云南省曲靖市高中化學(xué) 第四章 電化學(xué)基礎(chǔ) 4.4 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)學(xué)案新人教版選修4.doc

第四節(jié) 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)一、預(yù)習(xí)目標(biāo)預(yù)習(xí)“金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)” 的基礎(chǔ)知識(shí)。二、預(yù)習(xí)內(nèi)容(一)金屬的電化學(xué)腐蝕1、金屬的腐蝕是金屬與周?chē)臍怏w或者液體物質(zhì) 發(fā)生 而引起損耗的現(xiàn)象。一般可分為 腐蝕和 腐蝕。化學(xué)腐蝕：金屬與接觸到的干燥氣體（如 、 、 等）或非電解質(zhì)液體（如 ）等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。如：鋼管被原油中的 腐蝕，溫度越高，化學(xué)腐蝕越 。電化學(xué)腐蝕：不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí)。會(huì)發(fā)生 反應(yīng)， 的金屬失去電子而被 。如 在潮濕的空氣中生銹。兩種腐蝕往往 發(fā)生，但 腐蝕更普遍，速度更快，危害更嚴(yán)重。2、 化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的共同點(diǎn)和不同點(diǎn)：電化腐蝕化學(xué)腐蝕條件不純金屬或合金與 接觸與 直接接觸有無(wú)電流產(chǎn)生本質(zhì)較活潑的金屬被氧化金屬被氧化3、電化學(xué)腐蝕 (以鋼鐵為例)（1）析氫腐蝕 (酸性較強(qiáng)的溶液) 負(fù)極: 正極: 總方程式： （2） 吸氧腐蝕 (中性或弱酸性溶液) 負(fù)極: 正極: 總方程式： 離子方程式：Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2Fe(OH)2繼續(xù)與空氣中的氧氣作用： 鐵銹的主要成分是 ， 阻止鋼鐵繼續(xù)腐蝕。（能、不能）3、 影響金屬腐蝕快慢的因素 本性：（1）金屬的活動(dòng)性：金屬越 ，越容易被腐蝕（2）純度：不純的金屬比純金屬跟 腐蝕，如純鐵比鋼 腐蝕。（難、易）電化學(xué)腐蝕：兩電極活動(dòng)性差別越大，氧化還原反應(yīng)速率越 ，活潑金屬被腐蝕得越快。 （3）氧化膜：如果金屬被氧化形成致密的氧化膜，那么會(huì)保護(hù)內(nèi)層金屬，如 、 如果金屬被氧化形成疏松的氧化膜，那么不會(huì)保護(hù)內(nèi)層金屬，如 外因： 介質(zhì)：環(huán)境（腐蝕性氣體，電解質(zhì)溶液）(二)金屬的防護(hù)1、覆蓋保護(hù)膜（涂 ， ， 等）2、改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（鋼 ，在鋼中加入鎳和鉻）3、電化學(xué)保護(hù) 犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法（較活潑金屬作 極，鋼鐵作 極被保護(hù)）外加電流陰極保護(hù)法（外加電流，使鋼鐵被迫成為 極受保護(hù)）練習(xí):如圖所示,試管中的鐵釘如果在酸性溶液或在食鹽溶液中的腐蝕的現(xiàn)象有何不同?課內(nèi)探究學(xué)案一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1、解釋金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因，認(rèn)識(shí)金屬腐蝕的危害，知道防護(hù)金屬腐蝕的方法，并能從實(shí)驗(yàn)探究中獲得體會(huì)。2、通過(guò)學(xué)習(xí)增強(qiáng)保護(hù)環(huán)境的意識(shí)，節(jié)約意識(shí)。學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：吸氧腐蝕、析氫腐蝕的原理二、學(xué)習(xí)過(guò)程閱讀下列資料，體會(huì)金屬的腐蝕的危害【資料】金屬腐蝕l 我國(guó)作為世界上鋼鐵產(chǎn)量最多的國(guó)家（2005年全國(guó)生產(chǎn)鋼材37117.02萬(wàn)噸） ，每年被腐蝕的鐵占到我國(guó)鋼鐵年產(chǎn)量的十分之一，因?yàn)榻饘俑g而造成的損失占到國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的2%4%；約合人民幣：3000億元（ 2005年我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值將達(dá)15萬(wàn)億元） 。l 根據(jù)各國(guó)調(diào)查結(jié)果，一般說(shuō)來(lái)，金屬腐蝕所造成的經(jīng)濟(jì)損失大致為該國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值的4%左右。l 另?yè)?jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)，金屬腐蝕的年損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)水災(zāi)、火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)和地震（平均值）損失的總和，在這里還不包括由于腐蝕導(dǎo)致的停工、減產(chǎn)和爆炸等造成的間接損失。l 金屬腐蝕的主要害處，不僅在于金屬本身的損失，更嚴(yán)重的是金屬制品結(jié)構(gòu)損壞所造成的損失比金屬本身要大到無(wú)法估量。l 腐蝕不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，也經(jīng)常對(duì)安全構(gòu)成威脅。l 國(guó)內(nèi)外都曾發(fā)生過(guò)許多災(zāi)難性腐蝕事故，如飛機(jī)因某一零部件破裂而墜毀；橋梁因鋼梁產(chǎn)生裂縫而塌陷；油管因穿孔或裂縫而漏油，引起著火爆炸；化工廠(chǎng)中儲(chǔ)酸槽穿孔泄漏，造成重大環(huán)境污染；管道和設(shè)備跑、冒、滴、漏，破壞生產(chǎn)環(huán)境，有毒氣體如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更會(huì)危及工作人員和附近居民的生命安全。l 面對(duì)這樣驚人的數(shù)據(jù)和金屬腐蝕危害事實(shí)，大家有沒(méi)有想過(guò)，鐵怎么會(huì)被腐蝕？怎樣防腐？【問(wèn)題討論】1、鋼鐵及其制品通常為含碳的鐵合金，它們?cè)谑裁礂l件下易生銹？ 試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明你的結(jié)論。2、鋼鐵及其制品通常為含碳的鐵合金，若在潮濕的環(huán)境里或濕度較大的環(huán)境里長(zhǎng)期放置，常易生銹變紅，原因是什么？【實(shí)驗(yàn)探究】實(shí)驗(yàn)操作：向鐵粉中加入少量的炭粉，混合均勻后，撒入內(nèi)壁分別用氯化鈉和稀醋酸潤(rùn)濕過(guò)的兩支試管分別標(biāo)記為a、b中，按右圖1-28裝置好儀器。幾分鐘后，打開(kāi)止水夾，觀(guān)察、比較導(dǎo)管中水柱（在水中滴加幾滴紅墨水）的變化和試管中的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： 思考：導(dǎo)管中的水柱變化說(shuō)明什么問(wèn)題？ 思考：向鐵粉中加入炭粉的作用是什么？ 請(qǐng)大家根據(jù)原電池原理，寫(xiě)出電極反應(yīng)式及電池反應(yīng)方程式。a裝置中：負(fù)極： 正極： 電池反應(yīng)： 結(jié)論：中性或酸性很弱或堿性條件下，易發(fā)生 腐蝕。a裝置中進(jìn)一步反應(yīng)： b裝置中:負(fù)極： 正極： 電池反應(yīng)： 結(jié)論：當(dāng)鋼鐵處于酸性氣氛中時(shí)，易發(fā)生 腐蝕；析氫腐蝕和吸氧腐蝕都屬于 腐蝕?！咀詫W(xué)指導(dǎo)一】結(jié)合課本P90-P91相關(guān)內(nèi)容，回答下列問(wèn)題，把答案寫(xiě)在下面的知識(shí)總結(jié)中。1、什么是金屬腐蝕？有哪些類(lèi)別？2、化學(xué)腐蝕和哪些因素有關(guān)？3、什么是電化學(xué)腐蝕？有哪些類(lèi)別？分別發(fā)生哪些電極反應(yīng)？【知識(shí)總結(jié)】一、金屬腐蝕1、金屬腐蝕：2、金屬腐蝕的本質(zhì)：3、金屬腐蝕的類(lèi)型4、化學(xué)腐蝕與電化腐蝕的比較:化學(xué)腐蝕電化腐蝕條件現(xiàn)象本質(zhì)聯(lián)系5、鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜呈水膜呈電極反應(yīng)負(fù)極（Fe極）正極（C極）總反應(yīng)聯(lián)系【交流與討論】鐵生銹除了必須有空氣及水的參與外，還受其他一些因素的影響。請(qǐng)解釋下列有關(guān)鐵生銹現(xiàn)象的原因。1.相對(duì)于在內(nèi)河行駛的輪船來(lái)說(shuō)，海輪更容易被腐蝕。2. 1910年遺留在南極的食品罐頭盒，其表面至今很少有鐵銹出現(xiàn)。3.用于連接銅板的鐵螺絲容易生銹。4.當(dāng)化工廠(chǎng)派出的廢氣為酸性氣體時(shí),工廠(chǎng)附近的鐵制品容易生銹?！菊n堂練習(xí)1】1、如圖, 水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀(guān)察：（1）若液面上升，則溶液呈 性，發(fā)生 腐蝕,電極反應(yīng)式為：負(fù)極： ,正極： （2）若液面下降，則溶液呈 性，發(fā)生 腐蝕，電極反應(yīng)式為：負(fù)極： ，正極： ?！窘涣髋c討論】請(qǐng)大家根據(jù)鐵生銹的原理，思考應(yīng)采取什么措施防止鐵生銹？二、金屬的電化學(xué)保護(hù) 1、犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法原理：形成原電池反應(yīng)時(shí)，讓被保護(hù)金屬做 極，不反應(yīng)，起到保護(hù)作用；而活潑金屬反應(yīng)受到腐蝕。2.外加電流法 原理：將被保護(hù)金屬與另一附加電極作為電解池的兩個(gè)極，使被保護(hù)的金屬作為 極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護(hù)。此法主要用于防止土壤、海水及水中金屬設(shè)備的腐蝕?！拘〗Y(jié)】金屬防護(hù)的幾種重要方法在金屬表面覆蓋保護(hù)層。 改變金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，制成 。 電化學(xué)保護(hù)法，即將金屬作為原電池的 極或電解池的 極而受到保護(hù)?！菊n堂練習(xí)2】2、2000年5月，保利集團(tuán)在香港拍賣(mài)會(huì)上花費(fèi)3000多萬(wàn)港幣購(gòu)回在火燒圓明園時(shí)流失的國(guó)寶：銅鑄的牛首、猴首和虎首，普通銅器時(shí)間稍久容易出現(xiàn)銅綠，其主要成分是Cu2(OH)2CO3這三件1760年銅鑄的國(guó)寶在240 年后看上去仍然熠熠生輝不生銹，下列對(duì)起原因的分析，最可能的是（ ）A、它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金；B、環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，它們表面的銅綠被酸雨溶解洗去；C、銅的金屬活動(dòng)性比氫小，因此不宜被氧化；D、它們是含一定比例金、銀、錫、鋅的合金；【自學(xué)指導(dǎo)二】探究一：鍍鋅鐵皮和鍍錫鐵皮哪個(gè)更易被腐蝕？為什么？探究二、純鋅和粗鋅哪個(gè)更易和酸反應(yīng)？如果向酸中再加入硫酸銅又會(huì)什么現(xiàn)象？【課堂練習(xí)3】3.下列各情況，在其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是 課后練習(xí)與提高1、下列有關(guān)純鐵的描述正確的是（ ）A熔點(diǎn)比生鐵的低B與相同濃度的鹽酸反應(yīng)生成氫氣的速率比生鐵的快C在潮濕空氣中比生鐵容易被腐蝕D在冷的濃硫酸中可鈍化2、下列敘述中正確的是（ ） 鋅跟稀硫酸制取氫氣，加入少量硫酸銅溶液能加快反應(yīng)速率 鍍層破壞后，白鐵（鍍鋅的鐵）比馬口鐵（鍍錫的鐵）更易腐蝕 鋼鐵表面常易銹蝕生成 Fe2O3 H2O A. 都正確 B. C. D. 3、下列事實(shí)不能用電化學(xué)原理解釋的是（ ） A.常溫條件下，在空氣中鋁不容易被腐蝕B.鍍鋅鐵片比鍍錫鐵片更耐腐蝕C.用鋅與硫酸制氫氣時(shí)，往硫酸中滴少量硫酸銅D.遠(yuǎn)洋海輪的尾部裝上一定數(shù)量的鋅板4、X、Y、Z、M代表四種金屬，金屬X和Y用導(dǎo)線(xiàn)連接放入稀硫酸中時(shí)，X溶解，Z極上有氫氣放出；若電解Y2+離子和Z2+離子共存的溶液時(shí)，Y先析出；又知M2+離子的氧化性強(qiáng)于Y2+離子。則這四種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)椋?） A.X>Z>Y>M B.X>Y>Z>M C.M>Z>X>Y D.X>Z>M>Y5、鋼鐵在銹蝕過(guò)程中，下列5種變化可能發(fā)生的是（ ） Fe由+2價(jià)轉(zhuǎn)化為+3價(jià) O2被還原 產(chǎn)生H2 Fe(OH)3失水形成Fe2O3 H2O 雜質(zhì)碳被氧化除去A. B. C. D. 6、如圖所示的裝置，在盛水的燒杯中，鐵圈和銀圈的連接處吊著一根絕緣的細(xì)絲，使之平衡。小心的向燒杯中央滴入CuSO4溶液。（1）片刻后可看到懸吊的金屬圈 （填序號(hào)）A.鐵圈和銀圈左右搖擺不定 鐵圈 銀圈B.保持平衡狀態(tài)不變C.鐵圈向下傾斜D.銀圈向下傾斜（2）產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是 。參考答案：1、D2、B3、A4、A5、C6、（1）D （2）鐵圈、銀圈和硫酸銅溶液形成原電池，在正極銀圈上有銅生成，質(zhì)量增大，負(fù)極鐵圈有損耗，質(zhì)量減少。