苏教化学选修化学反应原理课件：专题1第三单元金属的腐蚀与防护

第三单元金属的腐蚀与防护

课堂互动讲练知能优化训练课前自主学案探究整合应用第三单元课前自主学案自主学习一、金属的电化学腐蚀1．金属腐蚀(1)概念金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象。(2)实质金属原子_____电子变成阳离子的过程，即金属发生了______反应。失去氧化(3)类型根据金属与其他物质______________不同，可分为_______腐蚀和__________腐蚀。2．化学腐蚀金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀。腐蚀的速度随温度升高而_____。3．电化学腐蚀(1)概念：________的金属或合金发生______反应，使较_______的金属______电子被氧化而引起的腐蚀。接触的介质化学电化学加快不纯原电池活泼失去(2)实例：在潮湿的空气里，钢铁的表面形成了一层电解质溶液的薄膜，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好构成了原电池。其中，铁是负极，碳是正极。(3)析氢腐蚀和吸氧腐蚀①析氢腐蚀：金属表面的电解质溶液____较强，腐蚀过程中有__放出。电极反应如下：负极反应：Fe－2e－===Fe2＋；正极反应：2H＋＋2e－===H2↑；总反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。酸性H2②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：2Fe－4e－===2Fe2＋；正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－；总反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2。最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应如下：酸性很弱中性4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O。二、金属的电化学防护1．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______。2．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。在电解质溶液中，接外加_____电源。原电池正极负极电解池阴阳直流1．你认为在硫酸厂附近的金属发生的主要是哪一类腐蚀？【提示】硫酸厂附近空气中的二氧化硫的含量比其他地方的高，导致金属接触到的溶液酸性较强，若发生电化学腐蚀应是析氢腐蚀。2．电化学防护的实质是什么？【提示】电化学防护的实质是把被保护的金属作原电池的正极或电解池的阴极，不参与电极反应，从而不被氧化。问题探究自主体验1．有关金属腐蚀的论述，正确的是(

)A．金属的腐蚀一定伴有电流产生B．Fe在干燥的氯气里比在潮湿的空气里更易被腐蚀C．发生化学能转变为电能的腐蚀时较活泼的金属总是作正极而被腐蚀D．发生电化学腐蚀时都有能量的转变，且被腐蚀的金属总是失电子解析：选D。金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀，化学腐蚀是金属直接与氧化剂反应，电子直接转移给氧化剂，无电流产生；而电化学腐蚀是最普遍的金属腐蚀，其原理与原电池原理一致。2．下列叙述不正确的是(

)A．锌跟稀硫酸反应制取氢气，加入少量的硫酸铜能加快反应速率B．镀层破损后，白口铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易被腐蚀C．钢铁表面常易被锈蚀生成Fe2O3·nH2OD．钢铁在发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀时，完全相同的反应是负极反应解析：选B。镀锌的铁(白口铁)构成原电池时锌为负极，铁为正极，铁被保护；镀锡的铁(马口铁)构成原电池铁作负极，锡作正极，铁失电子加速了铁的腐蚀。3．下列各种方法中：①金属表面涂抹油漆②改变金属的内部结构③保持金属表面清洁干燥④在金属表面进行电镀⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜。能对金属腐蚀起到防止或减缓作用的措施是(

)A．①②③④

B．①③④⑤C．①②④⑤

D．全部解析：选D。题目中各措施都符合金属腐蚀防护的基本思路。课堂互动讲练要点一钢铁的腐蚀1．钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较类型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呈中性电解质溶液溶有CO2等的水溶液溶有O2的水溶液负极反应Fe－2e－===Fe2＋类型析氢腐蚀吸氧腐蚀正极反应2H＋＋2e－===H2↑2H2O＋O2＋4e－===4OH－电子如何流动形成电通路Fe失2e－，成为Fe2＋进入溶液，Fe失去的e－流入C极，H＋趋向于C极，在C极上得e－形成H2放出Fe失2e－，成为Fe2＋进入溶液，Fe失去的e－流入C极，在C极O2获得e－与H2O反应生成OH－进入溶液普遍性吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍2.其他反应及产物2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)32Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O特别提醒：按照金属活动性顺序，“H”前面的金属既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀，“H”后面的金属只能发生吸氧腐蚀。例1

如图所示烧杯中试管内有一枚铁钉，放置数天后观察：(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，电极反应式：负极______________________________，正极______________________________。(3)若试管内液面下降，则原溶液呈__________性，发生________腐蚀，电极反应式：负极________________________________________________________________________，正极________________________________________________________________________。【思路点拨】解答本题应注意以下两点：(1)铁钉中含有碳，形成原电池而发生电化学腐蚀。(2)铁钉在不同电解质溶液中可发生吸氧腐蚀或析氢腐蚀。【解析】根据原电池的构成条件：有两种不同材料的(Fe为负极，碳为正极)、有电解质溶液、形成闭合回路，可知铁钉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，试管内气体被吸收所致，是铁钉吸氧腐蚀的结果，据此写出电极反应式；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，据此写出电极反应式。(1)若铁锈的主要成分为Fe2O3·nH2O。写出铁钉生锈的化学方程式。(2)铁钉无论是(2)还是(3)情况的腐蚀，铁均发生了什么反应？互动探究【提示】

(1)4Fe＋3O2＋2nH2O===2(Fe2O3·nH2O)(2)氧化反应。变式训练1

为了探究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用不同金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置内，并将这些装置在相同的环境中放置相同的一段时间，下列对实验结束时现象的描述不正确的是(

)A．实验结束时，装置Ⅰ左侧的液面一定会下降B．实验结束时，装置Ⅰ一定比装置Ⅱ左侧液面低C．实验结束时，装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重D．实验结束时，装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀解析：选B。这是一道原电池原理应用于金属腐蚀的选择题，主要考查如何分析铁钉所处的环境，对铁钉的腐蚀起到促进还是保护作用，同时考查了盐酸具有挥发性，浓硫酸具有吸水性等知识点。装置Ⅰ中铁钉处于盐酸的蒸气中，被侵蚀而释放出H2，使左侧液面下降，右侧液面上升；装置Ⅱ中铁钉同样处于盐酸的蒸气中，所不同的是悬挂铁钉的金属丝由铁丝换成了铜丝，由于Fe比Cu活泼，在这种氛围中构成的原电池会加速铁钉的被侵蚀而放出更多的H2，使左侧液面下降得更多，右侧液面上升得更多；装置Ⅲ中虽然悬挂铁钉的还是铜丝，但由于浓硫酸有吸水性而无挥发性，使铁钉处于一种较为干燥的空气中，因而在短时间内几乎没有被侵蚀。要点二金属腐蚀快慢的判断以及金属的防护1．不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗。金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关：(1)与构成原电池的材料有关两极材料的活泼性差别越大，电动势越大，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比在非电解质溶液中的腐蚀速率快，在强电解质溶液中的腐蚀比在弱电解质溶液中的腐蚀速率快。(3)一般说来可用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＞有原电池防护措施的腐蚀＞有电解池防护措施的腐蚀。2．金属腐蚀的防护方法(1)改变金属的内部组织结构；(2)在金属表面覆盖保护层；(3)电化学保护法。例2

下图容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序是(

)A．④>②>③>①

B．②>①>③>④C．④>②>①>③D．③>②>④>①【解析】该题以金属的腐蚀为情境，意在考查学生对原电池和电解池知识的应用。根据原电池原理，在②③两装置中，铁分别作原电池的负极、正极(因为活动性Zn>Fe>Sn)，故②中腐蚀快，③中Fe为正极，得到保护，④中为电解池，Fe接在电源的正极，通电时Fe应失去电子而被溶解，腐蚀最快，①中Fe与铁棒自身所含的碳构成无数微小原电池，腐蚀较慢。综合分析由快到慢顺序应为：④②①③。【答案】

C【规律方法】本题旨在考查原电池、电解池在金属腐蚀中快慢比较的应用。特别要注意金属作原电池正极、电解池阴极得到保护。(1)将①中的Fe换成Cu，海水换成稀H2SO4，Cu发生什么腐蚀？(2)将②中的Sn换成Cu，铁腐蚀加快还是变慢？互动探究【提示】

(1)Cu将发生吸氧腐蚀，因为排在金属活动性顺序表中氢后面的金属不能发生析氢腐蚀。(2)换成Cu后铁腐蚀加快，金属活泼性之间的差别越大，原电池负极腐蚀得越快。变式训练2

下列关于金属的防护方法的说法不正确的是(双选)(

)A．我们使用的快餐杯表面有一层搪瓷，搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用B．给铁件通入直流电，把铁件与电池负极相连接C．轮船在船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阳极的阴极保护法D．钢铁制造的暖气管管道外常涂有一层沥青，这是钢铁的电化学保护法解析：选AD。A项中涂层破损后金属铁直接暴露在空气中，搪瓷层已不能再对破损部位形成有效的保护；B项中利用的是外加电源的阴极保护法，从而保护铁不被腐蚀；C项是牺牲阳极的阴极保护法；D项中应是用沥青作涂层的涂层保护法。探究整合应用钢铁腐蚀的防护钢铁在潮湿空气中很容易生锈，促使其生锈的主要原因是电化学腐蚀。其它金属在一定条件下也可被腐蚀，其原理也主要是原电池原理，在生产、生活中必须加以防治。(1)将铜棒与锌棒用导线连接，分别插入盛有：①硫酸溶液，②硫酸铜溶液，③硫酸钠溶液的三个烧杯中。此时，铜片上发生的主要反应是：①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________；③________________________________。例(2)铜制品在经常下酸雨的地区电化学腐蚀严