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

第四章 化学反应与电能 第三节 金属的腐蚀与防护 一.金属的腐蚀 金属原子 金属阳离子 失去e－ M －ne－＝Mn＋ 化学腐蚀和电化学腐蚀 1.什么是金属腐蚀？ 2.金属腐蚀的本质是什么？ 3.金属腐蚀的种类有哪些？ 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。 2 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。 1.化学腐蚀： 一.金属的腐蚀 （如石油天然气中的含硫化合物腐蚀输气钢管,铁与氯气直接反应而被腐蚀） 2.电化学腐蚀 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。 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 ｛ 3 在酸性环境中，由于在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫做析氢腐蚀。 一.金属的腐蚀 （1）析氢腐蚀 2.电化学腐蚀 根据电解质溶液性质不同分为：析氢腐蚀和吸氧腐蚀 Fe C H+ H+ H+ H+ H+ H+ Fe2+ Fe2+ Fe2+ Fe2+ e- 正极： 负极： Fe – 2e- == Fe2+ 2H+ + 2e- == H2 ↑ 总反应： Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 ↑ 4 如果钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气，此时就会发生吸氧腐蚀。钢铁等金属的腐蚀主要是吸氧腐蚀。 后续反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2＝4Fe(OH)3 Fe2O3•xH2O 铁锈的主要成分 一.金属的腐蚀 （2）吸氧腐蚀 2.电化学腐蚀 Fe C Fe2+ Fe2+ Fe2+ Fe2+ e- O2 H2O H2O OH- OH- OH- OH- 2H2O + O2 + 4e- == 4OH- 正极： 2Fe – 4e- == 2Fe2+ 负极： 2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)2 总反应： O2、H2O 5 总结： 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 电极反应 负极 正极 总反应式 联系 更普遍 水膜酸性较强(pH≤4.3) 水膜酸性很弱或呈中性 Fe－2e－==Fe2＋ 2H＋ + 2e－== H2↑ O2＋2H2O＋4e－==4OH－ Fe＋2H＋==Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O==2Fe(OH)2 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O==4Fe(OH)3 2Fe(OH)3==Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O 吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析： 实验探究 将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入如图所示的具支试管中。 有气体参加反应，发生吸氧腐蚀。 一段时间 7 二.金属的防护 发蓝处理 涂机油 喷漆 镀锌 不锈钢 2.改变金属材料的组成 1.在金属表面覆盖保护层 制成合金（不锈钢） ——改善金属内部组织结构 ——电镀、油漆、覆盖搪瓷、塑料等 （白铁皮(镀Zn)、马口铁(镀Sn)） ——表面钝化：烤蓝 / 发蓝 钢铁表面致密的Fe3O4保护膜 8 实验探究4-4 资料卡片 Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液（黄色）反应生成KFe[Fe(CN)]6沉淀（带有特征蓝色）。这是检验溶液中Fe2+的常用方法。 在含NaCl的琼脂溶液中滴入5~6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀后倒入两个培养皿中。分别将裹有锌皮的铁钉和缠有铜丝的铁钉放入两个培养皿中，观察并解释实验现象。 裹有锌皮的铁钉 缠有铜丝的铁钉 9 实验探究 裹有锌皮的铁钉 缠有铜丝的铁钉 锌作负极： 2Zn－4e－＝2Zn2＋ 铁作正极： O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 铁作负极： 2Fe－4e－＝2Fe2＋ 铜作正极： O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 10 （1）牺牲阳极法 被保护金属作为正极（阴极） 活泼金属作为负极（阳极） 二.金属的防护 3.电化学防护法 原理：形成原电池时，让被保护金属作正极(阴极)，不反应受到保护；而活泼金属作负极(阳极)，反应受到腐蚀。 用牺牲锌块的方法来保护船身，锌块必须定期更换 锌块 (即：牺牲负极保护正极) 11 被保护金属作为阴极 惰性电极作为辅助阳极 外接直流电源 （2）外加电流法 二.金属的防护 3.电化学防护法 原理：将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，抑制钢铁发生失电子作用，从而被保护 12 金属腐蚀快慢的判断方法 典例分析：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？ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 电解池的阳极 原电池的负极 化学腐蚀 原电池的正极 电解池的阴极 ＞ ＞ ＞ ＞ 金属活动性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快 牺牲阳极 保护阴极法 外加电流法 腐蚀由快到慢：① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 阳 阴 阳 阴 Fe保护 Fe保护 13 思考与讨论 白铁皮：薄钢板表面镀上一层锌 马口铁：薄钢板表面镀上一层锡 若表面出现破损时，请分析并说明白铁皮、马口铁的腐蚀情况。 破损时，锌作负极而被腐蚀 破损时，铁作负极而被腐蚀 金属活动性：Zn > Fe > Sn 14 随堂练习 1.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+1/2H2↑ 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.在潮湿的酸性环境中，金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀 B 15 随堂练习 2.右图装置中, u 型管内为红墨水，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 生铁块中的碳是原电池的正极 B. 红墨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 16 随堂练习 3.铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是 A.正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ B.此过程中还涉及反应4Fe(OH)2＋2H2O＋O2 ===4Fe(OH)3 C.此过程中Fe、Cu均被腐蚀 D.此过程中电流从Fe流向Cu B 17 随堂练习 4.下列对如图所示的实验装置的判断错误的是 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，铁电极上发生的反应为 2H＋＋2e－===H2↑ D 18 能力拔高：电化学中电解液质量变化分析 例1．我国科研人员利用双极膜技术构造出新型水系电池，模拟装置如图所示。已知电极材料分别为Zn和MnO2，相应的产物为[Zn(OH)4]2-和Mn2+。若电路中通过2mol e-，则稀硫酸溶液质量增加_____g 89 例2：我国学者利用双膜三室电解法合成了ClCH2CH2Cl和NaOH其工作原理如图所示。则制得1mol ClCH2CH2Cl的同时NaOH溶液质量增加______g 能力拔高：电化学中电解液质量变化分析 44 练一练1：高铁酸盐作为一种绿色环保水处理剂，兼具极强的氧化性和良好的絮凝效果，电解制备K2FeO4(紫色固体，能溶于水，微溶于KOH浓溶液)的装置示意图如图，则每生成1mol高铁酸钾，左室溶液质量会增加_____g 能力拔高：电化学中电解液质量变化分析 228 能力拔高：电化学中电解液质量变化分析 练一练2：太阳能驱动NO3-和CO2制备CO(NH2)2的装置如图。理论上，每生成标况下44.8L O2时，阴极区溶液质量增加_________g 30 $$