高二人教版化学选修一优质课件：3_2金属的腐蚀和防护

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铁锈斑斑 四川省宜宾市城区的南门大桥 钢铁 生锈 造成大桥 断裂 ！ 断裂 铜器表面生成一层薄薄的 铜绿 [ 铜绿的主要成分是 Cu 2 (OH) 2 CO 3 ] 第三章 探索生活材料第二节 金属的腐蚀和防护 1. 定义：指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行 化学反应 而腐蚀损耗的过程。 一、金属的腐蚀 (1) 化学腐蚀 金属跟接触到的物质 ( 如 O 2 、 Cl 2 、 SO 2 等 ) 直 接发生 化学反应 而引起的腐蚀。 2. 分类： 化学腐蚀和电化学腐蚀 左边家用燃气灶的中心部位很容易生锈，而右边的食品罐头放在南极 80 多年了，却很少生锈 升温可加快金属腐蚀 温度对化学腐蚀的影响： 升温加快 金属腐蚀 降温减慢 金属腐蚀 思考与交流： 铁钉锈蚀的可能条件假设： 只 与 水 接触， 不 与 空气 接触 不 与 水 接触， 只 与 空气 接触 既 与 水 接触， 又 与 空气 接触 既 与 NaCl 溶液接触， 又 与 空气 接触 既 与 CH 3 COOH 溶液接触， 又 与 空气 接触 不纯的金属（或合金）跟电解质溶液接触时，会发生 原电池反应 ，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。 （ 2 ）电化学腐蚀 海边的铁制品比较容易生锈，为什么？ 原电池反应可加快金属腐蚀 化学腐蚀与电化学腐蚀的差异 铁与酸反应，铁被腐蚀。 腐蚀速率较慢。 铁作负极被腐蚀 腐蚀速率较快。 原电池的形成条件 : 　　　　　　　　 (1) 活泼性不同的两种金属（或金属与石 墨）构成两个电极 (2) 电解质溶液 (3) 构成闭合电路 复习 (4) 自发的氧化还原反应 发生 ____ 反应的是 ____ 极（电极消耗）　　　　　　　　　　　　　　　　 发生 ____ 反应的是 ____ 极（电极放出气体或析出金属） 原电池正负极的判断 根据金属的活泼性判断 根据电极反应来判断 活泼 金属做 ___ 极 , 不活泼 金属 ( 或可导电的非金属）做 ___ 极 还原 负 正 负 正 氧化 钢铁的电化学腐蚀： 潮湿空气中吸附了一层薄薄的水膜，由于溶解了 CO 2 而形成了电解质溶液 ① 若电解质溶液 酸性较强 负极：＿＿，电极反应式： 正极：＿＿，电极反应式： 总反应式： Fe - 2e - ＝ Fe 2+ 2H + + 2e - ＝ H 2 ↑ Fe + 2H + ＝ Fe 2+ + H 2 ↑ 铁 碳 H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 H + + HCO 3 - —— 析氢腐蚀 负极：＿＿，电极反应式： 正极：＿＿，电极反应式： 总反应式： 2Fe - 4e - ＝ 2Fe 2+ 2H 2 O + O 2 + 4e - ＝ 4 OH - 2Fe+ 2H 2 O + O 2 ＝ 2 Fe(OH) 2 ↓ 铁 碳 ② 若电解质溶液 酸性较弱或呈中性 —— 吸氧腐蚀 注意： （ 1 ）电化学腐蚀是通过构成无数微小的原电池而发生的，作为负极的较活泼金属将不断被腐蚀。而不活泼的金属（或非金属或其它杂质）则被保护。 （ 2 ）电化学腐蚀，只有当金属跟电解质溶液接触时，才会发生，并伴有微电流产生。 （ 3 ） 原电池反应能加快金属腐蚀 两者往往 同时 发生，电化学腐蚀更普遍 相互 联系 较活泼 金属被氧化 金属被氧化 本质 有 微弱电流 产生 无电流 产生 现象 不纯 金属或合金 跟 电解质溶液 及 氧化剂 ( O 2 ) 接触 金属跟具有氧化性 的物质直接接触 条件 电化学腐蚀 化学腐蚀 化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 1. 金属腐蚀的本质： 金属原子 金属 ______ ，发生 _____ 反应 氧化 失去 e - 阳离子 2. 金属腐蚀的分类 化学腐蚀 电化腐蚀 酸性环境 中性或碱性环境 （普遍） 小结： 金属腐蚀的危害 金属的腐蚀对国民经济带来的损失是惊人的，据 70 年代美国的一份统计报告，全世界每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料，约相当于金属年产量的 1/3 ，至于因设备腐蚀损坏而引起的停工减产、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，就更无法估计了。当前，世界各国都有许多优秀的科学家，从事金属腐蚀理论及防护方法的研究工作。有志者可选择这方面的课题研究，一定会大有作为；一旦有新的突破，产生的经济效益和社会影响，必将是巨大的。 二、金属的防护 ( 一 ) 影响金属腐蚀的因素： ( 二 ) 金属在什么条件下容易被腐蚀？ 金属的本性和介质 在潮湿的空气中、接触腐蚀性气体或电解质，都容易被腐蚀 思考 : 金属腐蚀的防护思路 主要从金属的本质和介质两方面考虑，如 : ◆ 改变金属的内部组织结构， ◆在金属表面覆盖保护层等等 讨论自行车不同构件的防锈措施 2. 在金属表面覆盖保护层，使它与 ________ 、 __________ 等物质 _________ 。 （三）金属的 防护 方法 : 1. 改变金属的内部组织结构； 如：喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀、表面钝化 ( 氧化成致密的氧化膜 ) 、搪瓷、包塑料等方法。 空气 水 隔离 如：将 Cr 、 Ni 等金属加进钢里 制成不锈钢 船身如何防腐蚀的？ 用牺牲锌块的方法来保护 船身上装锌块 如何防止地下钢铁管道的腐蚀？ 用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块要定期更换 消除引起金属发生电化学腐蚀的原电池反应 3. 金属的电化学防护 原理： 在被保护的金属上 连接 比该金属 ___________ ， 此金属作 ___ 极反应受到腐蚀， 被保护的金属作 ___ 极 ， 不反应，起到保护作用。 更活泼的金属 负 正 做负极材料常用的有 _____________ 镁、铝、锌 1. 埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种情况下被腐蚀速率最慢的是 ( ) A ．在潮湿疏松的土壤中； B ．在含铁元素较多的酸性土壤中； C ．在干燥致密不透气的土壤中； D ．在含碳较多的潮湿透气的中性土壤 C 2. 下列装置中四块相同的 Zn 片，放置一段时间后腐蚀速率由 慢 到 快 的顺序是： ________________ (4) (2) (1) (3) (1) 、改变金属的内部组织结构，如 (2) 、在金属表面覆盖保护层，如 (3) 、电化学保护法 （消除引起金属发生电化腐蚀的原电池反应的方法） 在要保护的金属上 连接 比该金属 更活泼的金属 或合金 P57 不锈钢 覆盖油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化成致密的气化膜等 ( 三 ) 金属防护的方法 知识总结 P 58 请你当设计师，假设用钢材在 杭州西湖内 建造能使用 20 年左右 的一座大桥，有三种防锈措施供选择，你认为各种方法有什么优、缺点？你优先选择哪种方法？理由是什么？ （ 1 ）涂上油漆 （ 2 ）使用镀铬的钢 （ 3 ）使用不锈钢 P57 思考与交流如何选用防锈方法 --- 请你决策 涂油漆 的优点是成本较低，缺点是油漆层容易脱落，保护作用一般，不太适合大桥要使用多年的要求，而且也不适合在风景区使用。 使用镀铬的钢 的优点是保护作用优良，外表美观，适合在风景区使用。 使用不锈钢 的用点是保护作用优异，外表美观，但成本较高，应酌情考虑。 钢铁在 酸性环境腐蚀 示意图 钢铁在 碱性或中性环境腐蚀 示意图 知识点 : 金属的电化学腐蚀原理， 金属防护的常用方法和意义 2. 有人设计以 Pt 和 Zn 为电极材料，埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器的能源。它依靠人体内血液种含有一定浓度的溶解氧、 H + 和 Zn 2+ 进行工作。它的两极电极反应式分别为： 、 。 （负极： Zn-2e - =Zn 2+ , 正极： 2H 2 O+O 2 +4e - =4OH - , ） 3 、 烧过菜的铁锅未及时洗净，第二天便出现红棕色锈斑（该锈斑为 Fe(OH) 3 失水的产物），试用有关的电极反应式，离子方程式和化学方程式表示 Fe(OH) 3 的生成． （ 1 ）负极 ______ ； （ 2 ）正极 ______ ； （ 3 ）离子方程式 ______ ； （ 4 ）化学方程式 ______ ． 2Fe － 4e - ＝ 2Fe 2+ 2H 2 O + O 2 + 4e - ＝ 4 OH - 2Fe+ 2H 2 O + O 2 ＝ 2 Fe(OH) 2 ↓ 2Fe+ 2H 2 O + O 2 ＝ 2 Fe(OH) 2 ↓ 4Fe(OH) 2 +2H 2 O+O 2 =4Fe(OH) 3 5 ．在装有水的容器中，用棉线悬挂一个在水中保持平衡的金属棒，该棒由铁和铜焊接而成，棉线系在两种金属接缝处（如图），再向水中加入少量 CuSO 4 ，经过一段时间应看到的现象是 ( ) A ．铁端将附着铜增重下沉； B ．铜端将附着铜增重下沉； C ．铁端将变细减重上升； D ．铜端粗细不变将下沉． BC (1) 、若液面上升，则溶液呈 _______________ 性，电极反应式为：负极： ________________, 正极： ___________________________________ 6 、如图 , 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察： (2) 、若液面下降，则溶液呈 __________ 性，，电极反应式为： 负极： __________________________ 正极： _________________________________ 弱酸性或中性 2 Fe - 4 e - ＝ 2 Fe 2+ O 2 +2H 2 O+4e - ＝ 4OH － 较强酸性 Fe - 2e - ＝ Fe 2+ 2H + +2e - ＝ H 2 ↑ 7. 把 a 、 b 、 c 、 d 四块金属片浸入稀酸中，用导线两两相连组成原电池。若 a 、 d 相连时， a 为负极； c 、 d 相连时，电子由 c 到 d ； a 、 c 相连时， c 极上产生大量气泡； b 、 d 相连时， b 极上有大量气泡产生。则四种金属的活动性顺序由强到弱为：（ ） A.a>b>c>d B.a>c>d>b C. c>a>b>d D.b>d>c>a 8 、钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是：（ ） A.2H + + 2e - === H 2 ↑ B.Fe 2+ + 2e - == Fe C.2H 2 O + O 2 + 4e - === 4OH - D. Fe 3+ + e - === Fe 2+ B C P55 科学探究 ( 实验需要在一周前开始做 ) ：将 5 颗洁净无锈的铁钉分别放入以下 5 支试管中 A 盛有经煮沸迅速冷却的蒸馏水，铁钉被浸没，再加植物油 B 盛干燥剂 CaCl 2 ，试管口塞一团棉花，并塞上塞子。 C 加入蒸馏水，铁钉被浸没一半 D 盛 NaCl 溶液，铁钉被浸没一半。 E 盛 CH 3 COOH 溶液，铁钉被浸没一半。 分时间段观察。 实验方案 实验探究报告 实验方案 现象记录 结论 试管 A 试管 B 试管 C 试管 D 试管 E 锈蚀由快到慢的顺序为： E 、 D 、 C 、 B 或 A 钢铁的两种环境下的腐蚀比较 （ 1 ） （ 2 ） Fe 2 O 3 · n H 2 O （ 铁锈 ） 通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。 条件 较强 酸性 。 中性 酸性很弱 电极反应 负极 Fe(- ) Fe-2e=Fe 2+ 2Fe-4e=2Fe 2+ 正极 C(+) 2H + +2e=H 2 ↑ O 2 +2H 2 O+4e=4OH - 总反应 : Fe+2H + =Fe 2+ +H 2 ↑ 2Fe+2H 2 O+O 2 = 2 Fe(OH) 2 ↓ 4Fe(OH) 2 +2H 2 O+O 2 =4Fe(OH) 3 联系 生成铁锈： 水膜呈 _______ 水膜呈 ____ 或 __________ 自行车如何防生锈？ 是 在金属表面 镀上一层耐腐蚀的金属，如自行车的钢圈和车铃是在钢上 镀 上一层既耐腐蚀又耐磨的 Cr 自行车的车把、车辐条、钢圈和车铃防锈措施是什么？ 健身器材如何防锈？ 刷油漆 1 、请根据以下的生活中的例子，总结金属防护常用的方法，并解释这些方法为什么可以达到防止金属腐蚀的目的？ P57 思考与交流 衣架和电线如何防锈？ 外面包上一层塑料层 某些工具的“机械传动部位” ，能用油漆来防锈吗？ 不能用油漆来防锈，而是选用油脂 应选用什么呢？