2019-2020年高中化學(xué) 4-4 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)教案 新人教版選修4.doc
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2019-2020年高中化學(xué) 4-4 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)教案 新人教版選修4 ●課標(biāo)要求 1.能解釋金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因。 2.認(rèn)識(shí)金屬腐蝕的危害。 3.通過實(shí)驗(yàn)探究防止金屬腐蝕的措施。 ●課標(biāo)解讀 1.從原電池原理分析金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因及危害。 2.用原電池、電解池的原理采取措施,防止金屬腐蝕。 ●教學(xué)地位 在學(xué)習(xí)了原電池原理及電解池原理的基礎(chǔ)上展開,介紹了金屬腐蝕造成的嚴(yán)重危害、電化學(xué)腐蝕的原理及防止金屬腐蝕的幾種方法,重點(diǎn)是掌握金屬電化學(xué)腐蝕(析氫腐蝕和吸氧腐蝕)的本質(zhì)(金屬表面形成了微型原電池),同時(shí)指出,人們根據(jù)對(duì)金屬電化學(xué)腐蝕本質(zhì)的認(rèn)識(shí),發(fā)現(xiàn)了防護(hù)金屬電化學(xué)腐蝕的方法。本節(jié)內(nèi)容是本章理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用,有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。 ●新課導(dǎo)入建議 聳立于美國紐約港外一個(gè)海島上15層樓高的自由女神銅像,歷來被認(rèn)為是美利堅(jiān)合眾國的象征。然而,經(jīng)過近百年的風(fēng)風(fēng)雨雨,它和人一樣,已經(jīng)生“病”了。 自由女神銅像近百年來一直受著一種“疾病”的折磨,那就是電化學(xué)腐蝕?!白杂膳瘛钡耐鈿げ牧鲜倾~,而支撐整個(gè)雕像的內(nèi)支架卻是鐵的,在它們之間僅用一層浸透油的毛氈隔開。隨著時(shí)光的流逝,那一層毛氈失去了隔離作用,而大西洋夾帶著鹽分的潮濕空氣不斷地向自由女神“攻擊”,無數(shù)的原電池便在“自由女神”的身上形成了。這種原電池以鐵為負(fù)極,銅為正極,夾帶鹽分的濕空氣正好在兩極之間起著電解質(zhì)溶液的作用,結(jié)果加速了鐵的腐蝕。面對(duì)自由女神雕像的腐蝕問題,應(yīng)采取什么措施和方法? 【提示】 連接一活潑金屬,如Zn,阻止自身形成Fe、Cu原電池,使Fe、Cu作原電池正極,而被保護(hù)。 ●教學(xué)流程設(shè)計(jì) 步驟1:導(dǎo)入新課、本課時(shí)教材地位分析。?步驟2:師生互動(dòng)完成“探究1,化學(xué)腐蝕和電化腐蝕的比較”,可利用【問題導(dǎo)思】中的內(nèi)容,由淺入深地進(jìn)行。?步驟3:教師通過【例1】和教材P84~85頁教材研析,對(duì)“探究1”的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)。?步驟4:在教師引導(dǎo)下學(xué)生完成【變式訓(xùn)練1】和【當(dāng)堂雙基達(dá)標(biāo)】中的1、2兩題,驗(yàn)證學(xué)生對(duì)探究1的掌握情況。 ? 步驟8:先讓學(xué)生自主總結(jié)本課時(shí)學(xué)習(xí)的主要知識(shí),然后對(duì)照【課堂小結(jié)】以明確掌握已學(xué)的內(nèi)容,安排學(xué)生課下完成【課后知能檢測(cè)】。?步驟7:在教師指導(dǎo)下學(xué)生自主完成【變式訓(xùn)練2】和【當(dāng)堂雙基達(dá)標(biāo)】中的3、4兩題,驗(yàn)證學(xué)生對(duì)探究2的理解掌握情況。?步驟6:教師通過例2的講解,對(duì)“探究2”進(jìn)行總結(jié)。?步驟5:師生互動(dòng)完成“探究2”。 課 標(biāo) 解 讀 重 點(diǎn) 難 點(diǎn) 1.了解金屬腐蝕的原因。 2.了解防止金屬腐蝕的方法。 1.金屬電化學(xué)腐蝕的原因及反應(yīng)原理。(重難點(diǎn)) 2.金屬電化學(xué)防護(hù)的方法。(重點(diǎn)) 金屬的電化學(xué)腐蝕 1.金屬的腐蝕 金屬的腐蝕 概念 金屬腐蝕是指金屬與周圍的氣體或液體物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象 特征 金屬被腐蝕后,在外形、色澤以及機(jī)械性能方面會(huì)發(fā)生變化 本質(zhì) 金屬腐蝕的本質(zhì)是金屬失去電子變成陽離子,發(fā)生氧化反應(yīng) 類型 化學(xué)腐蝕 金屬與接觸到的干燥氣體(如O2、Cl2、SO2等)或非電解質(zhì)液體(如石油)等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕 電化學(xué)腐蝕 不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí),會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng),比較活潑的金屬失去電子而被氧化的腐蝕。電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍,危害更大 2.電化學(xué)腐蝕 (1) 析氫腐蝕含義:金屬表面的電解質(zhì)溶液酸性較強(qiáng)。腐蝕 過程有H2放出電極反應(yīng)負(fù)極:Fe-2e-===Fe2+正極:2H++2e-===H2↑總反應(yīng):Fe+2H+===Fe2++H2↑ (2) 吸氧腐蝕含義:鋼鐵表面吸附的水膜,酸性很弱或呈 中性、堿性時(shí),氧氣參加電極反應(yīng)電極 反應(yīng)負(fù)極:2Fe-4e-===2Fe2+正極:O2+2H2O+4e-===4OH-總反應(yīng):2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2 1.鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕生成Fe(OH)2,最終生成鐵銹的原因是什么?(用化學(xué)方程式表示) 【提示】 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O 金屬的電化學(xué)防護(hù) 1.犧牲陽極的陰極保護(hù)法 應(yīng)用原電池原理,讓被保護(hù)金屬作正極,另找一種活潑性較強(qiáng)的金屬作負(fù)極。 2.外加電流的陰極保護(hù)法 利用電解池原理,把被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備作為陰極,用惰性電極作為輔助陽極,兩者在電解質(zhì)溶液里,接外加直流電源。 2.電化學(xué)防護(hù)的實(shí)質(zhì)是什么? 【提示】 把被保護(hù)的金屬作原電池正極或電解池陰極,不參與電極反應(yīng),從而不被氧化。 化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的比較 【問題導(dǎo)思】 ①純鐵和生鐵分別與等濃度的鹽酸反應(yīng),哪種反應(yīng)更快? 【提示】 生鐵(因?yàn)樾纬稍姵? ②自然界中,鋼鐵的腐蝕以哪種形式為主? 【提示】 電化學(xué)腐蝕。 化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕(主要) 定義 金屬跟接觸到的干燥氣體或非電解質(zhì)液體等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕 不純金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí),會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng),比較活潑金屬原子失去電子而被氧化引起的腐蝕。 吸氧腐 蝕(主要) 析氫腐蝕 條件 金屬與非金屬(非電解質(zhì))直接接觸 水膜中溶有O2,呈極弱酸性或中性 水膜酸性較強(qiáng) 區(qū)別 無電流產(chǎn)生 有微弱電流產(chǎn)生 反應(yīng)式 2Fe+3Cl2 ===2FeCl3 負(fù)極:Fe-2e-===Fe2+ 正極:2H2O+O2 +4e-===4OH- 正極:2H++2e- ===H2↑ 聯(lián)系 兩種腐蝕往往同時(shí)發(fā)生,電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍、危害更大 化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕雖然發(fā)生腐蝕的過程不同,但其實(shí)質(zhì)相同,都是金屬元素被氧化。 如何防止鐵的銹蝕是工業(yè)上研究的重點(diǎn)內(nèi)容。為研究鐵銹蝕的影響因素,某同學(xué)做了如下探究實(shí)驗(yàn): 序號(hào) 內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 1 常溫下將鐵絲放在干燥空氣中一個(gè)月 干燥的鐵絲表面依然光亮 2 常溫下將鐵絲放在潮濕空氣中一小時(shí) 鐵絲表面依然光亮 3 常溫下將鐵絲放在潮濕的空氣中一個(gè)月 鐵絲表面已變得灰暗 4 將潮濕的鐵絲放在常溫的氧氣流中一小時(shí) 鐵絲表面略顯灰暗 5 將潮濕的鐵絲放在高于常溫的氧氣流中一小時(shí) 鐵絲表面已變得灰暗 6 將浸過氯化鈉溶液的鐵絲放在高于常溫的氧氣流中一小時(shí) 鐵絲表面灰暗程度比實(shí)驗(yàn)5嚴(yán)重 回答以下問題: (1)上述實(shí)驗(yàn)中發(fā)生了電化學(xué)腐蝕的是(填實(shí)驗(yàn)序號(hào))________;在電化學(xué)腐蝕中,負(fù)極反應(yīng)是 _______________________________________; 正極反應(yīng)是______________________________; (2)由該實(shí)驗(yàn)可知,可以影響鐵銹蝕速率的因素是 ____________________________________; (3)為防止鐵的銹蝕,工業(yè)上普遍采用的方法是 _______________________(答兩種方法)。 【解析】 解答第(1)題應(yīng)注意聯(lián)系金屬的化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的區(qū)別,不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸,因發(fā)生原電池反應(yīng),較活潑的金屬失電子而被氧化,分析題中實(shí)驗(yàn)可知,實(shí)驗(yàn)3、4、5、6發(fā)生了電化學(xué)腐蝕,其中負(fù)極反應(yīng)是Fe-2e-===Fe2+,正極反應(yīng)是O2+2H2O+4e-===4OH-。 解答第(2)題時(shí),對(duì)比實(shí)驗(yàn)1和3可得出濕度增大,可使鐵銹蝕速率加快;對(duì)比實(shí)驗(yàn)2、4可知增大O2濃度可加快鐵銹蝕的速率;對(duì)比實(shí)驗(yàn)4、5可知升高溫度可加快鐵銹蝕的速率;對(duì)比實(shí)驗(yàn)5、6可知電解質(zhì)的存在會(huì)使鐵銹蝕的速率加快。 第(3)題,為防止鐵的銹蝕,根據(jù)鐵銹蝕的類型,可采用犧牲陽極的陰極保護(hù)法、外加電流的陰極保護(hù)法,還可把鐵制成不銹鋼(合金)、亦可采用噴油漆、涂油脂、電鍍、表面鈍化等方法使鐵與空氣、水等物質(zhì)隔離,以防止金屬腐蝕。 【答案】 (1)3、4、5、6 Fe-2e-===Fe2+(或2Fe-4e-===2Fe2+) 2H2O+O2+4e-===4OH- (2)溫度、濕度、O2的濃度、電解質(zhì)存在 (3)電鍍、烤藍(lán)等表面覆蓋保護(hù)層,犧牲陽極的陰極保護(hù)法、外加電流的陰極保護(hù)法等(答案合理即可) 1.用鋁制飯盒盛放醋酸,一段時(shí)間后,飯盒被腐蝕,該種腐蝕屬于________,反應(yīng)的化學(xué)方程式可表示為__________________,若用鋁制飯盒盛放食鹽水,一段時(shí)間后,飯盒被腐蝕,這種腐蝕屬于________,反應(yīng)原理是 _____________________________________________ (寫電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式)。 【解析】 鋁制飯盒盛放醋酸,鋁與醋酸直接反應(yīng)使鋁氧化而損耗,屬于化學(xué)腐蝕,鋁制飯盒盛食鹽水時(shí),則能形成原電池,因而發(fā)生的是電化學(xué)腐蝕。 【答案】 化學(xué)腐蝕 2Al+6CH3COOH===2Al(CH3COO)3+3H2↑ 電化學(xué)腐蝕 負(fù)極:4Al-12e-===4Al3+,正極:6H2O+3O2+12e-===12OH- 總反應(yīng)方程式:4Al+6H2O+3O2===4Al(OH)3 金屬腐蝕快慢的判斷以及金屬的防護(hù) 【問題導(dǎo)思】 ①把生鐵放在水中與放在食鹽水中,哪個(gè)腐蝕的快? 【提示】 食鹽水中。 ②輪船的外殼裝有鎂合金或鋅塊,其作用是什么? 【提示】 保護(hù)船體。 1.判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律 (1)電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護(hù)措施的腐蝕。 (2)對(duì)同一種金屬來說,腐蝕的快慢:強(qiáng)電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。 (3)活潑性不同的兩種金屬,構(gòu)成原電池活動(dòng)性差別越大,腐蝕越快。 (4)對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來說,一般是電解質(zhì)溶液濃度越大,腐蝕越快。 2.金屬的防護(hù) 金屬防護(hù) 改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)而增強(qiáng)抗腐蝕能力——不銹鋼 金屬表面 覆蓋保護(hù)層 涂礦物油、油漆或覆蓋搪瓷、塑料 鍍抗蝕金屬——電鍍、熱鍍、噴鍍法 用化學(xué)方法使其表面形成一層致密的氧化膜,金屬的鈍化 電化學(xué) 保護(hù)法 外加電流的陰極保護(hù)法 犧牲陽極的陰極保護(hù)法 鋼鐵很容易生銹而被腐蝕,每年因腐蝕而損失的鋼材占世界鋼鐵年產(chǎn)量的四分之一。 (1)鋼鐵腐蝕主要是吸氧腐蝕,該腐蝕過程中的電極反應(yīng)式為: 正極:__________________________________, 負(fù)極:___________________________________。 (2)為了降低某水庫的鐵閘門被腐蝕的速率,可以采用甲圖所示的方案,其中焊接在閘門上的固體材料R可以采用________。 A.銅 B.鈉 C.鋅 D.石墨 (3)乙圖所示的方案也可以降低鐵閘門的腐蝕速率,其中鐵閘門應(yīng)該連接在直流電源的________極。 【解析】 (1)發(fā)生吸氧腐蝕時(shí),負(fù)極上Fe失去電子,正極上O2得到電子。 (2)鐵閘門上連接一塊比鐵活潑的金屬如鋅,就可由鋅失去電子,鋅被溶解,而鐵被保護(hù),屬于犧牲陽極的陰極保護(hù)法。 (3)屬于外加電流的陰極保護(hù)法,需把被保護(hù)的鐵閘門連接在電源的負(fù)極。 【答案】 (1)O2+2H2O+4e-===4OH- 2Fe-4e-===2Fe2+ (2)C (3)負(fù) 2.如圖各燒杯中盛有海水,鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序?yàn)? ) A.②①③④ B.④③①② C.④②①③ D.③②④① 【解析】?、僦蠪e放置在海水中,形成了無數(shù)微小原電池,發(fā)生電化學(xué)腐蝕。②③④均構(gòu)成了原電池。②中Fe的活潑性強(qiáng)于Sn,F(xiàn)e作負(fù)極發(fā)生了電化學(xué)腐蝕;③中Zn的活潑性比Fe強(qiáng),Zn作負(fù)極被腐蝕,而Fe被保護(hù);④中Fe的活潑性遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于Cu,所以Fe作負(fù)極被腐蝕,并且②中形成的電流弱于④中電流,所以④中Fe比②腐蝕得快,①比②腐蝕得慢。因此Fe被腐蝕由快到慢的順序?yàn)棰堍冖佗邸? 【答案】 C 【教師備課資源】 下圖中,鐵腐蝕由快到慢的順序?yàn)?電解質(zhì)溶液為水)________。 【解析】?、僦杏捎谒腥芙饬搜鯕?,鐵與雜質(zhì)碳會(huì)形成原電池,發(fā)生電化學(xué)腐蝕;②中鐵在油中,氧氣難以溶解,無電解質(zhì)溶液,不能形成原電池;③、④都形成原電池,但③中鐵為正極,受到保護(hù);④中鐵為負(fù)極,被氧化;⑤、⑥都形成了電解池;⑤中鐵與電源的正極相連,作陽極,氧化速率加快;⑥中鐵與電源的負(fù)極相連,作陰極,受到保護(hù)。所以鐵腐蝕由快到慢的順序?yàn)棰?④>①>②>③>⑥。 【答案】?、?④>①>②>③>⑥ 金屬的腐蝕與防護(hù)金屬的腐蝕實(shí)質(zhì)M-ne-===Mn+類型化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕吸氧腐蝕析氫腐蝕影響因素和快慢比較金屬的防護(hù)覆蓋保護(hù)層改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)電化學(xué)保護(hù)法犧牲陽極的陰極保護(hù)法外加電流的陰極保護(hù)法 1.以下現(xiàn)象與電化學(xué)腐蝕無關(guān)的是( ) A.鍍錫鐵器比鍍鋅鐵器表面破損時(shí)更易被腐蝕 B.純鐵不容易生銹 C.鑲有相鄰的銀牙和金牙容易引起頭痛 D.輸送氯氣的鋼管易被氯氣腐蝕 【解析】 A項(xiàng)中鍍錫鐵器表面破損時(shí)形成原電池,F(xiàn)e作負(fù)極,易被腐蝕,而鍍鋅鐵器表面破損時(shí)形成原電池,F(xiàn)e作正極,被保護(hù)。B項(xiàng)中純鐵不能形成原電池,所以不容易被腐蝕。C項(xiàng)中相鄰的銀牙和金牙容易形成原電池產(chǎn)生電流,使人頭痛惡心。D項(xiàng)中鐵和Cl2直接發(fā)生反應(yīng),為化學(xué)腐蝕,與電化學(xué)腐蝕無關(guān)。 【答案】 D 2.鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時(shí),正極上發(fā)生的電極反應(yīng)是 ( ) A.2H++2e-===H2↑ B.Fe2++2e-===Fe C.2H2O+O2+4e-===4OH- D.Fe3++e-===Fe2+ 【解析】 鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕,正極反應(yīng)為2H2O+O2+4e-===4OH-。 【答案】 C 3.下列有關(guān)金屬的保護(hù)方法的說法中正確的是( ) A.常使用的快餐杯表面有一層搪瓷,若搪瓷層破損后仍能起到防止鐵生銹的作用 B.白鐵(鍍鋅鐵)鍍層破損后,鐵皮的腐蝕速率很慢 C.輪船的船殼水線以下常裝有一些鋅塊,這是利用了犧牲陰極的陽極保護(hù)法 D.鋼鐵制造的暖氣管道外常涂有一層瀝青,這是鋼鐵的電化學(xué)保護(hù)法 【解析】 A項(xiàng)中涂層破損后,鐵直接暴露在空氣中,因而搪瓷層不能對(duì)破損部分進(jìn)行保護(hù);B項(xiàng)中鍍層破損后由于鋅的金屬性比鐵強(qiáng),和鐵構(gòu)成原電池,鋅作負(fù)極,保護(hù)鐵不被腐蝕;C選項(xiàng)應(yīng)是犧牲陽極的陰極保護(hù)法;D項(xiàng)中應(yīng)是用瀝青作涂層的涂層保護(hù)法。 【答案】 B 4.潛艇的金屬外殼浸在海水中,在海水和空氣的作用下會(huì)被腐蝕。 (1)若海水呈中性,一艘鋼制外殼的潛艇在海水中發(fā)生腐蝕的電極反應(yīng)式為: 正極:__________________________________, 負(fù)極:__________________________________。 (2)為有效地保護(hù)潛艇,下列措施中最好的是________。 A.采用純鐵制造潛艇外殼 B.采用耐腐蝕的合金制造潛艇外殼 C.在潛艇外殼上涂一層油 D.在潛艇外殼上裝一定數(shù)量的鋅塊 【解析】 金屬防護(hù)的方法很多,可以采取以下措施進(jìn)行。 (1)改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。合金鋼中含有合金元素,使組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,耐腐蝕。如不銹鋼。 (2)在金屬表面覆蓋保護(hù)層。常見方式有:涂油脂、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等;使表面生成致密氧化膜;在表面鍍一層有自我保護(hù)作用的另一種金屬。 (3)電化學(xué)保護(hù)法:①外加電源的陰極保護(hù)法:接上外加直流電源構(gòu)成電解池,被保護(hù)的金屬作陰極。②犧牲陽極的陰極保護(hù)法:外加負(fù)極材料,構(gòu)成原電池,被保護(hù)的金屬作正極。 【答案】 (1)O2+2H2O+4e-===4OH- 2Fe-4e-===2Fe2+ (2)B- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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