化学选择性必修1第4节 金属的腐蚀与防护教案配套课件ppt

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1.了解电化学腐蚀的本质,探究金属腐蚀的实质,从而形成宏观辨识与微观探析的学科核心素养。2.能利用电化学原理解释金属腐蚀的现象并能设计防腐保护措施,体验科学探究与创新意识的学科核心素养。
基础落实•必备知识全过关
重难探究•能力素养全提升
一、金属电化学腐蚀的原理1.金属腐蚀(1)金属腐蚀的定义及本质。①定义:金属表面因与周围的物质发生氧化还原反应而遭到破坏的现象。②本质:金属本身失去电子变成阳离子的过程(发生氧化反应):M-ne-==Mn+。
(2)金属腐蚀的分类。
2.金属腐蚀的电化学原理(1)实质。不纯的金属或合金与电解质溶液接触时发生原电池反应,较活泼的金属失去电子被氧化的过程。(2)分类。金属的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
二、金属腐蚀的防护1.原理阻止金属发生氧化反应。2.方法(1)改变金属内部结构,如制成合金等。(2)加防护层,如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀等。(3)电化学防护,分为牺牲阳极保护法和外加电流阴极保护法。
3.金属的防护措施图示
三、电化学腐蚀原理的应用1.铁腐蚀能消耗空气中的氧气,利用这一原理可快速测定空气中氧气的含量。2.铁腐蚀的反应消耗氧气和水,以铁粉为主要成分制成双吸剂放入食品包装袋,可以延长食物的保质期。3.铁腐蚀的过程放热,利用这一特点可以制成一次性保暖贴。4.根据金属电化学腐蚀的原理,利用微电解技术处理工业废水。5.金属电化学腐蚀原理在航空航天、精密仪器和生物医学等领域也具有广阔的应用前景。
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时,负极反应均是Fe-3e-==Fe3+。(　　)(2)钢铁在潮湿的空气中发生电化学腐蚀时,正极发生的主要反应是O2+2H2O+4e-==4OH-。(　　)(3)发生吸氧腐蚀时正极放出O2,发生析氢腐蚀时正极放出H2。(　　)(4)纯铁在稀硫酸中发生析氢腐蚀。(　　)(5)现实生活中电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍。(　　)(6)金属作为原电池的负极或电解池的阴极时均被保护。(　　)
据估计,每年全世界被腐蚀损耗的钢铁材料约占全年钢铁产量的十分之一。那么,金属的腐蚀都有哪些类型?不同类型的金属腐蚀有何区别?
提示 金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀;化学腐蚀过程中没有电流产生,电化学腐蚀过程中有电流产生。
1.化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
2.钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀的比较
钢铁发生电化学腐蚀时,负极Fe失去电子生成Fe2+,而非Fe3+
　　　　 　
Fe(OH)2转变为Fe(OH)3的实验现象:白色沉淀迅速转变为灰绿色,最终变为红褐色
【微点拨】在通常情况下,潮湿的空气中水膜酸性较弱,金属在潮湿的空气中主要发生的是吸氧腐蚀。
视角1金属的化学腐蚀和电化学腐蚀比较1.如图所示,将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中,再加入含有适量酚酞的NaCl溶液,一段时间后观察发生的变化。下列叙述正确的是(　　)
A.a中铁钉附近溶液呈现红色B.b中铁钉上发生还原反应C.a中铜丝上发生氧化反应D.b中铝条附近有气泡产生
解析 依据原电池原理分析可知:
a中铁钉附近不变红色,铜丝上发生还原反应;b中铁钉上发生还原反应,铝条附近没有气泡产生。
2.下图是燃气灶的部件说明图,下列说法正确的是(　　)
A.锅支架生锈的主要原因是经常沾上盐水,铁发生化学腐蚀B.炉头易生锈,主要是由于高温下铁发生电化学腐蚀C.外壳是铝合金材料,不易锈蚀是因为铝不活泼D.灶脚由螺钉和外层电木(一种耐高温塑料)组成,电木起到了防止金属腐蚀的作用
解析 锅支架生锈的主要原因是经常沾上盐水,锅支架含有的铁和碳形成原电池,发生电化学腐蚀,A错误;高温下铁被氧气氧化,发生化学腐蚀,B错误;外壳是铝合金材料,不易锈蚀是因为铝生成的致密氧化膜阻止了铝合金继续与氧气反应,C错误;电木隔绝了螺钉与空气的接触,起到了防止金属腐蚀的作用,D正确。
归纳总结　区分化学腐蚀和电化学腐蚀发生电化学腐蚀的一般是两种金属接触或合金与电解质溶液接触(或接触潮湿空气等);发生化学腐蚀的金属可以是纯金属,直接与一些氧化剂(如O2、Cl2等)接触反应,常见的银器在空气中变黑,燃气灶炉头生锈都属于化学腐蚀。
视角2 吸氧腐蚀和析氢腐蚀3.研究小组利用图1装置探究铁粉腐蚀原理。挤压胶头滴管将醋酸滴入铁粉与碳粉的均匀混合物中,容器中的压强随时间的变化曲线如图2。下列说法正确的是(　　)
A.铁粉发生反应:Fe-3e-═Fe3+B.铁粉一定是先发生了析氢腐蚀,后发生了吸氧腐蚀C.由t2时容器中的压强可判断反应后期铁发生了吸氧腐蚀D.为确定0~t1时段的腐蚀类型,可用N2代替图1锥形瓶中的空气,进行对比实验
解析 Fe单质发生腐蚀过程中,生成Fe2+,故A项错误;将胶头滴管内醋酸滴入铁粉与碳粉的均匀混合物中,0~t1装置内压强逐渐增大,说明铁与醋酸反应产生了H2,可能发生了化学腐蚀,也可能是析氢腐蚀,t1之后容器内压强减小,说明装置内气体分子数减少,氧气被消耗,发生吸氧腐蚀,故B项错误;影响定容容器内压强的因素有:气体的物质的量、温度,由于原电池的反应属于放热反应,能引起压强增大,因此t2时容器内压强明显小于起始压强,说明容器内气体分子数减少,即铁发生了吸氧腐蚀,故C项正确;0~t1时间段的腐蚀类型可能是铁与醋酸直接接触的化学腐蚀,也可能是醋酸与碳粉接触从而引发的析氢腐蚀,两种腐蚀均与锥形瓶内是否含有空气无关,因此使用N2替换题图1锥形瓶中的空气无法判断其腐蚀类型,故D项错误。
易错提醒　钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时,负极都是铁,失去电子生成Fe2+,而非Fe3+;活性炭、铁和醋酸溶液可构成原电池,发生析氢腐蚀,但应注意反应过程中也存在铁与醋酸直接反应的化学腐蚀,反应过程中化学能转化为电能、热能等,锥形瓶中温度升高也会导致瓶中压强增大。
4如图装置中,U形管内为红墨水,a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液(呈酸性),各加入生铁块,放置一段时间。下列有关描述错误的是(　　)
A.生铁块中的碳是原电池的正极B.红墨水水柱两边的液面变为左低右高C.两试管中相同的电极反应是Fe-2e-==Fe2+D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀
解析 a为中性环境,发生吸氧腐蚀,氧气被消耗,试管中气体压强减小;b中溶液呈酸性,发生析氢腐蚀,有氢气放出,试管中气体压强增大,所以红墨水水柱两边的液面变化为左高右低,故B项错。
探究二　金属腐蚀的快慢与金属腐蚀的防护
根据金属腐蚀的原理分析金属腐蚀的防护措施都有哪些?提示 常见金属腐蚀的防护措施有改变金属内部结构(不锈钢)、覆盖防护层(电镀、油漆等)、电化学防护、电化学使金属表面“钝化”等。
1.金属腐蚀的快慢规律(1)在同种电解质溶液中,金属腐蚀由快到慢的顺序为:电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。(2)同一种金属在不同介质(浓度相等)中腐蚀由快到慢的顺序为:强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。(3)在同一种电解质溶液中,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀越快(钝化除外)。(4)纯度越高的金属,腐蚀越慢。(5)不纯的金属或合金,在潮湿的空气中,氧气浓度越大,腐蚀越快。
2.金属的电化学防护
应用体验视角1 金属腐蚀的快慢1.下面各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是(　　)
A.④>②>①>③　　B.②>①>③>④C.④>②>③>①D.③>②>④>①
解析 铁在海水中的腐蚀属于电化学腐蚀,当铁与比它活泼性差的Sn相连时, Fe被腐蚀的速率比①大,与活泼性比其强的锌相连时,锌作为负极被腐蚀,铁被保护,其腐蚀的速率要比①小;④为电解装置,Fe为阳极,发生氧化反应,铁腐蚀的速率最快。
视角2 金属的防护方法2.下列方法不能减缓钢铁腐蚀速率的是(　　)A.将钢铁制品与铜、锡等金属叠放在一起保存B.将钢铁制品表面进行烤蓝处理C.采用外加电流法,将钢铁制品连接电源的负极
3.为了保护舰艇(主要是钢合金材料),在舰体表面镶嵌金属块(R)。下列有关说法不正确的是(　　)A.这种保护舰体的方法叫牺牲阳极保护法B.金属块R可能是镁或锌C.海水呈弱碱性,舰艇在海水中易发生析氢腐蚀D.正极的电极反应为O2+2H2O+4e-==4OH-
解析 在舰体表面镶嵌金属块(R),这种保护方法利用原电池原理,需要金属块R比铁活泼,R为负极,钢铁为正极,这种方法叫牺牲阳极保护法,A正确;金属块R比铁活泼,可能是镁或锌,B正确;钢铁材料在弱碱性海水中主要发生吸氧腐蚀,在酸性较强的溶液中才发生析氢腐蚀,C错误;吸氧腐蚀过程中,正极上发生还原反应,电极反应为O2+2H2O+4e-==4OH-,D正确。
【变式设问】(1)舰艇在海水和河水中航行,在哪种情况下腐蚀更快?提示 在海水中航行腐蚀更快。(2)舰艇在海水中航行时,腐蚀最快的是与海水表面接触的位置,而不是一直浸泡在海水中的舰艇的底部,为什么?提示 舰艇在海水中发生吸氧腐蚀,海水表面O2浓度大,因此舰艇与海水表面接触的位置腐蚀最快,一直浸泡在海水中的舰艇的底部O2浓度小,腐蚀相对较慢。