金屬的電化學腐蝕與防護 導學案

1、第4節(jié)金屬的電化學腐蝕與防護1.了解金屬腐蝕的種類,能解釋金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因;認識金屬腐蝕的危害,知道防止金屬腐蝕的方法。2.通過科學探究,培養(yǎng)動手操作能力和根據所學知識解決實際問題的能力。3.通過了解金屬發(fā)生腐蝕的原因及現(xiàn)代的防腐措施,感受化學對人類生產和生活的影響。1.金屬腐蝕的概念金屬腐蝕是指金屬與周圍的氣體或液體物質發(fā)生氧化還原反應而引起損耗的現(xiàn)象。2.金屬腐蝕的分類(1)化學腐蝕:金屬與接觸到的干燥氣體(如O2、Cl2等)或非電解質液體等直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。(2)電化學腐蝕:概念:不純的金屬與電解質溶液接觸時,會發(fā)生原電池反應,比較活潑的金屬失去電子而被氧化的腐蝕過程

2、叫作電化學腐蝕。分類:根據腐蝕過程中電解質溶液的不同,又可分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕兩種。3.鋼鐵的析氫腐蝕(1)條件:鋼鐵表面的電解質溶液的薄膜呈酸性。(2)電極反應:負極:Fe-2e- Fe2+,發(fā)生氧化反應; 正極:2H+2e- H2,發(fā)生還原反應; 總反應:Fe+2H+ Fe2+ H2。 4.鋼鐵的吸氧腐蝕(1)條件:鋼鐵表面的吸附水膜酸性很弱或呈中性。(2)電極反應:負極:2Fe-4e-2Fe2+,發(fā)生氧化反應;正極:O2+2H2O+4e- 4OH-,發(fā)生還原反應;總反應:2Fe+O2+2H2O 2Fe(OH)2。(3)鐵銹的形成:Fe(

3、OH)2繼續(xù)與氧氣反應,化學方程式:4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3。生成的Fe(OH)3脫去一部分水,從而生成鐵銹(Fe2O3·xH2O)。5.金屬的防護(1)犧牲陽極的陰極保護法:利用原電池原理,讓被保護的金屬作為正極,用更活潑的金屬作為負極,負極金屬不斷遭受腐蝕被消耗,被保護的金屬避免了腐蝕。(2)外加電流的陰極保護法:讓被保護金屬與外加直流電源的負極相連,讓其成為陰極,另一惰性電極作陽極,讓兩者都處在電解質溶液中。通電后,電子被強制流向被保護的金屬,抑制被保護金屬失去電子,從而起到保護作用。(3)在金屬表面覆蓋保護層:可以采用噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍

4、化等方法使金屬與空氣、水等物質隔離,以防止金屬腐蝕。1.電鍍、油漆、搪瓷、刷油這些防腐措施有什么共同點?2.純鐵與生鐵哪一個在空氣中更容易被腐蝕?3.為什么電化學腐蝕是鋼鐵腐蝕的主要原因?4.為了保護鐵制海輪的外殼,不讓其受到腐蝕,可在其表面裝上哪些金屬?探究1:金屬的電化學腐蝕下圖裝置中,U形管內為紅墨水,a、b試管內分別盛有食鹽水和氯化銨溶液,各加入生鐵塊,放置一段時間。(1)我們可以發(fā)現(xiàn)a、b中的生鐵塊都發(fā)生了腐蝕,紅墨水柱兩邊的液面變?yōu)樽笥?填“低”或“高”),從而我們得出a試管中發(fā)生了腐蝕,b試管中發(fā)生了腐蝕。在腐蝕中作原電池的負極,作原電池的正極。 (2)寫出下列電極反應

5、式:a試管中負極反應式為,總反應式為; b試管中正極反應式為,總反應式為。 1.與銅質水龍頭連接處的鋼質水管易生銹,為什么?2.你認為在硫酸廠附近的金屬發(fā)生的主要是哪一類腐蝕?探究2:金屬腐蝕的防護某科研人員發(fā)現(xiàn)劣質不銹鋼在酸中腐蝕緩慢,但在某些鹽溶液中腐蝕現(xiàn)象明顯。提供的藥品:Cl2、濃H2SO4、NaOH溶液、CuO、Cu、FeCl2、Fe、Zn、ZnCl2、Ag、AgNO3(1)請從上面提供的藥品中選擇兩種(水可任選),設計最佳實驗,驗證上述結論需選擇的藥品:  有關反應的化學方程式:; 劣質不銹鋼腐蝕的實驗現(xiàn)象:。 (2)某化

6、學興趣小組討論在劣質不銹鋼上電鍍一層金屬防止生銹,實驗室有下列金屬可供電鍍:鐵、銅、鋅、銀。你選擇的金屬是(填金屬),你選擇的理由是。 要想電鍍你選擇的金屬,請再選擇合適的藥品完成電鍍:。 1.鍍鋅鐵和鍍錫鐵均是在鐵片表面覆蓋了保護層,當保護層損壞時,哪類鐵腐蝕速率較快?2.在同一電解質溶液中,對于電解原理引起的腐蝕(金屬作電解池的陽極)、原電池原理引起的腐蝕(金屬作原電池的負極)、化學腐蝕、有防護措施的腐蝕,這些腐蝕的快慢先后順序是怎樣的?1.下列變化屬于金屬的化學腐蝕的是()。A.運送濃硫酸的鋁罐口生成白色固體B.暖氣片生銹C.酸雨過后從樓頂流下的雨水發(fā)黃D.自行車車鎖

7、經雨淋后打不開2.下列關于金屬腐蝕的敘述中不正確的是()。A.金屬被腐蝕的本質是M-ne-Mn+(M表示金屬)而被氧化B.金屬發(fā)生電化學腐蝕一定是在酸性環(huán)境中C.銅制品上的鋁質鉚釘,在潮濕的空氣中易被腐蝕D.金屬發(fā)生電化學腐蝕時是較活潑的金屬作負極先被腐蝕3.下列現(xiàn)象中與電化學腐蝕無關的是()。A.黃銅(銅鋅合金)制作的銅鑼不易產生銅綠B.生鐵比軟鐵(幾乎是純鐵)容易生銹C.鐵質器件附著銅質配件,在接觸處易生鐵銹D.銀質獎牌久置后表面變暗4.鋼鐵很容易生銹而被腐蝕,每年因腐蝕而損失的鋼材占世界鋼鐵產量的四分之一。(1)鋼鐵腐蝕主要是吸氧腐蝕,該腐蝕過程中的電極反應為、。 (2)為了降

8、低某水庫的鐵閘門被腐蝕的速率,可以采用圖甲所示的方案,其中焊接在鐵閘門上的固體材料R可以采用(填字母)。 A.銅B.鈉C.鋅D.石墨(3)圖乙所示的方案也可以降低鐵閘門的腐蝕速率,其中鐵閘門應該連接在直流電源的極。 (4)圖丙中哪種金屬被腐蝕:。 金屬的腐蝕與防護-  。  答案知識體系梳理氣體液體氧化還原直接不純電解質溶液原電池析氫吸氧酸Fe-2e- Fe2+氧化2H+2e- H2還原Fe+2H+ Fe2+ H2很弱中性2Fe-4e-2Fe2+氧化O2+2H2O+4e- 4OH-還原2Fe+O2+2H2O 2Fe(OH)24Fe(O

9、H)2+2H2O+O24Fe(OH)3正極負極負極陰陽電解質油漆電鍍空氣水基礎學習交流1.使金屬與空氣隔離。2.生鐵更易被腐蝕,因為生鐵中含有雜質碳,鐵與碳、潮濕的空氣構成原電池,發(fā)生電化學腐蝕。3.電化學腐蝕速率遠大于化學腐蝕,而且鋼鐵與直接能發(fā)生化學腐蝕的物質(如酸堿等)接觸較少,與潮濕的空氣接觸非常普遍,所以鋼鐵主要發(fā)生電化學腐蝕。4.可裝上鎂合金、鋅塊等比鐵活潑的金屬。重點難點探究探究1:互動探究(1)高;低;吸氧;析氫;鐵;碳(2)Fe-2e- Fe2+;2Fe+2H2O+O2 2Fe(OH)2;2H+2e-H2;Fe+2H+Fe2+H2【解析】a試管中:生鐵中的碳、鐵作兩極,食鹽水

10、作電解質溶液構成原電池,發(fā)生吸氧腐蝕,吸收氧氣,氣體壓強減小;b試管中:生鐵中的碳、鐵作兩極,氯化銨溶液作電解質溶液也構成原電池,發(fā)生析氫腐蝕,析出氫氣,氣體壓強增大,U形管中液面左邊升高,右邊降低。無論是吸氧腐蝕還是析氫腐蝕,鐵均作負極,Fe-2e-Fe2+,碳作正極。探究拓展1.鐵與銅及空氣中的水蒸氣構成原電池,形成電化學腐蝕,腐蝕速率加快,鐵作負極,易失電子,所以易生銹。2.析氫腐蝕;硫酸廠附近空氣中的二氧化硫的含量較高,導致金屬接觸到的溶液酸性較強,所以易發(fā)生析氫腐蝕。探究2:互動探究(1)濃H2SO4、CuO、H2O;CuO+H2SO4CuSO4+H2O、CuSO4+FeFeSO4+

11、Cu;不銹鋼表面有紅色物質生成(2)鋅;鐵易生銹不宜電鍍鐵,銅、銀不如鐵活潑,鍍層破壞后鐵腐蝕更快,鋅比鐵活潑,鍍層破壞后鐵被保護因而更耐腐蝕,所以選擇鍍鋅;Zn、ZnCl2【解析】(1)驗證劣質不銹鋼在某些鹽溶液中腐蝕,從提供的藥品看鹽應是CuSO4,從環(huán)保角度考慮,制備CuSO4可用濃H2SO4、CuO,劣質不銹鋼可置換出CuSO4中的Cu。(2)鐵易生銹不宜電鍍鐵,銅、銀不如鐵活潑,鍍層破壞后鐵腐蝕更快,鋅比鐵活潑,鍍層破壞后鐵被保護因而更耐腐蝕,所以選擇鍍鋅,用Zn作陽極、ZnCl2作電解質溶液。探究拓展1.鍍錫鐵。2.在同一電解質溶液中:電解原理引起的腐蝕(金屬作電解池的陽極)>原電池原理引起的腐蝕(金屬作原電池的負極)>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕?；A智能檢測1.A2.B【解析】金屬的電化學腐蝕也可以在中性或堿性環(huán)境下進行;Cu、Al在潮濕的空氣中會構成原電池,鋁易被腐蝕。3.D4.(1)負極:Fe-2e-