2015-2016学年高二年级化学课题课件4.4金属制品的防护.ppt

课题4金属制品的防护目标导航预习导引1.了解金属腐蚀的本质及分类,特别是电化学腐蚀的原理。2.明确金属防护的方法,培养学生分析并解决生活中实际问题的能力。3.切实感受金属及合金在国家建设及社会生活中的重要作用,形成爱护资源、科学利用资源的正确思想。1.电化学腐蚀的原因。2.析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应方程式。目标导航预习导引一二三一、自行车金属部件为什么易被腐蚀1.自行车被腐蚀的原理:制造自行车的金属是钢铁。钢铁并不是纯铁,而是铁的合金,其中含有少量的碳,镀层破损后,在潮湿的空气中,暴露出的钢铁部件表面就会形成一层水膜,这层水膜与铁和碳可以组成无数微小的原电池。水膜溶有CO2等物质,是电解质溶液;活泼的铁相当于微小原电池的负极,电极反应为2Fe-4e-2Fe2+;碳是微小原电池的正极,电极反应为2H2O+O2+4e-4OH-。原电池反应为2Fe+2H2O+O22Fe(OH)2。原电池反应生成的产物进一步被氧化的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3。三氧化二铁是铁被腐蚀所生成的铁锈的主要成分。2.电化学腐蚀:指金属在有电解质溶液存在情况下通过原电池反应发生的腐蚀。3.化学腐蚀:指金属与氧化剂直接接触而被腐蚀的过程。高温下,钢铁与氯气接触生成氯化铁,铜在加热条件下生成黑色的氧化铜,都属于化学腐蚀。4.金属腐蚀:本质是金属原子失去电子变成金属阳离子,在此过程中金属被氧化。目标导航预习导引一二三预习交流1你认为影响金属腐蚀的主要因素有哪些呢?答案:(1)金属的性质:金属越活泼,就越容易失去电子而被腐蚀,如果金属中能导电的杂质不如该金属活泼,则容易形成原电池而使金属发生电化学腐蚀。(2)介质:活泼金属在强电解质溶液中腐蚀得较快。(3)氧化剂:氧化剂的氧化性越强,金属腐蚀得越快。目标导航一二预习导引三二、自行车金属部件的防腐蚀1.金属部件加防护层:(1)给车架、挡泥板、车后座烤漆;(2)给链条涂上机油,给轴承涂上凡士林;(3)将车把、车圈、车辐条进行电镀;(4)将车座弹簧用一层“烤蓝”保护。2.镀锌是最常见的电镀工艺,广泛应用于钢铁制品的防腐蚀,原因是镀层破损后,由于锌比铁活泼,腐蚀时先腐蚀锌。3.根据电化学原理,只要将要保护的金属与比它活泼的金属相连构成原电池,便可以使要保护的金属不被腐蚀,这就是牺牲阳极的阴极保护法。各种防腐措施都是为了阻止需要保护的金属失去电子被氧化为金属阳离子。目标导航一二预习导引三预习交流2如何“烤蓝”?其原理是什么呢?答案:铁器件“烤蓝”要使用发蓝液。其方法是:将铁放入50gNaOH、10gNaNO3、3gNaNO2及100mL水所得到的溶液中,加热煮沸20min,用水洗净,即看到有Fe3O4保护层生成。其原理是利用Fe在碱性溶液中更容易被一些氧化性并不强的氧化剂氧化生成钝化膜。目标导航一二预习导引三三、自行车中的合金材料1.不锈钢是通过改变金属的组成和结构来提高自身耐腐蚀性的合金。目前,科学家们已发明了各种有针对性耐腐蚀的合金钢。2.自行车选材主要指标为重量轻、耐腐蚀、强度高和减震性能好。3.几种常见合金(1)铁合金:优点是使车架变轻,缺点是笨重、易腐蚀。(2)铝合金:优点是质轻、成本低、易加工、机械性高。(3)钛合金:优点是重量轻、强度高、韧性好、耐腐蚀。(4)镁合金:优点是质轻。预习交流3合金有什么特点?答案:特点是:合金比它的成分金属具有更多良好的物理、化学或机械等方面的性能。一般地说,合金的熔点比它的各成分金属的熔点都低。问题导学即时检测一二三一、金属的腐蚀活动与探究市场上出售的“热敷袋”其主要成分为铁屑、炭粉、木屑和少量氯化钠、水等。“热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝,启用时打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量,使用完后,会发现有大量铁锈存在,请回答下列问题:(1)“热敷袋”产生热量的来源是。(2)炭粉的主要作用是。(3)加入NaCl的主要作用是。(4)写出生成铁锈的有关方程式(按生成过程分步写,不可合并成总式):。问题导学即时检测一二三解析:从“热敷袋”使用前与空气隔绝,启用后却要打开揉搓,说明有空气参与了“热敷袋”内的反应。反应后有大量铁锈生成,说明有O2参加,而放出的热量应是铁被氧化时释放的,从启用到放出热量时间很短,显然不是铁的缓慢氧化所能形成的现象。此时,再分析“热敷袋”中的原料成分,会很容易想到铁的吸氧腐蚀,即“热敷袋”内发生的是原电池反应,其中铁作负极,炭粉作正极,NaCl与水构成了电解质溶液,轻轻揉搓的作用是使铁屑与炭粉、氯化钠与水充分接触,以促使原电池反应的发生,“热敷袋”内主要发生以下反应:Fe-2e-Fe2+,2H2O+O2+4e-4OH-,Fe2++2OH-Fe(OH)2↓,4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,2Fe(OH)3Fe2O3·nH2O+(3-n)H2O。问题导学即时检测一二三答案:(1)铁被氧化放出的热量(2)与铁屑、NaCl溶液构成原电池,加速铁被氧化(3)NaCl溶于水,形成电解质溶液,增强导电性(4)Fe-2e-Fe2+,2H2O+O2+4e-4OH-,Fe2++2OH-Fe(OH)2↓,4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,2Fe(OH)3Fe2O3·nH2O+(3-n)H2O问题导学即时检测一二三迁移与应用如图,烧杯中试管内有一枚铁钉,放置数天观察:(1)铁钉在逐渐生锈,则铁钉的腐蚀属于腐蚀。(2)若试管内液面上升,则原溶液呈,发生腐蚀,电极反应:负极;正极。(3)若试管内液面下降,则原溶液呈性,电极反应:负极,正极。问题导学即时检测一二三解析:根据原电池的构成条件可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀,试管内液面上升,说明试管内压强减小,试管内气体被吸收所致,是铁钉吸氧腐蚀的结果,据此写出电极反应;试管内液面下降,说明试管内气体压强变大,试管内产生了新气体所致,是铁钉析氢腐蚀的结果,据此写出电极反应。答案:(1)电化学(2)弱酸性或中性吸氧(3)较强的酸2Fe-4e-2Fe2+O2+4e-+2H2O4OH-Fe-2e-Fe2+2H++2e-H2↑问题导学即时检测一二三1.金属腐蚀的本质金属原子(M)失去电子生成金属阳离子。M-ne-Mn+2.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟接触的物质反应不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象不产生电流有微弱的电流产生反应金属被氧化较活泼的金属被氧化相互关系化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生问题导学即时检测一二三3.钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀(1)吸氧腐蚀和析氢腐蚀的比较类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜呈弱酸性或中性水膜呈较强酸性正极反应(O2)O2+2H2O+4e-4OH-2H++2e-H2↑负极反应(Fe)Fe-2e-Fe2+Fe-2e-Fe2+总反应式4Fe+3O2+6H2O4Fe(OH)3Fe+2H+Fe2++H2↑问题导学即时检测一二三(2)铁锈(Fe2O3·nH2O)的生成过程:钢铁发生吸氧腐蚀而生锈。发生的化学反应为:说明:①金属的腐蚀主要是电化学腐蚀。②在金属活动顺序中H以后的金属只能发生吸氧腐蚀。③钢铁表面呈弱酸性的原因:(正极)O2+2H2O+4e-4OH-(负极)2Fe-4e-2Fe2+(电池反应)2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)32Fe(OH)3Fe2O3·nH2O+(3-n)H2OH2O+CO2H2CO3、H2CO3HCO3-+H+。问题导学即时检测一二三4.金属腐蚀快慢的影响因素(1)与构成原电池的材料有关。两极材料的活动性差别越大,电势差越大,氧化还原反应的速率越快,活泼金属被腐蚀的速率就越快。(2)与金属所接触的电解质强弱有关,活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀,在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。(3)金属腐蚀快慢的比较规律电解原理引起的腐蚀(金属作阳极)原电池原理引起的腐蚀(金属作负极)化学腐蚀一般有防腐措施的腐蚀利用原电池原理防腐(金属作正极)的腐蚀利用电解池原理防腐(金属作阴极)的腐蚀。问题导学即时检测一二三二、金属的防护活动与探究全世界每年因生锈损失的钢铁约占世界钢铁年产量的1/4。某学生想探究铁生锈的条件,他将干净的铁钉分别同时放入A、B、C三支试管中进行研究。(1)请你帮助该学生完成下列实验设计的内容:编号操作方法实验目的A探究铁在干燥空气中的生锈情况B放入铁钉,注入蒸馏水浸没铁钉,并用植物油液封C探究铁在有空气和水时的生锈情况问题导学即时检测一二三(2)一周后,编号为的试管中的铁钉最易生锈。(3)用相同材料制作,经过相同时间防锈处理的铁栏杆,安装在南方比安装在北方更易生锈,其原因是。(4)在焊接铁管时,为了使接口更加牢固,常用稀盐酸清洗接口处的铁锈,该反应的化学方程式为。解析:本题不仅考查了铁生锈的条件,也考查了铁生锈的过程。铁生锈与氧气、水有关,题中控制条件,设计了三个对比实验进行证明:(1)铁钉只与干燥空气接触;(2)铁钉只与水接触;(3)铁钉既与水又与空气接触。本题还结合地理知识考查了不同地理位置、环境对铁生锈快慢的影响,体现了研究铁锈蚀条件的实际价值。问题导学即时检测一二三答案:(1)加热烘干试管,小心放入铁钉,塞上塞子探究铁在有水而无空气(氧气)时的生锈情况小心放入铁钉,注入蒸馏水,使铁钉部分浸入水中(2)C(3)南方比北方空气潮湿,铁更易生锈(4)Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O问题导学即时检测一二三迁移与应用据初步估计每年由于钢铁生锈会使我国损失大约100亿~150亿元。了解金属腐蚀的原因,掌握防护的方法,具有十分重要的意义。下列各种方法中:①金属表面涂抹油漆②改变金属内部结构③保持金属表面清洁干燥④在金属表面进行电镀⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜,能对金属起到防护或减缓腐蚀作用的是()A.①②③④B.①③④⑤C.①②④⑤D.①②③④⑤解析:金属腐蚀的防护方法有加保护层,如①④⑤。改变内部结构,加入某种金属制成抗腐蚀合金,如②。由于化学腐蚀比电化学腐蚀慢,保持表面清洁干燥可防止电化学腐蚀的发生,如③。答案:D问题导学即时检测一二三金属的防护措施金属防护的基本思路是防止金属与化学物质直接接触,防止金属参与形成原电池。常用的防护方法有:1.改变金属的组成和结构制成各种合金,如不锈钢(钢中加入一定量的镍和铬)等。2.加保护层电镀、热镀、喷镀、涂漆、涂油等,或形成氧化膜保护。(1)烤蓝:在钢铁制品表面生成Fe3O4。(2)常温下铝制品表面生成Al2O3。问题导学即时检测一二三3.电化学保护法消除引起金属发生电化学腐蚀的电池反应的方法。(1)外加电流的阴极保护法:将被保护的金属与外加直流电源的负极相连,能导电的惰性材料(如石墨)与电源正极相连,通电后,被保护的金属上积累电子从而防止其被腐蚀。(2)外加活泼电极的牺牲阳极的阴极保护法:在被保护的金属上连接一种更活泼的金属,当发生电化学腐蚀时,首先锈蚀的是阳极(活泼金属一极),这样就保护了另一极的金属不被腐蚀。问题导学即时检测一二三4.电镀(1)定义:应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。(2)电镀的目的:使金属增强抗腐蚀能力,增加美观和表面硬度。(3)电镀的条件:待镀的金属制品作阴极,镀层金属作阳极,用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。即阳极材料、电解质溶液中的放电阳离子、镀层金属都必须是同一种金属元素。注意:(1)电镀池中,电解质溶液浓度不发生变化;(2)经过特殊处理,可以在有机材料表面镀上一层金属。5.烤蓝“烤蓝”,又称“发蓝”,是一种常用的铁器表面处理方法。它可以使铁器表面生成一层致密的Fe3O4薄膜,增强铁器件的抗腐蚀能力。问题导学即时检测一二三三、自行车中的合金材料活动与探究钛(Ti)因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注,是航空、军工、电力等方面的必需材料,被誉为“空间金属”和“深海金属”。常温下钛不和非金属、强酸反应。红热时,却可与某些常见的非金属单质反应。地壳中含钛矿石——金红石(TiO2),目前大规模生产钛的方法是