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

高中化学选择性必修1( 第四章 化学反应与电能 第二节 电解池 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） ——《青花瓷》方文山 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 2 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。 我国每年因为金属腐蚀所造成的经济损失约占国民生产总值的5%，全世界每年因生锈损失的钢铁约占世界钢铁年产量的1/4，超过每年各项大灾（火灾、风灾及地震等）损失的总和。 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 金属的腐蚀与防护 1、认识金属腐蚀的危害，能利用原电池原理解释电化学腐蚀的原因。 2、能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。 3、了解金属腐蚀的防护方法。 高中化学选择性必修1( 学 习 目 标 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 01 金属的腐蚀 高中化学选择性必修1( PART 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 金属原子 金属阳离子 失去e－ M －ne－＝Mn＋ 【自主学习】 1.什么是金属腐蚀？ 2.金属腐蚀的本质是什么？ 金属腐蚀是金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。 0 +3 Fe → Fe2O3 • xH2O 0 +2 Cu → Cu2(OH)2 CO3 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 6 ①机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，直至报废。 ②飞机的某一零部件破损而造成坠毁； ③桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成塌陷； ④地下金属管道破裂而发生泄漏； ⑤轮船的船体损坏等。 3、金属腐蚀有哪些危害？ 4、金属腐蚀的种类是有哪些？ 由于与金属接触的气体或液体物质不同，发生腐蚀的情况也不同，一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 如铁与氯气直接反应而腐蚀，输油、输气的钢管被原油、天然气的含硫化合物腐蚀等。 金属与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2、SO2）直接反应而引起的腐蚀。 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 却很少生锈 特点 无电流产生 、 如钢材高温下易被氧化，表面生成FeO、Fe2O3、Fe3O4 1.1 化学腐蚀 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 钢铁在 潮湿空气中容易生锈 钢铁 Fe、C 水膜 电解质溶液 CO2、SO2、H2S 在钢铁表面形成无数 微小原电池 当不纯的金属与电解质溶液接触时发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。 1.2 电化学腐蚀 【思考】钢铁在潮湿的空气里很快被腐蚀，这是为什么？ 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 9 在潮湿的空气中，钢铁表面吸附了一薄层水膜。水膜中溶有O2、CO2、SO2等气体，这样在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜，它跟钢铁中的铁和少量的单质碳构成无数微小的原电池。 电化学腐蚀 条件不同 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 酸性环境 弱酸性或中性 1.2 电化学腐蚀 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 在酸性环境中，在腐蚀过程中不断有H2放出 （pH≤4.3） Fe - 2e- === Fe2+ 2H+ + 2e- === H2↑ Fe + 2H+ === Fe2+ + H2↑ 总反应： 负极（Fe）： 正极（C） ： 如酸雨严重的地方。 1.3 析氢腐蚀和吸氧腐蚀 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性或碱性，但溶有一定量的氧气，此时就会发生吸氧腐蚀 Fe2O3 · xH2O 4Fe(OH)2+2H2O+O2 = 4Fe(OH)3 Fe - 2e- = Fe2+ O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2 负极（Fe）： 正极（C) 总反应： 1.3 析氢腐蚀和吸氧腐蚀 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 实验4－3 现象： (1)导管中水面_______,形成一段________。 在中性条件下，铁钉发生吸氧腐蚀，消耗具支试管中的氧气，使具支试管内气压减小，水被压入导管形成水柱。 上升 水柱 (2)加入CuSO4溶液的试管生成H2的速率______。 加快 被Zn置换出来的Cu与Zn、稀盐酸构成很多微小的原电池，发生原电池反应，使生成H2的速率加快。 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 水膜酸性较强 c(H+)较大 水膜酸性较弱或呈中性 c(H+)较小 氧化性 H+＞O2 析氢腐蚀 2H+ + 2e－ = H2↑ 氧化性 H+＜O2 吸氧腐蚀 O2 + 4e－+ 2H2O = 4OH－ 析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较 浓度 性质 反应 影响 决定 【总结】化学腐蚀与电化学腐蚀两者往往同时发生，__________腐蚀更普遍； 电化学 而析氢腐蚀和吸氧腐蚀中，__________腐蚀更普遍。 吸氧 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 1、右图装置中,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(呈酸性),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 a：中性环境，发生吸氧腐蚀,氧气被消耗，试管中气体压强减小 b：溶液呈酸性，发生析氢腐蚀,有氢气放出，试管中气体压强增大 因此，红墨水水柱两边的液面变化为左高右低 B 食盐水 氯化铵溶液(呈酸性) 解答金属腐蚀问题的一般思路： 课堂检测 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 2：如下图所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察： (1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于________腐蚀。 (2)若试管内液面上升，则原溶液是_ __性，发生____腐蚀，电极反应：负极：__________________，正极：______________________。 (3)若试管内液面下降，则原溶液呈_ ___性，发生_____腐蚀，电极反应：负极：_______________；正极：______________ (4)若水槽中液体甲为水，液体乙为海水，则铁钉在_____(填“甲”或“乙”)溶液中腐蚀的速率快。 2H＋＋2e－=H2↑ 电化学 碱性、弱酸性或中 吸氧 2Fe－4e－=2Fe2＋ O2＋4e－＋2H2O=4OH－ 较强的酸 析氢 Fe－2e－=Fe2＋ 乙 课堂检测 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 02 金属的防护 高中化学选择性必修1( PART 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 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 思考与讨论 根据金属腐蚀的实质M-ne-=Mn+，你能提出金属的防护方法吗？ 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 2.1 金属防护的方法 一、改变金属材料组成 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。 如：含铬、镍等合金元素的不锈钢具有很好的抗腐蚀性能。 不锈钢 钛合金 抗腐蚀性，生物相容性 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 2.1 金属防护的方法 二、在金属表面覆盖保护层 包裹塑料 涂矿物性油脂 搪瓷 喷漆 搪瓷其实是将无机玻璃质材料通过熔融凝于基体金属上并与金属牢固结合在一起的一种复合材料。 发蓝是钢铁零件表面处理的一种防腐蚀的工艺。其原理就是在钢铁表面生成一定厚度和强度的致密的氧化层，成分主要是Fe3O4。 发蓝处理 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 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。 Zn A Fe Sn A Fe 经酸化的3％NaCl溶液 － ＋ e- ＋ － e- 我们知道，金属发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极（阳极）的金属被腐蚀，作为正极（阴极）的金属不被腐蚀。 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 2.1 金属防护的方法 三、电化学保护法 1、牺牲阳极法—— 原理 Zn 钢闸门 (阴极) 海水 锌板 (牺牲阳极) e- e- 找替罪“阳” 原电池 牺牲锌块来保护钢闸门，锌块必须定期更换 极：比被保护金属活泼的金属； 极：被保护的金属设备。 负 正 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 2.1 金属防护的方法 实验4-4-(1) 实验装置 电流表 阳极（负极） 阴极（正极） 现象 有关反应 锌片逐渐溶解 偏转 铁电极上有气泡冒出 Zn-2e-=Zn2＋ 2H＋＋2e=H2↑ 试管中滴入2滴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。Fe、Zn和经过酸化的NaCl溶液构成原电池；Zn作负极被腐蚀，Fe作正极被保护。 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 2.1 金属防护的方法 实验4-4-(2) a b 实验现象：裹有锌片的铁钉，锌片逐渐溶解， 铁钉附近溶液变红色； 实验结论： 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 实验现象：裹有铜丝的铁钉，铁钉逐渐溶解，铁钉附近溶液有蓝色沉淀生成； 实验结论： 铁作负极：Fe-2e-=Fe2+ 铜作正极：O2+2H2O+4e-=4OH- 铁作负极，发生氧化反应，被腐蚀 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 钢闸门 (阴极) 海水 辅助阳极 (不溶性) e- NaCl溶液 阴极 Fe + - A 阳极 C 电解池 极：被保护的金属设备； 极：惰性金属或石墨。 阴 阳 - + e− （2）外加电流法—— 原理 e− 调整外加电压，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零。 2.1 金属防护的方法 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 钢闸门 (阴极) 海水 辅助阳极 (不溶性) 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化学性质各有什么要求？ - + e− e− 钢闸门 (阴极) 海水 锌板 (牺牲阳极) e- e- 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 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 辅助阳极 需要定期检查 【总结】在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下： 电解池阳极＞原电池负极＞化学腐蚀＞原电池正极>电解池阴极 2.2 电化学保护法的比较 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 课堂检测 1、相同材质的铁在图中四种情况下最不易被腐蚀的是 (　 ) C 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 课堂检测 2、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处都可减缓铁的腐蚀 C、若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法 D、若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H＋＋2e－=H2↑ D 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 课堂检测 3.下图各烧杯中盛有稀盐酸，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序是怎样的？ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 金属活动性顺序：Zn＞Fe＞Sn＞Cu 腐蚀由快到慢：①②③④⑤⑥ 化学腐蚀 电解池的阳极 ＞ 原电池的负极 ＞ 金属活动性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快 ＞ 原电池的正极 牺牲阳极法 ＞ 电解池的阴极 外加电流法 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 金属的防护 1、本质：阻止 M-ne-=Mn+ 的发生 2、金属的防护 改变金属材料的组成 在金属表面覆盖保护层 电化学保护法 牺牲阳极法(利用原电池原理) 外加电流法(利用电解池原理) 课堂小结 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） 高中化学选择性必修1( 基 于 真 实 情 景 的 同 步 教 学 高 中 化 学 第 一 册（ 2019 人 教 版 ） Lavf58.76.100 $$