4.3钢铁的锈蚀与防护学习任务单---2023-2024学年九年级化学鲁教版（五四学制）全一册

学习任务单 课程基本信息 学科 化学 年级 九年级 学期 秋季 课题 钢铁的锈蚀与防护 学习目标 1.通过对钢铁锈蚀条件的探究，了解导致钢铁锈蚀的因素以及减缓钢铁锈蚀的方法，并进一 步加深对科学探究各要素的理解，提高学生的科学素养。 2.通过讨论交流金属锈蚀的危害，体会回收利用废旧金属对环境及金属资源保护的重要性。 课前学习任务 1.钢铁锈蚀与哪些因素有关呢？学生通过独立思考或小组讨论提出个人或小组方案，通过交 流讨论，对各种方案进行评价，从中筛选出可实施的方案，并进行实验。 2.收集有关金属锈蚀给人类造成损失的数据和事例。 3.我们身边有哪些废弃的金属制品？从环境保护和资源再利用的角度考虑，应该怎样处理这 些金属制品？ 课上学习任务 【学习任务一】 钢铁锈蚀与哪些因素有关？学生根据筛选出的可实施方案，设计并进行实验，记录实验 现象。 【设计实验】 编号 实验内容 实验现象 1 将洁净的铁钉放到干燥的试管中，用橡皮塞密封试管。 2 将洁净的铁钉全部浸没在盛满煮沸过的蒸馏水中，用橡皮 塞密封试管口。 3 将洁净的铁钉一半浸没在盛满煮沸过的蒸馏水中，将试管 敞口放置。 4 将洁净的铁钉一半浸没在盛满食盐水里，将试管敞口放置。 5 将用食醋浸湿的铁钉放在干燥的试管中，将试管敞口放置。 【学习任务二】 生活中使用的钢铁制品，有没有采取相应的防锈措施？采取了什么措施？请与同学们收 集相关资料。 【学习任务三】 想一想：我们身边有哪些废弃的金属制品？从环境保护和资源再利用的角度考虑，应该 怎样处理这些金属制品？ 推荐的学习资源 金属锈蚀的种类 1.根据腐蚀的作用原理，可将金属的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。单纯由化学作用 而引起的腐蚀叫化学腐蚀。金属在干燥的气体或无导电性的非水溶液中的腐蚀，就属于化学 腐蚀。例如，钢材在高温下容易被氧化，生成一层由 FeO、Fe2O3 、 Fe3O4 组成的氧化膜，同时 还发生脱碳现象，这就是化学腐蚀。 当金属与电解质溶液接触时， 由电化学作用面引起的腐蚀叫电化学腐蚀。金属的绝大部 分腐蚀是通过电化学腐蚀的途径进行的。 电化学腐蚀的特点是形成腐蚀电池，腐蚀电池是金 属材料自发进行腐蚀反应的短路原电池。 电化学腐蚀过程的本质是腐蚀电池的放电过程，化 学能全部转变成热能散失掉，而金属材料被腐蚀破坏。 电化学腐蚀过程中，金属通常作为阳 极被氧化而腐蚀；阴极反应则根据腐蚀类型而异，主要是发生 H+或 O2 的还原反应。钢铁在大 气中的腐蚀通常为吸氧腐蚀，腐蚀电池的阴极反应为: O2 (g) + 2H2O(l)+4e-=40H- (aq)。在酸 性溶液中，氧气含量低，这时便可能发生析氢腐蚀，析氢腐蚀的阴极反应为: 2H+ (aq) +2e-=H2 ↑(g) 。 当然，对于高温气体腐蚀(如高温氧化)是否属于化学腐蚀，有不同的看法，有研究认为 在高温腐蚀中也存在隔离的正极和负极区，也有电子和离子的流动。据此，出现了另一种分 类:干腐蚀和湿腐蚀。湿腐蚀是指金属在水溶液中的腐蚀，是典型的电化学腐蚀，干腐蚀则是 指在干气体(通常是在高温)或非水溶液中的腐蚀。 2.根据腐蚀的形态，可将金属腐蚀分为均匀(全面)腐蚀和局部腐蚀两类，均匀腐蚀是比 较均匀地发生在金属制品的全部表面 ;局部腐蚀只发生在局部，如孔蚀、 缝隙腐蚀、晶间腐 蚀、应力腐蚀破裂、脱层腐蚀等。一般局部腐蚀比均匀(全面)腐蚀危害严重，有一些局部腐 蚀往往是突发性和灾难性的。如设备和管道穿孔破裂造成易燃易爆或有毒流体泄漏，而引起 火灾、爆炸、环境污染等事故。据统计，在化工设备的腐蚀中，局部腐蚀约占 70%。 金属的防护 根据金属腐蚀的机理，金属防蚀主要可从改变金属的组分、对金属进行表面处理(在金属 表面形成保护层)、将被保护金属与腐蚀介质隔开、改善腐蚀环境以及电化学保护等方面着手。 1.改变金属的组分就是向金属中加入其他金属，形成合金。例如，在钢中加人镍，制成 不锈钢，可以显著增强防腐蚀能力。 2.在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀介质隔开，是防止金属腐蚀的有效 方法。工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类。它们是通过化学方法、 物理方法和电化学方法实现的。 (1)金属的磷化处理 钢铁制品去油、除锈后，放人特定组成的磷酸盐溶液中浸泡，即可在金属表面形成一层 不溶于水的磷酸盐薄膜，该过程叫磷化处理。 (2)金属的氧化处理 将钢铁制品放人 NaOH 和 NaNO2 的混合溶液中，加热处理，其表面即可形成一层厚度约为 0.5-1.5 um 的蓝色氧化膜(主要成分为 Fe3O4)，以达到钢铁防腐蚀的目的，此过程称为发蓝处 理，简称发蓝。这