1.4 金属的腐蚀与防护 课件2026-2027学年高二上学期化学鲁科版选择性必修1

该高中化学课件聚焦金属的电化学腐蚀与防护，从生活中钢铁锈蚀、不锈钢雕塑等实例导入，衔接九年级铁与氧气反应知识，通过铁钉在不同环境（干燥空气、蒸馏水、食盐水等）的腐蚀实验，搭建宏观现象到微观原理的学习支架。 其亮点在于以原电池认识模型为核心，引导学生建构吸氧腐蚀、析氢腐蚀的微观模型，结合pH影响腐蚀类型的压强传感器实验及K₃[Fe(CN)₆]检验Fe²+等探究活动，培养科学思维与科学探究能力。通过港珠澳大桥钢护筒防腐设计等真实问题，渗透科学态度与责任，助力学生提升模型认知和解决实际问题能力，为教师提供结构化、情境化的教学素材。

鲁科版高中化学选择性必修1第1章第4节第1课时 金属的腐蚀与防护 (1)通过真实情境下原电池认识模型的演化，结合实验建构钢铁电化学腐蚀的微观认识模 型，培养利用电化学认识模型分析问题的一般思路，发展宏观辨识与微观探析、证据推理与模 型认识的核心素养。 (2)通过利用电化学认识模型设计实施金属腐蚀原理实验、设计防腐措施，进一步体会利用 电化学认识模型解决问题的一般思路，提高科学探究意识。 (3)通过认识金属腐蚀产生的危害和影响，树立金属防腐意识，运用电化学腐蚀模型解释实 际生活中的腐蚀现象、解决实际问题，体会化学知识与生活的密切关系，增强社会责任。 学习重点、难点 学习目标 利用电化学认识模型分析腐蚀原理、设计防腐措施 金属表面因与周围的物 质发生氧化还原反应而 遭到破坏的现象，称为 金属腐蚀。 九年级 下册 山东教育出版社 · 济 南 · 观察生活中钢铁制品的锈蚀情况和使用环境，你发现了什么?你认为哪些因素可能 导致钢铁的锈蚀? 〔猜想与假设〕 小明观察到钢铁制品在潮湿的空气中易生锈，而涂了油漆后则不易生锈。联系已有 的铁和氧气反应的知识，小明认为水和氧气可能是导致钢铁锈蚀的主要因素。你的猜想 与假设是什么? 〔设计并实施实验方案〕 钢铁的锈蚀到底与哪些因素有关呢?小明设计了如下实验方案： 实验1:将洁净的铁钉放在干燥的试管中，用橡皮塞密封试管口。 实验2:将洁净的铁钉全部浸没在盛满煮沸过 的蒸馏水的试管中，用橡皮塞密封试管口。 实验3:将洁净铁钉的一半浸入试管中的蒸馏水 里，将试管敞口放置。 实验4:将洁净铁钉的一半浸入试管中的食盐水 里，将试管敞口放置。 实验5:将用食醋浸湿的铁钉放在干燥的试管中， 将试管敞口放置。 请你按照小明的实验方案验证他的假设或自行设计实验方案验证你的假设。 金属材料的锈蚀与防护|67 你注意过吗?家庭使用的铁制工具，隔 一 段时间 不用就变得锈迹斑斑，而街心广场矗立的不锈钢雕塑， 几经风霜雪雨却总能保持本色。这是为什么呢? 一、导致钢铁锈蚀的因素 义 务 教 育 教 科 书 化学 第三节 金属材料的锈蚀与防护 影响钢铁锈蚀的因素 图9-14 铁钉锈蚀实验 〔提出问题〕 【 宏观 辨 识 】 干燥的空气 蒸馏水 一半浸入水 食盐水 醋酸 C Cr Mo V Ni W Ti Nb B Al A3 / Q235A 0.14~0.22 16Mn 0.12~0.20 Q345C ≤0.20 0.02~0.15 0.02~0.20 0.015~0.06 08AL 0.05~0.12 20# 0.17~0.24 20g ≤0.20 35# 0.32~0.40 45# 0.42~0.50 12Cr1MoV 0.08~0.15 0.90~1.20 0.25~0.35 0.15~0.30 12Cr2Mol 0.08~0.15 2.00~2.50 0.90~1.10 10CrMo910/ST53 TS 0.08~0.14 2.00~2.50 0.90~1.10 15CrMo 0.12~0.18 0.80~1.10 0.40~0.55 20CrMo 0.17~0.24 0.80~1.10 0.15~0.25 21CrMoV5-7 0.17~0.25 1.20~1.50 0.55~0.80 0.25~0.35 ST460TS 0.17~0.25 1.20~1.50 0.65~1.20 0.25~0.35 20Cr1Mo1V 0.15~0.23 1.00~1.50 0.90~1.20 0.15~0.30 常见钢材化学成分含量表 任务一探究金属在中性环境的腐蚀原理 氧化产物 还原剂 失电子场所 (负极) 现象 电极产物 微观过程 电极反应物 【微观探析】 原理 电子 阳离子 阴离子 氧化剂 得电子场所 (正极) 原电池认识模型 H₂SO₄ 溶 液 装 置 离子 导体 电子 导体 还原产物 【交流探究】 大桥中的钢护筒是如何生锈的，小组讨论并设计实验。 1.关联原电池认识模型，在铁腐蚀中，铁、碳、水、氧气、食 盐各起什么作用? 2.正、负极的产物是什么? 3.产物如何检验? 可供使用的实验药品、仪器有：铁丝、石墨棒、饱和食盐水、 U型管、导线、灵 敏电流计等 请根据以上实验药品、仪器，小组讨论并设计实验，简要画出实验装置图。 知识支持： Fe²+ 可以与K₃[Fe(CN)₆] 溶液产生特征蓝色沉淀。 3Fe²++2[Fe(CN)₆³=Fe₃[Fe(CN)₆J₂↓ 任务一探究金属在中性环境的腐蚀原理 任务一探究金属在中性环境的腐蚀原理 正极氧化剂是H₂O 还是O₂ ? 实验 一 ： 饱 和 食 盐 水 中 吸 氧 情 况 【模型认识】 吸氧腐蚀 请你根据根据实验结果用电极反应 来表达，并写出总反应方程式。 负 极 ： Fe-2e Fe²+ 正 极 ： 02+4e+2H₂O= 40H 总 反 应 ： 2Fe+0₂ +2H₂O = 2Fe(OH)2 后 续 反 应 ： 4Fe(OH)2+0₂+2H₂O=4Fe(OH)₃ Fe2O₃·xH₂O 【解决问题】为什么室外的一块铜板上有铁铆钉时，铁铆钉特别容易生锈? 【交流探究】如果在水膜酸度较高的特殊环境(如某些工厂附近的酸性气 氛)中，铁钉的腐蚀原理又是怎样的呢? 请同学们将铁丝换成铁片，将现有实验装置中的两电极插入 稀盐酸，观察现象。 任务二 探究金属在酸性环境的腐蚀原理 【模型认识】 析氢腐蚀 析氢腐蚀和吸氧腐蚀都是由于形成原电池而使金属发生了腐蚀，这种腐蚀就是金属的电化学腐蚀。 负极 (Fe):Fe-2e= 正 极 (C) :2H++2e= Fe²+ H₂ 个 电脑 压强传感器 铁和炭粉 一定pH 数据采集器 的醋酸溶液 溶液的酸碱性不一样，腐蚀原理也有所不同。 借助压强传感器可测量不同pH下密闭容器中的压强变化。 任务二 探究金属在酸性环境的腐蚀原理 pH=2.5 0 100 200 300 400 t/s pH=2.0～4.0 时体系压强随时间变化 pH=6.0 90.5 pH=5.0 pH=4.5 水膜酸性较弱或中性：吸氧腐蚀O₂+4e +2H₂O=4OH或O₂+4e +4H⁺=2H₂O 0 100 200 300 400 t/s pH=4.5～6.0 时体系压强随时间变化 水膜酸性较强：析氢腐蚀2H⁺+2e=H₂↑ 91.0 pH=2.0 pH=3.0 pH=3.5 pH=4.0 90.0 500 91.0 90.5 p/kPa p/kPa pH=5.5 90.0 91.5 500 输送原油的钢管在无水、无 氧的情况下被腐蚀而漏油 家用燃气灶的中心 部位很容易生锈 任务二 探究金属在酸性环境的腐蚀原理 【宏观辨识】下面这些腐蚀是析氢腐蚀或吸氧腐蚀吗? 化学腐蚀和电化学腐蚀是各自独立发生的吗? 【实验探究】电化学腐蚀与化学腐蚀的速率比较 ①取两支洁净的试管，各加入一块铁片； ②分别加入等体积、等浓度的稀盐酸； ③向其中一支试管加入2-3滴硫酸铜溶液。 金属腐蚀过程中，两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀现象比化学腐蚀现 象更为常见。 任务二 探究金属在酸性环境的腐蚀原理 硫酸铜 锌+盐酸 【迁移应用】济南动物园的“金牛”铸铜雕像上的铜绿，可能是什么腐蚀的结果呢? TEL O,+2H₂O+4c→4OH CuCl OH Substrate Bulk O₂+2H₂O+4e→4OH CuCI O₂ Substrate Defective site 铜在本体溶液和在薄液膜下的腐蚀过程演化。黑色箭头表示和液层厚度 相关的扩散过程。 OH 现象 电子 氧化产物 阳离子 微观过程 还原剂 装置 失电子场所 (负极) 1.改变金属组成 2.断开闭合回路 3.金属处于“得” 电子环境 任务三关联电化学认识模型进行防腐设计 【交流研讨】如何从金属腐蚀的原理出发，寻找防止金属腐蚀的方法? 氧化剂 得电子场所 (正极) 原电池认识模型 电极反应物 原理 离子 导体 电子 导体 还原产物 电极产物 阴离子 (一)改变材料组成 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。例如把铬、镍等 加入普通钢中制成不锈钢产品。 任务三关联电化学认识模型进行防腐设计 任务三关联电化学认识模型进行防腐设计 (二)覆盖保护层 保护层可以是耐腐蚀的油漆、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料、橡胶等，也可以是通过 电镀而覆盖在被保护金属表面的耐腐蚀性较强的金属或合金。 镀铬 (三)电化学保护法 金属在什么环境中能“得”电子? 【解决问题】应用电化学原理，为港珠澳大桥钢护筒设计防腐装置， 画出装置草图。 任务三关联电化学认识模型进行防腐设计 【模型认识】 (钢护筒) Zn- 总反应：2Fe +O₂+2H₂O=2Fe(OH)₂ NaCl溶液 金属在什么环境中能“得”电子? (三)电化学保护法 1.利用原电池原理— —牺牲阳极保护法 任务三关联电化学认识模型进行防腐设计 Fe 应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁或锌块 (钢护筒) e(OH)₂ 总反应：2Fe+O₂+2H₂O=2Fe(OH)₂ (三)电化学保护法 2.利用电解池原理— 阴极电保护法 【模型认识】 任务三关联电化学认识模型进行防腐设计 应用：钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极。 C- 辅助 阳极 NaCl溶液 交流分享你搜集的好的防腐措施。 $