解到铁锈的生成是由于铁的电化学腐蚀造成的，要形成原电池必须要有电解质溶液和电极，而铁的电化学腐蚀的过程中水是电解质溶液，在正极是氧气发生还原反应，这两个条件缺少哪一个都不能构成原电池，也就是铁不能生锈。答案：实验过程实验现象各步结论有水无氧气无铁锈没有氧气，不能生锈有氧气无水无铁锈没有水，不能生锈有水和氧气有铁锈氧气和水共同作用才能生锈思维点拨：在实验设计过程中，如果有多种因素影响实验时，要确定某一条件下对实验的影响，我们采用的方法是保持其他条件不变，改变这个条件，看实验的结果是否发生改变，有哪些改变，从而确定影响的大小。2.铁钉与炭棒用导线连接后，浸入到0.01 molL-1的食盐溶液中，可能发生的反应是（ ）A.炭棒上放出Cl2 B.炭棒附近产生OH-C.炭棒上放出O2 D.铁钉被氧化解析：铁钉和炭棒用导线连接后浸入食盐溶液中，刚好满足构成原电池的三个条件，由于食盐溶液是中性的，因此发生的反应是铁的吸氧腐蚀，铁作负极，发生氧化反应：2Fe-4e-2Fe2+，炭棒为正极，溶解在溶液中的O2被还原；2H2O+O2+4e-4OH-在正极附近产生OH-离子，正极附近的溶液呈碱性。答案：BD3.下列几种金属制品的镀层损坏后，金属腐蚀的速率最快的是（ ）A.镀铝塑料 B.食品罐头盒（镀锡）C.白铁水桶（镀锌） D.镀银铜质奖章解析：关键是看，镀层损坏后，暴露出的金属与镀层能否形成原电池，形成原电池金属是否是负极。A项塑料不会被腐蚀；B项Fe为原电池负极，锡为原电池的正极，加速Fe的腐蚀；C项Zn为电池的负极，铁为电池的正极，铁被保护；D项Cu为原电池的负极，Ag为原电池的正极，加速了铜的腐蚀。但由于Fe比Cu更容易失去电子，所以腐蚀最快的是B中的铁。答案：B点评：本题关键是弄清金属活动性顺序与形成原电池之间的关系。4.如图所示，各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时，由快到慢的顺序是（ ）A.4213 B.2134C.4231 D.3241解析：本题考查金属的腐蚀问题。金属的腐蚀，从本质上讲也是组成化学电池发生氧化还原反应的结果。在原电池中，活泼金属为负极，该金属被氧化，不活泼金属便被保护起来，其被腐蚀的速度大大减小，所以装置3中的铁被腐蚀的速度最慢，所以在容器2中的铁比容器1中的铁腐蚀得快。容器4是一个电解池，在这里Fe是阳极，不断地以Fe2+的形式进入容器中，从而加速了铁的腐蚀，在上述四种容器中，容器4中铁的腐蚀过程是最快的。综上分析，按铁被腐蚀的快慢顺序为：4213。答案：A点评：在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢由下列原则判断：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腐措施的腐蚀。5.市场上出售的“热敷袋”其中主要成分是铁屑、炭粉和少量的NaCl、水等。热敷袋在启用前用塑料袋使之与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓，就会放出热量，使用完后，就会发现袋内有许多铁锈生成，请完成下列问题：（1）热敷袋放出的热量来源于_放出的热量。（2）炭粉的作用是_。（3）加入NaCl的作用是_。（4）写出有关的电极反应式和化学方程式_。解析：本题为一信息给予题，实质上考查的是原电池的有关知识。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。反应后有大量的铁锈生成，说明有O2参加，而放出的热量应是铁被氧化时释放的，从启用到放出热量的时间很短，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，即热敷袋发生的是原电池反应，其中铁作负极，炭粉为正极，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、NaCl与水充分接触，以促使原电池反应的发生。热敷袋中主要发生如下反应：Fe-2e-Fe2+2H2O+O2+4e-4OH-Fe2+2OH-Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3xH2O+(3-x)H2O答案：（1）铁屑被氧化（2）C、Fe和NaCl溶液组成原电池，C作正极，