4.3 金属的腐蚀与防护 课件 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第三节 金属的腐蚀与防护 第四章 化学反应与电能 铁锈主要成分：Fe2O3 • xH2O 铜绿主要成分：Cu2(OH)2 CO3 在日常生活中，我们经常见到钢铁制品生锈，铜制品长出铜绿，这就是金属腐蚀的现象。 引入 (1)外形、色泽、机械性能发生变化； (2)影响机器、仪表设备精度和灵敏度，以至报废； (3)桥梁、建筑物强度降低而坍塌； (4)地下金属管道泄漏； (5)轮船船体损坏； (6)金属腐蚀还可能造成环境污染。 金属腐蚀的危害 我国因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值(GNP)的2% ～ 4%，钢铁因腐蚀而报废的数量约占钢铁当年产量的25%-30%。全世界每年因为金属腐蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元，是地震、水灾、台风等自然灾害造成损失总和的6倍。 国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因某一零部件破裂而坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而塌陷；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸；化工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染；管道和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工作人员和附近居民的生命安全。 面对这样惊人的数据和金属腐蚀危害的事实，同学们有没有想过，金属是如何被腐蚀的以及怎样防止金属被腐蚀？ 金属的腐蚀 金属或合金与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。 金属的腐蚀 金属腐蚀 实质 金属失电子变成阳离子，被氧化，其反应为：M - ne- = Mn+ 铁发生腐蚀时，产物是Fe2+ 金属与其表面接触的一些物质（如O2 、Cl2 、SO2 等）直接反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。 （1）化学腐蚀 金属的腐蚀 分类 铁与氯气直接反应而腐蚀 输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀 高温条件被腐蚀的燃气灶 当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。 钢铁制品在潮湿空气中的锈蚀就是电化学腐蚀的典型例子。 （2）电化学腐蚀 金属的腐蚀 分类 分类 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 现象 本质 影响因素 联系 金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应 不纯的金属或合金与电解质溶液接触，形成原电池 无电流产生 有微弱电流产生 金属被氧化 较活泼的金属被氧化 化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，速率更快 与氧化剂的氧化性及温度等有关 与电解质溶液的酸碱性及金属活动性等有关 （主） 金属的腐蚀 分类 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 现象 本质 影响因素 联系 金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应 不纯的金属或合金与电解质溶液接触，形成原电池 无电流产生 有微弱电流产生 金属被氧化 较活泼的金属被氧化 化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，速率更快 与氧化剂的氧化性及温度等有关 与电解质溶液的酸碱性及金属活动性等有关 （主） 家用燃气灶的中心部位很容易生锈 食品罐头放在南极80多年了，却很少生锈 升温可加快金属腐蚀 金属的腐蚀 实验4-3-（2） 金属的腐蚀 10 潮湿的空气中钢铁制品表面会形成一薄层水膜，空气中的CO2 、SO2 、H2S等物质溶解在其中形成电解质溶液，并与钢铁制品中的铁和少量单质碳构成无数微小的原电池。 钢铁的电化学腐蚀 析氢腐蚀 条件 负极反应   正极反应   总反应式 水膜呈较强酸性 Fe - 2e- = Fe2+ 2H+ + 2e- = H2↑ Fe + 2H+ = Fe2+ + H2↑ 实验4-3-（1） 金属的腐蚀 12 条件 负极反应   正极反应   总反应式 Fe － 2e- = Fe2+ O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- 2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2 电解质溶液呈弱酸性或中性，且溶有一定量的氧气 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 Fe(OH)3 Fe2O3·xH2O 通常两种腐蚀同时存在，但吸氧腐蚀更普遍。 钢铁的电化学腐蚀 吸氧腐蚀 思考角度 切断原电池反应 给予电子 改变金属材料组成 在金属表面覆盖保护层 金属防护的本质：阻止 M-ne-=Mn+ 的发生 根据金属腐蚀的实质M-ne-=Mn+，你能提出金属的防护方法吗？ 金属的防护 思考与讨论 不锈钢扶手 钛合金髋关节 在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。 例如，把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢产品；钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性，还具有良好的生物相容性。 金属的防护 改变金属材料的组成 在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开。 表面镀铬 喷涂油漆 涂油脂 包裹塑料 搪瓷 发蓝处理 使铁制品生成致密的四氧化三铁薄膜 钝化处理 使铝制品形成致密的氧化膜 金属的防护 在金属表面覆盖保护层 【思考与讨论】常用的白铁皮是在薄钢板表面镀上一层锌，罐装食品用的马口铁是在薄钢板表面镀上一层锡。若上述两种钢铁制品的表面出现破损时，请分析并说明白铁皮、马口铁的腐蚀情况。 金属活泼性：Zn > Fe > Sn 镀层有破损 白铁 马口铁 锌为负极，铁为正极被保护 锡为正极，铁为负极腐蚀加快 金属的防护 (1)牺牲阳极法 原理：原电池原理，被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极。 应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块。 金属的防护 电化学保护法 实验4-4-（1） 金属的防护 实验4-4-（1） 金属的防护 20 实验装置 电流表 阳极 阴极 现象 有关反应 —— Zn－2e- = Zn2＋ 试管中滴入K3[Fe(CN)6] 溶液，无明显变化，即溶液中无Fe2+ 【结论】Fe电极被保护，不发生反应。 O2 + 4e− + 4H+ = 2H2O 实验4-4-（1） 金属的防护 偏转 锌片逐渐溶解 无现象 实验4-4-（2） 金属的防护 实验现象 实验解释及结论 锌皮包裹处颜色无变化，裸露的铁钉处出现红色 锌作负极：Zn－2e- = Zn2+ 铁作正极： O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 铁作正极，不反应，被保护。 铜丝缠绕处出现红色，裸露的铁钉处出现蓝色 铁作负极：Fe－2e- = Fe2+ 铜作正极： O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 铁作负极，被腐蚀。 金属的防护 (2)外加电流法 原理：电解池原理，被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连。 应用：钢铁闸门、高压线铁架、地下管道连接直流电源的负极。 金属的防护 【思考与讨论】牺牲阳极法和外加电流法都要采用辅助阳极，将被保护的金属作为阴极。在这两种方法中，辅助阳极发生的电极反应类型是否相同？对于用作辅助阳极的金属的化学性质各有什么要求？ 牺牲阳极法：辅助阳极金属材料必须比被保护的金属活泼。 外加电流法：辅助阳极只起导电作用，惰性电极和金属均可 作辅助阳极，但最好选用惰性电极。 金属的防护 牺牲阳极法和外加电流法采用的辅助阳极，在电极上发生的反应类型是相同的，都是发生氧化反应。 牺牲阳极法 外加电流法 原理 保护方法 保护电流 注意事项 原电池 电解池 使被保护的金属与比它活泼的金属接触，被保护的金属做正极。 使被保护的金属与电源负极接触，被保护的金属做阴极。 较小 较大 负极（阳极）材料 需要定期更换 消耗电能，辅助阳极 需要定期检查 金属的防护 电化学保护法的对比 26 下列关于金属腐蚀的说法正确的是 A.金属在潮湿空气中腐蚀的实质是M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑ B.金属的化学腐蚀的实质是M－ne－===Mn＋，电子直接转移给氧化剂 C.金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行 D.在潮湿的环境中，金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀 B 对点训练 如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是 A.生铁块中的碳是原电池的正极 B.红墨水水柱两边的液面变为左低右高 C.两试管中相同的电极反应式是Fe－2e－ = Fe2＋ D.a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀 B a中中性环境 吸氧腐蚀 气体压强减小 b中酸性较强 析氢腐蚀 气体压强增大 对点训练 下列关于如图所示的实验装置的判断中错误的是(　　) A． 若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀 B． 若X为锌棒，开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀 C． 若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极法 D．若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上的反应： 2H＋＋2e－= H2↑ D 【解析】若X为碳棒，开关K置于A处，Fe作电解池的阴极，属外加电流法，A正确；若X为碳棒，开关K置于B处，Fe作原电池的负极，电极反应为Fe － 2e－ == Fe2＋，D错误；若X为锌棒，K置于A处，Fe作电解池的阴极，属外加电流的阴极保护法，K置于B处时，Fe作原电池的正极，属牺牲阳极法，B、C正确。 X Fe 食盐水 B A K 对点训练 （双选）铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法中，不正确的是(　 　) A． 此过程中铜被腐蚀 B． 此过程中电子从Fe移向Cu C． 正极电极反应式：2H＋＋2e－ = H2↑ D． 此过程中还涉及反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2 = 4Fe(OH)3 AC 【解析】Cu比Fe还原性弱，形成原电池时Fe作负极被腐蚀，Cu作正极，受到保护，A错误；负极反应式为Fe － 2e－ == Fe2＋，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－ == 4OH－ ，电子从Fe流向Cu，B正确，C错误；此时生成的Fe(OH)2继续被O2氧化，生成Fe(OH)3，进而形成铁锈，D正确。 H2O(水膜） O2 Fe Cu Cu Fe2+ 对点训练 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$