4.3.1 金属的腐蚀与防护 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第三节　金属的腐蚀与防护 第1课时 金属的腐蚀　 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。 金属腐蚀的现象普遍存在，常常是自发进行的。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。 因此，了解金属腐蚀的原因，并采取有效措施防止金属腐蚀具有重要意义。 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。 2、什么是金属腐蚀？ 1、金属腐蚀有哪些危害？ 思考与讨论 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.金属腐蚀的实质是什么？ 3.金属腐蚀的种类是有哪些？ 0 +3 Fe → Fe2O3 • xH2O 0 +2 Cu → Cu2(OH)2 CO3 金属原子失去电子，被氧化。  M - ne- = Mn+ 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。 1.什么是金属腐蚀？ 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。 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。 1、化学腐蚀：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 ________对化学腐蚀的影响较为明显。 一、金属腐蚀 特点 ____(填有或无)电流产生 、 钢材高温下易被氧化，表面生成 ______________________________________ 无 温度 FeO、Fe2O3、Fe3O4 2、当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生__________反应，比较活泼的金属发生氧化还原反应而被腐蚀称为______________。 【观察】哪个部位的钢铁腐蚀最严重，为什么这个部位最容易腐蚀？ ②在潮湿的空气中，钢铁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，并与钢铁中的铁和少量的单质碳构成原电池。 ①钢铁的成分： 铁碳合金 电化学腐蚀 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）析氢腐蚀 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） ： 酸雨严重的地方 2）吸氧腐蚀 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 。 铁锈：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： 酸性很弱或呈中性 铁锈疏松地覆盖在钢铁表面，不能阻止钢铁继续发生腐蚀 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。 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 第三节　金属的腐蚀与防护 第2课时 金属的防护　 思考角度 切断原电池反应 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？ 让被保护的金属处于电子流入的一极 1、改变金属材料的组成 如：含__________等合金元素的不锈钢具有很好的抗腐蚀性能。 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。 钛合金 抗腐蚀性，生物相容性 不锈钢 二、金属的防护 铬、镍 2、在金属表面覆盖保护层 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。 表面喷涂油漆/油脂，覆盖搪瓷、塑料等； 电镀：表面镀上一层锌、锡、铬、镍等 化学方法：生成致密的四氧化三铁薄膜. 阳极氧化：使铝制品形成致密的氧化膜 非金属保护层 金属保护层 发蓝处理 钝化处理 二、金属的防护 "烤蓝"方法很多，常用碱性或酸性药液使金属表面产生蓝黑色保护层。我国旧时做银饰常用烤蓝这种方法，将银放入碱或酸液，进行加热，视药液种类浓度，温度一般达到90-110度，银开始发黄，然后发蓝红色，接着是蓝黑色、最后变成黑色，需要哪种颜色，就适时取出，然后清洗，这样不管得到的是蓝黑色或黑色才都可以叫做"烤蓝"。 4.某研究性学习小组模拟工业法对铝片表面进行氧化处理。分别以铅片、铝片为电极,以硫酸溶液为电解质溶液,按照如图所示连接电解装置,电解40 min 后取出铝片用水冲洗,放在水蒸气中封闭处理20～30 min,即可得到更加致密的氧化膜。下列有关说法正确的是 (　　)A.电解时电子从电源负极→导线→铝片, 铅片→导线→电源正极B.在电解过程中,H+向阳极移动,SO42-向阴极移动 C.在电解过程中,阳极周围溶液的pH下降 练透P252 白铁皮：锌比铁活泼，破损时与水膜构成原电池时， 马口铁：铁比锡活泼，破损时与水膜构成原电池时， 锌作______极失电子被氧化而腐蚀，铁作______极被保护。 负 正 铁作______极失电子被氧化而易腐蚀。 负 思考角度 切断原电池反应 让被保护的金属处于电子流入的一极 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？ (1)牺牲阳极法—— 原电 牺牲锌块来保护钢闸门，锌块_______(需要或不需要)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 钢闸门 (阴极) 海水 锌板 (牺牲阳极) e- e- 3、电化学保护法 船体上镶嵌锌块 池原理 需要 经过酸化的 3％NaCl溶液 Zn A Fe 【实验4-4】（1）以Fe作保护电极，Zn作辅助电极，以经过酸化的3%NaCl溶液作电解质溶液，按图所示连接好装置。观察电流表指针的变化，以及烧杯中两个电极附近发生的现象。 过一段时间，用胶头滴管从Fe电极区域取少量溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6]（铁氰化钾）溶液， 观察试管中溶液颜色变化？ 酸化的3％NaCl溶液pH大约为5 Fe2+检验：Fe2+与K3[Fe(CN)6] (黄色)反应生成KFe[Fe(CN)6]沉淀(带有特征蓝色)。 （1）牺牲阳极法 实验装置 现象 有关反应 电流表 阳极(负极) 阴极(正极) 指针偏转 逐渐溶解 铁电极上无气泡；加入铁氰化钾溶液，无变化 Zn-2e-=Zn2+ O2+4e-+4H+=H2O —— Fe、Zn和经过酸化的NaCl溶液构成原电池； 该装置中铁未被腐蚀 结论： Fe2+检验：Fe2+与K3[Fe(CN)6] (黄色)反应生成KFe[Fe(CN)6]沉淀(带有特征蓝色)。 3、电化学保护法 【实验4-4】（2）将1g琼脂加入250 mL烧杯中，再加入50 mL饱和食盐水和150 mL水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。稍冷后，趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中，各滴入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀。取两个2～3 cm的铁钉，用砂纸擦光。 如图(a)所示，将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养皿中； 如图(b)所示，将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中。观察并解释实验现象。 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： 实验结论： 实验4-4 a b 锌做___极， 铁做___极， Zn-2e-=Zn2+ O2+2H2O+4e-=4OH- 负 正 铁做___极， 铜做___极， 负 正 Fe-2e-=Fe2+ O2+2H2O+4e-=4OH- 想一想：为什么钢制管道的内部要镶嵌镁块？ ＋ － NaCl溶液 Mg A Fe e- 让被保护的金属处于电子流入的一极，除了可以作为原电池的正极，还可以是_________池的_____极。 电解 阴 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 极：被保护的金属设备； 极：惰性电极。 阴 阳 - + e− e− 3、电化学保护法 (1)外加电流法—— 电解 池原理 通电后，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。 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- 牺牲阳极法 外加电流法 原理 保护方法 保护电流 注意事项 电化学保护法的对比 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 可将石墨置于高温火焰上灼烧到红热状态，再投入冷水中，使其表面变得粗糙多孔。 第1步 辨类型 外电路只出现“小灯泡”、“电流表”、“电压表”、“用电器”、“负载”的装置均为原电池装置； 外电路出现“电源”、“光伏电池”、“ ”均为电解池装置。 第2步 判电极 通过电子、电流、离子的移动方向，元素化合价的变化以及电极反应式等判断原电池的正负极和电解池的阴阳极。 电化学解题模型构建三步法 上一页 下一 返回导航 上一页 下一页 返回首页 第3步 析选项 考查类型1：电化学基础(定性选项) (1) 电极判断：失电子一侧为负极或阳极； (2) 电子移动方向：原电池：由负极→外电路→正极；电解池：负极→阳极；阳极→正极. (3) 离子移动方向：阳离子向正极或阴极移动，阴离子向负极或阳极移动； (4) 化合价升高为负极或阳极产物，化合价降低为正极或阴极产物； (5) 电势：正极高于负极，阳极高于阴极。 上一页 下一 返回导航 上一页 下一页 返回首页 第3步 析选项 考查类型2：判断电极方程式正误 书写电极方程式步骤： (1) 定电极：确定正负极及其反应物(离子环境) (2) 标价态：确定升降元素 (3) 配守恒：① 电子守恒　② 电荷守恒　③ 原子守恒 类型3：电化学计算(定量选项) 相同时间内，各电极得失电子数相等。 上一页 下一 返回导航 上一页 下一页 返回首页 $$