蘇教化學(xué)選修化學(xué)反應(yīng)原理課件：專題1第三單元金屬的腐蝕與防護(hù)

第三單元金屬的腐蝕與防護(hù)

課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練課前自主學(xué)案探究整合應(yīng)用第三單元課前自主學(xué)案自主學(xué)習(xí)一、金屬的電化學(xué)腐蝕1．金屬腐蝕(1)概念金屬或合金與周圍環(huán)境中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的現(xiàn)象。(2)實(shí)質(zhì)金屬原子_____電子變成陽離子的過程，即金屬發(fā)生了______反應(yīng)。失去氧化(3)類型根據(jù)金屬與其他物質(zhì)______________不同，可分為_______腐蝕和__________腐蝕。2．化學(xué)腐蝕金屬與其他物質(zhì)直接接觸發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起的腐蝕。腐蝕的速度隨溫度升高而_____。3．電化學(xué)腐蝕(1)概念：________的金屬或合金發(fā)生______反應(yīng)，使較_______的金屬______電子被氧化而引起的腐蝕。接觸的介質(zhì)化學(xué)電化學(xué)加快不純?cè)姵鼗顫娛?2)實(shí)例：在潮濕的空氣里，鋼鐵的表面形成了一層電解質(zhì)溶液的薄膜，它跟鋼鐵里的鐵和少量的碳恰好構(gòu)成了原電池。其中，鐵是負(fù)極，碳是正極。(3)析氫腐蝕和吸氧腐蝕①析氫腐蝕：金屬表面的電解質(zhì)溶液____較強(qiáng)，腐蝕過程中有__放出。電極反應(yīng)如下：負(fù)極反應(yīng)：Fe－2e－===Fe2＋；正極反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑；總反應(yīng)：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。酸性H2②吸氧腐蝕：鋼鐵表面吸附的水膜__________或呈______時(shí)，氧氣參加電極反應(yīng)，發(fā)生吸氧腐蝕。電極反應(yīng)如下：負(fù)極：2Fe－4e－===2Fe2＋；正極：2H2O＋O2＋4e－===4OH－；總反應(yīng)：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2。最終生成鐵銹(主要成分為Fe2O3·xH2O)，反應(yīng)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、金屬的電化學(xué)防護(hù)1．犧牲陽極的陰極保護(hù)法應(yīng)用_______原理，讓被保護(hù)金屬作_____，另找一種活潑性較強(qiáng)的金屬作______。2．外加電流的陰極保護(hù)法利用_________原理，把被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備作為_____極，用惰性電極作為輔助______極。在電解質(zhì)溶液中，接外加_____電源。原電池正極負(fù)極電解池陰陽直流1．你認(rèn)為在硫酸廠附近的金屬發(fā)生的主要是哪一類腐蝕？【提示】硫酸廠附近空氣中的二氧化硫的含量比其他地方的高，導(dǎo)致金屬接觸到的溶液酸性較強(qiáng)，若發(fā)生電化學(xué)腐蝕應(yīng)是析氫腐蝕。2．電化學(xué)防護(hù)的實(shí)質(zhì)是什么？【提示】電化學(xué)防護(hù)的實(shí)質(zhì)是把被保護(hù)的金屬作原電池的正極或電解池的陰極，不參與電極反應(yīng)，從而不被氧化。問題探究自主體驗(yàn)1．有關(guān)金屬腐蝕的論述，正確的是(

)A．金屬的腐蝕一定伴有電流產(chǎn)生B．Fe在干燥的氯氣里比在潮濕的空氣里更易被腐蝕C．發(fā)生化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母g時(shí)較活潑的金屬總是作正極而被腐蝕D．發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)都有能量的轉(zhuǎn)變，且被腐蝕的金屬總是失電子解析：選D。金屬的腐蝕可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，化學(xué)腐蝕是金屬直接與氧化劑反應(yīng)，電子直接轉(zhuǎn)移給氧化劑，無電流產(chǎn)生；而電化學(xué)腐蝕是最普遍的金屬腐蝕，其原理與原電池原理一致。2．下列敘述不正確的是(

)A．鋅跟稀硫酸反應(yīng)制取氫氣，加入少量的硫酸銅能加快反應(yīng)速率B．鍍層破損后，白口鐵(鍍鋅的鐵)比馬口鐵(鍍錫的鐵)更易被腐蝕C．鋼鐵表面常易被銹蝕生成Fe2O3·nH2OD．鋼鐵在發(fā)生析氫腐蝕和吸氧腐蝕時(shí)，完全相同的反應(yīng)是負(fù)極反應(yīng)解析：選B。鍍鋅的鐵(白口鐵)構(gòu)成原電池時(shí)鋅為負(fù)極，鐵為正極，鐵被保護(hù)；鍍錫的鐵(馬口鐵)構(gòu)成原電池鐵作負(fù)極，錫作正極，鐵失電子加速了鐵的腐蝕。3．下列各種方法中：①金屬表面涂抹油漆②改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)③保持金屬表面清潔干燥④在金屬表面進(jìn)行電鍍⑤使金屬表面形成致密的氧化物薄膜。能對(duì)金屬腐蝕起到防止或減緩作用的措施是(

)A．①②③④

B．①③④⑤C．①②④⑤

D．全部解析：選D。題目中各措施都符合金屬腐蝕防護(hù)的基本思路。課堂互動(dòng)講練要點(diǎn)一鋼鐵的腐蝕1．鋼鐵的析氫腐蝕與吸氧腐蝕的比較類型析氫腐蝕吸氧腐蝕形成條件水膜酸性較強(qiáng)水膜酸性很弱或呈中性電解質(zhì)溶液溶有CO2等的水溶液溶有O2的水溶液負(fù)極反應(yīng)Fe－2e－===Fe2＋類型析氫腐蝕吸氧腐蝕正極反應(yīng)2H＋＋2e－===H2↑2H2O＋O2＋4e－===4OH－電子如何流動(dòng)形成電通路Fe失2e－，成為Fe2＋進(jìn)入溶液，F(xiàn)e失去的e－流入C極，H＋趨向于C極，在C極上得e－形成H2放出Fe失2e－，成為Fe2＋進(jìn)入溶液，F(xiàn)e失去的e－流入C極，在C極O2獲得e－與H2O反應(yīng)生成OH－進(jìn)入溶液普遍性吸氧腐蝕比析氫腐蝕更普遍2.其他反應(yīng)及產(chǎn)物2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)32Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O特別提醒：按照金屬活動(dòng)性順序，“H”前面的金屬既可以發(fā)生析氫腐蝕也可以發(fā)生吸氧腐蝕，“H”后面的金屬只能發(fā)生吸氧腐蝕。例1

如圖所示燒杯中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天后觀察：(1)鐵釘在逐漸生銹，則鐵釘?shù)母g屬于________腐蝕。(2)若試管內(nèi)液面上升，則原溶液呈________性，發(fā)生________腐蝕，電極反應(yīng)式：負(fù)極______________________________，正極______________________________。(3)若試管內(nèi)液面下降，則原溶液呈__________性，發(fā)生________腐蝕，電極反應(yīng)式：負(fù)極________________________________________________________________________，正極________________________________________________________________________?！舅悸伏c(diǎn)撥】解答本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：(1)鐵釘中含有碳，形成原電池而發(fā)生電化學(xué)腐蝕。(2)鐵釘在不同電解質(zhì)溶液中可發(fā)生吸氧腐蝕或析氫腐蝕?！窘馕觥扛鶕?jù)原電池的構(gòu)成條件：有兩種不同材料的(Fe為負(fù)極，碳為正極)、有電解質(zhì)溶液、形成閉合回路，可知鐵釘?shù)母g屬于電化學(xué)腐蝕。根據(jù)金屬腐蝕的條件、原理及結(jié)果可知：試管內(nèi)液面上升，說明試管內(nèi)壓強(qiáng)減小，試管內(nèi)氣體被吸收所致，是鐵釘吸氧腐蝕的結(jié)果，據(jù)此寫出電極反應(yīng)式；試管內(nèi)液面下降，說明試管內(nèi)氣體壓強(qiáng)變大，試管內(nèi)產(chǎn)生了新氣體所致，是鐵釘析氫腐蝕的結(jié)果，據(jù)此寫出電極反應(yīng)式。(1)若鐵銹的主要成分為Fe2O3·nH2O。寫出鐵釘生銹的化學(xué)方程式。(2)鐵釘無論是(2)還是(3)情況的腐蝕，鐵均發(fā)生了什么反應(yīng)？互動(dòng)探究【提示】

(1)4Fe＋3O2＋2nH2O===2(Fe2O3·nH2O)(2)氧化反應(yīng)。變式訓(xùn)練1

為了探究金屬腐蝕的條件和速率，某課外小組學(xué)生用不同金屬絲將三根大小相同的鐵釘分別固定在圖示的三個(gè)裝置內(nèi)，并將這些裝置在相同的環(huán)境中放置相同的一段時(shí)間，下列對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)現(xiàn)象的描述不正確的是(

)A．實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，裝置Ⅰ左側(cè)的液面一定會(huì)下降B．實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，裝置Ⅰ一定比裝置Ⅱ左側(cè)液面低C．實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，裝置Ⅱ中的鐵釘腐蝕最嚴(yán)重D．實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，裝置Ⅲ中的鐵釘幾乎沒被腐蝕解析：選B。這是一道原電池原理應(yīng)用于金屬腐蝕的選擇題，主要考查如何分析鐵釘所處的環(huán)境，對(duì)鐵釘?shù)母g起到促進(jìn)還是保護(hù)作用，同時(shí)考查了鹽酸具有揮發(fā)性，濃硫酸具有吸水性等知識(shí)點(diǎn)。裝置Ⅰ中鐵釘處于鹽酸的蒸氣中，被侵蝕而釋放出H2，使左側(cè)液面下降，右側(cè)液面上升；裝置Ⅱ中鐵釘同樣處于鹽酸的蒸氣中，所不同的是懸掛鐵釘?shù)慕饘俳z由鐵絲換成了銅絲，由于Fe比Cu活潑，在這種氛圍中構(gòu)成的原電池會(huì)加速鐵釘?shù)谋磺治g而放出更多的H2，使左側(cè)液面下降得更多，右側(cè)液面上升得更多；裝置Ⅲ中雖然懸掛鐵釘?shù)倪€是銅絲，但由于濃硫酸有吸水性而無揮發(fā)性，使鐵釘處于一種較為干燥的空氣中，因而在短時(shí)間內(nèi)幾乎沒有被侵蝕。要點(diǎn)二金屬腐蝕快慢的判斷以及金屬的防護(hù)1．不純的金屬或合金，在潮濕的空氣中形成原電池發(fā)生電化學(xué)腐蝕，活潑金屬因被腐蝕而損耗。金屬腐蝕的快慢與下列兩種因素有關(guān)：(1)與構(gòu)成原電池的材料有關(guān)兩極材料的活潑性差別越大，電動(dòng)勢(shì)越大，氧化還原反應(yīng)的速率越快，活潑金屬被腐蝕的速率就越快。(2)與金屬所接觸的電解質(zhì)強(qiáng)弱有關(guān)活潑金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕比在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕速率快，在強(qiáng)電解質(zhì)溶液中的腐蝕比在弱電解質(zhì)溶液中的腐蝕速率快。(3)一般說來可用下列原則判斷電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學(xué)腐蝕＞有原電池防護(hù)措施的腐蝕＞有電解池防護(hù)措施的腐蝕。2．金屬腐蝕的防護(hù)方法(1)改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)；(2)在金屬表面覆蓋保護(hù)層；(3)電化學(xué)保護(hù)法。例2

下圖容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序是(

)A．④>②>③>①

B．②>①>③>④C．④>②>①>③D．③>②>④>①【解析】該題以金屬的腐蝕為情境，意在考查學(xué)生對(duì)原電池和電解池知識(shí)的應(yīng)用。根據(jù)原電池原理，在②③兩裝置中，鐵分別作原電池的負(fù)極、正極(因?yàn)榛顒?dòng)性Zn>Fe>Sn)，故②中腐蝕快，③中Fe為正極，得到保護(hù)，④中為電解池，F(xiàn)e接在電源的正極，通電時(shí)Fe應(yīng)失去電子而被溶解，腐蝕最快，①中Fe與鐵棒自身所含的碳構(gòu)成無數(shù)微小原電池，腐蝕較慢。綜合分析由快到慢順序應(yīng)為：④②①③?！敬鸢浮?/p>

C【規(guī)律方法】本題旨在考查原電池、電解池在金屬腐蝕中快慢比較的應(yīng)用。特別要注意金屬作原電池正極、電解池陰極得到保護(hù)。(1)將①中的Fe換成Cu，海水換成稀H2SO4，Cu發(fā)生什么腐蝕？(2)將②中的Sn換成Cu，鐵腐蝕加快還是變慢？互動(dòng)探究【提示】

(1)Cu將發(fā)生吸氧腐蝕，因?yàn)榕旁诮饘倩顒?dòng)性順序表中氫后面的金屬不能發(fā)生析氫腐蝕。(2)換成Cu后鐵腐蝕加快，金屬活潑性之間的差別越大，原電池負(fù)極腐蝕得越快。變式訓(xùn)練2

下列關(guān)于金屬的防護(hù)方法的說法不正確的是(雙選)(

)A．我們使用的快餐杯表面有一層搪瓷，搪瓷層破損后仍能起到防止鐵生銹的作用B．給鐵件通入直流電，把鐵件與電池負(fù)極相連接C．輪船在船殼水線以下常裝有一些鋅塊，這是利用了犧牲陽極的陰極保護(hù)法D．鋼鐵制造的暖氣管管道外常涂有一層瀝青，這是鋼鐵的電化學(xué)保護(hù)法解析：選AD。A項(xiàng)中涂層破損后金屬鐵直接暴露在空氣中，搪瓷層已不能再對(duì)破損部位形成有效的保護(hù)；B項(xiàng)中利用的是外加電源的陰極保護(hù)法，從而保護(hù)鐵不被腐蝕；C項(xiàng)是犧牲陽極的陰極保護(hù)法；D項(xiàng)中應(yīng)是用瀝青作涂層的涂層保護(hù)法。探究整合應(yīng)用鋼鐵腐蝕的防護(hù)鋼鐵在潮濕空氣中很容易生銹，促使其生銹的主要原因是電化學(xué)腐蝕。其它金屬在一定條件下也可被腐蝕，其原理也主要是原電池原理，在生產(chǎn)、生活中必須加以防治。(1)將銅棒與鋅棒用導(dǎo)線連接，分別插入盛有：①硫酸溶液，②硫酸銅溶液，③硫酸鈉溶液的三個(gè)燒杯中。此時(shí)，銅片上發(fā)生的主要反應(yīng)是：①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________；③________________________________。例(2)銅制品在經(jīng)常下酸雨的地區(qū)電化學(xué)腐蝕嚴(yán)