4.3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

化学反应与电能 第三节 金属的腐蚀与防护 1 金属腐蚀的现象 铁锈主要成分：Fe2O3 • xH2O 铜绿主要成分：Cu2(OH)2CO3 金属腐蚀的现象普遍存在，常常是自发进行的。金属被腐蚀后，在外形、色泽及机械性能等方面就会发生变化。 金属腐蚀的危害 使桥梁、建筑物的金属 构架强度降低而造成坍塌 机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，直至报废 使地下金属管道发生 泄漏、轮船船体损坏等 任务1 金属的腐蚀 金属原子失去电子，被氧化： M − ne− = Mn+ 1、概念：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。 由于与金属接触的气体或液体不同，发生腐蚀的情况也不同。 高温条件被腐蚀的燃气灶 金属与其表面接触的一些物质（如Cl2、O2、SO2）直接反应而引起的腐蚀。 温度对化学腐蚀的影响很大。 1、化学腐蚀 2、本质： 3、分类： 任务1 金属的腐蚀 金属原子失去电子，被氧化： M − ne− = Mn+ 1、概念：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。 由于与金属接触的气体或液体不同，发生腐蚀的情况也不同。 铁索生锈 铜管生锈 不纯的金属与电解质溶液接触会发生原电池反应，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。 2、本质： 2、电化学腐蚀 3、分类： 任务1 金属的腐蚀 4、化学腐蚀与电化学腐蚀的特点 种类 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 举例 电流 本质 相互关系 有微弱的电流 无 不纯金属或合金跟电解质溶液接触发生原电池反应 两者通常同时发生，电化学腐蚀更普遍 较活泼金属被氧化 金属被氧化 金属与其表面接触的一些物质 (非电解质：O2、Cl2、SO2等) 直接发生化学反应 （生产生活中使用更多的是合金或不纯的金属） 液氯钢瓶被腐蚀、高温条件被腐蚀的燃气灶 钢铁 或 铜合金在潮湿的空气中被锈蚀 任务1 金属的腐蚀 教材P112 【实验4-3】 两只试管均冒出气泡，且①试管中产生气泡的速率更快 Zn置换出Cu，Zn-Cu-稀盐酸构成原电池，形成电化学腐蚀，加快反应速率 【结论】腐蚀速率：电化学腐蚀 > 化学腐蚀 同一种金属的化学腐蚀和电化学腐蚀哪类更快呢？ 任务2 探究电化学腐蚀 电化学腐蚀的分类：钢铁腐蚀可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种类型。 1、析氢腐蚀 在酸性环境中，腐蚀过程中不断有H2放出，故称为析氢腐蚀。 钢铁的析氢腐蚀示意图 负极(Fe) 正极(C) 总反应 Fe − 2e− ＝ Fe2+ 2H+ + 2e− ＝H2↑ Fe + 2H+ ＝ Fe2+ + H2↑ 特点：水膜（电解质溶液）呈酸性 任务2 探究电化学腐蚀 电化学腐蚀的分类：钢铁腐蚀可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种类型。 2、吸氧腐蚀 在弱酸性或中性环境中，腐蚀过程中不断吸收O2，故称为吸氧腐蚀。 负极(Fe) 正极(C) 总反应 Fe − 2e− ＝ Fe2+ O2 + 4e− +2H2 O＝4OH- 2Fe + O2 + 2H2O＝2Fe(OH)2 特点：水膜（电解质溶液）酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气。 钢铁的吸氧腐蚀示意图 后续反应： 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 Fe2O3 · xH2O（铁锈） 部分失水 任务2 探究电化学腐蚀 实验验证电化学腐蚀 【实验4-3】 （1）将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化，解释引起这种变化的原因 任务2 探究电化学腐蚀 实验操作 实验现象 实验解释 铁钉表面有锈迹 导管中液面上升 装置中铁、碳、饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀，导致具支试管内氧气浓度降低，压强变小。 实验验证电化学腐蚀 【补充】用传感器测量铁钉腐蚀过程中密闭装置内O2含量的变化 任务2 探究电化学腐蚀 实验验证电化学腐蚀 实验探究 不同pH下，试管中气体压强随时间变化情况 电脑 数据采集器 一定pH的 醋酸溶液 铁和炭粉 利用下图装置探究钢铁在不同pH的醋酸溶液中的电化学腐蚀。 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 任务2 探究电化学腐蚀 析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较——以钢铁的电化学腐蚀为例 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 概念 条件 电极反应 联系 钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，且溶有一定量的氧气，此时就会发生吸氧腐蚀。 在酸性环境中，腐蚀过程中不断有H2放出，故叫析氢腐蚀 水膜呈酸性 水膜酸性很弱或呈中性 通常两种腐蚀同时存在，但吸氧腐蚀更普遍 负极： Fe - 2e- = Fe2+ 正极： 2H+ + 2e- = H2↑ O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 总反应：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2↑ 2Fe + O2 + 2H2O＝2Fe(OH)2 任务2 探究电化学腐蚀 影响金属腐蚀快慢的因素 本性 温度 浓度 金属越活泼越易腐蚀 温度越高 越易腐蚀 氧化剂浓度越高 越易腐蚀 电化学腐蚀速率＞化学腐蚀速率 电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀 课堂训练 1、下面各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序 是 　。 ④>②>①>③>⑤ 任务3 金属的防护 思考与讨论：金属腐蚀的实质是什么？你能提出哪些金属防护的方法？ 1、金属腐蚀的本质： 2、金属防护的本质： M – ne- = Mn+ 阻止 M – ne- = Mn+ 发生 3、金属防护的方法 金属本身的性质？ 与金属接触的物质？ 金属腐蚀的条件？ 提升金属材料性能 隔绝金属与氧化剂的接触 通过化学方法阻止金属失电子 任务3 金属的防护 1、改变金属材料的组成 在金属中添加其他金属或非金属，通过改变金属的组成结构，使其具有较强的抗腐蚀性能，制成性能优异的合金。 不锈钢盆 钛合金炒锅 不锈钢高压锅 如：含铬、镍等合金元素的不锈钢具有很好的抗腐蚀性能；钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性，还有良好的生物相容性。 任务3 金属的防护 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绝开是一种普遍采用的防护方法。 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 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 钝化处理 化学方法：生成致密的Fe3O4薄膜 发蓝处理 任务3 金属的防护 思考与讨论：镀层的表面出现破损时，内部金属是否被腐蚀？ 例：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。 已知活泼性：Zn > Fe > Sn + − Zn A Fe 经酸化的3％NaCl溶液 白铁皮 铁为正极，得电子，铁被保护,不易被腐蚀 建立模型 镀层破损后，Zn、Fe、水膜构成原电池 Zn - 2e- = Zn2+ 2H+ + 2e- = H2↑ 任务3 金属的防护 思考与讨论：镀层的表面出现破损时，内部金属是否被腐蚀？ 例：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。 已知活泼性：Zn > Fe > Sn + − Sn A Fe 马口铁 建立模型 镀层破损后，Sn、Fe、水膜构成原电池 经酸化的3％NaCl溶液 铁为负极，失电子，铁更快被腐蚀 Fe - 2e- = Fe2+ 2H+ + 2e- = H2↑ 任务3 金属的防护 + − Sn A Fe 经酸化的3％NaCl溶液 铁为负极，失电子，铁更快被腐蚀 Fe - 2e- = Fe2+ 发现：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（被保护）。 + − Zn A Fe 经酸化的3％NaCl溶液 铁为正极，得电子，被保护,不易被腐蚀 锌被腐蚀 牺牲阳极法 任务3 金属的防护 3、电化学保护法 (1)牺牲阳极法 —原电池原理 原理：被保护的金属作正极（发生还原反应——阴极），活泼性更强的金属作负极（发生氧化反应——阳极）。这种保护法牺牲了阳极(原电池负极)，保护了阴极(原电池的正极)。 应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块。 牺牲阳极法示意图 船体上镶嵌的锌块 任务3 金属的防护 3、电化学保护法 【实验4-4】验证牺牲阳极的电化学保护法 （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？ 资料卡片： Fe2+ 的检验 Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液(黄色)反应生成带有特征蓝色的六氰和铁酸亚铁钾KFe[Fe(CN)6]沉淀 任务3 金属的防护 3、电化学保护法 【实验4-4】验证牺牲阳极的电化学保护法 实验装置 电流表 阳极（负极） 阴极（正极） 现象 有关反应 偏转 锌片逐渐溶解 铁电极上有气泡冒出 Zn - 2e- = Zn2＋ 2H＋＋2e=H2↑ 取少量铁电极区域的溶液于试管中，滴入2滴K3[Fe(CN)6] 溶液，无明显变化，即溶液中无Fe2+。 结论：1、Fe、Zn和经过酸化的NaCl溶液构成原电池； 2、Zn作负极被腐蚀，Fe作正极被保护。 任务3 金属的防护 3、电化学保护法 【实验4-4】验证牺牲阳极的电化学保护法 （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） 任务3 金属的防护 3、电化学保护法 【实验4-4】验证牺牲阳极的电化学保护法 锌皮 负极(阳极) 铁钉 正极(阴极) Zn - 2e- = Zn2+ O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 结论：铁作正极，被保护不被腐蚀 任务3 金属的防护 3、电化学保护法 【实验4-4】验证牺牲阳极的电化学保护法 铁钉 负极(阳极) 铜丝 正极(阴极) Fe - 2e- = Fe2+ O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 结论：铁作负极被消耗、被腐蚀 任务3 金属的防护 3、电化学保护法 (2)外加电流法 —电解池原理 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。 外加电流法示意图 钢闸门的防腐 任务3 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？ 在电极上发生的反应类型是相同的，都是发生氧化反应。 采用的辅助阳极在化学性质上要求是不同的； 牺牲阳极法采用的辅助阳极金属材料的活动性必须比被保护的金属的活动性要强。 外加电流法的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。 小试牛刀 32 2、研究小组将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)，从胶头滴管中滴入醋酸溶液，容器中的压强随时间的变化曲线如图2，下列说法不正确的是(　　) A.铁粉发生反应：Fe－2e－===Fe2＋ B.t1～t2时碳粉上发生了还原反应 C.0～t1时压强增大的原因一定是铁 发生了析氢腐蚀 D.t2时，容器中压强明显小于起始压强，原因是铁发生了吸氧腐蚀 C 小试牛刀 3、甲、乙同学分别用下图所示装置验证铁的电化学防护原理。相同时间后进行如下实验： 实验①：甲同学分别向Ⅰ、Ⅱ中Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ中产生蓝色沉淀，Ⅱ中无沉淀。 实验②：乙同学分别取Ⅰ、Ⅱ中Fe电极附近溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ、Ⅱ中均无沉淀。 下列说法正确的是(　　) A.Ⅰ是牺牲阳极法，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ B.Ⅱ为外加电流法，Fe电极与外接电源的正极相连 C.由实验①中Ⅰ、Ⅱ现象的差异，推测K3[Fe(CN)6]在Ⅰ中氧化性强于Ⅱ D.由实验可知，两种保护法均能保护Fe，且Ⅱ保护得更好 D Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.71 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $