人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第四节 金属的电化学腐蚀与防护学案

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第四节 金属的电化学腐蚀与防护
课前预习学案
一、预习目标
预习“金属的电化学腐蚀与防护” 的基础知识。
二、预习内容
(一)金属的电化学腐蚀
1、金属的腐蚀是金属与周围的气体或者液体物质 发生 而引起损耗的现象。
一般可分为 腐蚀和 腐蚀。
化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体（如 、 、 等）或非电解质液体
（如 ）等直接发生化学反应而引起的腐蚀。
如：钢管被原油中的 腐蚀，温度越高，化学腐蚀越 。
电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时。会发生 反应， 的金属失去电子而被 。如 在潮湿的空气中生锈。
两种腐蚀往往 发生，但 腐蚀更普遍，速度更快，危害更严重。
化学腐蚀与电化学腐蚀的共同点和不同点：
3、电化学腐蚀 (以钢铁为例)
（1）析氢腐蚀 (酸性较强的溶液)
负极:
正极:
总方程式：
（2） 吸氧腐蚀 (中性或弱酸性溶液)
负极:
正极:
总方程式：
离子方程式：Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2
Fe(OH)2继续与空气中的氧气作用：
铁锈的主要成分是 ， 阻止钢铁继续腐蚀。（能、不能）
影响金属腐蚀快慢的因素
本性：（1）金属的活动性：金属越 ，越容易被腐蚀
（2）纯度：不纯的金属比纯金属跟 腐蚀，如纯铁比钢 腐蚀。（难、易）
电化学腐蚀：两电极活动性差别越大，氧化还原反应速率越 ，活泼金属被腐蚀得越快。
（3）氧化膜：如果金属被氧化形成致密的氧化膜，那么会保护内层金属，如 、
如果金属被氧化形成疏松的氧化膜，那么不会保护内层金属，如
外因： 介质：环境（腐蚀性气体，电解质溶液）
(二)金属的防护
1、覆盖保护膜（涂 ， ， 等）
2、改变金属的内部结构（钢→ ，在钢中加入镍和铬）
3、电化学保护
牺牲阳极阴极保护法（较活泼金属作 极，钢铁作 极被保护）
外加电流阴极保护法（外加电流，使钢铁被迫成为 极受保护）
练习:如图所示,试管中的铁钉如果在酸性溶液或在食盐溶液中的腐蚀的现
象有何不同?
课内探究学案
一、学习目标
1、解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，知道防护金属腐蚀的方法，并能从实验探究中获得体会。
2、通过学习增强保护环境的意识，节约意识。
学习重难点：吸氧腐蚀、析氢腐蚀的原理
二、学习过程
阅读下列资料，体会金属的腐蚀的危害
【资料】金属腐蚀
我国作为世界上钢铁产量最多的国家（2005年全国生产钢材37117.02万吨） ，每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年产量的十分之一，因为金属腐蚀而造成的损失占到国内生产总值的2%~4%；约合人民币：3000亿元（ 2005年我国国内生产总值将达15万亿元） 。
根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成的经济损失大致为该国国民生产总值的4%左右。
另据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的总和，在这里还不包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。
金属腐蚀的主要害处，不仅在于金属本身的损失，更严重的是金属制品结构损坏所造成的损失比金属本身要大到无法估量。
腐蚀不仅造成经济损失，也经常对安全构成威胁。
国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因某一零部件破裂而坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而塌陷；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸；化工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染；管道和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工作人员和附近居民的生命安全。
面对这样惊人的数据和金属腐蚀危害事实，大家有没有想过，铁怎么会被腐蚀？怎样防腐？
【问题讨论】
1、钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，它们在什么条件下易生锈？ 试设计实验来证明你的结论。
2、钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，若在潮湿的环境里或湿度较大的环境里长期放置，常易生锈变红，原因是什么？
【实验探究】
实验操作：向铁粉中加入少量的炭粉，混合均匀后，撒入内壁分别用氯化钠和稀醋酸润湿过的两支试管分别标记为a、b中，按右图1-28装置好仪器。几分钟后，打开止水夹，观察、比较导管中水柱（在水中滴加几滴红墨水）的变化和试管中的现象。
实验现象：
思考：导管中的水柱变化说明什么问题？

思考：向铁粉中加入炭粉的作用是什么？

请大家根据原电池原理，写出电极反应式及电池反应方程式。
a装置中：
负极： 正极：
电池反应：
结论：中性或酸性很弱或碱性条件下，易发生 腐蚀。
a装置中进一步反应：
b装置中:
负极： 正极：
电池反应：
结论：当钢铁处于酸性气氛中时，易发生 腐蚀；
析氢腐蚀和吸氧腐蚀都属于 腐蚀。
【自学指导一】
结合课本P90-P91相关内容，回答下列问题，把答案写在下面的知识总结中。
1、什么是金属腐蚀？有哪些类别？
2、化学腐蚀和哪些因素有关？
3、什么是电化学腐蚀？有哪些类别？分别发生哪些电极反应？
【知识总结】
一、金属腐蚀
1、金属腐蚀：
2、金属腐蚀的本质：
3、金属腐蚀的类型
4、化学腐蚀与电化腐蚀的比较:
5、钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较
【交流与讨论】
铁生锈除了必须有空气及水的参与外，还受其他一些因素的影响。请解释下列有关铁生锈现象的原因。
1.相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更容易被腐蚀。
2. 1910年遗留在南极的食品罐头盒，其表面至今很少有铁锈出现。
3.用于连接铜板的铁螺丝容易生锈。
4.当化工厂派出的废气为酸性气体时,工厂附近的铁制品容易生锈。
【课堂练习1】
1、如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：
（1）若液面上升，则溶液呈 性，发生 腐蚀,电极反应式为：负极： ,正极：
（2）若液面下降，则溶液呈 性，发生 腐蚀，电极反应式为：负极： ，正极： 。
【交流与讨论】
请大家根据铁生锈的原理，思考应采取什么措施防止铁生锈？
二、金属的电化学保护
1、牺牲阳极的阴极保护法
原理：形成原电池反应时，让被保护金属做 极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。
2.外加电流法
原理：将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为 极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。
【小结】
金属防护的几种重要方法
①在金属表面覆盖保护层。
②改变金属内部的组织结构，制成 。
③电化学保护法，即将金属作为原电池的 极或电解池的 极而受到保护。
【课堂练习2】
2、2000年5月，保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是[Cu2(OH)2CO3]这三件1760年铜铸的国宝在240 年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最可能的是（ ）
A、它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；
B、环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；
C、铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；
D、它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；
【自学指导二】
探究一：镀锌铁皮和镀锡铁皮哪个更易被腐蚀？为什么？
探究二、纯锌和粗锌哪个更易和酸反应？如果向酸中再加入硫酸铜又会什么现象？
【课堂练习3】
3.下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是
课后练习与提高
1、下列有关纯铁的描述正确的是（ ）
A．熔点比生铁的低
B．与相同浓度的盐酸反应生成氢气的速率比生铁的快
C．在潮湿空气中比生铁容易被腐蚀
D．在冷的浓硫酸中可钝化
2、下列叙述中正确的是（ ）
①锌跟稀硫酸制取氢气，加入少量硫酸铜溶液能加快反应速率 ②镀层破坏后，白铁（镀锌的铁）比马口铁（镀锡的铁）更易腐蚀 ③钢铁表面常易锈蚀生成 Fe2O3 · H2O
A. 都正确 B. ①③ C. ① D. ②③
3、下列事实不能用电化学原理解释的是（ ）
A.常温条件下，在空气中铝不容易被腐蚀
B.镀锌铁片比镀锡铁片更耐腐蚀
C.用锌与硫酸制氢气时，往硫酸中滴少量硫酸铜
D.远洋海轮的尾部装上一定数量的锌板
4、X、Y、Z、M代表四种金属，金属X和Y用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有氢气放出；若电解Y2+离子和Z2+离子共存的溶液时，Y先析出；又知M2+离子的氧化性强于Y2+离子。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为（ ）
A.X>Z>Y>M B.X>Y>Z>M C.M>Z>X>Y D.X>Z>M>Y
5、钢铁在锈蚀过程中，下列5种变化可能发生的是（ ）
①Fe由+2价转化为+3价 ②O2被还原 ③产生H2 ④Fe(OH)3失水形成Fe2O3· H2O ⑤杂质碳被氧化除去
A. ①② B. ③④ C. ①②③④ D. ①②③④⑤
6、如图所示的装置，在盛水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液。
（1）片刻后可看到悬吊的金属圈 （填序号）
A.铁圈和银圈左右摇摆不定 铁圈 银圈
B.保持平衡状态不变
C.铁圈向下倾斜
D.银圈向下倾斜
（2）产生上述现象的原因是 。
参考答案：1、D2、B3、A4、A5、C
6、（1）D （2）铁圈、银圈和硫酸铜溶液形成原电池，在正极银圈上有铜生成，质量增大，负极铁圈有损耗，质量减少。
电化腐蚀
化学腐蚀
条件
不纯金属或合金与 接触
与 直接接触
有无电流产生
本质
较活泼的金属被氧化
金属被氧化

化学腐蚀
电化腐蚀
条件


现象


本质


联系

析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜呈
水膜呈
电极反应
负极（Fe极）
正极（C极）
总反应
联系