2020高中化学 专题1 化学反应与能量变化 第三单元 金属的腐蚀与防护课件 苏教版选修4

[明确学习目标]1.认识金属腐蚀的危害，并能解释金属发生电化学腐蚀的原因，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。2.熟知金属腐蚀的防护方法。23学生自主学习一、金属的电化学腐蚀1．金属的腐蚀(1)概念：金属或合金与周围环境中的物质发生而腐蚀损耗的现象。其本质为金属原子电子被的过程。(2)分类①化学腐蚀：金属与其他物质直接接触发生反应而引起的腐蚀。□01化学反应□02失去□03氧化□04氧化还原②电化学腐蚀：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。钢铁在潮湿的空气中生锈就是最典型的电化学腐蚀。在现实生活中，电化学腐蚀现象比化学腐蚀现象严重得多。□05原电池□06失去□07氧化2．钢铁的电化学腐蚀(1)吸氧腐蚀通常情况下，在潮湿的空气中，钢铁的表面凝结了一层溶有氧气的水膜，这层水膜、铁和铁中存在的少量碳单质形成了无数微小的原电池。这些微小的原电池遍布钢铁的表面。在这些原电池中，铁是极，碳是极，在两电极分别发生反应、反应而导致钢铁腐蚀。□08负□09正□10氧化□11还原相应的电极反应式分别为负极：(反应)正极：(反应)总反应：上述电化学腐蚀过程中吸收氧气，因此称为吸氧腐蚀。□122Fe－4e－===2Fe2＋□13氧化□14O2＋2H2O＋4e－===4OH－□15还原□162Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2(2)析氢腐蚀当钢铁表面水膜呈较强的酸性时，正极析出氢气发生“析氢腐蚀”。发生的电极反应式分别为负极：(反应)正极：(反应)总反应：上述电化学腐蚀会生成氢气，故称为析氢腐蚀。□17Fe－2e－===Fe2＋□18氧化□192H＋＋2e－===H2↑□20还原□21Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑(3)铁锈的生成吸氧腐蚀中生成的Fe(OH)2会进一步被O2氧化成Fe(OH)3：，Fe(OH)3脱去一部分水生成铁锈。析氢腐蚀中，随着H2的析出，水膜的pH上升，Fe2＋与OH－结合生成Fe(OH)2，继而也会被空气中的O2氧化再脱水形成铁锈。□224Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3□23Fe2O3·nH2O二、金属的电化学防护1．电化学保护法(1)牺牲阳极的阴极保护法利用原电池原理，被保护金属作极，比被保护金属更活泼的金属作极。此方法常用于保护海轮外壳及石油管道等。□01正□02负(2)外加电流的阴极保护法利用电解原理，外加直流电源，被保护的钢铁设备作极，惰性电极作极。此方法主要用于防止土壤、海水及河水中的金属设备腐蚀。□03阴□04阳2．其他保护法(1)加涂保护层：如采用在钢铁表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等方法，使金属与等物质隔离，防止金属被氧化腐蚀。(2)改变金属的组成或结构：如把铬、镍等金属加入普通钢里制成耐腐蚀的。3．金属腐蚀原理的应用印刷电路的制作、电化学刻蚀、等离子刻蚀、防腐等。□05空气、水□06合金1．家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑是如何形成的，其主要成分是什么？提示：铁锅中含有碳元素，在潮湿环境中生锈属于吸氧腐蚀。在腐蚀过程中，负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极(C)：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，总反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，Fe(OH)2极易被氧化，发生反应4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。Fe(OH)3进一步脱去一部分水生成铁锈Fe2O3·nH2O。提示2．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。提示3．想一想，连一连提示：(1)—B(2)—D(3)—A(4)—C提示23师生课堂互动一、金属的电化学腐蚀1．化学腐蚀与电化学腐蚀的区别与联系金属腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与氧化剂直接接触不纯金属或合金与电解质溶液形成原电池金属腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀金属腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀本质金属被氧化不纯金属或合金中较活泼的金属被氧化实例铁与氯气直接反应而被腐蚀等钢铁的自然腐蚀等联系化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍、危害性更大、腐蚀速率更快2．钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀的区别与联系析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强水膜的酸性很弱或呈中性负极反应Fe－2e－===Fe2＋正极材料钢铁中的碳正极反应2H＋＋2e－===H2↑O2＋2H2O＋4e－===4OH－总反应Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2腐蚀速率一般较快一般较慢举例某些化工厂附近的酸性气氛中铁的腐蚀通常情况下铁在潮湿的空气中发生的腐蚀相互关系实际中二者一般同时发生，但以吸氧腐蚀为主[对点练习]1．我国某大城市今年夏季多次降下酸雨。据环保部门测定，该城市整个夏季酸雨的酸性较强。在这种环境中的铁制品极易被腐蚀。对此条件下铁的腐蚀的叙述不正确的是()A．此腐蚀过程有化学腐蚀也有电化学腐蚀B．发生电化学腐蚀时的正极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－C．在化学腐蚀过程中有氢气产生D．发生电化学腐蚀时的负极反应为Fe－2e－===Fe2＋答案B答案解析酸雨中H＋与铁制品中的Fe发生置换反应，属于化学腐蚀，铁制品中的Fe、C与酸雨构成原电池，形成电化学腐蚀，A正确；酸性较强环境中，发生电化学腐蚀的类型为析氢腐蚀，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，B错误；化学腐蚀过程中，铁与H＋反应生成H2，C正确；铁制品的电化学腐蚀中，负极均为Fe失电子，且只能直接生成Fe2＋，D正确。解析2．下列关于铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀(如图所示)的说法中，不正确的是()A．正极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑B．此过程中还涉及反应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答案A答案解析铁铆钉发生吸氧腐蚀时，负极为铁，反应式为2Fe－4e－===2Fe2＋，正极为铜，反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，A错误；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，反应式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，B正确；反应中电子从负极Fe移向正极Cu，铜不被腐蚀，C、D正确。解析规律方法(1)析氢腐蚀和吸氧腐蚀都属于电化学腐蚀，都伴有微弱的电流，但由于这些微小的原电池的方向不一致，所以不能对外提供电流。(2)随着腐蚀的进行，水膜中的pH都会增大，析氢腐蚀也会慢慢转化成吸氧腐蚀。二、金属的电化学防护1．金属的电化学保护法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原理原理形成原电池时，被保护的金属作正极；更活泼的金属作负极参加反应被保护的金属与电源的负极相连，充当阴极；另一惰性材料与电源的正极相连，充当阳极牺牲阳极的阴极保护法外加电流的阴极保护法应用保护一些钢铁设备，如锅炉内壁、船体外壳等装有镁合金或锌片保护土壤、海水及河水中的金属设备图示2．金属腐蚀快慢的判断方法(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀，或者电解池阳极原电池负极化学腐蚀原电池正极电解池阴极。(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中弱电解质溶液中非电解质溶液中。(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀速率越快。注意铝、铁在浓硫酸、浓硝酸中的钝化。(5)纯度越高的金属，腐蚀的速率越慢。(6)不纯的金属或合金，在潮湿的空气中的腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。(不锈钢具有极强的抗腐蚀性)[对点练习]3．下列关于如图所示的实验装置的判断中错误的是()A．若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀B．若X为锌棒，开关K置于A或B处都可减缓铁的腐蚀C．若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法D．若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑答案D答案解析若X为碳棒，开关K置于A处，铁作电解池的阴极，属外加电流的阴极保护法，A项正确；若X为碳棒，开关K置于B处，铁作原电池的负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，D项不正确；若X为锌棒，开关K置于A处，铁作电解池的阴极，属外加电流的阴极保护法，若X为锌棒，开关K置于B处时，铁作原电池的正极，属牺牲阳极的阴极保护法，B、C项均正确。解析4．铁在如图所示的四种情况中腐蚀速率由快到慢的顺序判断正确的是()A．abcdB．badcC．dcbaD．bdac答案B答案解析根据题图可知，a、b、d装置为原电池，c装置为电解池。a装置中铁作负极，NaCl溶液中，铁发生吸氧腐蚀，促进铁腐蚀；b装置中铁作负极，H2SO4溶液中，铁发生析氢腐蚀，促进铁腐蚀且腐蚀速率较快；c装置中铁作电解池的阴极，铁被保护，腐蚀速率最慢；d装置中铁作正极，锌易失电子而使铁受到保护，降低了铁腐蚀的速率，故腐蚀速率由快到慢的顺序为badc，B正确。解析规律方法金属防护的基本思路主要有：防止金属与氧化剂直接接触；防止金属表面形成电解质溶液层；改变金属的内部组成或结构。本课归纳总结23学习效果检测1．下列关于金属腐蚀的叙述正确的是()A．金属在潮湿的空气中腐蚀，其实质是2M＋2nH2O===2M(OH)n＋nH2↑B．金属发生化学腐蚀的实质是M－ne－===Mn＋，金属失去电子，被氧化C．金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行D．金属的电化学腐蚀必须在酸性条件下进行答案B答案解析在潮湿的空气中，金属发生的是吸氧腐蚀；金属腐蚀的本质都是金属被氧化；金属的化学腐蚀、电化学腐蚀在酸性、中性或碱性条件下都可能发生。解析2．(双选)下列用作金属保护的方法和原理均正确的是()A．将被保护的金属作原电池的正极是利用了原电池原理B．将被保护的金属作电解池的阳极是利用了电解原理C．将钢铁表面涂油、镀不活泼金属保护是利用了原电池原理D．铝放入浓硝酸中，铁的发蓝、发黑都是使金属表面生成一层致密的保护膜解析在B项中若作电解池的阳极，将会被腐蚀，B错误；在C项中采用的方法是在金属表面覆盖保护层，C错误。解析答案AD答案3．对于钢铁的吸氧腐蚀而言，既需要有H2O的参加，又需要有O2的参加，故最易发生的条件为同时有两者的存在。不能认为某一个条件下铁会更容易腐蚀。铁生锈是一种常见的自然现象，其主要的化学反应方程式为4Fe＋3O2＋xH2O===2Fe2O3·xH2O。一铁架放在水槽中，水位高度如图所示。最容易生锈的铁架横杆是()A．①B．②C．③D．④答案C答案解析④处没有和水接触，腐蚀速率较慢；①②③处与水接触，但①②处含O2较少，所以③处腐蚀速率最快，C项正确。解析4．下列各烧杯中均盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为()A．②①③④⑤⑥B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥D．⑤③②④①⑥答案C答案解析①中发生的是普通的化学腐蚀，腐蚀速率较小。②③④装置是原电池，在②④中，铁作负极，③中铁作正极，作负极的腐蚀速率快，并且两个电极金属活动性相差越大，负极金属腐蚀速率越快，正极被保护，所以④②③。⑤⑥装置是电解池，⑤中铁作阳极，⑥中铁作阴极，阳极金属被腐蚀的速率快，阴极被保护，即⑤⑥，根据电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀普通的化学腐蚀应用原电池原理有保护措施的腐蚀应用电解原理有保护措施的腐蚀，因此C项正确。解析5．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的1/4。(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，写出该腐蚀过程中的电极反应式。负极：________________；正极：________________。(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用如图甲所