2018-2019年高中化學(xué) 第04章 電化學(xué)基礎(chǔ) 專題4.4 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)教學(xué)案 新人教版選修4.doc

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4-4 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù) 教學(xué)目標(biāo) 1．了解金屬腐蝕的種類，探究金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因 2．掌握化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的區(qū)別。 3．認(rèn)識金屬腐蝕的危害及防腐措施，感受化學(xué)對人類生產(chǎn)和生活的影響。 4.進(jìn)一步學(xué)會對比、比較認(rèn)識事物的科學(xué)方法和假設(shè)驗(yàn)證探究的思維方式，辯證的認(rèn)識外因條件對化學(xué)變化的影響。 教學(xué)重點(diǎn)： 吸氧腐蝕、析氫腐蝕的原理 教學(xué)難點(diǎn)： 吸氧腐蝕、析氫腐蝕的原理 教學(xué)過程： 【投影】常見的金屬腐蝕現(xiàn)象： 【導(dǎo)課】金屬腐蝕的現(xiàn)象非常普遍，像金屬制成的日用品、生產(chǎn)工具、機(jī)器部件、海輪的船殼等，如保養(yǎng)不好，都會腐蝕，從而造成大量金屬的損耗。至于因設(shè)備腐蝕損壞而引起停工減產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量下降、污染環(huán)境、危害人體健康，甚至造成嚴(yán)重事故的損失，那就更無法估計(jì)了。因此，了解金屬腐蝕的原因，掌握防護(hù)的方法，是具有十分重要的意義的。 【板書】 第二節(jié) 金屬的腐蝕與防護(hù) 一、金屬腐蝕 【閱讀】回答什么是金屬腐蝕？ 【板書】金屬腐蝕：金屬（或合金）跟周圍接觸到的氣體（或液體）反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。 【講述】 金屬的化學(xué)腐蝕：金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。 例如：鐵在高溫下與氧氣直接化合而被腐蝕，在工業(yè)生產(chǎn)中氯氣跟鐵或與其他金屬化合使金屬銹蝕。特點(diǎn)：反應(yīng)簡單、金屬與氧化劑之間的氧化還原反應(yīng)。 【板書】1、 化學(xué)腐蝕：金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。特點(diǎn)：反應(yīng)簡單、金屬與氧化劑之間的氧化還原反應(yīng)。 【講述】溫度對化學(xué)腐蝕的影響： 【科學(xué)探究】不同條件下鐵釘?shù)匿P蝕 注意：①光亮鐵釘浸沒在菜油之中；②光亮鐵釘半浸半露在菜油中；③光亮鐵釘完全浸沒在食鹽水中；④光亮鐵釘完全浸沒在酸性溶液中或堿性溶液中。學(xué)生分別觀察并寫出報(bào)告以培養(yǎng)學(xué)生的觀察與描述能力。教師不但要給學(xué)生出題目，還要發(fā)揮點(diǎn)撥作用，提出注意點(diǎn)：①觀察的一周中不要振蕩試管，否則會破壞生銹的界面；②把各人設(shè)置的具體條件和的狀況詳盡記錄在案，以利分析和歸納，寫出高質(zhì)量的家庭探究報(bào)告。 實(shí)驗(yàn)方案 記錄 結(jié)論 【總結(jié)】鐵釘生銹的條件：鐵釘含雜質(zhì)、與電解質(zhì)溶液接觸。 【思考】絕大多數(shù)鋼鐵生銹是否是化學(xué)腐蝕？為什么？ 【板書】2、電化學(xué)腐蝕 【講解】由于金屬和液態(tài)介質(zhì)(常為水溶液)構(gòu)成微小的原電池而發(fā)生金屬腐蝕的過程.電化學(xué)腐蝕是金屬腐蝕的主要形式.例如:鋼鐵在潮濕的空氣中生銹就是電化學(xué)腐蝕造成的. 【板書】 電化學(xué)腐蝕 ：不純的金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸，會發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失電子被氧化的腐蝕。 【共同分析】形成原電池的原因。 【板書】 【投影】鋼鐵的吸氧腐蝕與析氫腐蝕： 【講解】 吸氧腐蝕與析氫腐蝕：發(fā)生條件、正負(fù)極反應(yīng)、總反應(yīng)。 【板書】 分類 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條件 水膜酸性較強(qiáng)（弱酸） 水膜酸性較弱或呈中性 負(fù)極反應(yīng) Fe –2e === Fe2+ 2Fe –4e === 2 Fe2+ 正極反應(yīng) 2H+ + 2e === H2 2H2O + O2 + 4e－ == 4OH- 總反應(yīng) Fe + 2H+ == Fe2+ + H2 2Fe + 2H2O + O2 == 2Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2= 4Fe(OH)3 Fe2O3.xH2O 次要 主要 【歸納與交流】化學(xué)腐蝕與電化腐蝕的對比。 【板書】3、化學(xué)腐蝕與電化腐蝕的對比 （1）本質(zhì)：金屬原子失電子而被氧化 M – ne == Mn+ (2) （3） 相互關(guān)系：往往同時(shí)發(fā)生，電化腐蝕要比化學(xué)腐蝕普遍得多。 【小結(jié)】略 【課堂練習(xí)】 1．把a(bǔ)、b、c、d4塊金屬片浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連可以組成幾個(gè)原電池。若a、b相連時(shí)a為負(fù)極；c、d相連時(shí)電流由d到c；a、c相連時(shí)c極上產(chǎn)生大量氣泡；b、d相連時(shí)b上有大量氣泡產(chǎn)生；則四種金屬的活動(dòng)性順序由強(qiáng)到弱為： .(a>c>d>b) 2．燒過菜的鐵鍋未及時(shí)洗去含有NaCl的殘液，過一段時(shí)間便出現(xiàn)紅棕色的鐵銹斑點(diǎn)，已知該銹斑為Fe(OH)3失水的產(chǎn)物。表示Fe(OH)3生成的電極反應(yīng)式、離子方程式和化學(xué)方程式分別為；（1）負(fù)極 ， 正極 ；（2） ；（3） 。（Fe-2e=Fe2+ ,2H2O+O2+4e=4OH-,） (Fe2++2OH-=Fe(OH)2；4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3) 3.有人設(shè)計(jì)以Pt和Zn為電極材料，埋入人體內(nèi)作為某種心臟病人的心臟起搏器的能源。它依靠人體內(nèi)血液種含有一定濃度的溶解氧、H+和Zn2+進(jìn)行工作。它的兩極電極反應(yīng)式分別為： 。（正極：Zn-2e=Zn2+ ,負(fù)極：2H2O+O2+4e=4OH-,） 【過渡】金屬被腐蝕后，在外形、色澤以及機(jī)械性能等方面都將發(fā)生變化，會使機(jī)器設(shè)備、儀器、儀表的精密度和靈敏度降低，影響使用以至報(bào)廢，甚至發(fā)生嚴(yán)重事故。每年由于鋼鐵生銹會使我國損失大約100～150億元。在英國，每90秒鐘就有1噸鋼被銹蝕掉。因此防止金屬腐蝕有很重要的意義。 【板書】二、金屬的防護(hù) 【思考與交流】討論自行車不同構(gòu)件的防銹措施： 【復(fù)習(xí)】電化學(xué)腐蝕的實(shí)質(zhì)，寫出兩極反應(yīng)方程式（析氫和吸氧）。 【思考】影響金屬腐蝕的因素有那些？（閱讀P56 最后一自然段） 【練習(xí)】 1、影響金屬腐蝕的因素有＿＿和＿＿兩個(gè)，就金屬本身來說金屬越＿＿，金屬越易被 腐蝕，金屬中含雜質(zhì)越＿＿，金屬越易被腐蝕；介質(zhì)對金屬腐蝕影響也很大，如果金屬在＿＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿，金屬越易被腐蝕。 【思考】海水中的金屬為何容易被腐蝕？（提示：電解質(zhì)溶液） 【討論】要想減少或避免電化學(xué)腐蝕，我們應(yīng)該采取什么措施？ ① 對金屬做必要的精煉，以減少其中能導(dǎo)電的不活潑雜質(zhì)。 ② 對機(jī)器、儀表及時(shí)保養(yǎng)，減少金屬與腐蝕性氣體、電解質(zhì)溶液、潮濕氣體的接觸。 ③ 根據(jù)用途不同采取不同的方法使金屬與造成發(fā)生的介質(zhì)隔離，如涂油脂、噴漆、鍍層、表面鈍化等。 ④ 選用適宜的金屬或非金屬制成耐腐蝕的合金，如煉制不銹鋼、耐酸鋼等。 ⑤ 采用電化學(xué)防護(hù)方法，如在鋼鐵的船體上焊接上較活潑的金屬鋅。 【投影】常見金屬防腐蝕方法： 【板書】1、物理方法 【講述】以上投影中方法都是物理方法。剛才同學(xué)們回答時(shí)已提到電化學(xué)防護(hù)方法。 【投影】兩種電化學(xué)防護(hù)方法 【講述】金屬腐蝕本質(zhì)就是金屬失電子而被氧化的過程。金屬越活潑，金屬越易被腐蝕。因此在金屬鐵上連接一塊比它更活潑的金屬，發(fā)生原電池反應(yīng)時(shí)，失電子的為活潑的金屬，而鐵被保護(hù)。 【探究活動(dòng)1】 決策——采用哪種防銹方法 1鍍鋁后涂漆 2鍍鋅后涂漆 3鍍鎘后涂漆 4鍍鉻 5鍍錫 6噴砂清理后涂漆 7一般清理后涂漆 8在銹上涂漆 上圖對不同防銹方法的效果進(jìn)行了比較，同時(shí)也粗略給出了這些方法的成本。 【問題】采用哪種方法來保護(hù)鐵不生銹，仔細(xì)考慮成本與效果。 （1）房子上的鑄鐵檐槽（2）海邊碼頭上的鋼軌（3）鐵的徽章（4）放電熨斗的支架（5）鋼刀片（6）鐵鑰匙（7）兒童游戲場中秋千的鋼架 1至7中，要求針對所給出的不同情況，去決定應(yīng)分別采用哪種防銹方法。這項(xiàng)工作最好在小組中進(jìn)行。有一些做決定時(shí)應(yīng)考慮的因素： ●物品需要保存多長時(shí)間?很明顯，如果物品只需保存很短的時(shí)間，就沒有必要去考慮給它一個(gè)長久的保護(hù)。 ● 物品將用在哪里?如果物品主要用于室外，它就需要較好地進(jìn)行保護(hù)。 ● 物品是干什么用的?物品用途不同，保護(hù)方法也不同。例如，物品要接受高溫，就不能用油漆進(jìn)行保護(hù)。 ● 物品外觀重要嗎?某些保護(hù)方法也是為了裝飾外觀用的。例如，鍍鉻。 【探究活動(dòng)2】決策——怎樣保護(hù)通向?qū)W校的小橋 假設(shè)你為地方政府的架橋部門工作，你要在一條河上修一座供人行走的小橋，有了這座橋，孩子們就可以從住宅區(qū)通過小河到學(xué)校上學(xué)了。這座橋要用鐵建造，你要決定采用什么樣的保護(hù)方法來防止它生銹．這座橋需要保存16年，因?yàn)?6年后學(xué)校就要搬到另一個(gè)新的地方。 有四種防銹措施供選擇： 選擇1 不防銹，不采取防銹措施的橋，10年后必須進(jìn)行更換，否則會由于銹蝕而發(fā)生危險(xiǎn)。 選擇2 在對橋進(jìn)行一般性清理后，涂上油漆．這種保護(hù)措施需要每3年重新進(jìn)行一次。 選擇3 用噴砂清理法對橋清理后，涂上油漆。這種保護(hù)措施需要每6年重新進(jìn)行一次。 選擇4 將橋噴砂清理后，鍍上鋅再涂上漆。這種保護(hù)措施能使橋保存18年。 下面給出了以上四種選擇的成本。 表： 四種選擇的成本 【問題】 （1）計(jì)算每個(gè)選擇從橋建造開始，16年所花的費(fèi)用（包括建造費(fèi)和維修保護(hù)費(fèi)）（ 2）采用哪個(gè)選擇？ 【討論】 1．只有鋼鐵才能生銹，很多其他的金屬，如鋁和銅，幾乎完全不發(fā)生銹蝕．可是為什么我們用鋼鐵比用其他金屬多呢? 2．假如有人發(fā)明了一種又便宜、又簡單的方法，使銹永遠(yuǎn)不可能發(fā)生．顯然這一發(fā) 明會帶來很大的益處，你認(rèn)為它也可能帶來壞處嗎? 3．汽車排氣系統(tǒng)受銹的影響很嚴(yán)重。一輛車，由普通鋼制造的排氣系統(tǒng)價(jià)值960元，由于生銹的原因，它使用大約2年就需要更換。對同一輛車，如果買一個(gè)由不銹鋼制造的排氣系統(tǒng)，受銹的影響就會減少，并且可以使用6年，不銹鋼排氣系統(tǒng)價(jià)值1900元。 從長遠(yuǎn)考慮，是普通鋼排氣系統(tǒng)便宜，還是不銹鋼排氣系統(tǒng)便宜?解釋你的回答。 4．在英國才有不到10％的汽車擁有者購買不銹鋼排氣系統(tǒng)。請你評論一下這個(gè)事實(shí)。 【課堂練習(xí)】 1．解釋下列現(xiàn)象并寫出有關(guān)原電池的電極反應(yīng)： （1）馬口鐵（鍍Sn鐵皮）做的罐頭，打開后為什么極易生銹？ （2）自來水管（鍍Zn鐵管）和白鐵皮做的提桶，為什么不易生銹？ （3）輪船船殼的水線以下部分，為什么要裝上一定數(shù)量Zn塊？ 2．橋梁上鋼結(jié)構(gòu)接頭處須用鉚釘連結(jié)，以下三種鉚釘，選用何種為好？ （1）鋁鉚釘 （2）銅鉚釘 （3）鋼鉚釘 3．下列各燒杯中盛有海水，依次插入： （1）Fe片；（2）Cu、Fe導(dǎo)線相連；（3）Sn、Fe導(dǎo)線相連；（4）Zn、Fe導(dǎo)線相連；（5）Al、Fe導(dǎo)線相連；鐵在其中被腐蝕時(shí)由快到慢的順序是：＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 參考答案：1、略2、（3）3、（2）＞（3）＞（1）＞（4）＞（5） 板書設(shè)計(jì)： 第二節(jié) 金屬的腐蝕與防護(hù) 一、金屬腐蝕 金屬（或合金）跟周圍接觸到的氣體（或液體）反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。 1、 化學(xué)腐蝕：金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。特點(diǎn)：反應(yīng)簡單、金屬與氧化劑之間的氧化還原反應(yīng)。 2、電化學(xué)腐蝕 不純的金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸，會發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失電子被氧化的腐蝕。 分類 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條件 水膜酸性較強(qiáng)（弱酸） 水膜酸性較弱或呈中性 負(fù)極反應(yīng) Fe –2e === Fe2+ 2Fe –4e === 2 Fe2+ 正極反應(yīng) 2H+ + 2e === H2 2H2O + O2 + 4e－ == 4OH－ 總反應(yīng) Fe + 2H+ == Fe2+ + H2 2Fe + 2H2O + O2 == 2Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2= 4Fe(OH)3 Fe2O3.xH2O 次要 主要 3、化學(xué)腐蝕與電化腐蝕的對比 （1）本質(zhì)：金屬原子失電子而被氧化 M – ne == Mn+ （3） 二、金屬的防護(hù) 1、物理方法 2、電化學(xué)法