1.3　金属的腐蚀与防护 课件(共49张PPT) 2023-2024学年高二化学苏教版选择性必修1

(共49张PPT)
专题1
第三单元　金属的腐蚀与防护
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
素养 目标 1.通过实验探究了解金属腐蚀的种类,知道金属发生电化学腐蚀的原因,培养动手操作能力和根据所学知识解决实际问题的能力。
2.通过了解金属发生腐蚀的原因及现代的防腐措施,认识金属腐蚀的危害,知道防止金属腐蚀的方法,培养科学态度与社会责任的化学核心素养。
基础落实·必备知识全过关
一、金属的腐蚀及其分类
1.化学腐蚀
金属与其他物质直接接触发生　　　　　　　　　而引起的腐蚀,这种腐蚀的速率随着温度的升高而　　　　。
2.电化学腐蚀
不纯的金属或合金发生　　　　　　反应,使较活泼的金属失去电子被
　　　　而引起的腐蚀。
金属腐蚀的本质是金属失去电子
氧化还原反应
加快
原电池
氧化
3.实例
用铝制饭盒盛放醋酸,一段时间后,饭盒被腐蚀,这种腐蚀属于
　　　　　　,反应的化学方程式为
　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　;若用铝制饭盒盛放食盐(含水时),一段时间后,饭盒被腐蚀,这种腐蚀属于　　　　　　　　,反应原理是(写电极反应式和总反应式):
　 　。
化学腐蚀
电化学腐蚀　
负极:Al-3e- ══ Al3+,正极:O2+2H2O+4e- ══ 4OH-,
总反应:4Al+3O2+6H2O ══ 4Al(OH)3
2Al+6CH3COOH ══ 2(CH3COO)3Al+3H2↑
4.析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以铁的腐蚀为例)
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 水膜酸性　 水膜酸性　 　　
电极反应 负极 Fe-2e-══Fe2+　　　不是Fe3+
正极 　　　　　　 　　 　　 　　　　 　　　 　　　
总反应式 　　　　　　 　 　　　 　　　　　 　 　　　　
联系 吸氧腐蚀更普遍
较强
很弱或呈中性
2H++2e- ══ H2↑
O2+2H2O+4e- ══ 4OH-
Fe+2H+ ══ Fe2++H2↑　
2Fe+O2+2H2O ══ 2Fe(OH)2
教材阅读想一想阅读教材“金属的电化学腐蚀”相关内容
思考:生铁在干燥的空气中不易被腐蚀,但在潮湿的空气中却很快被腐蚀,为什么 为什么生铁比纯铁更易被腐蚀
提示 在潮湿的空气里,铁表面凝结了一层溶解有O2的水膜,它与生铁中的铁和少量的碳单质构成无数微小的原电池,发生电化学腐蚀。因为生铁中含有杂质碳单质。
易错辨析判一判
(1)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中易腐蚀,是因为它们均生成氧化物。(　　)
(2)钢铁在潮湿的空气中易发生化学腐蚀。(　　)
(3)菜刀放于盐水中主要发生吸氧腐蚀。(　　)
(4)铁锌合金发生吸氧腐蚀时,负极反应为Fe-2e- ══ Fe2+。(　　)
(5)对同一金属来说,在强电解质溶液中的腐蚀速率一定大于在弱电解质溶液中的腐蚀速率。(　　)
×
×
提示 钢铁在潮湿的空气中易发生电化学腐蚀。
√
×
提示 负极反应为Zn-2e- ══ Zn2+。
×
提示 浓度未知,无法比较。
二、金属的防护
1.电化学防护 作为负极、阳极更容易被腐蚀
(1)牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理
在被保护的钢铁设备上装上若干活泼金属如　　　　　　　　　,作为原电池的　　极(　　极);让被保护的金属作为原电池的　　极(　　极)。
(2)外加电流的阴极保护法——电解原理
将被保护的金属作为　　极,用惰性电极作为　　极,两者都处在电解质溶液中,外接直流电源。
2.其他方法
(1)改变金属的组成或结构,如制成　　　　　　　　;
(2)加涂保护层,如　　　　　　　　。
镁合金或锌块
负
阳
正
阴
阴
阳
防腐的合金
喷油漆、涂油脂
教材阅读想一想阅读教材“金属的电化学防护”中的“交流讨论”
思考:与铜质水龙头连接处的铁质水管易生锈,为什么
提示 铁、铜及水构成原电池,形成电化学腐蚀,铁作为负极失电子,所以易生锈。
易错辨析判一判
(1)在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质,能够减缓金属的腐蚀。(　　)
(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,如铬、镍等,能够减缓金属的腐蚀。(　　)
(3)在铁板上镀锌是因为锌比铁活泼,形成原电池而保护铁不易被腐蚀。
(　　)
√
√
×
提示 在铁板上镀锌是因为在铁板表面形成一层锌保护膜,可以阻止铁与空气接触,与原电池无关,锌层破损后才与原电池有关。
(4)在金属表面覆盖保护层,若保护层破损,就完全失去了对金属的保护作用。(　　)
×
提示 如铁件上镀锌,若保护层破损,在潮湿的空气中,Fe、Zn构成原电池,Zn作为负极,仍然对Fe起到保护作用。
重难探究·能力素养全提升
探究一　金属的腐蚀
情境探究
我国是世界上钢铁产量最多的国家,因为金属腐蚀而造成的经济损失远远超过因自然灾害和各类事故造成的经济损失的总和。生铁在干燥的空气中不易被腐蚀,但在潮湿的空气中却很快被腐蚀,在海边被腐蚀得更快,且生铁比纯铁更易被腐蚀。
(1)为什么一块铜板上有铁铆钉时,铁铆钉特别容易生锈
提示 铜板、铁铆钉与电解质溶液互相接触形成原电池,铁作为负极反应物,发生氧化反应,被腐蚀而生锈。
(2)在硫酸厂附近的生铁发生的主要是哪一类腐蚀
(3)铁锈的主要成分是什么 写出钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀生成铁锈的方程式。
提示 析氢腐蚀;硫酸厂附近空气中二氧化硫的含量较高,导致生铁接触到的溶液酸性较强,所以易发生析氢腐蚀。
提示 铁锈的主要成分是Fe2O3·nH2O。形成过程:
负极:2Fe-4e- ══ 2Fe2+,
正极:O2+4e-+2H2O ══ 4OH-,
总反应:2Fe+O2+2H2O ══ 2Fe(OH)2。
4Fe(OH)2+O2+2H2O ══ 4Fe(OH)3,
2Fe(OH)3 ══ Fe2O3·nH2O(铁锈)+(3-n)H2O。
方法突破
1.化学腐蚀和电化学腐蚀
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
吸氧腐蚀 析氢腐蚀
定义 金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀 不纯的金属或合金发生原电池反应,使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀
条件 金属与其他物质直接反应 水膜中溶有O2,呈弱酸性、中性或碱性 水膜酸性较强
本质 金属被氧化 较活泼的金属被氧化
区别 不产生电流 有微弱的电流产生
联系 化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生,但电化学腐蚀更普遍,危害更大
2.影响金属腐蚀的因素
影响金属腐蚀的因素包括金属的本性、纯度和介质三个方面:
(1)就金属本性来说,金属越活泼,就越容易失去电子而被腐蚀。
(2)同一金属越纯,越难被腐蚀。如纯铁即使在潮湿空气中反应也会很慢,而含杂质的生铁在潮湿的空气中会很快生锈而被腐蚀。
(3)介质对金属腐蚀的影响也很大,如果金属在潮湿的空气中,接触腐蚀性气体或电解质溶液,都容易被腐蚀。
3.不同条件下金属腐蚀快慢的判断
条件 快慢顺序
腐蚀类型不同 电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀(原电池原理的防护>电解原理的防护)
同种金属 强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液(浓度相同)
活泼性不同的两种金属 活泼性差别越大,活泼性强的金属腐蚀越快
同种电解质 溶液 电解质溶液浓度越大,腐蚀越快
应用体验
视角1金属腐蚀的原理
1.为研究金属腐蚀的条件和速率,某课外兴趣活动小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在如图所示的三个装置中,再放置于玻璃钟罩里保存相同的一段时间,下列对实验结束时现象的描述不正确的是(　　)
A.实验结束时,装置Ⅰ左侧的液面会下降
B.实验结束时,左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低
C.实验结束时,装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重
D.实验结束时,装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀
B
解析 装置Ⅰ中铁钉和铁丝连接,盐酸易挥发,铁钉腐蚀是化学腐蚀,铁和HCl反应生成氢气,左侧的液面一定会下降,A项正确;盐酸具有挥发性,所以装置Ⅱ中左侧空气中含有HCl,导致装置Ⅱ中铁钉发生析氢腐蚀,电化学腐蚀比化学腐蚀快,则装置Ⅱ中左侧液面会比装置Ⅰ左侧低,B项错误;装置Ⅱ中盐酸易挥发,铁钉和铜丝连接易形成电化学腐蚀,电化学腐蚀比化学腐蚀快,所以装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重,C项正确;装置Ⅲ中浓硫酸是难挥发性酸,而且浓硫酸具有吸水性,则铁与硫酸不接触,即二者不发生化学反应,干燥的空气中铁不能发生电化学腐蚀,所以装置Ⅲ中的铁钉几乎没有被腐蚀,D项正确。
2.下列叙述与电化学腐蚀有关的是(　　)
A.炒过菜的铁锅不及时清洗易生锈
B.在空气中金属镁、铝都具有较好的抗腐蚀性
C.红热的铁丝与水接触时,表面形成了蓝黑色的物质
D.把铁片加入氯化铜的溶液中,在铁表面上附着一层红色的铜
A
解析 炒菜过程中会添加NaCl,若不及时清洗,在潮湿的环境中易形成原电池,从而导致铁锅生锈。
视角2金属腐蚀的类型及比较
3.利用如图所示装置进行实验,开始时a、b两处液面相平,密封好放置一段时间。下列说法不正确的是(　　)
A.a处发生吸氧腐蚀,b处发生析氢腐蚀
B.一段时间后,左侧液面高于右侧液面
C.a处溶液的pH增大,b处溶液的pH减小
D.a、b两处具有相同的负极反应式:
Fe-2e- ══ Fe2+
C
解析 根据装置图判断,左边铁丝发生吸氧腐蚀,右边铁丝发生析氢腐蚀。左边负极反应式为Fe-2e- ══ Fe2+,正极反应式为O2+4e-+2H2O ══ 4OH-;右边负极反应式为Fe-2e- ══ Fe2+,正极反应式为2H++2e- ══ H2↑。a、b两处溶液的pH均增大,C项错误。
4.下列说法不正确的是(　　)
A.生铁比纯铁更易生锈
B.钢柱在水下的部分比在空气与水的交界处更易生锈
C.用锡焊接铁质器件,焊接处铁易生锈
D.生铁在湿润环境中比在干燥环境中更易生锈
B
解析 纯铁具有很强的抗腐蚀性能,生铁易形成电化学腐蚀,因此生铁比纯铁更易生锈,A项正确;钢柱在空气与水的交界处易生锈,钢柱在水下的部分比空气与水的交界处的空气少,腐蚀慢,B项错误;用锡焊接铁质器件,形成原电池,铁作为负极,因此焊接处铁易生锈,C项正确;生铁在干燥的空气中,不易生锈,生铁在湿润的环境中易生锈,D项正确。
探究二　金属的防护
情境探究
人们在生产、生活中采取了多种防止金属腐蚀的措施,如对自行车采取的防护措施如图所示。
(1)图中自行车采取了哪些防护措施 简述其原理。
提示 在金属表面覆盖保护层:涂机油、镀铬、镀锌、烤漆、烤蓝等;原理是使钢铁与空气、水隔绝,以达到防止腐蚀的目的。制成不锈钢合金,原理是通过改善金属的内部结构,达到防止腐蚀的目的。
(2)电化学防护的实质是什么
(3)为了降低铁闸门腐蚀的速率,甲图中R可选择何种材料,这种防护措施的名称叫什么
提示 电化学防护的实质是把被保护的金属作为原电池的正极或电解池的阴极,不参与电极反应,从而不被氧化。
提示 R可选择锌块,这叫牺牲阳极的阴极保护法。
(4)乙图铁闸门应连接直流电源的哪个电极 这种防护方法的名称叫什么
提示 铁闸门应连接直流电源的负极,这种方法叫外加电流的阴极保护法。
方法突破
金属的电化学防护
电化学防护 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法
依据 原电池原理 电解原理
原理 分析 形成原电池时,被保护金属作为正极(阴极),不反应受到保护;活泼金属作为负极(阳极),发生反应受到腐蚀。阳极要定期予以更换 将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两极,使被保护金属作为阴极,在外加直流电的作用下使阴极得到保护
应用 一些钢铁设备如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌块 土壤、海水及河水中的金属设备等
实例示 意图
应用体验
视角1金属防护的原理
1.将金属M连接在钢铁设施表面,可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中,下列有关说法正确的是(　　)
A.钢铁设施的电极反应式为Fe- 2e- ══ Fe2+
B.金属M的活泼性比Fe的活泼性弱
C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
C
解析 该装置为原电池原理的金属防护措施,为牺牲阳极的阴极保护法,金属M作为负极,钢铁设备作为正极。题图中钢铁设施作为原电池的正极,正极金属被保护不失电子,A项错误;阳极金属M实际为原电池装置的负极,电子流出,原电池中负极金属比正极活泼,因此M的活泼性比Fe的活泼性强,B项错误;金属M失电子,电子经导线流入钢铁设备,从而使钢铁设施表面积累大量电子,自身金属不再失电子从而被保护,C项正确;海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度,离子浓度越大,溶液的导电性越好,因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快,D项错误。
2.将Zn块连接在钢铁设施表面,可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中,下列有关说法不正确的是(　　)
A.该装置设计利用了原电池原理
B.Zn的活泼性比Fe的活泼性强
C.Zn极的电极反应式为Zn-2e- ══ Zn2+
D.该过程中电子由钢铁设施经外电路流向金属Zn
D
解析 根据题中所给过程可知,利用了原电池原理,A正确;Zn的活泼性比铁强,B正确;Zn失电子生成Zn2+,电子经外电路流向钢铁设施,C正确,D错误。
3.(2023河北十县一中联盟高二期中)某大桥出现桥面抖动现象,专家对桥墩的主体钢筋进行了全面检测,并确定了其安全性。以下说法不正确的是
(　　)
A.桥墩钢筋容易发生析氢腐蚀
B.在海面与空气交界处的钢铁,比海底下的钢铁更容易被腐蚀
C.可以在桥墩钢铁上嵌附锌片,减慢其腐蚀速率
D.将桥墩钢铁与外接电源负极相连的方法,称为外加电流的阴极保护法
A
解析 桥墩钢筋可与海水形成原电池,容易发生吸氧腐蚀,A错误;在海面与空气交界处的钢铁,易发生吸氧腐蚀,海面下水中氧气的溶解度较小,海底下的钢铁腐蚀较慢,则在海面与空气交界处的钢铁比海底下的钢铁更容易被腐蚀,B正确;锌的活泼性强于铁,可以在桥墩钢铁上嵌附锌片,采用牺牲阳极的阴极保护法减慢其腐蚀速率,C正确;将桥墩钢铁与外接电源负极相连的方法,防止了铁被腐蚀,称为外加电流的阴极保护法,D正确。
视角2金属防护的措施
4.港珠澳大桥设计寿命为120年,对桥体钢构件用多种方法防腐。下列分析错误的是(　　)
A.防腐原理主要是避免发生反应:2Fe+O2+2H2O ══ 2Fe(OH)2
B.钢构件表面喷涂环氧树脂涂层,是为了隔绝空气、水等,防止形成原电池
C.采用外加电流的阴极保护法需直接在钢构件上绑上锌块
D.钢构件可采用不锈钢材料以减缓电化学腐蚀
C
解析 大桥在海水中发生吸氧腐蚀,防腐即为了避免此反应的发生,A项正确;钢铁生锈的条件是有氧气和水,在钢构件表面喷涂环氧树脂涂层,能隔绝氧气和水,B项正确;外加电流的阴极保护法中,钢铁作为阴极被保护,阳极可以采用惰性电极,并外接直流电源,C项错误;不锈钢的耐腐蚀性比较好,故钢构件可以采用不锈钢,D项正确。
5.生活和生产中人们采用多种方法防止金属腐蚀,其中保护轮船外壳的常用方法是(　　)
A.涂保护层
B.改变金属结构
C.牺牲阳极的阴极保护法
D.外加电流的阴极保护法
C
解析 保护轮船外壳的常用方法是在船壳上镶入一些活泼金属如锌块,锌块作为负极,与船体、电解质溶液构成原电池,船体作为原电池的正极被保护,该方法利用的是牺牲阳极的阴极保护法,C项正确。
6.埋在地下的钢管常用如图所示的方法加以保护,使其免受腐蚀。下列说法正确的是(　　)
A.金属棒X的材料可能为铜
B.金属棒X的材料可能为钠
C.钢管附近土壤的pH可能会上升
D.这种方法称为外加电流的阴极保护法
C
解析 X的活泼性应大于铁的活泼性,但金属钠的活泼性太强,能与土壤中的H2O直接反应,故X的材料不可能是铜和钠,A、B项错误;O2在钢管处得电子,发生还原反应:O2+4e-+2H2O ══ 4OH-,故钢管附近土壤的pH可能会上升,C项正确;题图中没有外加电源,故为牺牲阳极的阴极保护法,D项错误。
7.长江大桥的防腐方法有:①钢梁上安装铝片;②使用高性能富锌(富含锌粉)底漆;③使用高附着性防腐涂料;④预留钢铁腐蚀量。下列分析不合理的是(　　)
A.防腐涂料可以防水、隔离O2,降低吸氧腐蚀速率
B.防腐过程中铝和锌均作为阳极,失去电子
C.钢铁发生吸氧腐蚀时的负极反应式为Fe-3e- ══ Fe3+
D.方法①②③只能减缓钢铁腐蚀,未能完全消除
C
解析 大桥使用铁的合金材料,表面接触空气、水蒸气,易形成原电池,防腐涂料可以防水、隔离O2,降低吸氧腐蚀速率,A项正确;铝和锌的金属活动性大于铁,故铁腐蚀过程中铝和锌均作为阳极,失去电子,保护了铁,B项正确;钢铁发生吸氧腐蚀时,铁作为负极,失电子发生氧化反应,电极反应式为Fe-2e- ══ Fe2+,C项错误;方法①②③只能减缓钢铁腐蚀,不能完全消除铁的腐蚀,D项正确。
8.深埋在潮湿土壤中的铁管道,在硫酸盐还原菌作用下,能被硫酸根离子腐蚀,其电化学腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.铁管道发生的是吸氧腐蚀
B.输送暖气的管道也易发生此类腐蚀
C.这种情况下,土壤的pH增大
D.管道上刷富铜油漆可以延缓管道的腐蚀
C
解析 由题图可知,负极反应为Fe-2e- ══ Fe2+,正极反应为
+5H2O+8e- ══ HS-+9OH-。铁管道的腐蚀过程中,氧气并未参与反应,所以不是吸氧腐蚀,故A项错误;硫酸盐还原菌在高温下易失去催化能力,则输送暖气的管道不易发生此类腐蚀,故B项错误;由正、负极的电极反应可知,铁管道腐蚀过程中,OH-浓度增大,土壤pH增大,故C项正确;管道上刷富铜油漆,形成铜铁原电池,Fe作为负极,可以加快管道的腐蚀,故D项错误。
9.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↑
D
解析 若d为石墨,则铁、石墨及海水形成原电池,发生铁的吸氧腐蚀,从而加快铁片腐蚀,A项正确;若d为石墨,作为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e- ══ 4OH-,B项正确;若d为锌块,则Zn、Fe和海水构成原电池,由于活动性:Zn>Fe,故锌作为负极,铁片不易被腐蚀,C项正确;若d为锌块,铁片上的电极反应式为O2+2H2O+4e- ══ 4OH-,D项错误。
10.某研究小组对铁生锈进行研究。
(1)甲同学设计了A、B、C一组实验(如图)探究铁生锈的条件。经过较长时间后,甲同学观察到现象:A中铁钉生锈;B中铁钉不生锈;C中铁钉不生锈。
①通过上述实验现象分析,可得出铁生锈的外部条件是　 。
②由于与金属接触的介质不同,金属腐蚀分为不同类型,本实验中铁生锈属于　　　　　　,正极的电极反应式为　　　　　　　　　　　。
③实验B所用的水要经过　　　处理;植物油的作用是　 。
④实验C中碱石灰的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)乙同学为了达到同样的目的,设计了实验D(如图所示),发现一段时间后试管中的液面升高,其原因是　　　　　　　　　　　　　　,该实验
　　　　(填“能”或“不能”)说明水对铁钉生锈产生影响。
答案 (1)①有水(或电解质溶液)和氧气(或空气)
②吸氧腐蚀　O2+4e-+2H2O ══ 4OH-
③煮沸(或除去氧气)　隔绝空气(或防止氧气与铁接触)
④吸收水蒸气(或保持试管内环境干燥)
(2)铁的腐蚀要消耗试管内的氧气,使试管内压强低于大气压　不能
解析 铁钉内部含有碳,如果再有电解质溶液和氧气即可发生腐蚀;A中的铁钉发生的是吸氧腐蚀,所以正极是氧气得到电子;水中往往溶有一定量的氧气,所以做实验前要先将水煮沸除去O2。
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