云南省曲靖市高中化學(xué) 第四章 電化學(xué)基礎(chǔ) 4.4 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)學(xué)案新人教版選修4.doc

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第四節(jié) 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù) 一、預(yù)習(xí)目標(biāo) 預(yù)習(xí)“金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)” 的基礎(chǔ)知識。 二、預(yù)習(xí)內(nèi)容 (一)金屬的電化學(xué)腐蝕 1、金屬的腐蝕是金屬與周圍的氣體或者液體物質(zhì) 發(fā)生 而引起損耗的現(xiàn)象。 一般可分為 腐蝕和 腐蝕。 化學(xué)腐蝕：金屬與接觸到的干燥氣體（如 、 、 等）或非電解質(zhì)液體 （如 ）等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。 如：鋼管被原油中的 腐蝕，溫度越高，化學(xué)腐蝕越 。 電化學(xué)腐蝕：不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí)。會(huì)發(fā)生 反應(yīng)， 的金屬失去電子而被 。如 在潮濕的空氣中生銹。 兩種腐蝕往往 發(fā)生，但 腐蝕更普遍，速度更快，危害更嚴(yán)重。 2、 化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的共同點(diǎn)和不同點(diǎn)： 電化腐蝕 化學(xué)腐蝕 條件 不純金屬或合金與 接觸 與 直接接觸 有無電流產(chǎn)生 本質(zhì) 較活潑的金屬被氧化 金屬被氧化 3、電化學(xué)腐蝕 (以鋼鐵為例) （1）析氫腐蝕 (酸性較強(qiáng)的溶液) 負(fù)極: 正極: 總方程式： （2） 吸氧腐蝕 (中性或弱酸性溶液) 負(fù)極: 正極: 總方程式： 離子方程式：Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2 Fe(OH)2繼續(xù)與空氣中的氧氣作用： 鐵銹的主要成分是 ， 阻止鋼鐵繼續(xù)腐蝕。（能、不能） 3、 影響金屬腐蝕快慢的因素 本性：（1）金屬的活動(dòng)性：金屬越 ，越容易被腐蝕 （2）純度：不純的金屬比純金屬跟 腐蝕，如純鐵比鋼 腐蝕。（難、易） 電化學(xué)腐蝕：兩電極活動(dòng)性差別越大，氧化還原反應(yīng)速率越 ，活潑金屬被腐蝕得越快。 （3）氧化膜：如果金屬被氧化形成致密的氧化膜，那么會(huì)保護(hù)內(nèi)層金屬，如 、 如果金屬被氧化形成疏松的氧化膜，那么不會(huì)保護(hù)內(nèi)層金屬，如 外因： 介質(zhì)：環(huán)境（腐蝕性氣體，電解質(zhì)溶液） (二)金屬的防護(hù) 1、覆蓋保護(hù)膜（涂 ， ， 等） 2、改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（鋼→ ，在鋼中加入鎳和鉻） 3、電化學(xué)保護(hù) 犧牲陽極陰極保護(hù)法（較活潑金屬作 極，鋼鐵作 極被保護(hù)） 外加電流陰極保護(hù)法（外加電流，使鋼鐵被迫成為 極受保護(hù)） 練習(xí):如圖所示,試管中的鐵釘如果在酸性溶液或在食鹽溶液中的腐蝕的現(xiàn) 象有何不同? 課內(nèi)探究學(xué)案 一、學(xué)習(xí)目標(biāo) 1、解釋金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因，認(rèn)識金屬腐蝕的危害，知道防護(hù)金屬腐蝕的方法，并能從實(shí)驗(yàn)探究中獲得體會(huì)。 2、通過學(xué)習(xí)增強(qiáng)保護(hù)環(huán)境的意識，節(jié)約意識。 學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：吸氧腐蝕、析氫腐蝕的原理 二、學(xué)習(xí)過程 閱讀下列資料，體會(huì)金屬的腐蝕的危害 【資料】金屬腐蝕 l 我國作為世界上鋼鐵產(chǎn)量最多的國家（2005年全國生產(chǎn)鋼材37117.02萬噸） ，每年被腐蝕的鐵占到我國鋼鐵年產(chǎn)量的十分之一，因?yàn)榻饘俑g而造成的損失占到國內(nèi)生產(chǎn)總值的2%~4%；約合人民幣：3000億元（ 2005年我國國內(nèi)生產(chǎn)總值將達(dá)15萬億元） 。 l 根據(jù)各國調(diào)查結(jié)果，一般說來，金屬腐蝕所造成的經(jīng)濟(jì)損失大致為該國國民生產(chǎn)總值的4%左右。 l 另據(jù)國外統(tǒng)計(jì)，金屬腐蝕的年損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水災(zāi)、火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)和地震（平均值）損失的總和，在這里還不包括由于腐蝕導(dǎo)致的停工、減產(chǎn)和爆炸等造成的間接損失。 l 金屬腐蝕的主要害處，不僅在于金屬本身的損失，更嚴(yán)重的是金屬制品結(jié)構(gòu)損壞所造成的損失比金屬本身要大到無法估量。 l 腐蝕不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，也經(jīng)常對安全構(gòu)成威脅。 l 國內(nèi)外都曾發(fā)生過許多災(zāi)難性腐蝕事故，如飛機(jī)因某一零部件破裂而墜毀；橋梁因鋼梁產(chǎn)生裂縫而塌陷；油管因穿孔或裂縫而漏油，引起著火爆炸；化工廠中儲酸槽穿孔泄漏，造成重大環(huán)境污染；管道和設(shè)備跑、冒、滴、漏，破壞生產(chǎn)環(huán)境，有毒氣體如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更會(huì)危及工作人員和附近居民的生命安全。 l 面對這樣驚人的數(shù)據(jù)和金屬腐蝕危害事實(shí)，大家有沒有想過，鐵怎么會(huì)被腐蝕？怎樣防腐？ 【問題討論】 1、鋼鐵及其制品通常為含碳的鐵合金，它們在什么條件下易生銹？ 試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來證明你的結(jié)論。 2、鋼鐵及其制品通常為含碳的鐵合金，若在潮濕的環(huán)境里或濕度較大的環(huán)境里長期放置，常易生銹變紅，原因是什么？ 【實(shí)驗(yàn)探究】 實(shí)驗(yàn)操作：向鐵粉中加入少量的炭粉，混合均勻后，撒入內(nèi)壁分別用氯化鈉和稀醋酸潤濕過的兩支試管分別標(biāo)記為a、b中，按右圖1-28裝置好儀器。幾分鐘后，打開止水夾，觀察、比較導(dǎo)管中水柱（在水中滴加幾滴紅墨水）的變化和試管中的現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： 思考：導(dǎo)管中的水柱變化說明什么問題？ 思考：向鐵粉中加入炭粉的作用是什么？ 請大家根據(jù)原電池原理，寫出電極反應(yīng)式及電池反應(yīng)方程式。 a裝置中： 負(fù)極： 正極： 電池反應(yīng)： 結(jié)論：中性或酸性很弱或堿性條件下，易發(fā)生 腐蝕。 a裝置中進(jìn)一步反應(yīng)： b裝置中: 負(fù)極： 正極： 電池反應(yīng)： 結(jié)論：當(dāng)鋼鐵處于酸性氣氛中時(shí)，易發(fā)生 腐蝕； 析氫腐蝕和吸氧腐蝕都屬于 腐蝕。 【自學(xué)指導(dǎo)一】 結(jié)合課本P90-P91相關(guān)內(nèi)容，回答下列問題，把答案寫在下面的知識總結(jié)中。 1、什么是金屬腐蝕？有哪些類別？ 2、化學(xué)腐蝕和哪些因素有關(guān)？ 3、什么是電化學(xué)腐蝕？有哪些類別？分別發(fā)生哪些電極反應(yīng)？ 【知識總結(jié)】 一、金屬腐蝕 1、金屬腐蝕： 2、金屬腐蝕的本質(zhì)： 3、金屬腐蝕的類型 4、化學(xué)腐蝕與電化腐蝕的比較: 化學(xué)腐蝕 電化腐蝕 條件 現(xiàn)象 本質(zhì) 聯(lián)系 5、鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條件 水膜呈 水膜呈 電極反應(yīng) 負(fù)極（Fe極） 正極（C極） 總反應(yīng) 聯(lián)系 【交流與討論】 鐵生銹除了必須有空氣及水的參與外，還受其他一些因素的影響。請解釋下列有關(guān)鐵生銹現(xiàn)象的原因。 1.相對于在內(nèi)河行駛的輪船來說，海輪更容易被腐蝕。 2. 1910年遺留在南極的食品罐頭盒，其表面至今很少有鐵銹出現(xiàn)。 3.用于連接銅板的鐵螺絲容易生銹。 4.當(dāng)化工廠派出的廢氣為酸性氣體時(shí),工廠附近的鐵制品容易生銹。 【課堂練習(xí)1】 1、如圖, 水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察： （1）若液面上升，則溶液呈 性，發(fā)生 腐蝕,電極反應(yīng)式為：負(fù)極： ,正極： （2）若液面下降，則溶液呈 性，發(fā)生 腐蝕，電極反應(yīng)式為：負(fù)極： ，正極： 。 【交流與討論】 請大家根據(jù)鐵生銹的原理，思考應(yīng)采取什么措施防止鐵生銹？ 二、金屬的電化學(xué)保護(hù) 1、犧牲陽極的陰極保護(hù)法 原理：形成原電池反應(yīng)時(shí)，讓被保護(hù)金屬做 極，不反應(yīng)，起到保護(hù)作用；而活潑金屬反應(yīng)受到腐蝕。 2.外加電流法 原理：將被保護(hù)金屬與另一附加電極作為電解池的兩個(gè)極，使被保護(hù)的金屬作為 極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護(hù)。此法主要用于防止土壤、海水及水中金屬設(shè)備的腐蝕。 【小結(jié)】 金屬防護(hù)的幾種重要方法 ①在金屬表面覆蓋保護(hù)層。 ②改變金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，制成 。 ③電化學(xué)保護(hù)法，即將金屬作為原電池的 極或電解池的 極而受到保護(hù)。 【課堂練習(xí)2】 2、2000年5月，保利集團(tuán)在香港拍賣會(huì)上花費(fèi)3000多萬港幣購回在火燒圓明園時(shí)流失的國寶：銅鑄的牛首、猴首和虎首，普通銅器時(shí)間稍久容易出現(xiàn)銅綠，其主要成分是[Cu2(OH)2CO3]這三件1760年銅鑄的國寶在240 年后看上去仍然熠熠生輝不生銹，下列對起原因的分析，最可能的是（ ） A、它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金； B、環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，它們表面的銅綠被酸雨溶解洗去； C、銅的金屬活動(dòng)性比氫小，因此不宜被氧化； D、它們是含一定比例金、銀、錫、鋅的合金； 【自學(xué)指導(dǎo)二】 探究一：鍍鋅鐵皮和鍍錫鐵皮哪個(gè)更易被腐蝕？為什么？ 探究二、純鋅和粗鋅哪個(gè)更易和酸反應(yīng)？如果向酸中再加入硫酸銅又會(huì)什么現(xiàn)象？ 【課堂練習(xí)3】 3.下列各情況，在其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是 課后練習(xí)與提高 1、下列有關(guān)純鐵的描述正確的是（ ） A．熔點(diǎn)比生鐵的低 B．與相同濃度的鹽酸反應(yīng)生成氫氣的速率比生鐵的快 C．在潮濕空氣中比生鐵容易被腐蝕 D．在冷的濃硫酸中可鈍化 2、下列敘述中正確的是（ ） ①鋅跟稀硫酸制取氫氣，加入少量硫酸銅溶液能加快反應(yīng)速率 ②鍍層破壞后，白鐵（鍍鋅的鐵）比馬口鐵（鍍錫的鐵）更易腐蝕 ③鋼鐵表面常易銹蝕生成 Fe2O3 H2O A. 都正確 B. ①③ C. ① D. ②③ 3、下列事實(shí)不能用電化學(xué)原理解釋的是（ ） A.常溫條件下，在空氣中鋁不容易被腐蝕 B.鍍鋅鐵片比鍍錫鐵片更耐腐蝕 C.用鋅與硫酸制氫氣時(shí)，往硫酸中滴少量硫酸銅 D.遠(yuǎn)洋海輪的尾部裝上一定數(shù)量的鋅板 4、X、Y、Z、M代表四種金屬，金屬X和Y用導(dǎo)線連接放入稀硫酸中時(shí)，X溶解，Z極上有氫氣放出；若電解Y2+離子和Z2+離子共存的溶液時(shí)，Y先析出；又知M2+離子的氧化性強(qiáng)于Y2+離子。則這四種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)椋? ） A.X>Z>Y>M B.X>Y>Z>M C.M>Z>X>Y D.X>Z>M>Y 5、鋼鐵在銹蝕過程中，下列5種變化可能發(fā)生的是（ ） ①Fe由+2價(jià)轉(zhuǎn)化為+3價(jià) ②O2被還原 ③產(chǎn)生H2 ④Fe(OH)3失水形成Fe2O3 H2O ⑤雜質(zhì)碳被氧化除去 A. ①② B. ③④ C. ①②③④ D. ①②③④⑤ 6、如圖所示的裝置，在盛水的燒杯中，鐵圈和銀圈的連接處吊著一根絕緣的細(xì)絲，使之平衡。小心的向燒杯中央滴入CuSO4溶液。 （1）片刻后可看到懸吊的金屬圈 （填序號） A.鐵圈和銀圈左右搖擺不定 鐵圈 銀圈 B.保持平衡狀態(tài)不變 C.鐵圈向下傾斜 D.銀圈向下傾斜 （2）產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是 。 參考答案：1、D2、B3、A4、A5、C 6、（1）D （2）鐵圈、銀圈和硫酸銅溶液形成原電池，在正極銀圈上有銅生成，質(zhì)量增大，負(fù)極鐵圈有損耗，質(zhì)量減少。