2013-2014学年高中化学选修四：专题一 第三单元 金属的腐蚀与防护 探究课件(苏教版选修4)

自主探究精要解读实验探究第三单元金属的腐蚀与防护自主探究精要解读实验探究铁生锈的条件是什么？你知道哪些防止铁制品锈蚀的方法？提示要有能够与铁反应的物质，反应物要与铁相接触，生成物不会对反应起阻碍作用。防止铁制品锈蚀的方法：①保持铁制品表面的洁净和干燥；②在铁制品表面涂上一层保护膜，如涂油、刷漆、镀耐腐蚀的铬等金属；③制造耐腐蚀的合金等。原电池的形成条件是什么？提示①有活泼性不同的金属(金属和非金属)作电极；②有电解质溶液；③形成闭合回路；④自发进行的氧化还原反应。1．2．自主探究精要解读实验探究1．利用原电池原理解释电化学腐蚀的原因。2．认识金属腐蚀的危害。3．了解防止金属腐蚀的措施。自主探究精要解读实验探究金属的腐蚀金属腐蚀是金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀____的现象。一般可分为_________和__________。(1)化学腐蚀：指金属与其他物质_________发生氧化还原反应而引起的腐蚀。腐蚀过程中___电流产生。(2)电化学腐蚀：指不纯的金属或合金发生_______反应，使较活泼的金属_____电子被_____而引起的腐蚀。笃学一金属的腐蚀1.化学腐蚀电化学腐蚀直接接触无原电池失去氧化损耗自主探究精要解读实验探究金属的电化学腐蚀以钢铁腐蚀为例：(1)吸氧腐蚀：条件：____________；负极：________________；正极：________________________；总反应：__________________________。最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·nH2O)，反应如下：_______________________________，2Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O。(2)析氢腐蚀：条件：_________；负极：________________；正极：________________；总反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。金属的腐蚀以_________为主。2．弱酸性或中性2Fe－4e－===2Fe2＋2H2O＋O2＋4e－===4OH－2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3较强酸性Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑吸氧腐蚀自主探究精要解读实验探究本质：阻止金属发生_____反应。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___________________________________等。(3)原电池原理保护分为_________的阴极保护法和_____________________。笃学二金属的防护1．2．氧化涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属牺牲阳极外加电流的阴极保护法自主探究精要解读实验探究金属发生电化学腐蚀的原因是什么？提示金属发生电化学腐蚀的根本原因是被腐蚀的金属成为原电池的负极，其原子失去电子变成金属阳离子而溶解。【慎思1】自主探究精要解读实验探究生活中金属的电化学腐蚀中析氢腐蚀与吸氧腐蚀哪个更普遍些？为什么？提示吸氧腐蚀。金属活动性顺序表中氢以前的金属是在一些水膜酸性较强的情况下才发生析氢腐蚀的，氢以后的金属只能发生吸氧腐蚀，且生活中金属表面形成的水膜酸性一般较弱甚至呈中性，故以吸氧腐蚀为主。【慎思2】自主探究精要解读实验探究想一想，连一连(1)加保护层A.钢闸门与直流电源负极相连2牺牲阳极的阴极保护法B.电线外面包塑料法(3)外加电流的阴极保护法C.普通钢制成镍铬钢(4)改变内部结构D.轮船外壳装上锌块【慎思3】提示(1)－B(2)－D(3)－A(4)－C自主探究精要解读实验探究化学腐蚀、电化学腐蚀的比较要点一|金属的腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀吸氧腐蚀析氢腐蚀条件金属跟氧化性物质直接接触不纯金属或合金跟极弱酸性(或中性)电解质溶液接触不纯金属或合金跟较强酸性电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化的过程较活泼金属被氧化的过程相互联系化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生自主探究精要解读实验探究2.吸氧腐蚀和析氢腐蚀的比较腐蚀类型区别与联系析氢腐蚀吸氧腐蚀相同点腐蚀的本质被腐蚀金属为原电池的负极，其原子失去电子变成金属阳离子，发生氧化反应电极反应式负极：Fe－2e－===Fe2＋不同点条件水膜酸性较强水膜呈很弱的酸性、中性或碱性电解质溶液溶有CO2、SO2等的水溶液溶有O2的水溶液氧化剂H＋O2电极反应式正极：2H＋＋2e－===H2↑正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－产物H2Fe(OH)2总反应2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2自主探究精要解读实验探究说明：①由于在通常情况下，金属表面不会遇到酸性较强的溶液，所以吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，而且析氢腐蚀最终也会被吸氧腐蚀所代替。②电化学腐蚀中吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍，在金属活动顺序表中位于氢前面和氢之后的多数金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动顺序表中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。自主探究精要解读实验探究钢铁在潮湿环境中发生电化学腐蚀时，正极所发生的主要反应是()。A．Fe－2e－===Fe2＋B．2H＋＋2e－===H2↑C．2H2O＋O2＋4e－===4OH－D．4OH－－4e－===2H2O＋O2↑解析钢铁在潮湿的环境中发生电化学腐蚀有两种类型：析氢腐蚀和吸氧腐蚀，在水膜酸性较强时发生析氢腐蚀，水膜中性或弱酸性时发生吸氧腐蚀，两者负极反应相同，只是正极反应不同。在通常情况下，水膜为弱酸性或中性，主要发生的是吸氧腐蚀，故选择吸氧腐蚀的正极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。答案C【例1】►自主探究精要解读实验探究判断金属的腐蚀类型要从本质入手，电化学腐蚀中，只有在金属活动顺序中位于氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀，一般情况下溶液呈中性或弱酸性时发生吸氧腐蚀，后者更为普遍。自主探究精要解读实验探究关于铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀的下列说法中，不正确的是()。【体验1】►A．正极电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑B．此过程中还涉及到反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3C．此过程中铜并不被腐蚀D．此过程中电子从Fe移向Cu自主探究精要解读实验探究解析铁铆钉发生吸氧腐蚀时，负极为铁，反应为：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极为铜，反应为：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，总反应为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，生成的Fe(OH)2继续被空气中的O2氧化成Fe(OH)3，反应为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，反应中电子从负极Fe移向正极Cu，铜不被腐蚀。答案A自主探究精要解读实验探究1．金属的腐蚀快慢和金属的防护方法的优劣(1)各种腐蚀的程度由大到小依次排列为：要点二|金属的防护自主探究精要解读实验探究(2)各种防腐蚀措施由好到差的顺序为：自主探究精要解读实验探究2．两种电化学防腐蚀方法比较电化学防护牺牲阳极的阴极保护法外加电流的阴极保护法依据原电池原理电解池原理原理形成原电池时，被保护金属作正极(阴极)，不反应受到保护；活泼金属作负极(阳极)，发生反应受到腐蚀。阳极要定期予以更换将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护金属作阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护应用一些钢铁设备如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌片土壤、海水及水中的金属设备实例示意图自主探究精要解读实验探究对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。(1)以下为铝材表面处理的一种方法：【例2】►自主探究精要解读实验探究①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是____________________(用离子方程式表示)，为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的________。a．NH3b．CO2c．NaOHd．HNO3②以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为________，取少量废电解液加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀；产生沉淀的原因是__________________________________________________。(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨做阳极的原因是_____________________________________________。自主探究精要解读实验探究(3)利用右图装置，可以模拟铁的电化学防护。若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________处。若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为________。自主探究精要解读实验探究解析(1)①铝与碱反应产生H2，离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO2－＋3H2↑，通CO2气体，可以让溶液中的AlO2－全部转化为Al(OH)3沉淀，②阳极材料是铝，属于活性电极，电极本身参与反应，反应过程中失去电子而生成Al2O3，电解质溶液是稀硫酸，溶液中的水为金属铝提供了氧元素，所以电极反应式为2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，电解后的溶液中含有大量H＋和少量Al3＋，加入NaHCO3消耗H＋产生CO2气体，Al3＋的水解平衡向右移动，产生Al(OH)3沉淀。(2)电镀时，镀件做阴极，镀层金属做阳极，镀层金属的盐溶液做电解液。(3)X为碳棒，接M时，Fe做负极，被腐蚀；开关K置于N时，Fe做阴极，被保护；X为Zn，开关K置于M时，形成原电池，Zn为负极，Fe为正极，属牺牲阳极的阴极保护法。自主探究精要解读实验探究答案(1)①2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO2－＋3H2↑b②2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋HCO3－与H＋反应使H＋浓度减小，使Al3＋的水解平衡向右移动，产生Al(OH)3沉淀(2)补充溶液中的Cu2＋，保持溶液中的Cu2＋浓度恒定(3)N牺牲阳极的阴极保护法自主探究精要解读实验探究判断电化学保护法的类型，应分清其基本原理，看是利用电解原理的外加电流的阴极保护法还是应用原电池原理的牺牲阳极的阴极保护法，两者不能混淆。自主探究精要解读实验探究下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是()。A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护B．铁遇冷浓硝酸表面被钝化，可保护内部不被腐蚀C．钢管与铜管露天堆放在一起，钢管不易被腐蚀D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋解析本题考查了金属防护的有关知识。钢管与电源正极连接，钢管作阳极，被腐蚀，A错；钢管与铜管露天堆放在一起，可形成原电池，钢管作负极被腐蚀，C错；铁被腐蚀的负极反应是：Fe－2e－===Fe2＋，D错。答案B【体验2】►自主探究精要解读实验探究某学生在A、B、C、D四个小烧瓶中分别放入干燥的细铁丝、浸过食盐水的细铁丝、浸过清水的细铁丝、食盐水及细铁丝(并使铁丝完全浸没在食盐水中)。然后组装成如图所示的四套装置，每隔一段时实验探究六金属腐蚀的速率【案例】间测量导管中水面上升的高度，结果如下表(表中所列数据为导管中水面上升的高度/cm)所示：自主探究精要解读实验探究时间/小时00.51.01.52.02.53.0A瓶(盛干燥的铁丝)0000000B瓶(盛浸过食盐水的铁丝)00.41.23.45.67.69.8C瓶(盛浸过清水的铁丝)0000.30.82.03.5D瓶(盛完全浸没在食盐水中的铁丝)0000000自主探究精要解读实验探究(1)为什么有的导管中水面会上升？___________________________________________________________________。(2)上述实验中，铁生锈的速率由大到小的排列顺序为(填小烧瓶的字母编号)_______________________________。(3)影响铁生锈的因素除氧气外还有__________________。(4)日常生活中常见的铁制品生成铁锈，试写出铁制品生成铁锈(Fe2O3·xH2O)的化学方程式