4.3金属的腐蚀与防护课件 2026-2027学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第四章 化学反应与电能 第三节 金属的腐蚀与防护 学习目标 1、通过查阅金属腐蚀的资料等活动，认识金属腐蚀的严重性及危害；能用电化学原理解释金属腐蚀的现象，进一步增强社会责任感。 2、通过钢铁腐蚀的实验，了解金属腐蚀的本质；能书写钢铁腐蚀的电极反应及总反应；能根据电化学原理选择并设计金属防护的措施。 一、金属的腐蚀 铜制品长出铜绿 【思考】金属腐蚀的实质是什么？ 0 Fe +3 Fe2O3 • xH2O 0 Cu +2 Cu2(OH)2CO3 金属原子失电子，被氧化 M - ne- = Mn+ 钢铁制品生锈 一、金属的腐蚀 1、定义： 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、分类 电化学腐蚀 化学腐蚀 一、金属的腐蚀 2、分类 金属与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2、SO2等）直接反应而引起的腐蚀 （1）化学腐蚀： 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 盛放液氯的钢瓶被腐蚀而漏气 中心部位高温条件被腐蚀的燃气灶 一、金属的腐蚀 2、分类 （2）电化学腐蚀： 当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀 负极 潮湿环境中的铁制水管 轮船生锈 铜板上的铁铆钉生锈 一、金属的腐蚀 海水 Fe 2、分类 电化学腐蚀： 化学腐蚀： NaCl溶液 Fe C 腐蚀速率更快 一、金属的腐蚀 钢铁制品的电化学腐蚀 在潮湿的空气中，钢铁制品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，并与钢铁制品中的铁和少量单质碳构成原电池 （1）形成条件： 电解质溶液 （-）Fe C（+） （2）分类 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 一、金属的腐蚀 钢铁制品的电化学腐蚀 （2）分类 a. 析氢腐蚀： 钢铁的析氢腐蚀示意图 负极反应式 正极反应式 总反应 Fe + 2H+ = Fe2+ + H2↑ Fe - 2e- = Fe2+ 2H+ + 2e- = H2↑ 水膜酸性较强 在酸性环境中，由于钢铁在腐蚀过程中不断有H2放出 一、金属的腐蚀 钢铁制品的电化学腐蚀 （2）分类 b. 吸氧腐蚀： 钢铁的吸氧腐蚀示意图 负极反应式 正极反应式 总反应 后续反应 2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2 Fe - 2e- = Fe2+ O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- 水膜酸性很弱或呈中性 如果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 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 2Fe(OH)3 = Fe2O3 · xH2O + (3 - x)H2O 铁锈疏松多孔，不能阻止钢铁继续发生腐蚀 一、金属的腐蚀 【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，放入图4 - 21所示的具支试管中。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。 实验操作 实验现象 实验原理 一、金属的腐蚀 【实验4 - 3】 导管中液面逐渐上升，形成一段稳定的水柱 在中性条件下，铁钉发生吸氧腐蚀，消耗具支试管中的O2，使具支试管内气压减小，水被压入导管形成水柱 一、金属的腐蚀 【实验4 - 3】 （2）取两支试管，分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸，观察现象。然后，向其中一支试管中滴加1 ~ 2滴硫酸铜溶液，再观察现象。解释产生不同现象的原因。 实验操作 实验现象 实验原理 一、金属的腐蚀 【实验4 - 3】 滴加CuSO4溶液的试管中，气泡产生速率明显加快 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 一、金属的腐蚀 实际上，金属腐蚀过程中电化学腐蚀和化学腐蚀往往同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀。电化学腐蚀比化学腐蚀的速率也大得多 化学腐蚀 电化学腐蚀 一、金属的腐蚀 3、危害 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，从而使机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，直至报废。金属腐蚀还会使桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成坍塌，会使地下金属管道发生泄漏、轮船船体损坏等。 二、金属的防护 金属的防护主要是从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑 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： 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是一种普遍采用的防护方法 喷涂油漆、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料等 电镀（镀锌、锡、铬、镍等金属） 烤蓝（生成一层致密的Fe3O4薄膜） 阳极氧化（处理铝制品，形成致密的氧化膜而钝化） 离子注入、表面渗镀（形成稳定的钝化膜） 【思考与讨论】 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表面出现破损时，请分析并说明白铁皮、马口铁的腐蚀情况。其腐蚀速率会发生什么变化？请说明原因。 二、金属的防护 白铁皮制成的镀锌铁桶 马口铁罐头 Fe Zn A 白铁皮：锌比铁活泼，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 Fe Sn A 马口铁：铁比锡活泼，破损时与水膜构成原电池时，铁作 极失电子被氧化而被腐蚀 负 （+） （-） e- e- 经酸化的3% 食盐水 二、金属的防护 3、电化学保护法： 金属在发生电化学腐蚀时，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。如果能使被保护的金属成为阴极，则该金属就不易被腐蚀 二、金属的防护 3、电化学保护法： （1）牺牲阳极法 钢闸门 (阴极) 海水 锌板 (牺牲阳极) e- e- ★ 应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块（需要定期检查、更换） 原理 原电池 极：比被保护金属活泼的金属 极：被保护的金属设备 负 正 【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4 - 26所示连接装置。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的变化。 二、金属的防护 实验装置 电流表 阳极 阴极 现象 有关反应 —— 实验结论 【实验4 - 4】（1） 二、金属的防护 指针偏转 逐渐溶解 无明显现象，滴加铁氰化钾溶液后，也无明显现象 Zn - 2e- = Zn2+ O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- 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 ★ Fe2+的检验：Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液（黄色）反应生成KFe[Fe(CN)6]沉淀（带有特征蓝色） K+ + Fe2+ + [Fe(CN)6]3- = KFe[Fe(CN)6]↓ 【实验4 - 4】 （2）将1 g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长的铁钉，用砂纸擦光。如图4 - 27（a）所示，将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养皿中；如图4 - 27（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。 二、金属的防护 【实验4 - 4】（2） 二、金属的防护 牺牲阳极法实验 实验现象 实验解释及结论 作负极， 。 作正极， 。 总反应： 。 结论： 。 作负极， 。 作正极， 。 总反应： 。 结论： 。 铁钉周围没有出现特征蓝色，裸露部分周围变红 Zn - 2e- = Zn2+ Zn Fe 2Zn + O2 + 2H2O = 2Zn(OH)2 Fe作正极，不反应，被保护 铁钉的裸露部分周围出现特征蓝色，铜丝附近变红 Fe - 2e- = Fe2+ Fe O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- Cu Fe作负极，发生氧化反应，被腐蚀 O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- 2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2 1、为验证牺牲阳极法，如图所示： ① Zn作 极，电极反应式为 。 ② Fe作 极，电极反应式为 。 ③ 向Fe电极附近滴加2滴K3[Fe(CN)6]（铁氰化钾）溶液，溶液中是否有蓝色沉淀生成？ ，说明 被保护。 ④ 若将Zn改为Cu，则Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，现象为 ，说明 被保护。此现象的离子方程式为 。 负 O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- Zn - 2e- = Zn2+ 正 否 Fe 有蓝色沉淀生成 Cu K+ + Fe2+ + [Fe(CN)6]3- = KFe[Fe(CN)6]↓ 二、金属的防护 3、电化学保护法： （2）外加电流法 原理 电解池 极：被保护的金属设备 极：惰性电极 阴 阳 钢闸门 (阴极) 海水 辅助阳极 (不溶性) - + e- e- ★ 应用：钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极 导电，本身不被腐蚀 【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？ 二、金属的防护 3、电化学保护法： 相同，失电子，发生氧化反应 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） 2、下列装置中，Fe片腐蚀由快到慢的顺序是： 。 （5）＞（2）＞（1）＞（3）＞（4） ★ 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 ＞ 有防腐措施的腐蚀 ★ 防腐蚀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 金属腐蚀的快慢规律 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 反应本质 金属失电子被氧化 反应条件 金属与氧化剂直接接触 不纯金属或合金与电解质溶液形成原电池 反应现象 无电流产生，常伴随热效应 有微弱电流产生 相互关系 两者往往同时发生，但以电化学腐蚀为主。电化学腐蚀比化学腐蚀的速率大得多 化学腐蚀和电化学腐蚀的区别与联系 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 反应条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 电极反应 负极(Fe) Fe - 2e- = Fe2+ Fe - 2e- = Fe2+ 正极(C) 2H+ + 2e- = H2↑ O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- 总反应 Fe + 2H+ = Fe2+ + H2↑ 2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 2Fe(OH)3 = Fe2O3 · xH2O + (3 - x)H2O 相互联系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍。两种腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，但以吸氧腐蚀为主（pH ≥ 5.6时），若pH < 5.6时，则为析氢腐蚀。 注意事项 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 析氢腐蚀与吸氧腐蚀比较 类型 牺牲阳极法 外加电流法 原理 原电池 电解池 保护方法 使被保护的金属与比它更活泼的金属接触，被保护的金属作正极 使被保护的金属与电源负极接触，被保护的金属作阴极 保护电流 较小 较大 注意事项 负极（阳极）材料需要定期更换 辅助阳极需要定期检查 牺牲阳极法和外加电流法的比较 3、[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↑ D 4、[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+ B 5、[重庆]我国古代青铜器工艺精湛，但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）如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。 ① 腐蚀过程中，负极是 （填图中字母“ a ”、“ 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）。 AB Ag2O + 2CuCl = 2AgCl + Cu2O c 2Cu2+ + 3OH- + Cl- = Cu2(OH)3Cl 0.448 6、市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。 “热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。 （1）“热敷袋”是利用 放出热量。 （2）炭粉的主要作用是 。 （3）加入NaCl的主要作用是 。 （4）木屑的作用是 。 铁被氧化 与铁屑、NaCl溶液构成原电池，加速铁屑的氧化 NaCl溶于水形成电解质溶液 使用“热敷袋”时受热均匀 7、根据下图，下列判断中正确的是（ ）（双选） A. 烧杯a中的溶液pH升高 B. 烧杯b中发生氧化反应 C. 烧杯a中发生的反应为：2H+ + 2e- = H2↑ D. 烧杯b中发生的反应为：2Cl- - 2e- = Cl2↑ AB $