4.3. 金属的腐蚀与防护 课件 （20张PPT）2022-2023学年上学期高二化学人教版（2019）选择性必修1
文档属性
| 名称 | 4.3. 金属的腐蚀与防护 课件 （20张PPT）2022-2023学年上学期高二化学人教版（2019）选择性必修1 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 13.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-02-17 23:19:19 | ||
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文档简介
(共20张PPT)
第三节 金属的腐蚀与防护
凤凰中学
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。
铁锈(Fe2O3 · xH2O)
铜绿(Cu2(OH)2CO3)
金属腐蚀常常是自发进行的，这样就会造成重大的损失和危害，因此，了解金属腐蚀的原因，并采取有效措施防止金属腐蚀具有重要的意义。
1、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；
2、了解金属腐蚀的本质，能书写钢铁腐蚀的电极反应式及总反应。
3、能根据电化学原理选择并设计金属的防护。
一、 金属的腐蚀
1、定义：指金属或合金与周围接触到的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
2、本质：
3、类型：
金属原子
失ne-
被氧化
金属阳离子
M － ne- = Mn+
如：Fe － 2e- = Fe2+
铁发生腐蚀时，产物是Fe2+
由于与金属接触的气体或液体不同，发生腐蚀的情况也不同，所以金属的腐蚀一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
化学腐蚀与电化学腐蚀的区别与联系：
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
条件
举例
现象
区别
联系 金属与接触到的物质
直接反应
不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应
金属被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
无电流产生
有微弱电流产生
电化学腐蚀和化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，腐蚀速率更快，危害也更严重。
钢铁生锈是最常见的电化学腐蚀，由于钢铁表面接触的电解质溶液的不同，钢铁腐蚀可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
(1)析氢腐蚀
条件
负极反应
正极反应
总反应式
电解质溶液呈较强酸性(pH≤4.3)
Fe － 2e- = Fe2+
2H+ + 2e- = H2↑
Fe + 2H+ = Fe2+ + H2↑
(2)吸氧腐蚀
条件
负极反应
正极反应
总反应式
Fe － 2e- = Fe2+
O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-
2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2
电解质溶液呈弱酸性或中，且溶有一定量的氧气
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3
2Fe(OH)3 = Fe2O3·xH2O + (3﹣x)H2O
铁锈
通常两种腐蚀同时存在，但吸氧腐蚀更普遍。
【实验4-3】铁钉的吸氧腐蚀
实验现象
实验解释
导管中液面上升
装置中铁、碳、饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀，导致压强变小。
【实验4-3】化学腐蚀与电化学腐蚀的速率比较
实验现象
实验解释
两只试管均冒出气泡，且①试管中产生气泡的速率更快
Zn置换出Cu，Zn、Cu、稀盐酸构成原电池，形成电化学腐蚀，能加快反应速率。
A. ②①③④⑤⑥ B. ⑤④③①②⑥
C. ⑤④②①③⑥ D. ⑤③②④①⑥
如图所示，各烧杯中均盛的是海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为( )
C
【总结】在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：
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。
不锈钢
含铬、镍等合金元素
钛合金
抗腐蚀性，生物相容性
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。
表面镀铬
金属保护层
非金属保护层
喷涂油漆
涂油脂
包裹塑料
搪瓷
发蓝处理
使铁制品生成致密的四氧化三铁薄膜
钝化处理
使铝制品形成致密的氧化膜
【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的表面出现破损时，请分析并说明白铁皮、马口铁的腐蚀情况。
金属活泼性：Zn > Fe > Sn
镀层有破损
白铁
马口铁
锌为负极，铁为正极被保护
锡为正极，铁为负极腐蚀加快
3、电化学保护法
通过前面的学习我们知道，金属发生电化学腐蚀的原因的在金属表面形成了原电池，并且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
原理 ________原理
电极 要求 被保护的金属作___极，
活泼性更强的金属作___极
应用
原电池
正
负
船舶外壳安装锌块
找替罪“阳”
【实验4-4】
(1)以Fe作保护电极，以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。
实验装置 电流表 阳极 阴极
现象 偏转 锌片逐渐溶解 无现象
有关反应 ——
Zn－2e- = Zn2＋
【实验4-4】(1)
试管中滴入K3[Fe(CN)6] 溶液，无明显变化，即溶液中无Fe2+
【结论】Fe电极被保护，不发生反应。
O2 + 4e + 4H+ = 2H2O
【实验4-4】
(2)将1g琼脂加入250mL烧杯中，再加入50mL饱和食盐水和150mL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2～3cm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。
实验现象 实验解释及结论
【实验4-4】(2)
锌皮包裹处颜色无变化，裸露的铁钉处出现红色
锌作负极：Zn－2e- = Zn2+
铁作正极：
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
铁作正极，不反应，被保护。
铜丝缠绕处出现红色，裸露的铁钉处出现蓝色
铁作负极：Fe－2e- = Fe2+
铜作正极：
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
铁作负极，被腐蚀。
(2)外加电流法
原理 ________原理
电极 要求 被保护的金属作___极，
与电源的___极相连
应用
电解池
阳
负
地下管道连接电源负极
【思考】牺牲阳极法、外加电流法都要采用辅助阳极，对于用作辅助阳极的金属的化学性质各有什么要求？
牺牲阳极法：辅助阳极金属材料必须比被保护的金属活泼。
外加电流法：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、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. d为石墨，铁片腐蚀加快B. d为石墨，石墨电极反应为O2+2H2O+4e- = 4OH-C. d为锌块，铁片不易被腐蚀D. d为锌块，铁电极反应为2H+ + 2e- = H2↑
D
2、我国有多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是( )
A. 通电时，锌环是阳极，发生氧化反应B. 通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e- = H2↑＋2OH-C. 断电时，锌环上的电极反应为Zn2+＋2e- = ZnD. 断电时，仍能防止铁帽被腐蚀
C
第三节 金属的腐蚀与防护
凤凰中学
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。
铁锈(Fe2O3 · xH2O)
铜绿(Cu2(OH)2CO3)
金属腐蚀常常是自发进行的，这样就会造成重大的损失和危害，因此，了解金属腐蚀的原因，并采取有效措施防止金属腐蚀具有重要的意义。
1、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；
2、了解金属腐蚀的本质，能书写钢铁腐蚀的电极反应式及总反应。
3、能根据电化学原理选择并设计金属的防护。
一、 金属的腐蚀
1、定义：指金属或合金与周围接触到的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
2、本质：
3、类型：
金属原子
失ne-
被氧化
金属阳离子
M － ne- = Mn+
如：Fe － 2e- = Fe2+
铁发生腐蚀时，产物是Fe2+
由于与金属接触的气体或液体不同，发生腐蚀的情况也不同，所以金属的腐蚀一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
化学腐蚀与电化学腐蚀的区别与联系：
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
条件
举例
现象
区别
联系 金属与接触到的物质
直接反应
不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应
金属被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
无电流产生
有微弱电流产生
电化学腐蚀和化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，腐蚀速率更快，危害也更严重。
钢铁生锈是最常见的电化学腐蚀，由于钢铁表面接触的电解质溶液的不同，钢铁腐蚀可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
(1)析氢腐蚀
条件
负极反应
正极反应
总反应式
电解质溶液呈较强酸性(pH≤4.3)
Fe － 2e- = Fe2+
2H+ + 2e- = H2↑
Fe + 2H+ = Fe2+ + H2↑
(2)吸氧腐蚀
条件
负极反应
正极反应
总反应式
Fe － 2e- = Fe2+
O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-
2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2
电解质溶液呈弱酸性或中，且溶有一定量的氧气
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3
2Fe(OH)3 = Fe2O3·xH2O + (3﹣x)H2O
铁锈
通常两种腐蚀同时存在，但吸氧腐蚀更普遍。
【实验4-3】铁钉的吸氧腐蚀
实验现象
实验解释
导管中液面上升
装置中铁、碳、饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀，导致压强变小。
【实验4-3】化学腐蚀与电化学腐蚀的速率比较
实验现象
实验解释
两只试管均冒出气泡，且①试管中产生气泡的速率更快
Zn置换出Cu，Zn、Cu、稀盐酸构成原电池，形成电化学腐蚀，能加快反应速率。
A. ②①③④⑤⑥ B. ⑤④③①②⑥
C. ⑤④②①③⑥ D. ⑤③②④①⑥
如图所示，各烧杯中均盛的是海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为( )
C
【总结】在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：
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。
不锈钢
含铬、镍等合金元素
钛合金
抗腐蚀性，生物相容性
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。
表面镀铬
金属保护层
非金属保护层
喷涂油漆
涂油脂
包裹塑料
搪瓷
发蓝处理
使铁制品生成致密的四氧化三铁薄膜
钝化处理
使铝制品形成致密的氧化膜
【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的表面出现破损时，请分析并说明白铁皮、马口铁的腐蚀情况。
金属活泼性：Zn > Fe > Sn
镀层有破损
白铁
马口铁
锌为负极，铁为正极被保护
锡为正极，铁为负极腐蚀加快
3、电化学保护法
通过前面的学习我们知道，金属发生电化学腐蚀的原因的在金属表面形成了原电池，并且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
原理 ________原理
电极 要求 被保护的金属作___极，
活泼性更强的金属作___极
应用
原电池
正
负
船舶外壳安装锌块
找替罪“阳”
【实验4-4】
(1)以Fe作保护电极，以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。
实验装置 电流表 阳极 阴极
现象 偏转 锌片逐渐溶解 无现象
有关反应 ——
Zn－2e- = Zn2＋
【实验4-4】(1)
试管中滴入K3[Fe(CN)6] 溶液，无明显变化，即溶液中无Fe2+
【结论】Fe电极被保护，不发生反应。
O2 + 4e + 4H+ = 2H2O
【实验4-4】
(2)将1g琼脂加入250mL烧杯中，再加入50mL饱和食盐水和150mL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2～3cm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。
实验现象 实验解释及结论
【实验4-4】(2)
锌皮包裹处颜色无变化，裸露的铁钉处出现红色
锌作负极：Zn－2e- = Zn2+
铁作正极：
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
铁作正极，不反应，被保护。
铜丝缠绕处出现红色，裸露的铁钉处出现蓝色
铁作负极：Fe－2e- = Fe2+
铜作正极：
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
铁作负极，被腐蚀。
(2)外加电流法
原理 ________原理
电极 要求 被保护的金属作___极，
与电源的___极相连
应用
电解池
阳
负
地下管道连接电源负极
【思考】牺牲阳极法、外加电流法都要采用辅助阳极，对于用作辅助阳极的金属的化学性质各有什么要求？
牺牲阳极法：辅助阳极金属材料必须比被保护的金属活泼。
外加电流法：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、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. d为石墨，铁片腐蚀加快B. d为石墨，石墨电极反应为O2+2H2O+4e- = 4OH-C. d为锌块，铁片不易被腐蚀D. d为锌块，铁电极反应为2H+ + 2e- = H2↑
D
2、我国有多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是( )
A. 通电时，锌环是阳极，发生氧化反应B. 通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e- = H2↑＋2OH-C. 断电时，锌环上的电极反应为Zn2+＋2e- = ZnD. 断电时，仍能防止铁帽被腐蚀
C