2019年高中化学 主题4 课题4 金属制品的防护课件 鲁科版选修1

主题4认识生活中的材料课题4金属制品的防护[学习目标]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，提高分析并解决生活中实际问题的能力。3.感受金属及合金在国家建设及社会生活中的重要作用，养成爱护资源、科学利用的思想。1．铁生锈的主要条件是与空气和水直接接触，如果隔绝了空气和水，就能一定程度上防止铁生锈。在钢铁表面涂油、刷漆、镀耐磨和耐腐蚀的铬及制造耐腐蚀的合金如不锈钢，都能防止钢铁生锈。2．原电池中发生的化学反应是氧化还原反应，其中电子流出的一极是原电池的负极，该极发生氧化反应，电子流入的一极是原电池的正极，该极发生还原反应。3．在铜、锌和稀硫酸组成的原电池中，发生的化学方程式是Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，电极反应如下：锌片(负极)：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)；铜片(正极)：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)。一、自行车金属部件为什么易被腐蚀1．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叫做电化学腐蚀。电化学腐蚀分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀。这两种电化学腐蚀中腐蚀金属的氧化剂分别是氧气和氢离子。钢铁的两种电化学腐蚀中，铁都是作为负极，其电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。2．金属与氧化剂直接接触而被腐蚀的过程，称为化学腐蚀。3．金属腐蚀的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。二、自行车金属部件的防腐蚀1．给车架、挡泥板、车后座烤上一层漆。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。5．采用合金作自行车的零部件。三、自行车中的合金材料1．合金及其特点：合金是由金属与其他金属或非金属熔合制成的。它克服了单一金属强度小的缺点，具有较好的物理、化学、机械性能。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：使车架变轻，缺点：笨重，易腐蚀；(2)铝合金：优点：质轻、成本低、易加工、机械性高；(3)钛合金：优点：重量轻、强度高、韧性好、耐腐蚀；(4)镁合金：优点：质轻。四、金属腐蚀的防护1．金属防护方法有两大类。(1)在金属表面添加防护层，如烤漆、涂机油、电镀、烤蓝等。(2)电化学保护法，如牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。2．电镀。(1)概念：在金属表面镀上一层有保护能力的金属。(2)电镀的原理：待镀部件与直流电源的负极相连，镀层金属与直流电源的正极相连，镀层金属的盐溶液作电镀的电解质溶液。3．烤蓝。(1)概念：又称“发蓝”，可以增强铁器件的抗腐蚀能力。(2)原因：烤蓝在铁器件的表面生成致密的四氧化三铁薄膜。易错提醒1．金属腐蚀的本质是金属失电子被氧化。2．金属的电化学腐蚀遵循原电池反应原理。3．金属的防护是使被保护金属不发生化学反应。自我检测1．判断正误。(1)钢铁在发生电化学腐蚀的负极反应为Fe－3e－===Fe3＋。(×)(2)金属腐蚀的本质是金属失去电子被氧化。(√)(3)牺牲阳极的阴极保护法是依据原电池原理设计的。(√)(4)合金中没有非金属元素。(×)2．下列有关金属腐蚀的说法中正确的是()A．金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程B．电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程C．钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈D．金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化学腐蚀伴有电流产生解析：金属腐蚀的本质主要是金属原子失电子被氧化，腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，外因是金属与空气、水和其他腐蚀性的物质接触，腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀，但电化学腐蚀伴有电流产生，所以A错误，D正确；电化学腐蚀指不纯金属发生原电池反应而损耗的过程，不需要外加电流，所以B错误；钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，正极吸收氧气，而不是负极吸收氧气，所以C错误。答案：D3．合金的性能优异，在日常生活中有着广泛应用。下列物品的制作材料不属于合金的有()A．陶瓷杯B．黄铜乐器C．1元硬币D．硬铝窗框解析：陶瓷不属于合金；黄铜属于铜合金；1元硬币属于铜镍合金或铜锌合金等；硬铝属于铝合金。答案：A要点一金属的腐蚀问题：金属腐蚀的概念是什么？其主要影响因素是什么？金属腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。1．实质。金属原子失去电子而被氧化的过程，即M－ne－===Mn＋。2．类型。(1)化学腐蚀：金属跟接触到的物质(一般为非电解质)直接发生氧化还原反应而引起的一种腐蚀。(2)电化学腐蚀：不纯的金属(或合金)接触到电解质溶液发生原电池反应，相对较活泼的金属原子失去电子而被氧化所引起的腐蚀。3．影响因素。(1)金属的本性：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：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。[例1]铜制品上的铝质铆钉，在潮湿空气中易腐蚀的原因可描述为()A．形成原电池时铝作负极B．形成原电池时铜作负极C．形成原电池时，电流由铝经导线流向铜D．铝铆钉发生了化学腐蚀解析：在潮湿环境下铜、铝形成的原电池，活泼铝作负极，失电子发生氧化反应，铜得电子发生还原反应，电子由铝流向铜，而电流应由铜流向铝，发生电化学腐蚀，故A项正确。答案：A即时演练1．相同材质的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是()解析：在A中，食醋提供电解质溶液环境，铁勺和铜盆是相互接触的两个金属极，形成原电池，铁是活泼金属作负极；在B中，食盐水提供电解质溶液环境，炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成的条件，铁是活泼金属作负极，碳作正极；在D中，酸雨提供电解质溶液环境，铁铆钉和铜板分别作负、正极，形成原电池；在上述三种情况中，都是铁作负极，铁容易被腐蚀；在C中，铜镀层将铁球覆盖，使铁被保护，所以铁不易被腐蚀。答案：C要点二金属腐蚀的类型比较问题1：化学腐蚀和电化学腐蚀有什么区别和联系？类型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2：吸氧腐蚀和析氢腐蚀有什么区别与联系？类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜呈弱酸性或中性水膜呈酸性正极反应(O2)O2＋2H2O＋4e－===4OH－2H＋＋2e－===H2↑负极反应(Fe)2Fe－4e－===2Fe2＋Fe－2e－===Fe2＋总反应式4Fe＋3O2＋6H2O===4Fe(OH)3Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑[例2]下列现象与电化学腐蚀无关的是()A．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易生铜绿B．生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈D．银质奖牌在空气中久置后表面变暗解析：黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易生铜绿，因为铜锌合金遇到电解质溶液构成原电池时，铜作原电池的正极，发生还原反应；生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈，是因为生铁中含碳，遇到电解质构成原电池时铁作负极，发生氧化反应；铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈，是因为铁和铜在遇到电解质溶液时会形成原电池，铁因为发生氧化反应而生锈；银质奖牌在空气中久置后表面变暗，因为单质银直接被空气中的物质所氧化，并没有形成原电池。答案：D即时演练2．金属腐蚀的本质是金属与其接触的其他物质在一定条件下发生氧化还原反应而受到损害。下列不属于化学或电化学防腐方法的是()A．在金属表面涂刷一层油漆B．利用电镀技术在金属表面镀上一层其他金属C．用阳极氧化处理使铝表面形成致密的氧化物膜D．利用特殊工艺在钢铁表面生成一层致密的Fe3O4薄膜解析：在金属表面涂刷油漆，可以隔绝金属和空气中的水还有氧气接触，防止生锈，不属于化学或电化学防腐方法。答案：A要点三金属的防护问题：金属的防护有什么方法？1．思路。金属防护的思路是将腐蚀物与金属隔离开来以减弱化学腐蚀，避免形成原电池以减弱电化学腐蚀。2．常用防护方法。(1)改变金属的结构：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，或制成氧化膜保护；如在钢铁制品表面生成Fe3O4，在铝制品表面生成Al2O3等。(3)电化学保护法：消除引起金属发生电化学腐蚀的原电池反应的方法。①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，首先腐蚀的是负极(活泼金属一极)，这样保护了另一极的金属不被腐蚀。如在轮船船身上装上一定数量的锌块，地下钢铁管道连接镁块来防止钢铁的腐蚀等。②外加电流的阴极保护法：将被保护的金属与外加直流电源负极相连，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而防止其被氧化而腐蚀。3．影响防腐方法选择的因素。(1)金属制品的使用期限。如果是短期使用，不需采用昂贵的防腐方法。(2)金属制品的使用环境。不同的环境造成金属腐蚀的因素、金属发生腐蚀的速率不同，使用的防腐方法也不同。(3)对金属制品外观的要求。4．几种防腐方法的比较。方法防腐效果价格镀塑差便宜涂油漆一般便宜镀锡好中等镀铬好昂贵镀锌很好中等使用不锈钢很好昂贵铁器件烤蓝好中等[例3]金属的防护分为物理方法和化学方法，例如：①刷漆②在轮船船身上嵌上锌块③包塑料层④涂油脂⑤镀上不活泼金属⑥在地下钢铁管道上连接锌块等，其中属于化学方法的是()A．②⑥B．①③④C．②⑤⑥D．全部解析：金属防护的方法分为物理方法和化学方法。化学方法是通过化学反应而使金属受到保护，②⑥原理是相同的，都是牺牲活泼金属保护钢铁的方法，故选A。答案：A3．下列措施不能有效防止钢铁腐蚀的是()A．在钢铁中加入铬B．把钢铁零件放在机油中保存C．在较小钢铁制品的表面包裹塑料D在大型铁壳船表面喷涂油漆并上铜块即时演练解析：在大型铁壳船表面喷涂油漆并上锌块，才能有效保护船体。答案：D金属的防护腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀防护加防护层电化学防腐法改变金属结构