化学人教版（2019）选择性必修1 4.3.1金属的腐蚀与防护（共49张ppt）

(共49张PPT)
第三节 金属的腐蚀与防护
1．通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因，认识金属腐蚀的主要类型，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式。
2．认识金属腐蚀产生的危害和影响，树立防止金属腐蚀的意识，熟知金属腐蚀常用的防护方法。
学习目标 1min
自学指导 6min
阅读课本第107-111页，完成大本第95-96页
自学检测 练一练 3min
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Fe2O3·nH2O Cu(OH)2CO3
Fe2+
铁上镀锌，锌表面形成致密氧化膜，
保护层破损后，在电解质环境下形成原电池，铁作正极被保护
钢铁外壳作负极加速腐蚀
电化学
弱酸性或中
吸氧
2Fe－4e－=2Fe2＋
O2＋4e－＋2H2O=4OH－
较强的酸
析氢
Fe－2e－=Fe2＋
2H＋＋2e－=H2↑
C
铸铁管作阳极，加速腐蚀
A、B都是铁作负极，加速钢铁腐蚀
铁作正极，被保护。
教师点拨 25min
铁锈主要成分：Fe2O3 xH2O
铜绿主要成分：Cu2(OH)2 CO3
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。
我国每年因为金属腐蚀所造成的经济损失约占国民生产总值的5%，全世界每年因生锈损失的钢铁约占世界钢铁年产量的1/4，超过每年各项大灾（火灾、风灾及地震等）损失的总和。
①机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，直至报废。
②轮船的船体损坏等；
③桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成塌陷；
④地下金属管道破裂而发生泄漏。
2、金属腐蚀
1、金属腐蚀的危害
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。
一、金属的腐蚀
3、金属腐蚀的实质
4、金属腐蚀的类型
0 +3
Fe → Fe2O3 xH2O
0 +2
Cu → Cu2(OH)2 CO3
金属原子失去电子，被氧化。
M - ne- = Mn+
化学腐蚀
电化学腐蚀
金属腐蚀
与金属接触的气体或液体不同
①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2)直接反应而引起的腐蚀。例如，铁与氯气直接反应而腐蚀，输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀等。
家用燃气灶的中心部位
很容易生锈
食品罐头放在南极80多年
却很少生锈
温度对化学腐蚀的影响较为明显。
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还原反应而被腐蚀。
4、金属腐蚀的类型
本质：氧化还原反应
钢铁在潮湿的空气里很快被腐蚀，这是为什么？
在潮湿的空气中，钢铁表面吸附了一薄层水膜。水膜中溶有O2、CO2等气体，这样在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜，它跟钢铁中的铁和少量的单质碳构成无数微小的原电池。
①钢铁的成分：
铁碳合金
②钢铁所处的环境：
潮湿的空气
思考与讨论
　 【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。
设计方案检验中性条件下铁的腐蚀正极和负极反应的产物，并书写电极反应。
导管液面上升
消耗气体
A
铁棒
石墨棒
Na+
Cl-
NaCl溶液
①取铁电极附近的溶液于试管中，加入K3[Fe(CN)6]溶液，产生特征蓝色沉淀，证明负极有Fe2+生成。
②取石墨电极附近的溶液于试管中，加入酚酞溶液后变红。
负极(Fe): Fe 2e =Fe2+
正极(C): O2 +4e +2H2O=4OH
资料：Fe2+可以与K3[Fe(CN)6]溶液产生特征蓝色沉淀。
O2 +4e +2H2O=4OH
2Fe+O2 +2H2O=2Fe(OH)2
4Fe(OH)2 +O2 +2H2O=4Fe(OH)3
Fe2O3·xH2O(铁锈)
2Fe 4e =2Fe2+
二、钢铁的腐蚀
1、吸氧腐蚀
水膜酸性很弱或呈中性
在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，此时会发生吸氧腐蚀。
负极(Fe)：
正极( C )：
总反应：
后续反应：
应用：保暖贴的原理
若把食盐水换成稀盐酸作电解质溶液，现象是否相同？
　 【实验4-3】
　　(1)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。
现象：两只试管均冒出气泡，且①试管中产生气泡的速率更快。
原因：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，Zn作负极，Cu作正极，
电解质溶液稀盐酸呈酸性，发生析氢腐蚀
二、钢铁的腐蚀
2、析氢腐蚀
在酸性环境中，由于钢铁在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫做析氢腐蚀。
负极(Fe)：
正极(H+)：
Fe-2e-=Fe2+
2H++2e-=H2↑
Fe + 2H+ ＝ Fe2+ + H2↑
总反应：
水膜酸性较强
K3[Fe(CN)6]铁氰化钾溶液检验Fe2＋：
K＋+Fe2＋+[Fe(CN)6]3－=KFe[Fe(CN)6] ↓
+3 赤血盐(溶液黄色)
K4[Fe(CN)6]亚铁氰化钾溶液检验Fe3＋：
K＋+Fe3＋+[Fe(CN)6]4－=KFe[Fe(CN)6] ↓
+2 黄血盐
滕氏蓝
普鲁士蓝
思考与讨论
生活中的钢铁发生的是化学腐蚀还是电化学腐蚀？如何证明？
食盐水
浸泡过
的铁钉
导管中水柱液面上升，铁钉表面有铁锈生成
装置中Fe、C以及饱和食盐水构成了原电池，Fe作负极，C作正极，饱和食盐水作电解质溶液，由于NaCl溶液呈中性，发生吸氧腐蚀。
食盐水
浸泡过
的纯铁
铜板上的铁铆钉生锈
电化学腐蚀
＋
＋
－
无明显现象
化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
条件 金属与接触到的干燥气体（如O2、Cl2、SO2等）或非电解质液体（如石油）等直接发生化学反应 不纯金属或合金跟
______________ 接触，发生原电池反应
现象 电流产生 有 电流产生
本质 金属原子 电子而被 。 速率
联系 两者往往同时发生， 腐蚀更普遍 电解质溶液
无
微弱
失去
氧化
电化学
慢
快
1、本质：M-ne-=Mn+ 发生氧化反应
金属的腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
吸氧腐蚀(水膜呈中性或酸性较弱）
析氢腐蚀(水膜呈酸性)
金属的腐蚀
2、类型
根据金属腐蚀的实质M-ne-=Mn+，你能提出金属的防护方法吗？
思考角度
切断原电池反应
给予电子
改变金属材料组成
在金属表面覆盖保护层
金属防护的本质：阻止 M-ne-=Mn+ 的发生
思考与讨论
(电化学保护法)
一、改变金属材料组成
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。例如，把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢产品。
不锈钢盆
钛合金髋关节
不锈钢菜刀
改变金属的组成结构，使其具有较强的抗腐蚀性能。
二、在金属表面覆盖保护层
涂油漆
搪瓷
包裹塑料
涂油脂
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。(1)在钢铁表面涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。
搪瓷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。
烤蓝处理
二、在金属表面覆盖保护层
(3)工业上常利用一些溶液的氧化作用，在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜。
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。(4)利用阳极氧化处理铝制品的表面，使之形成致密氧化膜而钝化。(5)采用离子注入，表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。
镀铬
(2)用电镀的方法，在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。
烤蓝
涂机油
喷漆
镀锌
镀铬
给金属穿“防弹衣”
车座弹簧
车架和挡泥板
链条和齿轮
车把、钢圈
和车辐条
白铁皮
马口铁
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划痕破损时，请分析并说明白铁皮、马口铁的腐蚀情况。
＋
－
Zn
A
Fe
＋
－
Sn
A
Fe
e-
e-
我们知道，金属发生电化学腐蚀时，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。
经酸化的3％NaCl溶液
减缓腐蚀
加速腐蚀
白铁皮（镀锌铁）
结论：牺牲锌保护铁
马口铁（镀锡铁）
结论：牺牲铁保护锡
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正极(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
经过酸化的
3％NaCl溶液
Zn
A
Fe
(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，按图所示连接好装置。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变化？
实验4-4
实验装置 电流表 阳极（负极） 阴极（正极）
现象
有关反应
偏转
锌片逐渐溶解
铁电极上有气泡冒出
Zn-2e-=Zn2＋
2H＋＋2e=H2↑
试管中滴入2滴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。Fe、Zn和经过酸化的NaCl溶液构成原电池；Zn作负极被腐蚀，Fe作正极被保护。
实验4-4
牺牲镁块来防止地下钢铁管道的腐蚀，
镁块必须定期更换
1、牺牲阳极法—— 原理
三、电化学保护法
原电池
找替罪“阳”
牺牲锌块来保护钢闸门，锌块必须定期更换
极：比被保护金属活泼的金属； 极：被保护的金属设备。
负
正
钢闸门
(阴极)
海水
锌板
(牺牲阳极)
e-
e-
船身嵌入锌块
(2)将1g琼脂加入250mL烧杯中，再加入50mL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(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。
实验4-4
a
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；
实验现象：裹有铜丝的铁钉，铁钉逐渐溶解，铁钉附近溶液有蓝色沉淀生成；
实验结论：
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
实验结论：
铁作负极：Fe-2e-=Fe2+
铜作正极：O2+2H2O+4e-=4OH-
铁作负极，发生氧化反应，被腐蚀
实验4-4
a
b
钢闸门
(阴极)
海水
辅助阳极
(不溶性)
e-
NaCl溶液
阴极
Fe
+
-
A
阳极
C
三、电化学保护法
电解池
极：被保护的金属设备； 极：惰性金属或石墨。
阴
阳
- +
e
2、外加电流法—— 原理
e
利用电解原理把被保护的金属作为电解池的阴极，惰性电极作为辅助阳极。通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零，从而被保护。
钢闸门
(阴极)
海水
辅助阳极
(不溶性)
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化学性质各有什么要求？
- +
e
e
钢闸门
(阴极)
海水
锌板
(牺牲阳极)
e-
e-
氧化反应 氧化反应
活动性强 惰性电极
牺牲阳极法 外加电流法
原理
保护方法
保护电流
注意事项
电化学保护法的对比
原电池
电解池
使被保护的金属与比它活泼的金属接触，被保护的金属做正极。
使被保护的金属与电源
负极接触，被保护的金属做
阴极。
较小
较大
负极（阳极）材料
需要定期更换
辅助阳极
需要定期检查
4．其他方法
(1)根据不同的设计条件选用不同的金属或非金属材料；
(2)控制和改善环境介质因素(如选用缓蚀剂)等。
(3)金属防护包括生产设计、选材、防腐措施、施工、监测、管理和维护等环节，需要进行综合评价和决策。
练习、下面各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是 　 　.
⑤
④>②>①>③>⑤
电解池的阴极＜原电池的正极＜化学腐蚀＜原电池负极腐蚀＜电解池阳极腐蚀
小结：金属被保护的比较规律
总
纳
归
结
一、金属的腐蚀
1.本质：M-ne-=Mn+ 发生氧化反应
2.类型
金属的腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
吸氧腐蚀(水膜呈中性或酸性较弱）
析氢腐蚀(水膜呈酸性)
二、金属的防护
1.本质：阻止 M-ne-=Mn+ 的发生
金属的防护
改变金属材料的组成
在金属表面覆盖保护层
电化学保护法
牺牲阳极法(利用原电池原理)
外加电流法(利用电解池原理)
探究金属的腐蚀与防护
发生偏转
有气泡产生
不显特征蓝色
2H＋＋2e－=H2↑
Zn－2e－=Zn2＋
红色
出现蓝色沉淀
变红色
C
金属腐蚀快慢顺序：电解池阳极＞原电池负极＞化学腐蚀＞原电池正极＞电解池阴极
化学腐蚀 锌作正极被保护 锌作负极加速腐蚀 锌作阴极被保护
A　　　 　B C　　 　D
D
C　　 D
A　 　B
铁被均匀的铜镀层保护，不易被腐蚀。
铁作负极加速被腐蚀
铁作负极加速被腐蚀
铁碳等合金
铁作负极加速被腐蚀
B
铁粉与次氯酸钠不发生化学腐蚀，与固体的表面积无关
Fe2+
铁钉为铁碳合金，易形成原电池，主要发生的是电化学腐蚀
溶液中Fe2+将ClO－还原为Cl－，c(Cl－)增大
是电解质溶液
298 碳酸水
308 食盐水
298 植物油
③
④
AC
随堂自测
D
B
正极
铁作负极更易生锈
形成原电池，更易发生电化学腐蚀
电化学腐蚀指不纯金属与电解质溶液接触时发生原电池反应而损耗的过程，不需要外加电流。
金属腐蚀的本质是金属原子失电子被氧化，
腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，
外因是金属与空气、水和其他腐蚀性物质接触，
腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀
D
吸氧腐蚀，O2＋2H2O＋4e－=4OH－
D
正 负
牺牲阳极的阴极保护法
2H＋＋2e－=H2↑
Zn－2e－=Zn2＋
增大
C
负 正 正 负
2H2O＋O2＋4e－=4OH－