4.3　金属的腐蚀与防护 课件(共41张PPT) 2023-2024学年高二化学人教版选择性必修1

(共41张PPT)
第四章
第三节　金属的腐蚀与防护
素养 目标
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,培养科学探究与创新意识的化学核心素养。
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,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
重难探究·能力素养全提升
目录索引
基础落实·必备知识全过关
一、金属的腐蚀
1.金属腐蚀的定义和分类
2.钢铁的电化学腐蚀
类别 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
示意图
条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性
负极 Fe-2e-=== Fe2+ 钢铁发生电化学腐蚀时,负极Fe失去电子生成Fe2+,而非Fe3+
正极 2H++2e-=== H2↑ O2+4e-+2H2O=== 4OH-
类别 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
总反应 ______________________ 2Fe+O2+2H2O=== 2Fe(OH)2
后续 反应 最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O),反应如下: 4Fe(OH)2+O2+2H2O=== 4Fe(OH)3, 2Fe(OH)3=== Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O
联系 通常两种腐蚀同时存在,但吸氧腐蚀更普遍
Fe+2H+===Fe2++H2↑
二、金属的防护
1.改变金属材料的组成
方法 在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金
实例 不锈钢——把　　、　　等加入普通钢中制成不锈钢
钛合金——具有优异的　　　　　性和良好的　　　　　　性
铬
镍
抗腐蚀
生物相容
2.在金属表面覆盖保护层
原理 在金属表面　　　　　　　　　　　,将金属制品与周围物质隔开
具体 方法 在钢铁制品的表面喷涂　　　　、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料等
用　　　　等方法在钢铁表面镀上一层锌、锡、铬、镍等金属
用化学方法在钢铁部件表面进行　　　　处理(生成一层致密的
　　　　　　　　薄膜)
利用　　 　　氧化处理铝制品的表面,使之形成致密的氧化膜而　　　　
采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面也可形成稳定的钝化膜
覆盖致密的保护层
油漆
电镀
发蓝
四氧化三铁
阳极
钝化
3.电化学保护法
金属在发生电化学腐蚀时,总是作为原电池　　　　(阳极)的金属被腐蚀,作为　　　(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:原电池原理,被保护的金属作　　　,活泼性更强的金属作　　　。
应用:锅炉内壁、船舶外壳、钢闸门安装镁合金或锌块。
负极
正极
正极
负极
(2)外加电流法
原理:电解池原理,被保护的金属作为阴极,与电源的　　　相连。
应用:钢闸门,高压线铁架,地下管道连接直流电源的负极。
负极
微思考1
阅读教材“金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)……”一段。思考:家庭中使用的燃气灶中心部位容易生锈,其中的钢铁被腐蚀的主要原因是什么
提示 主要是在高温下铁发生化学腐蚀。
易错辨析1
(1)无论化学腐蚀还是电化学腐蚀,金属的腐蚀都是金属失电子被氧化的过程。(　　)
(2)因为CO2普遍存在,所以钢铁腐蚀以析氢腐蚀为主。(　　)
(3)纯铁不易腐蚀,生铁易腐蚀,是因为生铁中含碳单质,能形成原电池发生电化学腐蚀。(　　)
(4)铁的电化学腐蚀的负极反应为Fe-3e-=== Fe3+。(　　)
√
×
提示 钢铁发生电化学腐蚀时,通常表面的水膜酸性较弱,难以发生析氢腐蚀,因此钢铁的腐蚀主要是吸氧腐蚀。
√
×
提示 铁的电化学腐蚀的负极反应为Fe-2e-===Fe2+。
微思考2
自学教材“3. 电化学保护法”。
思考:在热水器中金属内胆的中部安装一根镁棒,若热水器的搪瓷内胆局部出现裂纹时,镁棒与金属内胆的钢铁形成原电池,可保护金属内胆,这种电化学保护法的名称是什么 镁棒在原电池中作什么电极
提示 牺牲阳极法。镁棒为原电池的负极。
知识拓展
牺牲阳极法,让被保护的金属作正极受到保护,连接的金属作负极“被牺牲”,因为“牺牲”时发生氧化反应,因此称为阳极。
易错辨析2
(1)牺牲阳极法利用的是电解池原理。(　　)
(2)在铁制品表面镀锌,是为了防止铁制品的腐蚀,而且镀层有损坏仍可对铁制品起到保护作用。(　　)
(3)给铁制品涂油脂、喷油漆是为了隔绝铁与氧气的接触,起到保护铁制品的作用。(　　)
(4)铁闸门可与外加电源的正极相连,起到保护铁闸门的作用。(　　)
×
提示 牺牲阳极法利用的是原电池原理。
√
√
×
提示 要保护铁闸门,铁闸门应与外加电源的负极相连,作为阴极。
重难探究·能力素养全提升
探究一　金属的腐蚀
情境探究
材料1:如图装置中,小试管内为红墨水,具支试管内盛有pH=5的雨水和生铁片。观察到开始时导管内液面下降,一段时间后导管内液面回升,略高于小试管液面。
材料2:向100 mL烧杯中加入约50 mL饱和食盐水后,插入两个玻璃筒(无底),将一个无锈铁钉和一个石墨棒分别用导线与电流表连接后,再分别插入两个玻璃筒中,如图。
(1)根据材料1中描述的现象,试分析生铁片发生的腐蚀类型及原理。
(2)材料1中开始时导管内液面下降时正极反应如何书写 液面回升时正极反应如何书写
提示 生铁中的铁、碳单质与雨水构成原电池,开始时酸性较强发生析氢腐蚀,使导管内液面下降,一段时间后导管内液面回升,说明具支试管中气体压强减小,即此时发生吸氧腐蚀。
提示 析氢腐蚀的正极反应是2H++2e-===H2↑,吸氧腐蚀的正极反应是2H2O+4e-+O2===4OH-。
(3)材料2中电流表的指针是否偏转 说明什么问题 若向实验2中插入石墨棒的玻璃筒内滴入酚酞溶液,将会看到什么现象
提示 电流表指针偏转。说明有电流通过。向石墨棒一端加入酚酞溶液显红色。
方法突破
钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀
应用体验
视角1金属的化学腐蚀和电化学腐蚀比较
1.下列现象与电化学腐蚀无关的是(　　)
A.铜锌合金不易被腐蚀
B.银质物品久置表面变黑
C.附有银制配件的铁制品在其接触处易生锈
D.生铁比纯铁更容易生锈
B
解析 铜锌合金在潮湿空气中形成原电池,锌为负极,铜为正极,Cu被保护,不易被腐蚀,与电化学腐蚀有关,A不符合题意;银质物品长期放置表面变黑是因为金属银与空气中O2发生反应生成黑色物质,属于化学腐蚀,与电化学腐蚀无关,B符合题意;铁制品附有银制配件时,在接触处易形成原电池,其中铁为负极,易生锈,和电化学腐蚀有关,C不符合题意;铁、碳单质在潮湿的空气中构成原电池,Fe作负极失电子加速腐蚀,所以生铁比纯铁更容易生锈,与电化学腐蚀有关,D不符合题意。
2.下图是燃气灶的部件说明图,下列说法正确的是(　　)
A.锅支架生锈的主要原因是经常沾上盐水,铁发生化学腐蚀
B.炉头易生锈,主要是由于高温下铁发生电化学腐蚀
C.外壳是铝合金材料,不易锈蚀是因为铝不活泼
D.灶脚由螺钉和外层电木(一种耐高温塑料)组成,电木起到了防止金属腐蚀的作用
D
解析 锅支架生锈的主要原因是经常沾上盐水,锅支架含有的铁和碳单质形成原电池,发生电化学腐蚀,A错误;高温下炉头被氧气氧化,发生化学腐蚀,B错误;外壳是铝合金材料,不易锈蚀是因为铝被氧化生成的致密氧化膜阻止了铝继续与氧气反应,C错误;电木隔绝了螺钉与空气的接触,起到了防止金属腐蚀的作用,D正确。
归纳总结　区分化学腐蚀和电化学腐蚀
发生电化学腐蚀的一般是两种金属接触或合金,同时又与电解质溶液(或潮湿的空气等)接触;发生化学腐蚀的金属可以是纯金属,是金属直接与一些氧化剂(如O2、Cl2等)接触发生反应,常见的银器在空气中变黑、燃气灶炉头生锈都属于化学腐蚀。
视角2吸氧腐蚀和析氢腐蚀
3.某研究小组利用图1装置探究铁粉腐蚀原理。挤压胶头滴管将醋酸滴入铁粉与碳粉的均匀混合物中,容器中的压强随时间的变化曲线如图2。下列说法正确的是(　　)
图1
图2
A.铁粉发生反应:Fe-3e-=== Fe3+
B.铁粉一定是先发生了析氢腐蚀,后发生了吸氧腐蚀
C.由t2时容器中的压强可判断反应后期铁发生了吸氧腐蚀
D.为确定0~t1时段的腐蚀类型,可用N2代替图1锥形瓶中的空气,进行对比实验
答案 C
解析 Fe单质发生腐蚀过程中生成Fe2+,故A项错误;将胶头滴管内醋酸滴入铁粉与碳粉的均匀混合物中,0~t1时段装置内压强逐渐增大,说明铁与醋酸反应产生了H2,可能发生了化学腐蚀,也可能是析氢腐蚀,t1之后容器内压强减小,说明装置内气体分子数目减小,氧气被消耗,发生吸氧腐蚀,故B项错误;t2时容器内压强明显小于起始压强,说明容器内气体分子数减小,即铁发生了吸氧腐蚀,故C项正确;0~t1时段的腐蚀类型可能是铁与醋酸直接接触的化学腐蚀,也可能是醋酸与碳粉接触从而引发的析氢腐蚀,两种腐蚀均与锥形瓶内是否含有空气无关,因此使用N2替换图1锥形瓶中的空气无法判断其腐蚀类型,故D项错误。
探究二　金属的防护
情境探究
按如图所示连接好装置甲和乙:
已知Fe2+与K3[Fe(CN)6]反应生成带有特征蓝色的沉淀:K++Fe2++[Fe(CN)6]3-=== KFe[Fe(CN)6]↓。
(1)甲、乙两装置中电流表指针均发生偏转,但偏转方向不同,为什么
(2)两个Fe电极上发生了什么反应
(3)分别取出少量两装置中的溶液滴加K3[Fe(CN)6]溶液,是否有蓝色沉淀生成 说明了什么问题
提示 两装置均可形成原电池,甲装置中Zn为负极,Fe为正极;乙装置中Sn为正极,Fe为负极,因此电流方向不同,电流表指针偏转方向不同。
提示 甲中Fe电极:2H++2e-===H2↑,乙中Fe电极:Fe-2e-===Fe2+。
提示 甲中没有蓝色沉淀,乙中有蓝色沉淀。甲中Fe被保护,Zn被腐蚀,溶液中没有Fe2+;乙中有Fe2+生成。
(4)若用上述方法对Fe进行防护,应选择哪个装置 被保护金属作为原电池的哪个电极 若改用外加直流电源对金属进行防护,则被保护金属应与电源哪个电极连接
提示 装置甲;被保护金属作为原电池的正极;若改用外加直流电源对金属进行防护,则被保护金属应与电源的负极相连。
方法突破
1.金属腐蚀的快慢比较
(1)在同一种电解质溶液中,金属腐蚀由快到慢的顺序:电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。
(2)在不同溶液中,金属在电解质溶液中的腐蚀>金属在非电解质溶液中的腐蚀;在浓度相同的电解质溶液中,金属在强电解质溶液中的腐蚀>金属在弱电解质溶液中的腐蚀。
(3)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。
2.金属的电化学防护
应用体验
视角1金属腐蚀的快慢
1.下列各种情况中,Fe片腐蚀速率由慢到快的顺序是(　　)
A.⑤②①③④
B.⑤①②④③
C.④②①③⑤
D.④③①②⑤
D
解析 根据装置图知,②③装置是原电池,在②中金属铁作负极被腐蚀,在③中金属铁作正极被保护,所以铁的腐蚀速率:②>③;④⑤装置是电解池,④中金属铁为阴极被保护,⑤中金属铁为阳极被腐蚀,即铁的腐蚀速率:⑤>④,根据电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐蚀措施的腐蚀,并且原电池的正极金属腐蚀速率大于电解池的阴极金属腐蚀速率,则铁腐蚀速率由慢到快的顺序为④③①②⑤。
视角2金属的防护方法
2.为了保护舰艇(主要由铁合金材料制成),在舰体表面镶嵌金属块(R)。下列有关说法不正确的是(　　)
A.这种保护舰体的方法叫做牺牲阳极法
B.金属块R可能是镁或锌
C.海水呈弱碱性,舰艇在海水中易发生析氢腐蚀
D.正极反应为O2+2H2O+4e-=== 4OH-
C
解析 在舰体表面镶嵌金属块(R),这种保护方法利用原电池原理,需要金属块R比铁活泼,R作负极,铁合金作正极,这种方法叫做牺牲阳极法,A项正确;金属块R比铁活泼,可能是镁或锌,B项正确;铁合金在弱碱性海水中主要发生吸氧腐蚀,在酸性较强的溶液中才发生析氢腐蚀,C项错误;吸氧腐蚀过程中,正极上发生还原反应,电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-,D项正确。
【变式设问】
(1)舰艇在海水和河水中航行,在哪种情况下腐蚀更快
(2)舰艇在海水中航行时,腐蚀最快的是与海水表面接触的位置,而不是一直浸泡在海水中的舰艇的底部,为什么
提示 在海水中航行腐蚀更快。
提示 舰艇在海水中发生吸氧腐蚀,海水表面O2浓度大,因此舰艇与海水表面接触的位置腐蚀最快,一直浸泡在海水中的舰艇的底部O2浓度小,腐蚀相对较慢。
3.支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流法进行防腐,工作原理如图所示。其中高硅铸铁为惰性辅助电极。下列有关表述不正确的是(　　)
A.通入保护电流使钢管桩表面的腐蚀电流接近于零
B.通电后,外电路电子从高硅铸铁流向电源正极,再由电源负极流向钢管桩
C.高硅铸铁的作用是作为阳极材料被损耗和传递电流
D.该保护装置属于电解池
C
解析 钢管桩作为被保护的阴极,外加电流使得其表面腐蚀得到抑制,使其表面腐蚀电流接近于零,从而避免或减弱腐蚀的发生,故A正确;高硅铸铁作为阳极,电子经导线流入电源正极,再从电源负极经导线流入钢管桩,故B正确;高硅铸铁为惰性辅助电极,不会被损耗,而是由海水中的Cl-在阳极失去电子发生氧化反应,故C错误;题中工作原理是外加电流法进行防腐,属于电解池装置,故D正确。
易错提醒　解答本题应注意理解“高硅铸铁为惰性辅助电极”,即相当于惰性电极,反应过程中高硅铸铁本身不发生反应,应该是海水中的阴离子在阳极放电发生氧化反应。
本 课 结 束