4金属的腐蚀与防护.docx

1、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

2、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，

3、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

4、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

5、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

6、，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。H2OCO2H2CO3HHCO3-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)：2H2e-H2（析氢腐蚀）2H2O + O2 + 4e- = 4OH-（吸氧腐蚀）

7、铁锈的生成：Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)24Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3生成的Fe(OH)3，失水生成Fe2O3xH2O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：【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

8、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

9、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.

10、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： Fe2e-Fe2+ ,正极：O2+2H2O+4e-4OH（2）若液面下降，则溶液呈酸性性，

11、发生析氢腐蚀，电极反应式为：负极：Fe2e-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：、潮湿的空气、接触腐蚀性物质、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)：2H2e-H2（析氢

12、腐蚀）2H2O + O2 + 4e- = 4OH-（吸氧腐蚀）总方程式：（析氢腐蚀）Fe2HH2Fe2+（吸氧腐蚀）Fe2H2O + O2Fe(OH)2Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 铁锈的生成Fe2O3xH2O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

13、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、abcdB、acdb C、cabdD、bdca2、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、2H2OO24e-4OH-D. Fe3+e-Fe2+4、下列各种方法中：金属表面涂抹油漆，改变金属的内部结构，保持金属表面清洁

14、干燥，在金属表面进行电镀，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、 B、 C、 D、全部5、如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：若液面上升，则溶液呈 性，发生 腐蚀，电极反应式为：负极：_，正极：_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ABB、还原性BAC、在后者装置中金属A发生还原反应，

15、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/2H2B、马口铁（镀锡）镀层破损后被腐

16、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

17、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ab；c、d相连，c为负极，活泼性cd；a、c相连时，c为正极，活泼性ac；b、

18、d相连时，b为正极，活泼性db2、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：2H2OO24e-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

19、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】中性或弱酸 吸氧 2Fe -4e-2Fe2+ 2H2OO24e-4OH-较强酸 析氢 Fe -2e-Fe2+ 2H+2e-H26、 【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

20、+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)36、 【思路分析

21、】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)3Fe2O3+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)3Fe2O3 +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)2Fe4e-2Fe2+，2H2OO24e-4OH-，Fe2+2OH-Fe(OH)2， 4Fe(OH)2O22H2O4Fe(OH)3，2Fe(OH)3(n3)H2OFe2O3nH2O