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1、2021年 2月 21日星期日 選修 4 化學反應原理 專題一 化學反應與能量變化 第三單元 金屬的腐蝕與防護 鋼鐵生銹 金屬的腐蝕在生活中非常普遍 鐵銹的主要成分： Fe2O3XH2O 銅器生銹 銅 器 表 面 生 成 銅 綠 銅器表面生成銅 綠 ,主要成分： Cu2(OH)2CO3 2007年 8月 1日，美國明尼蘇達州一座跨越密 西西比河的大橋發(fā)生坍塌。事故造成 6人死亡。 一、金屬的電化學腐蝕 自主探究： 閱讀教材 P22，回答 1、什么是金屬的腐蝕？ 2、金屬的腐蝕可分為哪幾類？ 3、金屬的電化學腐蝕和化學腐蝕的本質 是什么？ 一、金屬腐蝕的概念 . 指金屬或合金與周圍接觸到的氣體或
2、液體進行化學反 應而腐蝕損耗的過程 . 1.定義： 2.金屬腐蝕后的特征 . 在外形、色澤以及機械性能等方面都發(fā)生一定的變化 . 3.金屬腐蝕的本質： 金屬本身失去電子變成陽離子的過程 (發(fā)生氧化反應 ). 金屬陽離子 失 e - 氧化反應 金屬原子 M ne-M n+ 二、金屬腐蝕的分類和原理探究 . (1).化學腐蝕： 金屬跟接觸到的物質 直接 發(fā)生化學反應而引起的腐蝕 . 如鐵與氯氣直接反應，鋼管被原油中的含硫化合物腐蝕 . 特點：反應簡單、金屬與氧化劑之間的氧化還原反應。 (2).電化學腐蝕： 不純 的金屬 (或合金 )跟電解質溶液接觸時， 會發(fā)生 原電池 反應， 比較活潑 的金屬失去
3、電 子而被氧化的反應 .如 鋼鐵在潮濕的空氣中 被腐蝕 . 1.分類 . 鐵與酸反應，鐵被腐 蝕。腐蝕速率較慢。 鐵作負極，被腐蝕速率 較快。 （ 按下圖進行實驗）請比較下列現(xiàn)象的差異？ 圖一 聯(lián)系舊知 歸納小結 1 金屬腐蝕 的實質 金 屬 的 腐 蝕 種類 原理 區(qū)別 腐蝕 速度 聯(lián)系 金屬的化學腐蝕與電化學腐蝕比較 金屬原子失去電子被氧化而消耗的過程： M-ne-=Mn+ 化學腐蝕 電化學腐蝕 金屬和其它物質 直接接觸 發(fā)生 氧化還原反應而引起的腐蝕 不純金屬或合金 發(fā)生原電池反 應 ，使較活潑的金屬失電子被 氧化而引起的腐蝕 直接發(fā)生氧化還原反應 發(fā)生原電池反應 腐蝕過程無電流產(chǎn)生 有
4、電流產(chǎn)生 金屬直接被腐蝕 較活潑金屬被腐蝕 電化學腐蝕 化學腐蝕 往往同時發(fā)生，但電化學腐蝕更普遍，危害更大 1、鐵粉中加入炭粉有何作用？ 進行 P23活動與探究 ，觀察 實驗現(xiàn)象，回答有關問題： 2、兩裝置中的實驗現(xiàn)象有何不同？產(chǎn)生的現(xiàn)象說明 什么問題？ 繼 續(xù) 探 究 實驗： 2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 實驗編號 a b 所用電解質 NaCl CH3COOH 主要實驗現(xiàn)象 原因分析 腐蝕類型 形成條件 電極反應 式 正極 負極 電池總反應 溶液中反應 (鐵銹的生成 ) 出現(xiàn)的頻率 4、鋼鐵的電化學腐蝕 右側導管內(nèi)液面上升 右側導管內(nèi)液面下降 有氣體參與反應 (O2) 有氣體生
5、成 (H2) 發(fā)生 吸氧腐蝕 發(fā)生 析氫腐蝕 水膜酸性很弱或呈中性 水膜酸性較強 O2+2H2O+4e-=4OH- 2H+2e-=H2 Fe - 2e- = Fe2+ 較低 較高 Fe+2H+=Fe2+H2 Fe2+2OH-= Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O+(3-n)H2O 較高 較低 歸納小結 2 學生閱讀課本 P24后 鋼鐵表面 形成的微小 原電池 示意圖 1、析氫腐蝕（酸性水溶液） 負極： Fe 2e = Fe2+ 總反應： Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 正極： 2H+ + 2e = H2 (一 )、
6、鋼鐵的腐蝕 2、吸氧腐蝕（中性水溶液） 負極： 2Fe - 4e =2Fe2+ 正極： O2 + 2H2O + 4e = 4OH 總反應： 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 后續(xù)反應： 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 Fe2O3 練習：如圖 , 水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察： （ 1）若液面上升，則溶液呈 ________性，發(fā)生 _______ 腐蝕，電極反應式為：負極： _____________________, 正極： ______________________； （ 2）若液面下降，則溶液呈 ______性，發(fā)生 _________ 腐蝕，電
7、極反應式為：負極： ______________________ 正極： ______________________。 中性或堿 吸氧 2Fe 4e- 2Fe2+ O2+2H2O+4e- 4OH 酸 析氫 Fe 2e Fe2+ 2H+2e- H2 【 交流與討論 】 ： 鐵生銹除了必須有空氣及水的參與外，還受其他 一些因素的影響 .請解釋下列有關鐵生銹現(xiàn)象的原 因 . 1.相對于在內(nèi)河行駛的輪船來說，海輪更容易被腐蝕 . 海輪更容易被腐蝕，是因為海水中含有較多的氯化 鈉等鹽類，導電能力比內(nèi)河的水更強，而在電解質 溶液中，電化學腐蝕更易進行 . 2. 1910年遺留在南極的食品罐頭盒，其表面至
8、今很 少有鐵銹出現(xiàn) . 由于南極的溫度常年在 0 以下，說明在較高溫度 下，腐蝕更易進行 . 3.用于連接銅板的鐵螺絲容易生銹 . 由于鐵與銅及空氣中的水蒸氣構成了原電池，鐵作 電池的負極，因此更容易腐蝕而生銹 . 4.當化工廠派出的廢氣為酸性氣體時 ,工廠附近的 鐵制品容易生銹 . 因為鐵制品在酸性條件下比在中性條件下更易被腐 蝕 . 、金屬腐蝕快慢的判斷 (一 )對于不同的金屬而言：與金屬的活潑性有關，一般地，活潑性越強的 金屬，越 _________被腐蝕。 (二 )對于同種金屬而言： (1) 與引起腐蝕的原因有關：一般說來，電解原理引起的腐蝕 ____原電池 原理引起的腐蝕 _____
9、化學腐蝕 ____有防腐措施的腐蝕 (2) 與介質條件有關：一般說來 同種金屬的腐蝕在強電解質中 _____弱電解質中 ____非電解質中 (3)與構成微電池兩極的材料有關： 兩極材料的活動性差別越大，較活潑金屬被腐蝕的速度越 。 (4)與環(huán)境溫度有關，溫度越高，金屬腐蝕速度越 。 注意：在鋼鐵的腐蝕過程中，其 電化學腐蝕 更嚴重，在電化學腐蝕中， 吸 氧腐蝕 更普遍。 容易 快 快 銅板上的鐵鉚釘為什么特別容易生銹？ 1 銅器上的鐵鉚釘為什么特別容易生銹？ 練習： 練習 2 銀質獎章較長時間后變黑， 形成黑銹， 可以采用拋光的方法恢復光澤，拋光的簡單方法 是：將變質的獎章放入盛有食鹽的鋁鍋中
10、，放置 一段時間后，黑銹就被除去 ,而銀不會損失。 （ 1）形成黑銹的原因： （ 2）除銹的原理： 4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O 負極： 2Al -6e- = 2Al3+ 正極： 3Ag2S + 6e- = 6Ag+3S2- 2Al3+ +3S2-+6H2O=3H2S +2Al(OH)3 2Al +3Ag2S+6H2O=3H2S +2Al(OH)3 +6Ag 防止作為原電池負極 防止金屬腐蝕的措施 能防止金屬腐蝕的原理 二、金屬的電化學防護 閱讀并思考 :金屬被腐蝕與什么物質有關？發(fā)生的主要原 理是什么？怎樣才能防止金屬生銹？ 主要是空氣中 O2與 H2O共同作用的結果 犧牲陽
11、極（負極） 的陰極 (正極 )保護法 外加電流的陰極 保護法 改變金屬組成和結構 與活動性更強的金屬形成原 電池 ,被保護金屬作正極 利用電解池原理，被保護 金屬作陰極 通過改變結構而改變性質， 如鋼中加入鎳、鉻等耐蝕金 屬形成不銹鋼 隔絕空氣和水 在金屬制品表面覆蓋保護層或鍍耐腐蝕金屬 金屬的電化學防護 閱讀思考 1、鐵被腐蝕與什么物質有關？本質是什么？ 2、怎樣才能防止鐵生銹？最簡單的方法是什 么？ 3、根據(jù)你的生活經(jīng)驗，你知道生活中有 哪些 措施采用了覆蓋保護層的方法防止鐵生銹的？ 4、除了覆蓋保護層外，還有哪些保護金屬的 方法，分別利用的什么原理？ 是空氣中 O2與 H2O共同 作用的
12、結果 本質都是鐵失 電子被腐蝕。 防止鐵失電子，最簡 單就是隔絕空氣和水， 覆蓋保護層。 生活中常見的通過覆蓋保護層防止鐵生銹的方法： 1、在鐵的表面噴涂上防腐油漆（如橋梁、汽車、船舶） 2、油和油脂可以用來保護機器中由金屬制成的轉動部 分，如齒輪。 3、用塑料（如聚乙烯、聚氯乙烯等）噴涂或包裹在金 屬表面。 4、在鐵的表面覆蓋一層搪瓷，如臉盤等金屬器皿。 5、在鐵的表面覆蓋一層其他金屬（如鍍錫、鍍鋅） 1.影響金屬腐蝕的兩個因素 . 金屬本性 介質 金屬是否活潑，純凈 金屬與哪些物質共存 2.金屬腐蝕的本質： 金屬原子 失去電子 成為陽離子的過程 . 防止金屬失電子，最簡單的辦法就是隔絕空氣
13、和 水，覆蓋保護層 . 小結： 3.金屬的常見防護方法 . (1).在金屬表面覆蓋保護層 . a.涂礦物質油脂、油漆或覆蓋搪瓷塑料 . b.鍍抗蝕金屬電鍍、熱鍍、噴鍍法 . c.用化學方法使其表面形成一層致密氧化膜，如烤藍 . (2).改變金屬內(nèi)部組成結構而增強抗腐蝕能力，如制成 不銹鋼 . (3).電化學保護法 . a.犧牲陽極的陰極保護法 . b.外加電流的陰極保護法 . . 防腐措施由好到壞的順 序如下： 外接電源的陰極保護法 犧牲陽極的陰極保護 法有一般防腐條件保 護無防腐條件 犧牲陽極的陰極保護法示意圖 形成原電池反應時，讓 被保護金屬 做 正極 ，不反 應，起到保護作用；而 活潑金
14、屬反應受到腐蝕 . 原理： 輔助陽極 （不溶性） 外加電流的陰極保護法示意圖 原理： 將 被保護金屬 與 另一附加電極 作為電解池的兩個 極，使被保護的金屬作為 陰極 ，在外加直流電的 作用下使陰極得到保護 .此法主要用于防止土壤、 海水及水中金屬設備的腐蝕 . 使用馬口鐵 :在鐵皮鍍上千分之一厘米的錫 ,可隔絕空氣 與水 使用不銹鋼 例 2： 下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強的是 C.將甲乙作電極組成原電池時甲是負極； A.甲和乙用導線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲 上有 H2氣放出； B.在氧化 還原反應中，甲比乙失去的電子多； D.同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強； （ C） 例
15、 1 ： 下列制氫氣的反應速率最快的是 粗鋅和 1mol/L 硫酸； B. A. 純鋅和 1mol/L 硫酸； 純鋅和 18 mol/L 硫酸； C. 粗鋅和 1mol/L 硫酸的反應中加入幾滴 CuSO4溶液。 D. （ D ） 例 3、 分析右圖，按要求寫出有關反應方程式： （ 1）、鐵棒上的電極反應式為： （ 2）、碳棒上的電極反應式為： （ 3）、溶液中發(fā)生反應的化學方程式： 鎳 鎘可充電電池可發(fā)生如下反應： Cd+2NiO(OH)+2H2O 由此可知，該電池的負極材料是 Cd(OH)2+2Ni(OH)2 放電 充電 A. Cd, （ D ） B. NiO(OH), D. Ni(OH)
16、2 C. Cd(OH)2 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 O2+2H2O+4e- 4OH- 2Fe4e- 2Fe2+ 例 4、 鹽酸與鋅片反應時，若加入可溶性醋酸銅 (CH3COO)2Cu ，將產(chǎn)生兩種影響生成速率的因素，其 一是： ， 其二是： ； 有 M、 N兩種金屬，分別與鹽酸反應，產(chǎn)生 H2速率相近， 試 設計一個實驗比較 M、 N兩種金屬的活潑性。 H+與 CH3COO 結合生成 CH3COOH，使 H+濃度減 小，從而 減慢 了反應速率。 Zn置換出 Cu形成了原電池，從而 加快 了反應速率 例 6、 例 5、 及時
17、 反饋 1下列各情況，在其中 Fe片腐蝕由 快 到 慢 的順序是 (5) (2) (1) (3) (4) 2、下列裝置中四塊相同的 Zn片，放置一段時間后腐 蝕速率由慢到快的順序是 (4) (2) (1) (3) 3.2000年 5月，保利集團在香港拍賣會上花費 3000多萬 港幣購回在火燒圓明園時流失的國寶：銅鑄的牛首、 猴首和虎首，普通銅器時間稍久容易出現(xiàn)銅綠，其主 要成分是 Cu2(OH)2CO3這三件 1760年銅鑄的國寶在 240 年后看上去仍然熠熠生輝不生銹，下列對起原因 的分析，最可能的是： A.它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金 B.環(huán)境污染日趨嚴重，它們表面的銅綠被酸雨溶解
18、洗 去 C.銅的金屬活動性比氫小，因此不宜被氧化 D.它們是含一定比例金、銀、錫、鋅的合金 改變金屬的內(nèi)部組織結構 防腐 D 烤藍 涂機油 烤漆 涂凡士林 鍍鋅 鍍鉻 交流研討 你知道自行車的金屬部件采用了什么樣的防護措施嗎 ? 大家 討論 1965年冬天，在湖北省荊州市附近的 望山楚墓群中，出土了一把鋒利無比 的寶劍。專家通過對劍身八個鳥篆銘 文的解讀，證明此劍就是傳說中的越 王勾踐劍。讓人驚奇的是，這把青銅 寶劍穿越了兩千多年的歷史長河，但 劍身絲毫不見銹斑。它千年不銹的原 因是什么呢？ 課后 探究 活動 溶液如何影響有凹陷的食品罐 ? 取一罐蔬菜罐頭和一罐水果罐頭 ,前者 含鹽溶液 ,后
19、者含糖溶液 。 (a)設計一個實驗 ,以研究凹陷食品罐在這些溶 液中會否生銹 ?如果有腐蝕發(fā)生 ,比較食品罐在 兩種溶液中的腐蝕速度 。 (b)記錄你的結果 ,并向班上同學介紹你的實驗 。 (c)根據(jù)實驗結果 ,你認為吃凹陷罐頭的食品安 全嗎 ? 反思 本節(jié)課你學到了 什么？ 金屬腐蝕全部有害嗎？ 閱讀課本拓展視野 4.金屬腐蝕的應用 2）利用腐蝕防腐 1）電路板的印制 通過本節(jié)課的學習 ,我們認識到 金屬腐蝕的危害極大 , 運用化學反應 原理能對金屬進行有效防護 。 然而 ， 在復雜多變的自然環(huán)境中并非如此簡 單 ， “ 金屬的腐蝕與防護 ” 始終是一 個世界性的異常棘手的科技難題 。 防
20、止金屬腐蝕 ， 任重道遠 ！ 第二節(jié) 金屬的腐蝕和防護 金屬的腐蝕現(xiàn)象非常普遍： 1、鋼鐵生銹： 鐵銹的主要成分： Fe2O3XH2O 2、銅器表面生成銅綠： 銅綠的主要成分： Cu2(OH)2CO3 金屬腐蝕的不利后果有哪些？ 一、金屬腐蝕的類型 化學腐蝕 電化學腐蝕 1、化學腐蝕 金屬跟接觸到的物質 直接 發(fā)生化學 反應而引起的腐蝕 原理： 氧化還原反應 例如： 鐵與氯氣直接反應 鋼管被原油中的含硫 化合物腐蝕 2、電化學腐蝕 不純的金屬 (或合金 )跟電解質溶液 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反應 原理： 原電池反應 本質： 氧化還原反應 例如： 鋼鐵在
21、潮濕的空氣中被腐蝕 復習：原電池反應原理 條件： 1、有電解質溶液 2、有活潑性不同的兩種金屬 或其中一種是非金屬 3、閉合電路 電極判斷： 比較活潑的一極是負極 比較不活潑的是正極 討論：鋼鐵的腐蝕 鋼鐵在潮濕的空氣中更容易腐蝕 原因： 空氣中溶解 CO2的水分 酸性增強（形成電解質溶液） Fe和 C構成原電池的兩極 Fe：負極 C：正極 二、金屬的防護 影響金屬腐蝕的因素包括： 金屬的 和 。 本性 介質 金屬越活潑越容易被腐蝕 金屬合金中活潑的金屬易腐蝕 例如：鋼鐵腐蝕 介質對金屬腐蝕影響很大： 金屬在潮濕的空氣中、接觸腐蝕性 氣體或電解質溶液，都容易被腐蝕 如何防止金屬的腐蝕？ 常用的金屬防腐方法： 1、刷油漆 2、在金屬表面包一層塑料 3、選用油脂 4、在金屬表面鍍一層耐腐蝕金屬 5、連接一種更活潑的金屬
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