4.3 金属的腐蚀与防护 课件-2026-2027学年高二上学期人教版化学选择性必修1

该高中化学课件聚焦金属的腐蚀与防护，从生活中钢铁生锈、铜绿现象及经济损失数据切入，结合越王勾践剑千年不锈案例引出问题，系统讲解腐蚀概念、类型（化学/电化学腐蚀）、原理（析氢/吸氧腐蚀）及防护方法，构建“现象-原理-应用”的学习支架。 其亮点在于融合实验探究（模拟不同pH溶液锈蚀、Fe²⁺检验）、高考真题讨论和生活应用（脱氧剂、白铁皮与马口铁），通过科学探究与实践培养学生动手能力，科学思维提升证据推理与问题解决能力，科学态度与责任增强化学与社会关联认知。学生能深化知识理解，教师可丰富教学资源提升效率。

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。 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%，全球每一分钟就有一吨钢腐蚀成铁锈，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。 1965年冬天，在湖北省望山楚墓群中，出土了传说中的越王勾践剑。越王勾践剑的含铜量约为80%-83%、含锡量约为16%-17%。该剑出土时插在髹漆的木质剑鞘内。这座墓葬深埋在数米的地下，墓室四周用白膏泥填塞，其下部采用的还是经过人工淘洗过的白膏泥，致密性更好。加上墓坑上部填土夯实，墓室几乎成了一个密闭的空间。墓处在现代荆州附近的漳河二干渠上，地下水位较高，该墓的墓室曾经长期被地下水浸泡，地下水酸碱性不大，基本上为中性，这从该墓出土的大量精美的漆木器保存情况较好而得到证实。让人惊奇的是，这把青铜宝剑穿越了两千多年的历史长河，但剑身几乎不见锈斑。它千年不锈的原因到底是什么呢？ 千年不锈之谜 2 家用燃气灶的中心部位 很容易生锈 食品罐头放在南极80多年 却很少生锈 一、金属的腐蚀 1、金属腐蚀的概念与实质 金属腐蚀：金属或合金与周围接触的气体或液体进行 氧化还原反应而损耗的现象。 实质：金属 M−ne-→Mn+（氧化反应） 第三节 金属的腐蚀与防护 2、金属腐蚀的类型 （1）化学腐蚀：金属直接接触强氧化剂而被氧化腐蚀的过程。 输送原油、天然气的钢管在无水、无氧情况下被腐蚀而漏气、漏油 盛放液氯钢瓶被腐蚀而漏气 中心部位高温条件被腐蚀的燃气灶 ：不纯的金属（或合金）接触到电解质溶液发生原电池反应， 比较活泼的金属原子失去电子而被氧化所引起的腐蚀。 （2）电化学腐蚀 铜板上的铁铆钉生锈 潮湿环境中的铁制水管 轮船生锈 实验探究 模拟自然条件的三种溶液 自来水 pH=6.5 盐酸 pH=0.8 饱和氯化钠溶液 pH=7.0 检验气密性 实验一：模拟酸性条件下的锈蚀 实验现象 实验二 模拟弱酸性条件下的锈蚀 实验三 模拟中性条件下的锈蚀 实验4－3 现象： (1)导管中水面_______,形成一段________。 【原因】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 【原因】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。 钢铁腐蚀： 钢铁的析氢腐蚀示意图 钢铁的吸氧腐蚀示意图 钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较 （铁锈） 通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜呈酸性。 水膜呈中性或酸性很弱。 电极反应 负极：Fe Fe−2e-=Fe2+ Fe−2e-=Fe2+ 正极：C 2H++2e-=H2↑ O2+2H2O+4e-=4OH- 总反应： Fe+2H+=Fe2++H2↑ 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 联系 2Fe(OH)3=Fe2O3·nH2O+(3-n) H2O 注 ：1、只有位于金属活动性顺序中氢前的金属才可能发生析氢腐蚀 2、氢前和氢后的金属都可发生吸氧腐蚀 化学腐蚀和电化学腐蚀的区别与联系 化学腐蚀 电化学腐蚀 反应本质 反应条件 反应现象 相互关系 金属失电子被氧化 金属与氧化剂直接接触 不纯金属或合金与 电解质溶液接触 无电流产生，常伴随热效应 有微弱电流产生 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 讨论1：（上海）研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示。 下列有关说法错误的是（ ） A．d为石墨，铁片腐蚀加快 B．d为石墨，石墨上电极反应为：O2 + 2H2O + 4e = 4OH– C．d为锌块，铁片不易被腐蚀 D．d为锌块，铁片上电极反应为：2H+ + 2e = H2↑ 讨论2：(浙江高考)将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现 液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)， 如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。 下列说法正确的是（ ） A．液滴中的Cl―由a区向b区迁移 B．液滴边缘是正极区，电极反应为：O2＋2H2O＋4e－=4OH－ C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2＋由a区 向b区迁移，与b区的OH―形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水 形成铁锈 D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液， 则负极发生的电极反应为：Cu－2e－=Cu2+ 脱氧剂的成分表 Fe、NaCl、C 、H2O 4Fe + 3O2+ xH2O 2Fe2O3·xH2O 金属腐蚀的运用 金属腐蚀的运用 1、改变金属材料的组成 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 把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢产品； 钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性，还具有良好的生物相容性 二、金属的防护 2、在金属表面覆盖保护层 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 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。若这两种钢铁制品表面出现破损时，其腐蚀速率会发生什么变化？请说明原因。 思考与讨论 白铁皮制成的镀锌铁桶 马口铁罐头 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 ＋ － Zn A Fe ＋ － Sn A Fe e- e- 经酸化的3％NaCl溶液 3、金属的电化学防护： (1) 牺牲阳极法 原理 ： 形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。 用牺牲镁块的方法防 地下钢铁管道的腐蚀 镁块必须要定期更换 牺牲阳极法 用牺牲锌块的方法保护 船身，锌块须定期更换 实例 实验装置 现象 有关反应 电流表 阳极 阴极 指针偏转 逐渐溶解 质量不变；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。 【实验4-4(1)】 K++Fe2++ [Fe(CN)6] 3- = KFe [Fe(CN)6]↓（特征蓝色） 实验现象 实验解释及结论 铁钉的裸露部分周围出现特征蓝色，铜丝附近变红。 铁钉周围没有特征蓝色出现，裸露部分周围变红。 铁作负极，发生反应：Fe-2e-=Fe2+； 铜作正极，发生反应：O2+2H2O+4e-=4OH- Fe2+与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀 铁作负极，发生氧化反应，被腐蚀。 锌作负极，发生反应：Zn-2e-=Zn2+； 铁作正极，发生反应：O2+2H2O+4e-=4OH- 铁作正极，不反应，被保护。 【实验4-4(2)】 (2)外加电流法 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，在外加直流电的作用下 使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及 水中金属设备的腐蚀。 原理 ： 辅助阳极 （不溶性） 牺牲阳极法： 外加电流法： 比被保护金属活泼（本身不断被腐蚀） 惰性材料（只起导电作用，本身不被腐蚀） 相同，失电子，发生氧化反应。 讨论1：下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是： 1、在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下： 电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀 ＞化学腐蚀＞ 有防腐措施的腐 2、防腐措施由好到坏的顺序如下： 外接电源的阴极保护法＞牺牲阳极的阴极保护法＞ 有一般防腐条件保护＞无防腐条件 规律小结 电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的负极 同一金属在相同电解质溶液中，腐蚀快慢如下： 金属腐蚀的快慢规律 讨论2：（重庆）我国古代青铜器工艺精湛，出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。 （3）研究发现，腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用，下列叙述正确的是（ ） A．降低了反应的活化能 B．增大了反应的速率 C．降低了反应的焓变 D．增大了反应的平衡常数 （4）采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位，Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应，该化学方程式为____________________________________。 （5）图为青铜器在潮湿环境中发生的电化学腐蚀的示意图。 ①腐蚀过程中，负极是______（填图中字母“a”或“b”或“c”）； ②环境中的Cl-扩散到孔口，并与正极反应产物 和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl， 其离子方程式为 _________________ ； ③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl， 则理论上耗氧体积为 L（标准状况）。 课后作业 1、 复习本节课知识 2、《升华》P140 例题1~5 P144 例题1~6 3、《教材》P110 课后习题 $