4金属的腐蚀与防护.docx

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4金属的腐蚀与防护

金属的电化学腐蚀和防护

【教学目标】

1．能描述金属腐蚀的化学原理，知道金属防护的常用方法，认识防止金属腐蚀的重要意义。

2．进一步学会对比、比较认识事物的科学方法和假设验证探究的思维方式，辩证的认识外因条件对化学变化的影响；

3．参与试验探究观察铁生锈的过程，体会动手试验自己获得铁的性质的知识的成功愉悦，保持学习的兴趣；

【教学重点】金属的电化腐蚀

【教学难点】析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电化学原理

【教学方法】实验探究、师生共议、归纳总结。

【教学过程】

【引入】金属腐蚀的现象非常普遍，像金属制成的日用品、生产工具、机器部件、海轮的船壳等，如保养不好，都会腐蚀，从而造成大量金属的损耗。

至于因设备腐蚀损坏而引起停工减产、产品质量下降、污染环境、危害人体健康，甚至造成严重事故的损失，那就更无法估计了。

因此，了解金属腐蚀的原因，掌握防护的方法，是具有十分重要的意义的。

我们今天就来学习金属腐蚀的相关知识。

【提问】什么是金属腐蚀？

【总结】金属腐蚀：

指金属（或合金）跟周围接触到的气体（或液体）发生化学反应而引起损耗的过程。

【讲述】请同学结合平时所学关于金属反应的例子，总结金属腐蚀的本质？

金属在化学反应中，失去电子，表现还原性，被氧化；因此我们可以总结出金属腐蚀得本质就是：

金属原子失去电子被氧化

【总结】金属腐蚀得本质就是：

金属原子失去电子被氧化

【讲述】金属的腐蚀在自然界中普遍存在，下面我准备了一些数据，希望同学们会觉得很惊人。

据不完全统计，全世界金属的生产其中90%为钢铁，目前世界钢铁的年产量约为10亿吨，但与此同时大约每年有10%的钢铁被腐蚀，折合美元约7000亿美元，折合人民币约4万亿元，由于腐蚀造成的经济损失约占国民生产总是的2%~4%，这些数据是一个相当庞大的数字。

另外，据统计，金属的腐蚀造成的损失，远远超过水灾、火灾、风灾、地震等自然灾害造成损失的总和。

由此可见，金属腐蚀问题十分严重且普遍，因此，我们更有义务和责任区了解金属腐蚀的原因，从根本去防止金属的腐蚀。

【问题1】寻找生活中金属最易腐蚀的场所！

（学生回答）（总结分析）

【分析】从以上同学找的例子中我们很容易发现什么地方的金属更容易腐蚀？

（学生总结：

潮湿的地方、经常接触到腐蚀性物质的场所）

【结论】在潮湿的地方金属更易腐蚀；经常接触到腐蚀性物质的金属更易腐蚀。

【问题2】比较装空调的房间和普通房间中金属制品的腐蚀程度！

（学生总结：

普通房间金属的腐蚀程度更大）

【结论】在潮湿的地方金属更易腐蚀；

【讲述】从以上两道题目中很容易看出，金属在潮湿的环境下更易腐蚀，那么，金属是与水反应还是和空气反应呢？

下面同学就这个问题，设计实验来研究一下钢铁腐蚀的条件，提示大家我们可以利用对比、比较的方法设计实验，我这里提供的实验用品有：

铁钉、煮沸过的水（除O2）、干燥剂（CaCl2）、植物油、试管、橡胶塞，也可选用其它试验用品。

【实验设计】（学生自主设计）（由学生讲述设计的实验）

【现象】单独与水或空气接触的铁钉不易腐蚀，但是与水和空气同时接触的铁钉，出现明显的锈蚀。

【总结】三、铁钉生锈的条件：

潮湿的空气

【讲述】下面我们就实验现象来分析一下钢铁锈蚀的原因，在第一个问题中，我们看到金属如果接触腐蚀性物质，会发生化学反应而使金属腐蚀，例如：

铁在高温下与氧气直接化合而被腐蚀，在工业生产中氯气跟铁或与其他金属化合使金属锈蚀等，我们把这种腐蚀的类型称为化学腐蚀。

【总结】四、金属腐蚀的原因

1、化学腐蚀：

金属直接与接触到的物质直接发生化学反应，这样引起的腐蚀为~

【讲述】在对比实验中，我们发现，铁钉发生化学腐蚀的速率很慢，在试管3中，腐蚀速率则明显加快，下面我们从微观角度来看看这个试管中金属腐蚀的原因。

我们取铁钉的剖面图，铁钉是铁碳合金，在潮湿的环境下，铁钉的表面形成一层水膜，而空气中的CO2和O2可以溶于水形成电解质溶液。

H2O＋CO2≒H2CO3≒H＋＋HCO3-

形成原电池，发生原电池反应，铁作为负极被氧化，正极发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀，把这种类型的金属腐蚀称为电化学腐蚀。

【总结】2、电化学腐蚀：

不纯的金属（或合金）与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀成为电化学腐蚀。

负极（Fe）：

Fe-2e-=Fe2+

正极（C）：

　　2H＋＋2e-＝H2↑（析氢腐蚀）

2H2O+O2+4e-=4OH-（吸氧腐蚀）

铁锈的生成：

Fe2++2OH-=Fe（OH）2↓

4Fe（OH）2+2H2O+O2=4Fe（OH）3

生成的Fe（OH）3，失水生成Fe2O3·xH2O就是铁锈。

【讲述】吸氢我们可以通过试验来验证一下铁钉是否发生吸氧腐蚀，我们来看这个试验装置：

ｐ８５

【试验现象和结论】水柱上升，说明发生了吸氧腐蚀。

【讲述】另外，我们还注意到，电化学腐蚀现象在生活中更为普遍而且腐蚀速率更快，所以金属的腐蚀以电化学腐蚀为主。

【总结】注：

金属的腐蚀以电化学腐蚀同时发生，但以电化学腐蚀为主

【问题】钢铁被腐蚀后生成的铁锈可以起到保护金属的作用吗？

【引入】在我们生活中金属发生不同程度的腐蚀，其中以电化学腐蚀为主，但是我们也发现，在电化学腐蚀的过程中，条件不同腐蚀速率也是不同的，下面我们就这一问题来进行研究。

下面请同学们利用现有的试验用品来设计实验，探究影响电化学腐蚀速率的影响因素：

（铁钉、煮沸过的水（除O2）、NaCl溶液、CH3COOH溶液、试管，也可选用其它试验用品）

注意在设计实验的时候已图示的形式表示在学案相应的位置（时间5分钟）

【学生设计试验】1、空气+水+铁钉

2、铁钉+NaCl溶液+空气

3、铁钉+CH3COOH溶液+空气

【试验现象】CH3COOH溶液中的铁钉腐蚀程度最快，依次是在NaCl溶液中、在水中。

【结论】1、在较强电解质溶液中腐蚀速率更快

五、影响金属电化学腐蚀速率的影响因素

1、在较强电解质溶液中腐蚀速率更快

【引入】把钢铁换成其他更活泼的金属合金，腐蚀速率会加快。

【总结】2、金属性质越活泼，腐蚀速率越快

【课堂小结】

这节课我们通过试验探究了金属腐蚀的本质、条件、原因和影响腐蚀速率的因素，其中需要注意的是，金属的腐蚀有化学腐蚀和电化学腐蚀两种，但是以电化学腐蚀为主，电化学腐蚀又包括吸氢腐蚀和吸氧腐蚀两种。

【随堂练习】

1、自20世纪以来，金属遭受腐蚀的现象较过去百年更加严重，其主要原因？

答：

酸雨形成的地域范围更广了、空气中CO2含量增多、降雨量增多。

2.1910年遗留在南极的食品罐头盒，其表面至今很少有铁锈出现。

答：

是由于南极的温度常年在0℃以下，说明在较高温度下，腐蚀更易进行。

3.用于连接铜板的铁螺丝容易生锈。

答：

是由于铁与铜及空气中的水蒸汽构成了原电池，铁作原电池的负极，因此铁易被腐蚀而生锈。

4.相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更容易被腐蚀。

答：

因为海水中含有较多的氯化钠等盐类，导电能力比内河的水更强，而在电解质溶液中，电化学腐蚀更容易进行。

5.当化工厂排出的废气为酸性气体时,工厂附近的铁制品容易生锈。

答：

说明铁制品在酸性条件下比在中性条件下更容易被腐蚀。

6、如图,水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：

（1）若液面上升，则溶液呈中性或碱性性，发生吸氧腐蚀,电极反应式为：

负极：

Fe–2e-＝Fe2+,

正极：

O2+2H2O+4e-＝4OH－

（2）若液面下降，则溶液呈酸性性，发生析氢腐蚀，电极反应式为：

负极：

Fe–2e-＝Fe2+正极：

2H++2e-＝H2↑

【复习】

金属的腐蚀

一、金属腐蚀：

金属（或合金）跟周围接触到的气体（或液体）反应而腐蚀损耗的过程。

金属腐蚀的本质：

金属原子失电子而被氧化

M–ne==Mn+

二、金属腐蚀的危害

三、金属腐蚀的条件：

１、潮湿的空气

２、接触腐蚀性物质

３、温度

四、金属腐蚀的原因：

1、化学腐蚀：

金属直接与接触到的物质直接发生化学反应，这样引起的腐蚀为~

2、电化学腐蚀：

不纯的金属（或合金）与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀成为电化学腐蚀。

负极（Fe）：

Fe-2e-=Fe2+

正极（C）：

　　2H＋＋2e-＝H2↑（析氢腐蚀）

2H2O+O2+4e-=4OH-（吸氧腐蚀）

总方程式：

（析氢腐蚀）Fe＋2H＋＝H2↑＋Fe2+

　　　　（吸氧腐蚀）Fe＋2H2O+O2＝Fe（OH）2

Fe2++2OH-=Fe（OH）2↓

4Fe（OH）2+2H2O+O2=4Fe（OH）3铁锈的生成

Fe2O3·xH2O就是铁锈。

注：

铁锈疏松，会加剧内部钢铁的腐蚀

3、相互关系：

往往同时发生，但电化腐蚀要比化学腐蚀普遍得多。

五、电化学腐蚀速率的影响因素：

1、在较强电解质溶液中腐蚀速率更快

2、金属性质越活泼，腐蚀速率越快

金属的腐蚀与防护练习题

1、把a、b、c、d四块金属片浸泡在稀H2SO4溶液中，用导线两两相连，可以组成各种原电池，若a、b相连，a为负极；c、d相连时，c为负极；a，c相连时，c为正极；b、d相连时，b为正极，则这四种金属的活动性顺序（由强到弱的顺序）为（　　）

　　A、a＞b＞c＞d　　　B、a＞c＞d＞b　　　C、c＞a＞b＞d　　　D、b＞d＞c＞a

2、下列叙述的方法不正确的是（　　）

　　A、金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍　　　B、用铝质铆钉铆接铁板，铁板易被腐蚀

　　C、钢铁在干燥空气中不易被腐蚀　　　　　　D、用牺牲锌块的方法来保护船身

3、钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是（　　）

　　A、2H+＋2e-＝H2↑　　　　　　　B、Fe2+＋2e-＝Fe　

　　C、2H2O＋O2＋4e-＝4OH-　　　　D.Fe3+＋e-＝Fe2+

4、下列各种方法中：

①金属表面涂抹油漆，②改变金属的内部结构，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。

能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的措施是（　）

　　A、①②③④　　　B、①③④⑤　　　C、①②④⑤　　　　D、全部

5、如图,水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：

　　①若液面上升，则溶液呈　性，发生　　腐蚀，电极反应式为：

　　　负极：

_________________，正极：

___________________

　　②若液面下降，则溶液呈　性，发生　　腐蚀，电极反应式为：

　　　负极___________________，正极：

___________________。

6、下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是（　　）

巩固

1、将金属A和金属B分别放入稀H2SO4中均有氢气生成。

若将金属A和金属B相连后投入稀H2SO4中发现A被腐蚀；B未被腐蚀。

关于B的叙述正确的是（　　）

　　A、金属活动性A＞B

　　B、还原性B＞A

　　C、在后者装置中金属A发生还原反应，金属B发生氧化反应

　　D、金属B的表面上明显有气泡产生，金属A表面无明显现象

2、在铜制品上的铝质铆钉，在潮湿空气中容易腐蚀的原因是（　　）

　　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、铝铆钉发生了电化学腐蚀

3、白铁皮（镀锌）发生析氢腐蚀时，若有0.2mol电子发生转移，下列说法正确的是（　　）

　　A、有6.5g锌被腐蚀　　　　　B、在标准状况下有22.4L氢气放出

　　C、有2.8g铁被腐蚀　　　　　D、在标准状况下有2.24L气体放出

4、关于金属腐蚀的叙述中，正确的是（　　）

　　A、金属被腐蚀的本质是：

M+nH2O==M（OH）n+n/2H2↑

　　B、马口铁（镀锡）镀层破损后被腐蚀时，首先是镀层被氧化

　　C、金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀

　　D、常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀

5、用铝饭盒盛放醋酸，一段时间后饭盒被腐蚀，这种腐蚀属于_______，反应方程式为____________。

若用铝饭盒盛放食盐（含水），一段时间后，饭盒被腐蚀，这种腐蚀属于_______，反应原理（用电极反应式表示）：

______________。

6、实验室分析白铁（镀锌）样品成分，称取1.00g样品放在烧杯中加入过量的盐酸，然后用玻片盖住烧杯，首先观察到有大量的气泡冒出，后来放出气体速率变慢，最后完全反应。

接着加入过量的氢氧化钠溶液，过滤，分离出灰绿色沉淀；该沉淀在空气中加热至质量不变；最后得1.20g红色粉末。

已知锌及其化合物与铝及其化合物的性质相似，回答：

（1）白铁镀锌的作用是______________________________________；

（2）盖玻片的作用是______________________________________；

（3）放出气体的速度由快到慢的原因是______________________________________；

（4）为什么要加入过量的NaOH溶液______________________________________；

（5）在空气中加热灰绿色沉淀的化学方程式是___________________；

（6）锌在样品中的质量分数是___________________。

7、炒过菜的铁锅未及时洗净（残液中含NaCl），第二天便会因腐蚀出现红褐色锈斑。

回答：

（1）铁锅的锈蚀应属于________，腐蚀的原因是________；

（2）铁锅锈蚀的电极反应式为：

负极________，正极________。

正负电极反应产物会继续发生反应，反应的离子方程式或化学方程式为________。

答案

　　1、B　解析：

根据题意：

a、b相连，a为负极，活泼性a＞b；c、d相连，c为负极，活泼性c＞d；a、c相连时，c为正极，活泼性a＞c；b、d相连时，b为正极，活泼性d＞b

　　2、B　　　解析：

铝铁组成原电池，铝为负极，更易被腐蚀。

　　3、C　　　解析：

析氢腐蚀正极：

2H+＋2e-＝H2↑；吸氧腐蚀正极：

2H2O＋O2＋4e-＝4OH-

　　4、D　　　解析：

金属防护思路：

防止金属与氧化性介质直接接触、防止金属形成表面电解质溶液层。

　　5、　　　【思路分析】根据原电池的构成条件，两种不同的材料在有电解质溶液时，若形成闭合回路，即可构成原电池。

铁钉实际上是钢制成的，在这种情况下具备形成原电池的条件，此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。

根据金属腐蚀的条件、原理及结果可知：

试管内液面上升，说明试管内压强减小，气体被吸收所致，是铁钉吸氧腐蚀的结果；试管内液面下降，说明试管内气体压强变大，试管内产生了气体，是铁钉的析氢腐蚀的结果，写出电极反应。

　　【答案】①中性或弱酸　吸氧　2Fe-4e-＝2Fe2+　　2H2O＋O2＋4e-＝4OH-

　　　　　　②较强酸　　　析氢　Fe-2e-＝Fe2+　　　2H+＋2e-＝H2↑

　　6、　　　【思路分析】金属腐蚀的快慢：

电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀。

其中

（2）（3）是原电池，Fe分别作负极、正极；（4）（5）是电解池，Fe分别作阴极、阳极。

　　【答案】（5）﹥

（2）﹥

（1）﹥（3）﹥（4）

巩固：

　　1、A　

　　解析：

题目所给信息可判断，金属A与金属B组成原电池，A做负极。

　　2、AD　　　解析：

在潮湿空气中，组成铝做负极的原电池，发生铝的吸氧腐蚀。

　　3、AD　　　解析：

锌做负极，反应方程式：

Zn+2H+=Zn2++H2↑，转移电子2e-。

当有0.2mol电子发生转移时，有6.5g锌被腐蚀、在标准状况下有2.24L气体放出。

　　4、C　　　解析：

金属被腐蚀类型有多种，A项只代表其中之一；马口铁镀层破损后，形成铁做负极的原电池，加快铁的腐蚀；置于空气中的金属主要发生电化学腐蚀，特别是吸氧腐蚀。

　　5、　　　【思路分析】铝饭盒为合金，电解质溶液酸性较强，发生铝的析氢腐蚀；食盐水呈中性，发生铝的吸氧腐蚀。

　　【答案】析氢腐蚀　2Al+6CH3COOH=2（CH3COO）3Al+3H2↑

　　　　　　吸氧腐蚀　负极：

4Al-12e-=4Al3+，正极：

3O2+6H2O+12e-=12OH-　Al3++3OH-=Al（OH）3↓

　　6、　　　【思路分析】过程分析：

开始组成铁锌原电池，锌做负极，反应较快；后来锌完全反应，又发生铁与盐酸直接反应（非原电池），速率较慢；Fe2++2OH-=Fe（OH）2↓；4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3；

　　2Fe（OH）3

Fe2O3+3H2O；即最后的红色粉末是Fe2O3。

另外本题还考查锌及其化合物的两性。

　　【答案】　　　

（1）在铁表面增加保护层，防止铁被空气氧化；

（2）防止溶液溅出烧杯；　　（3）锌先被溶解，失去原电池功能，另外随着反应的进行，HCl浓度降低，导致反应速率由快到慢；　　（4）使溶液中Zn2+转化为可溶性锌酸盐与铁的沉淀分离；

　　（5）4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3，2Fe（OH）3

Fe2O3+3H2O；

　　（6）16%（Fe2O3的物质的量是0.0075mol，铁的物质的量是0.015mol，即0.84g。

　　7、

　　【思路分析】考查有关铁的吸氧腐蚀。

　　【答案】

（1）电化学腐蚀；铁锅材料为铁合金，其中铁和少量碳及NaCl残液构成原电池；

（2）2Fe－4e-＝2Fe2+，2H2O＋O2＋4e-＝4OH-，Fe2+＋2OH-＝Fe（OH）2↓，

　　　4Fe（OH）2＋O2＋2H2O＝4Fe（OH）3，2Fe（OH）3＋（n－3）H2O＝Fe2O3·nH2O