专题一 第四节 金属的腐蚀与防护（教学设计）-【中职专用】高中化学同步精品课堂（高教版2023·加工制造类）

专题一 电化学基础与金属防护 第四节 金属的腐蚀与防护 （教学设计） 课程标准 1.了解金属发生电化学腐蚀的本质； 2.知道金属腐蚀的危害； 3.了解金属防护的方法 教学目标 1.通过氧金属发生电化学腐蚀的本质，培养学生现象观察与规律认知等化学学科核心素养； 2.通过金属腐蚀的危害、金属防护的方法，培养学生科学态度与社会责任等化学学科核心素养 教学过程 【创设情境，生成问题】 长江三峡水利枢纽工程是世界上规模最大的水利枢纽工程，大坝(图T1-4-1)高185m，上下游水位落差113m。船闸确保了船舶在如此大的水位落差中可以顺利通航。人字钢闸门是船闸的重要构件，你知道建设者们采取了哪些防腐措施，延长钢闸门的使用时间吗? 【观察与认知】 生活中铁制品的生锈现象非常常见，你有没有留意过铁制品在干燥环境和潮湿环境中的生锈情况有什么不同? [讲解]铁制品在潮湿的环境中容易生锈，生锈使金属原有的结构发生了变化。 【新课讲授】 一、金属腐蚀 1.金属腐蚀：金属与其外围环境的物质接触并发生化学反应，导致金属结构受到破坏的过程，称为金属腐蚀。 2.金属腐蚀一般分为化学腐蚀和电化学腐蚀，主要根据金属接触的物质和产生腐蚀情况的差异划分。 (1)化学腐蚀：金属与氧化剂直接接触发生化学反应而引起的腐蚀，称为化学腐蚀，化学腐蚀通常是金属在高温、干燥的气体中(氧气、氯气、二氧化硫等)发生的腐蚀。如轧钢时所形成的“铁皮”就是高温下铁被氧气腐蚀的产物。化学腐蚀一般发生在金属表面。 【观察与认知】 观察图T1-4-2和图T1-4-3，根据你对钢铁制品腐蚀的了解，与同学交流看法，一起讨论钢铁制品发生腐蚀的原因，钢铁制品腐蚀后为什么生成铁锈? 【新课讲授】 一、金属腐蚀 2. 金属腐蚀一般分为化学腐蚀和电化学腐蚀，主要根据金属接触的物质和产生腐蚀情况的差异划分。 (2)电化学腐蚀 1　 实验分析：钢铁制品中除主要成分铁之外，还含有碳、硫等杂质。在潮湿的环境中，由于表面吸附作用，钢铁制品的表面形成了一层极薄的水膜。这层水膜因为溶解了大气中的CO2、SO2、O2等气体，成为电解质溶液。钢铁制品中就能形成许多以铁为负极，杂质碳为正极的微小原电池（简称微电池）。由于微电池的作用，负极的铁发生氧化反应成为Fe2+，Fe2+与水膜中的OH-及空气中的O2作用生成铁锈，铁制品发生了腐蚀。 2　 负极：Fe-2e-=Fe2+ 3　 正极：分类：根据电解质溶液性质不同分为：析氢腐蚀和吸氧腐蚀 析氢腐蚀：若水膜酸性比较强，微电池正极则发生H+得电子生成H2的反应，这类腐蚀称为析氢腐蚀。 吸氧腐蚀：一般情况下，金属表面的水膜呈弱酸性或中性，微电池正极发生水膜中的O2得电子被还原的反应，这类腐蚀称为吸氧腐蚀，金属电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀。 4　 电化学腐蚀：金属与电解质溶液接触时，由于微电池的电化学反应而产生的腐蚀，称为电化学腐蚀。 5　 电化学腐蚀的特点是，负极的金属总是发生氧化反应而溶解。 6　 电化学腐蚀非常普遍，危害也很大，在大气、水、土壤等潮湿环境中都能发生。 埋在地下的金属管道生锈，钢铁在大气中、海水中生锈，主要是电化学腐蚀造成的。 活泼金属锌能置换出稀硫酸的氢，生成氢气。滴入硫酸铜溶液后，锌置换出其中的铜，生成的铜与锌粒以及稀硫酸溶液组成了原电池，锌负极不断溶解，铜正极上不断析出氢气。 相同条件下，含有杂质的金属（或合金）比纯金属更容易发生电化学腐蚀。 【拓展延伸】 铁碳微电解是一种工业废水处理工艺，利用铁和碳在电解质溶液中形成的微原电池反应，对废水进行处理，也称内电解法、铁屑过滤法等。 反应中，产生的初生态的Fe2+和原子H，改变废水中许多有机物的结构和特性，使有机物发生断链、开环等作用，以达到降解有机污染物的目的。 铁碳微电解处理工业废水工艺是目前处理高浓度有机废水的一种理想工艺，已用于工业废水及含砷、含氟废水的处理工程。 具有设备简单、易操作、运行成本低和应用范围广等特点，还能以废治废（废铁屑处理后可使用），具有良好的经济效益、环保效果和工业应用前景。 二、金属防护 1、金属腐蚀的危害 金属是一类重要的材料，无论是航天器、载人潜水器的制造，还是日常生活中的炊具、电器，甚至螺帽、焊条的生产，几乎都离不开金属材料。金属腐蚀轻则影响设备使用寿命，重则导致管道破裂、钢架断裂等，可引发安全事故，危害极大。 【观察与认知】 为了防止金属腐蚀，人们采取了哪些措施？ 【新课讲授】 二、金属防护 2、金属防护的方法 一是改变金属的组成，使其本身抗腐蚀能力增强 二是在金属表面覆盖一层其他物质，阻止金属与周围物质接触 三是利用电化学的原理防腐 （1）形成合金 改变组成，形成合金防锈，最典型的产品是不锈钢，不锈钢是一类耐空气、蒸汽、水、化学品等腐蚀介质的钢的统称，一般通过向钢中添加铬、镍、钼、钛、铌、铜等元素获得耐腐蚀性。 (2)覆盖保护层 通过覆盖保护层，将金属与外界隔开，可以有效防止金属腐蚀。常用的方法有涂油漆、涂油脂、发蓝处理、电镀等。 【观察与认知】 图T1-4-10是储水型电热水器的结构示意图，电热水器的内胆为什么要装镁棒? (3)阴极保护法 1　 牺牲阳极法：电化学腐蚀中，原电池的负极(阳极)因为发生氧化反应而被腐蚀，而原电池的正极(阴极)发生的是还原反应，不被腐蚀。让被保护金属作为正极(阴极)，就能有效防止其腐蚀。选择更活泼的金属作为负极(阳极)，如在锅炉内壁、船舶外壳和钢闸门上装上镁合金或锌块(图T1-4-11)。形成原电池时，锌或镁作负极(阳极)，失电子被氧化，铁作正极(阴极)被保护。阳极的物质不断被腐蚀(溶解)，阴极金属得到保护， 2　 外加电流法：把需要保护的金属与外电源的负极相连，在电解质溶液中加人辅助电极，连接外电源正极(图T1-4-12)。通电后阴极材料不把需要保护的金属与外电源的负极相连，在电解质溶液中加入辅助电极，连接外电源正极。通电后阴极材料不会发生反应，金属得以保护。化工厂盛装酸性溶液的管道、海水输送管、发电厂循环水泵、船闸钢闸门等都常用这种方法防腐蚀。 【思考与应用】 1. 在世界海运史上曾发生过一个悲剧：一艘货轮满载着精铜砂，在大海中行驶时突然发生大面积漏水，最终沉没。坚硬的钢制船体为什么会突然漏水呢？事后的事故调查结果表明，导致沉船的原因与船上的精铜砂密切相关。下列选项对调查结论的理解正确的是（　　）。 A. 精铜砂装载过多导致沉船； B. 运输途中铜与空气中的氧气发生氧化反应导致质量增大超过船的承载能力； C. 在潮湿的环境中，船体与铜构成了原电池，加速了作为负极的船体的腐蚀； D. 在潮湿的环境中，船体与铜构成了电解池，钢制船体作为阳极而被氧化腐蚀。 2. 马口铁是镀锡铁，白铁皮是镀锌铁。若镀层被破坏，内层的铁能否继续受到保护？ 【练一练】 1.下列关于金属腐蚀的说法正确的是（ ） A.金属在潮湿的空气中腐蚀的实质:M+nH2O==M(OH)n+n/2 H2O B.金属的化学腐蚀的实质:M-ne-==Mn+,电子直接转移给还原剂 C.金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行 D.在潮湿的中性环境中金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀 2.如图所示的各容器中均盛有海水,铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是( 　) A.④>②>③>① B.②>①>③>④ C.④>②>①>③ D.③>②>④>① 【答案】1.D 2.C 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！8 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$