高一化学人教版（2019）选择性必修一 4.3.2金属的防护（26张ppt）
文档属性
| 名称 | 高一化学人教版（2019）选择性必修一 4.3.2金属的防护（26张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 19.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-01-14 13:06:37 | ||
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文档简介
(共26张PPT)
第四章
第2课时 金属的防护
第三节
金属的腐蚀与防护
LESSON1
化学反应与电能
CORROSION OF METAL
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
1.目的：防止金属被氧化。
2.依据：依据金属腐蚀的化学反应原理和腐蚀类型来确定金属防护的方法。
金属的防护
不锈钢
改变金属的组成结构，使其具有较强的抗腐蚀性能。
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：在钢铁中加入一定比例的铬和镍，改变钢铁内部的组成和结构，可极大程度地提高钢铁抗腐蚀性能，这就是常见的“不锈钢”(合金)。
【一、改变金属材料的组成】
给金属穿“防弹衣”
在金属表面覆盖保护层：喷油漆、涂油脂、表面钝化、电镀等。
【二、在金属表面覆盖保护层】
衣架和电线的外面包上塑料层
镀铬
在机械表面涂防锈油
在面盆、杯子等表面烧涂搪瓷
搪瓷（táng cí），它其实是将无机玻璃质材料通过熔融凝于基体金属上并与金属牢固结合在一起的一种复合材料。
通过化学反应在铁制品表面生成一层致密的氧化物薄膜(如烤蓝)
烤蓝发簪
所谓烤蓝是钢铁零件表面处理的一种防腐蚀的工艺。其原理就是在钢铁表面生成一定厚度和强度的致密的氧化层，成分主要是Fe3O4
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。
1.牺牲阳极法
阴极保护法
2.外加电流法
【三、电化学保护法】
1.牺牲阳极的阴极保护法
找替罪“阳”
船身上装锌块
形成原电池反应时，让被保护金属作正极，不反应，起到保护作用；
而活泼金属作负极，参加反应受到腐蚀。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）。
＋
e－
－
A
— Fe
Zn—
NaCl溶液
找替罪“阳”
在被保护的钢铁设备上(如锅炉内壁、船体的外壳等)装上若干镁合金或锌块。镁、锌比较活泼作原电池的负极(阳极)，不断遭受腐蚀，定期予以拆换；而使作为正极(阴极)的钢铁设备被保护了下来。
牺牲锌块来保护钢闸门，锌块必须定期更换
1.牺牲阳极的阴极保护法
验证牺牲阳极的阴极保护法实验装置
（1）按图连接好装置，观察电压计和 Fe 电极上有什么现象发生？过段时间，取少量 Fe 电极区溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6] (铁氰化钾)溶液， 观察溶液颜色变化？Zn、 Fe 两个电极上发生了什么反应？在这个装置中有没有 Fe2+ 产生？说明什么问题？
已知Fe2+与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀。
实验装置 电流表 阳极 阴极
现象
有关反应
2H＋＋2e=H2↑
Zn-2e-=Zn2＋
偏转
锌片逐渐溶解
铁电极上有气泡冒出
试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6] (铁氰化钾)溶液，无明显变化
结论：Fe电极被保护，不发生反应
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 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
4-27(a)
4-27(b)
实验现象：裹有锌片的铁钉，锌片逐渐溶解，铁钉附近溶液变红色
实验结论：
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
实验现象：裹有铜丝的铁钉，铁钉逐渐溶解，铁钉附近溶液中产生蓝色固体
实验结论：
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
应用电解池原理，把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，外接直流电源。
通电后，强制电子流向被保护
的钢铁设备，使钢铁表面的腐
蚀电流降至零或接近等于零。
在这个系统中，钢铁设备被迫
成为阴极而受到保护。
2.外加电流的阴极保护法
【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？
答
牺牲阳极法和外加电流法采用的辅助阳极，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。
1.两极材料：活泼性差别越大，活泼金属被腐蚀的速度越快。
2.电解质溶液相同时，金属腐蚀由快到慢：电解池阳极腐蚀>原电池负极腐蚀>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极
3.相同浓度的不同介质：在强电解质中>弱电解质中>非电解质中
4.金属防腐措施由好到坏：外加电流的阴极保护法>牺牲阳极的阴极保护法>有一般防腐措施保护>无防腐措施保护
5.同一种电解质溶液，浓度越大，腐蚀速率越快。
注意：在钢铁的腐蚀过程中，其电化学腐蚀更严重，在电化学腐蚀中，吸氧腐蚀更普遍。
金属腐蚀快慢的规律
1.下列有关金属铁的腐蚀与防护，说法正确的是
A.在钢铁表面进行发蓝处理，生成四氧化三铁薄膜保护金属
B.当镀锡铁和镀锌铁镀层破损时，后者更易被腐蚀
C.铁与电源正极连接可实现电化学保护
D.阳极氧化处理铝制品生成致密的保护膜属于电化学保护法
√
【课堂练习】
A项，四氧化三铁的致密保护膜可防止腐蚀，正确；
B项，由于金属活动性Zn>Fe>Sn，所以镀锡铁镀层破损时，Fe作原电池的负极首先被腐蚀，而镀锌铁镀层破损时，由于Fe作正极，被腐蚀的是活动性强的Zn，Fe被保护起来，因此当镀锡铁和镀锌铁镀层破损时，前者更易被腐蚀，错误；
C项，铁与电源负极连接可实现电化学保护，错误。
【解析】
2.研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是
A.若d为石墨，则铁片腐蚀加快
B.若d为石墨，则石墨上电极反应式
为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C.若d为锌块，则铁片不易被腐蚀
D.若d为锌块，则铁片上电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
√
【课堂练习】
B项，d为石墨，由于电解质溶液为中性环境，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨电极上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，正确；
C项，d为锌块，由于金属活动性Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，Fe得到保护，铁片不易被腐蚀，正确；
D项，d为锌块，由于电解质溶液为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，铁片上电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误。
A项，由于活动性Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化变为Fe2＋进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，与没有形成原电池时相比，铁片的腐蚀速率加快，正确；
【解析】
3.下列防护措施中属于电化学保护法的是
A.用氧化剂使金属表面生成致密稳定的氧化物保护膜
B.在金属中加入一些铬或者镍制成合金
C.在轮船的船壳水线以下部分，装上一锌锭
D.在金属表面喷漆
√
【课堂练习】
在轮船的船壳水线以下部分装上锌锭，能形成铁锌原电池，锌为负极，被腐蚀，铁被保护。
【解析】
4.支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是
A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
√
【课堂练习】
【解析】
钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B正确；
C项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，错误。
1.在金属表面覆盖保护层。
2.改变金属内部的组织结构，制成合金。
3.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护。
【课堂小结】
金属防护的几种重要方法
课堂小结
CLASS SUMMARY
选择性必修一
感谢您的观看
THANKS FOR WATCHING
第四章
化学反应与电能
第四章
第2课时 金属的防护
第三节
金属的腐蚀与防护
LESSON1
化学反应与电能
CORROSION OF METAL
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
1.目的：防止金属被氧化。
2.依据：依据金属腐蚀的化学反应原理和腐蚀类型来确定金属防护的方法。
金属的防护
不锈钢
改变金属的组成结构，使其具有较强的抗腐蚀性能。
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：在钢铁中加入一定比例的铬和镍，改变钢铁内部的组成和结构，可极大程度地提高钢铁抗腐蚀性能，这就是常见的“不锈钢”(合金)。
【一、改变金属材料的组成】
给金属穿“防弹衣”
在金属表面覆盖保护层：喷油漆、涂油脂、表面钝化、电镀等。
【二、在金属表面覆盖保护层】
衣架和电线的外面包上塑料层
镀铬
在机械表面涂防锈油
在面盆、杯子等表面烧涂搪瓷
搪瓷（táng cí），它其实是将无机玻璃质材料通过熔融凝于基体金属上并与金属牢固结合在一起的一种复合材料。
通过化学反应在铁制品表面生成一层致密的氧化物薄膜(如烤蓝)
烤蓝发簪
所谓烤蓝是钢铁零件表面处理的一种防腐蚀的工艺。其原理就是在钢铁表面生成一定厚度和强度的致密的氧化层，成分主要是Fe3O4
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。
1.牺牲阳极法
阴极保护法
2.外加电流法
【三、电化学保护法】
1.牺牲阳极的阴极保护法
找替罪“阳”
船身上装锌块
形成原电池反应时，让被保护金属作正极，不反应，起到保护作用；
而活泼金属作负极，参加反应受到腐蚀。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）。
＋
e－
－
A
— Fe
Zn—
NaCl溶液
找替罪“阳”
在被保护的钢铁设备上(如锅炉内壁、船体的外壳等)装上若干镁合金或锌块。镁、锌比较活泼作原电池的负极(阳极)，不断遭受腐蚀，定期予以拆换；而使作为正极(阴极)的钢铁设备被保护了下来。
牺牲锌块来保护钢闸门，锌块必须定期更换
1.牺牲阳极的阴极保护法
验证牺牲阳极的阴极保护法实验装置
（1）按图连接好装置，观察电压计和 Fe 电极上有什么现象发生？过段时间，取少量 Fe 电极区溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6] (铁氰化钾)溶液， 观察溶液颜色变化？Zn、 Fe 两个电极上发生了什么反应？在这个装置中有没有 Fe2+ 产生？说明什么问题？
已知Fe2+与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀。
实验装置 电流表 阳极 阴极
现象
有关反应
2H＋＋2e=H2↑
Zn-2e-=Zn2＋
偏转
锌片逐渐溶解
铁电极上有气泡冒出
试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6] (铁氰化钾)溶液，无明显变化
结论：Fe电极被保护，不发生反应
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 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
4-27(a)
4-27(b)
实验现象：裹有锌片的铁钉，锌片逐渐溶解，铁钉附近溶液变红色
实验结论：
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
实验现象：裹有铜丝的铁钉，铁钉逐渐溶解，铁钉附近溶液中产生蓝色固体
实验结论：
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
应用电解池原理，把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，外接直流电源。
通电后，强制电子流向被保护
的钢铁设备，使钢铁表面的腐
蚀电流降至零或接近等于零。
在这个系统中，钢铁设备被迫
成为阴极而受到保护。
2.外加电流的阴极保护法
【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？
答
牺牲阳极法和外加电流法采用的辅助阳极，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。
1.两极材料：活泼性差别越大，活泼金属被腐蚀的速度越快。
2.电解质溶液相同时，金属腐蚀由快到慢：电解池阳极腐蚀>原电池负极腐蚀>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极
3.相同浓度的不同介质：在强电解质中>弱电解质中>非电解质中
4.金属防腐措施由好到坏：外加电流的阴极保护法>牺牲阳极的阴极保护法>有一般防腐措施保护>无防腐措施保护
5.同一种电解质溶液，浓度越大，腐蚀速率越快。
注意：在钢铁的腐蚀过程中，其电化学腐蚀更严重，在电化学腐蚀中，吸氧腐蚀更普遍。
金属腐蚀快慢的规律
1.下列有关金属铁的腐蚀与防护，说法正确的是
A.在钢铁表面进行发蓝处理，生成四氧化三铁薄膜保护金属
B.当镀锡铁和镀锌铁镀层破损时，后者更易被腐蚀
C.铁与电源正极连接可实现电化学保护
D.阳极氧化处理铝制品生成致密的保护膜属于电化学保护法
√
【课堂练习】
A项，四氧化三铁的致密保护膜可防止腐蚀，正确；
B项，由于金属活动性Zn>Fe>Sn，所以镀锡铁镀层破损时，Fe作原电池的负极首先被腐蚀，而镀锌铁镀层破损时，由于Fe作正极，被腐蚀的是活动性强的Zn，Fe被保护起来，因此当镀锡铁和镀锌铁镀层破损时，前者更易被腐蚀，错误；
C项，铁与电源负极连接可实现电化学保护，错误。
【解析】
2.研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是
A.若d为石墨，则铁片腐蚀加快
B.若d为石墨，则石墨上电极反应式
为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C.若d为锌块，则铁片不易被腐蚀
D.若d为锌块，则铁片上电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
√
【课堂练习】
B项，d为石墨，由于电解质溶液为中性环境，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨电极上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，正确；
C项，d为锌块，由于金属活动性Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，Fe得到保护，铁片不易被腐蚀，正确；
D项，d为锌块，由于电解质溶液为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，铁片上电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误。
A项，由于活动性Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化变为Fe2＋进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，与没有形成原电池时相比，铁片的腐蚀速率加快，正确；
【解析】
3.下列防护措施中属于电化学保护法的是
A.用氧化剂使金属表面生成致密稳定的氧化物保护膜
B.在金属中加入一些铬或者镍制成合金
C.在轮船的船壳水线以下部分，装上一锌锭
D.在金属表面喷漆
√
【课堂练习】
在轮船的船壳水线以下部分装上锌锭，能形成铁锌原电池，锌为负极，被腐蚀，铁被保护。
【解析】
4.支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是
A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
√
【课堂练习】
【解析】
钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B正确；
C项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，错误。
1.在金属表面覆盖保护层。
2.改变金属内部的组织结构，制成合金。
3.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护。
【课堂小结】
金属防护的几种重要方法
课堂小结
CLASS SUMMARY
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第四章
化学反应与电能