2018-2019年高中化學(xué) 第04章 電化學(xué)基礎(chǔ) 專題4.4 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)導(dǎo)學(xué)案 新人教版選修4.doc

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4-4 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù) 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1.認(rèn)識金屬腐蝕的危害，并能解釋金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因。 2.能正確書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。 3.熟知金屬腐蝕的防護(hù)方法。 【學(xué)習(xí)重難點】 學(xué)習(xí)重點：金屬腐蝕的原理及防護(hù)方法。 學(xué)習(xí)難點：金屬腐蝕的原理及防護(hù)方法。 【自主預(yù)習(xí)】 一、金屬的電化學(xué)腐蝕 1．金屬的腐蝕是金屬與周圍的氣體或者液體物質(zhì)發(fā)生 而引起損耗的現(xiàn)象。 一般可分為 腐蝕和 腐蝕。 化學(xué)腐蝕：金屬與接觸到的干燥氣體（如 、 、 等）或非電解質(zhì)液體 （如 ）等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。 如：鋼管被原油中的 腐蝕，溫度越高，化學(xué)腐蝕越 。 電化學(xué)腐蝕：不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時。會發(fā)生 反應(yīng)， 的金屬失去電子而被 。如 在潮濕的空氣中生銹。 兩種腐蝕往往 發(fā)生，但 腐蝕更普遍，速度更快，危害更嚴(yán)重。 2.化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的共同點和不同點： 電化腐蝕 化學(xué)腐蝕 條件 不純金屬或合金與 接觸 與 直接接觸 有無電 流產(chǎn)生 有 無 本質(zhì) 較活潑的金屬被氧化 金屬被氧化 3．電化學(xué)腐蝕 (以鋼鐵為例) （1）析氫腐蝕 (酸性較強(qiáng)的溶液) 負(fù)極: 正極: 總方程式： （2） 吸氧腐蝕 (中性或弱酸性溶液) 負(fù)極: 正極: 總方程式： 離子方程式：Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2 Fe(OH)2繼續(xù)與空氣中的氧氣作用： 鐵銹的主要成分是 ， 阻止鋼鐵繼續(xù)腐蝕。（能、不能） 4．影響金屬腐蝕快慢的因素 本性：（1）金屬的活動性：金屬越 ，越容易被腐蝕 （2）純度：不純的金屬比純金屬更 腐蝕，如純鐵比鋼 腐蝕。（難、易） 電化學(xué)腐蝕：兩電極活動性差別越大，氧化還原反應(yīng)速率越 ，活潑金屬被腐蝕越快。 （3）氧化膜：如果金屬被氧化形成致密的氧化膜，那么會保護(hù)內(nèi)層金屬，如 、 如果金屬被氧化形成疏松的氧化膜，那么不會保護(hù)內(nèi)層金屬，如 外因：介質(zhì)：環(huán)境（腐蝕性氣體，電解質(zhì)溶液） 二、金屬的防護(hù) （1）覆蓋保護(hù)膜（涂油漆，電鍍，鈍化等） （2）改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（鋼→不銹鋼，在鋼中加入鎳和鉻） （3）犧牲陽極陰極保護(hù)法（較活潑金屬作 極，鋼鐵作 極被保護(hù)） （4）外加電流陰極保護(hù)法（外加電流，使鋼鐵被迫成為 極受保護(hù)） 【預(yù)習(xí)檢測】 1．下列有關(guān)金屬腐蝕的說法中正確的是(　　) A．金屬腐蝕指不純金屬與接觸到的電解質(zhì)溶液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而損耗的過程 B．電化學(xué)腐蝕指在外加電流的作用下不純金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而損耗的過程 C．鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕，負(fù)極吸收氧氣，產(chǎn)物最終轉(zhuǎn)化為鐵銹 D．金屬的電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕本質(zhì)相同，但電化學(xué)腐蝕伴有電流產(chǎn)生 2．下列關(guān)于金屬的防護(hù)方法的說法不正確的是(　　) 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保護(hù)法 D．鋼鐵制造的暖氣管管道外常涂有一層較厚的瀝青 合作探究 探究活動一：金屬的腐蝕 1．金屬腐蝕 （1）概念： 。 （2）根據(jù)與金屬接觸的物質(zhì)不同，金屬腐蝕可分為兩類： ①化學(xué)腐蝕：金屬跟接觸到的 氣體(如O2、Cl2、SO2等)或 液體(如石油)等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。腐蝕的速率隨溫度升高而 。 ②電化學(xué)腐蝕： 的金屬或合金跟 溶液接觸時，會發(fā)生 反應(yīng)，比較 的金屬 電子而被氧化。 （3）用鋁制飯盒盛放醋酸，一段時間后，飯盒被腐蝕，該種腐蝕屬于 ，反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ；若用鋁飯盒盛放食鹽(含水時)，一段時間后，飯盒被腐蝕，這種腐蝕屬于 ，反應(yīng)原理是(寫電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式)：負(fù)極： ，正極： ，總反應(yīng)式： 。 2．鋼鐵的電化學(xué)腐蝕 根據(jù)鋼鐵表面水溶液薄膜的酸堿性不同，鋼鐵的電化學(xué)腐蝕分為 和 。銅板上鐵鉚釘處的電化學(xué)腐蝕如下圖所示： 　 鐵釘?shù)奈鰵涓g示意圖　　鐵釘?shù)奈醺g示意圖 （1）鐵釘?shù)奈鰵涓g：當(dāng)鐵釘表面的電解質(zhì)溶液酸性較強(qiáng)時，腐蝕過程中有H2放出。Fe是 極，C是 極。發(fā)生的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式為 負(fù)極： ； 正極： ； 總反應(yīng)： 。 （2）鐵釘?shù)奈醺g：當(dāng)鐵釘表面的電解質(zhì)溶液呈 或呈 并溶有O2時，將會發(fā)生吸氧腐蝕。電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式為 負(fù)極： ； 正極： ； 總反應(yīng)： 。 最終生成 ，是鐵銹的主要成分。 [歸納總結(jié)] 1．影響金屬腐蝕的因素 影響金屬腐蝕的因素包括金屬的本性和介質(zhì)兩個方面。就金屬本性來說，金屬越活潑，越 而被腐蝕。介質(zhì)對金屬腐蝕的影響也很大，如果金屬在潮濕的空氣中，接觸腐蝕性氣體或電解質(zhì)溶液，都容易被腐蝕。 2．鋼鐵析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較 因鋼鐵表面水膜酸堿性不同，鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕或吸氧腐蝕，二者正極反應(yīng)式不同，但負(fù)極反應(yīng)式相同，都是鐵失電子被氧化。 【學(xué)以致用】 1．下列敘述中不正確的是(　　) A．金屬的電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍 B．鋼鐵在干燥空氣中不易被腐蝕 C．用鋁質(zhì)鉚釘鉚接鐵板，鐵板不易被腐蝕 D．原電池中電子由正極流入負(fù)極 2．如圖所示，試管中放一鐵釘，溶液為氯化鈉溶液，數(shù)天后觀察到的現(xiàn)象有_________________________________________________________。 說明鐵釘發(fā)生了________腐蝕，其中正極的電極反應(yīng)式為 ________________________________________________________________________， 溶液中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ________________________________________________________________________。 探究活動二：金屬的防護(hù)方法 1．金屬的防護(hù)就是防止金屬的腐蝕，要解決的主要問題是使 。從金屬腐蝕的反應(yīng)實質(zhì)、影響因素等方面分析，確定金屬防護(hù)的方法原理： （1）改變金屬的 ，使金屬性質(zhì)改變，增強(qiáng)其本身的抗腐蝕能力，成為耐腐蝕金屬； （2）使金屬與化學(xué)物質(zhì) ，在金屬表面覆蓋油漆、鍍層金屬、氧化膜等保護(hù)層。 2．（1）物理保護(hù)法 ①在鋼鐵表面涂礦物性油脂、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等物質(zhì)。 ②用電鍍的方法，在鋼鐵制品表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬，如鋅、錫、鉻、鎳等。 ③工業(yè)上常借一些溶液的氧化作用，在機(jī)器零件、精密儀器、槍炮等鋼鐵制件的表面上形成一層致密的黑色的四氧化三鐵薄膜。 ④把鉻、鎳等加入普通鋼里制成不銹鋼，就大大地增加了鋼鐵對各種侵蝕的抵抗力。 （2）化學(xué)保護(hù)法 ①為了減小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 (填寫字母序號)。 A．銅 B．鈉 C．鋅 D．石墨 ②圖乙所示的方案也可以減慢鐵閘門的腐蝕速率，其中鐵閘門應(yīng)該連接在直流電源的 極。 [歸納總結(jié)] 金屬的電化學(xué)防護(hù)方法 類型 方法 原理 實例 犧牲陽極保護(hù)法 在被保護(hù)的設(shè)備上裝上比它 的金屬 被保護(hù)的金屬作原電池的 船舶的外殼上裝鋅塊 外加電流陰極保護(hù)法 將被保護(hù)的設(shè)備與惰性電極置于電解質(zhì)溶液里，接上 被保護(hù)的金屬作電解池的 保護(hù)海水中的鋼閘門 【學(xué)以致用】 3．下列有關(guān)鋼鐵腐蝕與防護(hù)的說法正確的是(　　) A．鋼管與電源正極連接，鋼管可被保護(hù) B．鐵遇冷濃硝酸表面鈍化，可保護(hù)內(nèi)部不被腐蝕 C．鋼管與銅管露天堆放在一起時，鋼管不易被腐蝕 D．鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時，負(fù)極反應(yīng)是Fe－3e－===Fe3＋ 【學(xué)習(xí)小結(jié)】 【鞏固練習(xí)】 1．關(guān)于金屬腐蝕的敘述中，正確的是(　　) A．金屬被腐蝕的本質(zhì)是M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑ B．馬口鐵(鍍錫鐵)鍍層破損后被腐蝕時，首先是鍍層被氧化 C．金屬在一般情況下發(fā)生的電化學(xué)腐蝕主要是吸氧腐蝕 D．常溫下，置于空氣中的金屬主要發(fā)生化學(xué)腐蝕 2．下列與金屬腐蝕有關(guān)的說法正確的是 (　　) A．圖a中，插入海水中的鐵棒，越靠近底端腐蝕越嚴(yán)重 B．圖b中，開關(guān)由M改置于N時，CuZn合金的腐蝕速率減小 C．圖c中，接通開關(guān)時Zn腐蝕速率增大，Zn上放出氣體的速率也增大 D．圖d中，ZnMnO2干電池自放電腐蝕主要是由MnO2的氧化作用引起的 3．下列金屬的防護(hù)方法不正確的是(　　) A．對健身器材涂油漆以防止生銹 B．對某些工具的“機(jī)械轉(zhuǎn)動部位”選用刷油漆的方法來防銹 C．用犧牲鋅塊的方法來保護(hù)船體 D．自行車的鋼圈上鍍上一層Cr防銹 4．下列敘述錯誤的是(　　) A．生鐵中含有碳，抗腐蝕能力比純鐵弱 B．用錫焊接的鐵質(zhì)器件，焊接處易生銹 C．在鐵制品上鍍銅時，鍍件為陽極，銅鹽為電鍍液 D．鐵管上鑲嵌鋅塊，鐵管不易被腐蝕 5．銅制品在經(jīng)常下酸雨的地區(qū)發(fā)生電化學(xué)腐蝕嚴(yán)重。寫出此電化學(xué)腐蝕的電極反應(yīng)式： 正極：__________________，負(fù)極：__________________。 【總結(jié)與反思】 通過自評、互評、師評相結(jié)合對本節(jié)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行反思感悟。 【參考答案】 二、負(fù)；正；陰 【預(yù)習(xí)檢測】1．D 2．A 【合作探究】 探究活動一： 1． （1）金屬表面與周圍的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或因電化學(xué)作用而遭到破壞的現(xiàn)象。 （2） ①干燥，非電解質(zhì)，加快。 ②不純電解質(zhì)，原電池，活潑，失去。 （3）化學(xué)腐蝕， 2Al＋6CH3COOH===2(CH3COO)3Al＋3H2↑；電化學(xué)腐蝕，Al－3e－===Al3＋，O2＋2H2O＋4e－===4OH－，4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3。 2．析氫腐蝕和吸氧腐蝕 （1）負(fù)，正；Fe－2e－===Fe2＋；2H＋＋2e－===H2↑；Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。 （2）中性，弱酸性；2Fe－4e－===2Fe2＋；2H2O＋O2＋4e－===4OH－；2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2；Fe2O3xH2O [歸納總結(jié)] 1．越容易失電子 【學(xué)以致用】1．D 2． U形管的a端比b端液面高，試管內(nèi)有紅褐色物質(zhì)生成　電化學(xué)吸氧　 2H2O＋O2＋4e－===4OH－　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 探究活動二 1．金屬不被氧化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，相互隔離 （2） C ［歸納總結(jié)］ 類型 方法 原理 實例 犧牲陽極保護(hù)法 在被保護(hù)的設(shè)備上裝上比它更活潑的金屬 被保護(hù)的金屬作原電池的正極 船舶的外殼上裝鋅塊 外加電流陰極保護(hù)法 將被保護(hù)的設(shè)備與惰性電極置于電解質(zhì)溶液里，接上外加直流電源 被保護(hù)的金屬作電解池的陰極 保護(hù)海水中的鋼閘門 【學(xué)以致用】 3． B 【鞏固練習(xí)】 1．C 2． B 3．　B 4．C 5．O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 2Cu－4e－===2Cu2＋