4.3 金属的腐蚀与防护 课件 (共24张PPT)2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修1

(共24张PPT)
第四章 化学反应与电能
第三节 金属的腐蚀与防护 课时1
钢铁生锈
铜器生锈
金属腐蚀的现象普遍存在，
常常是自发进行的。
机器设备灵敏度降低
轮船船体损坏
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意义。
1、认识金属腐蚀的危害，能利用原电池原理解释电化学腐蚀的原因。
2、能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。
3、了解金属腐蚀的防护方法。
一、金属的腐蚀
1.定义
2.本质
金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
金属原子失去电子被氧化的过程。
M－ne－→Mn+
3.分类
金属其表面接触的一些物质（如O2、Cl2、SO2等）直接反应而引起的腐蚀。
（1）化学腐蚀
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。
受温度影响很大。
（2）电化学腐蚀
不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化
例如：钢铁制品在潮湿空气中的锈蚀
在潮湿的空气里,钢铁表面吸附了一薄层水膜。水中溶有其他物质形成电解质溶液,跟钢铁里的铁和少量的碳构成无数微小的原电池。
NaCl溶液
C
Fe
请画出钢铁腐蚀的原电池装置。
钢铁腐蚀
写出两极的电极反应方程式。
负极：
Fe－2e－＝Fe2＋
2H＋＋2e－＝H2↑
O2＋4e－＋2H2O＝4OH－
正极：
正极是O2得电子，还是H＋得电子？
【实验现象】
铁钉表面有铁锈生成，导管中的水柱液面上升。
负极：
正极：
【结论】
Fe－2e－＝Fe2＋
O2＋4e－＋2H2O＝4OH－
总反应：
2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2
Fe(OH)3
Fe2O3·xH2O
①吸氧腐蚀（水膜酸性很弱或呈中性）
在NaCl溶液（中性）环境下
O2
②析氢腐蚀（水膜酸性较强）
负极：
正极：
Fe－2e－＝Fe2＋
2H＋＋2e－＝H2↑
总反应：
Fe+2H+===Fe2++H2↑
注意：只有位于金属活动性顺序中氢前的金属才可能发生析氢腐蚀，
氢后的金属不能发生。
钢铁等金属的腐蚀主要是吸氧腐蚀。
弱酸性环境下
[思考] 化学腐蚀和电化学腐蚀有什么不同？
化学腐蚀 电化学腐蚀
条件
电流
现象
本质
影响因素
联系
金属或合金与氧化剂直接接触
不纯金属或合金与电解质溶液接触
无电流产生
有微弱电流产生
金属被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
M ne =Mn+
M ne =Mn+
与氧化剂的氧化性及温度等有关
与电解质溶液的酸碱性及金属活动性等有关
两者往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍。
哪一个腐蚀的速率更快呢？
【实验现象】
加入硫酸铜溶液的试管中的锌粒表面产生气泡更多，反应速率更快。
锌粒的化学腐蚀和电化学腐蚀
金属腐蚀快慢的判断
电解原理（阳极腐蚀）＞原电池原理（负极腐蚀）＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀
二、金属的防护
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
把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢
钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性，还具有良好的生物相容性。
2.在金属表面覆盖保护层
汽车表面喷涂油漆
覆盖搪瓷
塑料包裹
电镀
钢铁进行发蓝处理
钝化处理等等
3.电化学防护
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。
白铁皮（镀锌铁）
马口铁（镀锡铁）
白铁皮
负极：2Zn – 4e- = 2Zn2+
正极：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-
总反应： 2Zn +O2 + 2H2O = 2Zn(OH)2
牺牲锌保护铁
马口铁
负极：2Fe – 4e- = 2Fe2+
正极：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-
总反应： 2Fe +O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2
牺牲铁保护锡
(1)牺牲阳极法
①原理——原电池原理：
正极：被保护金属
负极：活泼金属
需要定期更换
海水
钢闸门
锌板
e
e
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
被保护的阴极
牺牲阳极
Zn2+
②应用：该法主要用来保护一些钢铁设备，如在锅炉内壁、船体外壳上装上镁合金或锌块。
(1)牺牲阳极法
①原理——原电池原理：
正极：被保护金属
负极：活泼金属
需要定期更换
②应用：该法主要用来保护一些钢铁设备，如在锅炉内壁、船体外壳上装上镁合金或锌块。
牺牲阳极法实验（1）
指针偏转
逐渐溶解
质量不变，无气泡产生，加入铁氰化钾溶液，无变化。
Zn-2e-=Zn2+
O2+4e-+4H+=H2O
【结论】Fe、Zn和经过酸化的NaCl溶液构成原电池；该装置中铁未被腐蚀。
【实验现象】
实验装置 电压表 阳极 阴极
现象
有关反应 ——
Fe2+的检验：Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液(黄色)反应生成KFe[Fe(CN)6]沉淀(带有特征蓝色)。这是检验溶液中Fe2+的常用方法。
牺牲阳极法实验（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。
酚酞溶液
（a）
K3[Fe(CN)6]溶液
（b）
阳极(负极)：铁
Fe-2e- =Fe2+
K3[Fe(CN)6]溶液
KFe[Fe(CN)6]沉淀
（被腐蚀）
(2)外加电流法
①原理——电解池原理：
阴极：被保护金属
阳极：惰性电极作辅助阳极
海水
钢闸门
e
e
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
被保护的阴极
辅助阳极
不溶性
②应用：该法常用来保护土壤、海水中的金属设备。
比较 牺牲阳极法 外加电流法
原理
辅助阳极化学性质
辅助阳极发生的电极反应类型
[思考] 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的化学性质各有什么要求？
原电池原理
电解原理
活泼
惰性
氧化反应
氧化反应
(1)铜在酸性较强的溶液中均可发生析氢腐蚀。 (　　)
(2)钢铁发生电化学腐蚀时,负极铁失去电子生成Fe3+。 (　　)
(3)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。 (　　)
(4)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比镀铜前更容易生锈。 (　　)
(5)外加电流法是将被保护金属接在直流电源的正极。 (　　)
(6)在船体外嵌入锌块,可以减缓船体的腐蚀,属于牺牲阴极法。 (　　)
[练一练]
2.将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)
A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e-=Fe3+
B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀
C
金属的腐蚀与防护
金属的腐蚀
金属的防护
定义
本质
分类
电化学腐蚀
化学腐蚀
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
无电流产生
牺牲阳极法
外加电流法
改变金属内部组织结构
在金属表面覆盖防护层
被保护金属作原电池正极
被保护金属作电解池阴极
制成合金等
涂油漆、电镀等