4.3 金属的腐蚀与防护 （教学设计）—— 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第四章 化学反应与电能
第三节 金属的腐蚀与防护
【教学目标】
1.认识金属腐蚀的严重性及危害，培养防止金属腐蚀的意识，熟知金属腐蚀常用的防护方法。
2.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。
3．能用电化学原理解释钢铁腐蚀的现象。
4.掌握金属防护的方法，能够利用电化学知识进行金属的防护。
【教学重难点】
1.金属的电化学腐蚀及电化学防护原理；
2.金属发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的原理。
【辅助工具】
多媒体、视频
【教学过程】
【导入】图片展示：金属腐蚀在生活中很常见。
【师】金属腐蚀存在一些危害，比如说会造成经济损失，引发安全威胁。这节课我们就来深入的学习金属腐蚀的相关知识点。
【讲解】
1.金属腐蚀的定义：指金属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。
化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
化学腐蚀 电化学腐蚀
定义 金属与其表面接触的一些物质直接反应而引起的腐蚀 不纯的金属或合金与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化的腐蚀叫做电化学腐蚀
本质 金属直接被氧化的过程 较活泼的金属被氧化的过程
有无电流 无 有
共同点 都是金属的氧化反应
相互联系 化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更严重 化学腐蚀相对较慢，电化学腐蚀相对较快
【过渡】由于条件不同，钢铁腐蚀可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
【讲解】2.钢铁的电化学腐蚀
析氢腐蚀
负极：Fe－2e－===Fe2＋
正极：2H＋＋2e－===H2↑
总：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
【思考】析氢腐蚀下的电解质溶液应当满足什么条件？
【讲解】析氢腐蚀过程中电解质溶液呈强酸性、较强酸性
吸氧腐蚀
负极：Fe－2e－===Fe2＋
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
其他反应：
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4 Fe(OH)3
2Fe(OH)3＝Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
【思考】吸氧腐蚀下的电解质溶液应当满足什么条件？
【讲解】吸氧腐蚀过程中电解质溶液呈弱酸性或呈中性、有氧。
【播放视频】
【思考与探究】实验4-3
将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入下图的装置中。一段时间后观察导管中水柱的变化，思考原因。
【引导】一段时间后水柱升高，因为发生吸氧腐蚀，试管内压强减小，水柱升高
涉及的反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
【小结】学生交流总结并完成下列表格的填写
析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件
电极反应 负极
正极
总反应式
相互联系
【讲解】金属腐蚀的快慢规律
金属腐蚀类型的差异
电解原理引起腐蚀>原电池原理引起腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀
电解质溶液的影响
对同一金属来说，腐蚀的快慢（浓度相同）：
强电解质溶液 > 弱电解质溶液 > 非电解质溶液；
对同一电解质溶液来说，电解质浓度越大，腐蚀速率越快；
对活泼型不同的两种金属，活泼性差别越大，腐蚀速率越快。
【过渡】既然金属腐蚀在生活中很常见，又会存在一些危害，那如何进行防护呢？
【PPT展示图片】生活中金属的防护
【师】所谓的金属防护，即就是防止金属的腐蚀，要解决的主要问题是使金属不被氧化，应从金属腐蚀的化学反应原理、腐蚀的类型等方面来确定金属防护的具体方法。
方法一：改变金属材料的组成
方法二：在金属表面覆盖保护层
方法三：电化学保护法
牺牲阳极法：形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀
原理：原电池原理
要求：活泼性强的金属作负极，被保护金属作正极。
实验探究牺牲阳极法
检验Fe2+的特征方法：加入铁氰化钾溶液，若产生蓝色沉淀，则证明没有起到防护作用。
外加电流法：利用电解池原理，将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。
原理：电解池原理
要求：被保护的金属与外接电源负极相连作阴极。
【小结】
金属的电化学防护法
【课堂小结】
【板书设计】
【巩固练习】
1．铜板上的铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法不正确的是( )
A．正极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
B．此过程中还涉及的反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2=== 4Fe(OH)3
C．此过程中铜并不被腐蚀
D．此过程中电子从Fe流向Cu