(共6张PPT)
暖贴的设计与制作
第四章 化学反应与电能
第3节 金属的腐蚀与防护
一、课题引入
产品成分：铁粉、水、活性炭、蛭石、吸水性树脂、食盐等。
使用说明：本产品一接触空气，即开始发热。
预测其发热原理是什么？
观点1:铁粉被氧化的过程中放热。
观点2:原料中有碳粉，Fe-C形成原电池。
观点3:空气中氧气氧化铁粉，Fe-C形成原电池
二、实验设计
Fe被氧化后的产物为Fe2+还是Fe3+？理由是什么？
如何检验产物？
把混合均匀的铁粉、碳粉和少量氯化钠溶液放入如右图的实验装置中进行实验。
现象：
小试管中的红墨水被倒吸进导管中
说明具支试管中因为氧气做氧化剂被消耗而导致容器内压强减小。
三、实验探究
请设计实验证明，O2做氧化剂，并画出实验装置示意图。
观点1:O2氧化能力应该可以将铁粉氧化为Fe2+。
观点2:不可能是Fe3+，因为Fe3+与Fe可以反应，应该是Fe2+。
铁氰化钾溶液检验
观察到蓝色沉淀，
证明氧化产物为Fe2+
四、总结复盘
请科学全面地解释“暖贴”的发热原理。
利用铁粉被氧气氧化的过程放出的热量，同时因为形成Fe-C原电池，增大了放热速率，使得“暖贴”在短时间内能快速放出大量的热——吸氧腐蚀。
课后任务：
设计与制作暖贴。
课堂小结
暖贴的设计与制作
电化学腐蚀
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
负极：2Fe-4e-=2Fe2+
正极：O2+4e-+2H2O=4OH-
负极：2Fe-4e-=2Fe2+
正极：2H++2e-=H2↑
本质：M-ne-=Mn+ 被氧化
Fe(OH)3→Fe2O3·xH2O(铁锈)(共22张PPT)
金属的腐蚀与防护
第四章 化学反应与电能
第3节 金属的腐蚀与防护
一、创设情境，引入新课
一、创设情境，引入新课
金属与其表面接触的一些物质直接反应而引起的腐蚀叫作化学腐蚀。当不纯的金属与电解质溶液接触会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀，这种腐蚀叫作电化学腐蚀。生活中金属制品多为合金，因此生活中的金属腐蚀多为电化学腐蚀。
试预测铁制品在潮湿空气中可能发生的反应。
二、探究原理，寻找证据
请回顾原电池和电解池装置模型，并分析电化学装置要素。
在潮湿空气中，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。在酸性环境中，由于腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫作析氢腐蚀。
从电化学装置要素角度分析钢铁的析氢腐蚀，在下图中写出电极反应、总反应，并标出电子转移方向。
Fe
Fe
酸性溶液
正极（C）
负极（Fe）
总反应
二、探究原理，寻找证据
如果钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或显中性，钢铁制品生锈的过程中又是哪种物质将铁氧化？
有没有办法证明是氧气将铁氧化？
可以利用密闭体系中气体压强是否变小来证明。
【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。
如果钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或显中性，钢铁制品生锈的过程中又是哪种物质将铁氧化？
二、探究原理，寻找证据
有没有办法证明是氧气将铁氧化？
可以利用密闭体系中气体压强是否变小来证明
利用传感器测量的铁钉腐蚀过程中密闭装置内氧气含量的变化图
钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或显中性时，发生的腐蚀为吸氧腐蚀。
二、探究原理，寻找证据
钢铁发生吸氧腐蚀时，负极上铁的氧化产物是Fe2+还是Fe3+？
取少量负极附近的溶液，先加入KSCN溶液，再加入氯水。或者取少量负极附近的溶液，再加入铁氰化钾溶液。
从电化学装置要素角度分析钢铁的吸氧腐蚀，在下图中写出电极反应、总反应，并标出电子转移方向。
Fe
C
溶液酸性很弱或中性
正极（C）
负极（Fe）
总反应
二、探究原理，寻找证据
铁锈的成分为Fe2O3·xH2O是怎么生成的呢？
在空气中Fe(OH)2进一步被氧化为Fe(OH)3，Fe(OH)3失去部分水得Fe2O3·xH2O，铁锈疏松覆盖在铁表面，不能阻止继续腐蚀。
为什么钢铁吸附的水膜呈现不同性质时，正极电极反应不同？
水膜酸性较强时，c(H+)较大，H+氧化性强于O2，发生析氢腐蚀，H+将Fe氧化；水膜酸性较弱或呈中性时，c(H+)较小，H+氧化性弱于O2，发生吸氧腐蚀，O2将Fe氧化。
浓度会影响物质的氧化性，从而决定反应的不同。
二、探究原理，寻找证据
形成原电池后，与化学腐蚀相比，对金属腐蚀的速率有影响吗？
在空气中Fe(OH)2进一步被氧化为Fe(OH)3，Fe(OH)3失去部分水得Fe2O3·xH2O，铁锈疏松覆盖在铁表面，不能阻止继续腐蚀。
【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。
形成原电池后，会加快负极的腐蚀，
电化学腐蚀比化学腐蚀速率大得多。
三、探寻措施，防止腐蚀
你知道有哪些防止金属腐蚀的措施？
金属的防护主要从金属、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
2.在金属表面覆盖保护层
三、探寻措施，防止腐蚀
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。
金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。
3.电化学保护法
镀锌钢板表面出现破损后，锌、铁和表面的水膜形成原电池，锌作为原电池负极（阳极）被腐蚀，而铁作为正极（阴极）被保护。这种方法称为“牺牲阳极法”。
三、探寻措施，防止腐蚀
【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。
实验装置 电流表 阳极 阴极
现象
有关反应 ——
寻找实验证据，分析铁片是否被保护。
三、探寻措施，防止腐蚀
【实验 4-4】
（2）将1g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(a)所示，将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养皿中；如图(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。
(a)
(b)
三、探寻措施，防止腐蚀
寻找实验证据，在下图对应位置画出对应现象，并从电化学装置要素的角度分析各种材料的作用，并书写电极反应。
Zn
Fe
酸化的NaCl溶液
三、探寻措施，防止腐蚀
牺牲阳极法：牺牲船体上镶嵌的锌块来避免船体遭受腐蚀、牺牲管道上连接的镁块来避免管道被腐蚀等。
三、探寻措施，防止腐蚀
外加电流法：利用电解池原理，把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电解作为辅助阳极，两者均放在电解质溶液（如海水）里。外接直流电源。通过外加电压，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零。
四、梳理总结，扩展应用
从腐蚀原理、防护原理、防腐措施角度对本节课进行梳理总结。
电热水器内胆
内胆腐蚀的原理：热水器中自来水不是纯净的水，含有各种杂质具有腐蚀性。因此搪瓷内胆（主要成分是铁）中的Fe失去电子e-变成铁离子(Fe2+、Fe3+)。镁棒或电子阳极防腐就是不同的提供电子方式不让内胆铁失去电子。
四、梳理总结，扩展应用
电热水器内胆
镁棒防腐原理：镁棒与搪瓷内胆连接一起，因镁比铁更活泼镁棒就作为阳极，更容易失去电子被腐蚀，这样就保护了内胆不失去电子而不被腐蚀。所以一旦没有镁棒或镁棒消耗完，内胆就开始发生腐蚀。镁棒是通过牺牲自己防止内胆被腐蚀，又叫牺牲阳极。
镁棒腐蚀产物主要是Mg(OH)2或碳酸镁，即通常说的镁渣或镁垢。镁垢会污染沐浴水质，容易引发皮肤问题，例如发痒、红斑等。
电子镁棒（又叫电子阳极）防腐原理：镁棒是通过牺牲自己提供电子。电子镁棒就是通过外加直流电提供电子（5V以下的安全电流），通向被保护的金属内胆，从而使内胆不失去电子，实施防腐保护。因是外加电子就不会有腐蚀产物镁垢镁渣等产生，不会对沐浴水质造成任何污染。
所以，电热水器里面必须要有镁棒或者电子阳极来保护内胆不被腐蚀。而镁棒是消耗品，一般两年就要更换，如果不更换，内胆就没有了保护，就容易造成腐蚀漏水。而电子阳极不仅仅不用更换，而且不会产生镁渣，不会对沐浴水产生任何污染。
四、梳理总结，扩展应用
港珠澳大桥
1.耐候钢
港珠澳大桥所处的地理位置及环境要求其使用的金属材料具备苛刻的防腐蚀性能，而耐候钢可以通过稳定的锈层来防止腐蚀，满足港珠澳大桥120年设计寿命的要求。
四、梳理总结，扩展应用
港珠澳大桥
2.先进防腐涂层
海泥中存在着各种易产生腐蚀的因素，通过采用涂层将海泥与钢管本身隔绝开来就可以极大避免腐蚀的发生。
四、梳理总结，扩展应用
港珠澳大桥
4.硅烷浸渍法
海洋作为氯离子的主要来源，氯离子的渗透会使混凝土内部钢筋钝化膜破坏并最终导致钢筋的锈蚀，造成结构劣化，从而影响到使用寿命。针对这一问题，设计采用浸入型硅烷浸渍材料来加强混凝土的抗侵蚀能力。通过硅烷的小分子结构，将有机硅分子牢固地附着在混凝土表面和毛细孔道中，形成一层致密的保护层，减少水分及氯离子的渗透。
课堂小结
金属的腐蚀与防护
腐蚀原理
防护原理
防护措施
化学腐蚀
电化学腐蚀
析氢腐蚀
（水膜呈酸性）
吸氧腐蚀
（水膜呈中性或酸性较弱）
改变金属组成
表面覆盖保护层
电化学保护法
牺牲阳极法
（原电池原理）
外加电流法
（电解池原理）
制成不锈钢
喷涂油漆等
连接锌块或镁块等
外接直流电源负极
......
