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(共43張PPT)
趙健
新人教版 化學 選擇性必修1
化學反應原理
同學們好
歡迎來到化學課堂
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請你說說！
生活中常見的金屬的腐蝕的現象
在日常生活中，我們經常見到鋼鐵制品生銹，銅制品長出銅綠，這就是金屬腐蝕的現象。
鐵銹主要成分：Fe2O3 xH2O
銅綠主要成分：Cu2(OH)2 CO3
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你知道金屬銹蝕的原因是什么嗎？
對此應采取怎樣的防護措施？
Fe2O3·xH2O
(化合態)
Fe
(游離態)
0
+3
Cu2(OH)2CO3
(化合態)
Cu
(游離態)
0
+2
金屬原子失去電子，被氧化 ( M - ne- = Mn+)
第三節
金屬的腐蝕與防護
第四章 化學反應與電能
趙健
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你知道嗎
金屬腐蝕的危害
使橋梁、建筑物的金屬構架強度降低而造成坍塌
機器設備、儀器、儀表的精度和靈敏度降低，直至報廢
使地下金屬管道發生泄漏、輪船船體損壞等
01 金屬的腐蝕
趙健
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金屬的腐蝕
金屬或合金與周圍的氣體或液體發生氧化還原反應而引起損耗的現象
金屬腐蝕的實質
金屬原子失去電子，被氧化
M - ne- = Mn+
由于與金屬接觸的氣體或液體物質不同，發生腐蝕的情況也不同，一般可分為化學腐蝕和電化學腐蝕。
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金屬的腐蝕
化學腐蝕
電化學腐蝕
金屬與其表面接觸的一些物質（如O2、Cl2、SO2）直接反應而引起的腐蝕。
高溫條件被腐蝕的燃氣灶
當不純的金屬與電解質溶液接觸時會發生原電池反應，比較活潑的金屬發生氧化還原反應而被腐蝕。
電化學腐蝕的過程是如何發生的呢？
趙健
02 電化學腐蝕
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電化學腐蝕
在潮濕的空氣中，鋼鐵表面吸附了一薄層水膜。水膜中溶有O2、CO2、SO2等氣體，這樣在鋼鐵表面形成了一層電解質溶液的薄膜，它跟鋼鐵中的鐵和少量的單質碳構成無數微小的原電池。
【實驗4-3】將經過酸洗除銹的鐵釘用飽和食鹽水浸泡一下，放入具支試管中。幾分鐘后，觀察導管中水柱的變化，解釋引起這種變化的原因
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電化學腐蝕
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電化學腐蝕
鐵釘的吸氧腐蝕
實驗現象
實驗解釋
導管中液面上升
裝置中鐵、碳、飽和食鹽水構成原電池，鐵釘發生吸氧腐蝕，導致壓強變小。
消耗的一定是氧氣嗎？
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用傳感器測量鐵釘腐蝕過程中密閉裝置內氧氣含量的變化
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電化學腐蝕
鐵釘的吸氧腐蝕
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電化學腐蝕
鐵釘的吸氧腐蝕
裝置中鐵、碳和飽和食鹽水構成原電池，鐵釘發生吸氧腐蝕腐蝕
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正極（C）：O2 + 4e + 2H2O = 4OH
總 反 應：2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2
后續反應：4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
負極（Fe）: Fe 2e = Fe2+
（吸氧腐蝕）
Fe2O3·xH2O
原電池原理分析鋼鐵是如何生銹的
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鐵釘的吸氧腐蝕
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如果水膜酸性較強，會發生怎樣的腐蝕呢？請你根據圖示用電極反應來表達。
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鐵釘的析氫腐蝕
（析氫腐蝕）
正極（C） : 2H+ + 2e H2↑
負極（Fe）: Fe 2e Fe2+
Fe + 2H+ ＝ Fe2+ + H2↑
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你知道嗎
如果水膜酸性較弱時，會發生什么樣的腐蝕？
【創新實驗】不同pH下，試管中氣體壓強隨時間變化情況
電腦
數據采集器
一定pH的
醋酸溶液
鐵和炭粉
2H＋ + 2e = H2↑
pH=2.0、3.0、3.5：
pH=4.0：
O2 + 4e + 4H+ = 2H2O
（析氫腐蝕）
（吸氧腐蝕）
濃度
性質
反應
影響
決定
水膜酸性較強
c(H+)較大
水膜酸性較弱或呈中性
c(H+)較小
氧化性
H+＞O2
析氫腐蝕
2H+ + 2e－ = H2↑
氧化性
H+＜O2
吸氧腐蝕
O2 + 4e－+ 2H2O = 4OH－
O2 + 4e + 4H+ = 2H2O
析氫腐蝕和吸氧腐蝕的比較
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【實驗4-3】取兩支試管，分別放入兩顆鋅粒和等體積、等濃度的稀鹽酸，觀察現象。然后，向其中一支試管中滴加1~2滴硫酸銅溶液，再觀察現象。解釋產生不同現象的原因。
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電化學腐蝕
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電化學腐蝕
化學腐蝕與電化學腐蝕的速率比較
實驗現象
實驗解釋
兩只試管均冒出氣泡，且①試管中產生氣泡的速率更快
Zn置換出Cu，Zn、Cu、稀鹽酸構成原電池，形成電化學腐蝕，能加快反應速率。
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化學腐蝕與電化學腐蝕的比較
化學腐蝕 電化學腐蝕
條件
特征
速率
結果
金屬與氧化性物質
直接接觸
不純金屬與電解質溶液
及氧化劑接觸
無電流產生
有微弱電流產生
金屬被氧化
相對活潑的金屬被氧化
小
大
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金屬的腐蝕
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請你說說
根據金屬腐蝕的實質，你能提出金屬的防護方法嗎？
金屬防護的本質：阻止 M-ne-=Mn+ 的發生
思考角度
切斷原電池反應
給予電子
改變金屬材料組成
在金屬表面覆蓋保護層
03 金屬的防護
趙健
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金屬的防護
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改變金屬材料組成
不銹鋼盆
鈦合金炒鍋
不銹鋼高壓鍋
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在金屬表面覆蓋保護層
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金屬的防護
噴漆
鍍鉻
包裹塑料
搪瓷
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金屬的防護
【思考與討論】常用的白鐵皮是在薄鋼板表面鍍上一層鋅，罐裝食品用的馬口鐵是在薄鋼板表面鍍上一層錫。若上述兩種鋼鐵制品的表面出現破損時，請分析并說明白鐵皮、馬口鐵的腐蝕情況。
＋
－
Zn
A
Fe
＋
－
Sn
A
Fe
e-
e-
我們知道，金屬發生電化學腐蝕時，總是作為原電池負極（陽極）的金屬被腐蝕，作為正極（陰極）的金屬不被腐蝕。
經酸化的3％NaCl溶液
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金屬的防護
【思考與討論】常用的白鐵皮是在薄鋼板表面鍍上一層鋅，罐裝食品用的馬口鐵是在薄鋼板表面鍍上一層錫。若上述兩種鋼鐵制品的表面出現破損時，請分析并說明白鐵皮、馬口鐵的腐蝕情況。
金屬活潑性：Zn > Fe > Sn
鍍層有破損
白鐵
馬口鐵
鋅為負極，鐵為正極被保護
錫為正極，鐵為負極腐蝕加快
04 電化學保護法
趙健
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電化學保護法
犧牲陽極法
形成原電池反應時，讓被保護金屬作正極，不反應，起到保護作用；而活潑金屬作負極，參加反應受到腐蝕。這種保護法犧牲了陽極(原電池負極)，保護了陰極(原電池的正極)
找替罪“陽”
犧牲鋅塊來保護鋼閘門，鋅塊必須定期更換
鋼閘門
(陰極)
海水
鋅板
(犧牲陽極)
e-
e-
Zn
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電化學保護法
（1）以Fe作保護電極，Zn作輔助電極，以經過酸化的3%NaCl溶液作電解質溶液，按圖所示連接好裝置。觀察電流表指針的變化，以及燒杯中兩個電極附近發生的現象。
過一段時間，用膠頭滴管從Fe電極區域取少量溶液于試管中，再向試管中滴入2滴K3[Fe(CN)6]（鐵氰化鉀）溶液， 觀察試管中溶液顏色變化？
實驗4-4
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電化學保護法
犧牲陽極法
實驗裝置 電流表 陽極（負極） 陰極（正極）
現象
有關反應
偏轉
鋅片逐漸溶解
鐵電極上有氣泡冒出
Zn-2e-=Zn2＋
2H＋＋2e=H2↑
試管中滴入2滴K3[Fe(CN)6] 溶液，無明顯變化，即溶液中無Fe2+
結論：
Fe電極被保護，不發生反應。Fe、Zn和經過酸化的NaCl溶液構成原電池；Zn作負極被腐蝕，Fe作正極被保護。
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電化學保護法
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電化學保護法
犧牲陽極法
（2）將1g瓊脂加入250 mL燒杯中，再加入50 mL飽和食鹽水和150 mL水。攪拌、加熱煮沸，使瓊脂溶解。稍冷后，趁熱把瓊脂溶液分別倒入兩個培養皿中，各滴入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均勻。取兩個2～3 cm的鐵釘，用砂紙擦光。
如圖(a)所示，將裹有鋅皮的鐵釘放入上述的一個培養皿中；如圖(b)所示，將纏有銅絲的鐵釘放入另一個培養皿中。觀察并解釋實驗現象。
實驗4-4
a
b
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電化學保護法
犧牲陽極法
實驗現象：裹有鋅片的鐵釘，鋅片逐漸溶解， 鐵釘附近溶液變紅色；
實驗現象：裹有銅絲的鐵釘，鐵釘逐漸溶解，鐵釘附近溶液有藍色沉淀生成；
實驗結論：
鋅作負極：Zn-2e-=Zn2+
鐵作正極：O2+2H2O+4e-=4OH-
鐵作正極，不反應，被保護
實驗結論：
鐵作負極：Fe-2e-=Fe2+
銅作正極：O2+2H2O+4e-=4OH-
鐵作負極，發生氧化反應，被腐蝕
實驗4-4
a
b
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請你思考回答！
想一想：為什么鋼制管道的內部要鑲嵌鎂塊？
＋
－
NaCl溶液
Mg
A
Fe
e-
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電化學保護法
外加電流法
外加電流法是把被保護的鋼鐵設備(如鋼閘門)作為陰極，用惰性電極作為輔助陽極，兩者均放在電解質溶液(如海水)里，外接直流電源。通電后，調整外加電壓，強制電子流向被保護的鋼鐵設備，使鋼鐵表面腐蝕電流降至零或接近零，鋼鐵設備被迫成為陰極而受到保護
鋼閘門
(陰極)
海水
輔助陽極
(不溶性)
e-
NaCl溶液
陰極
Fe
+
-
A
陽極
C
- +
e
e
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鋼閘門
(陰極)
海水
輔助陽極
(不溶性)
思考與討論
犧牲陽極法和外加電流法都要采用輔助陽極，將被保護的金屬作為陰極。在這兩種方法中，輔助陽極發生的電極反應類型是否相同？對于用作輔助陽極的金屬化學性質各有什么要求？
- +
e
e
鋼閘門
(陰極)
海水
鋅板
(犧牲陽極)
e-
e-
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犧牲陽極法 外加電流法
原理
保護方法
保護電流
注意事項
電化學保護法的對比
原電池
電解池
使被保護的金屬與比
它活潑的金屬接觸，被保
護的金屬做正極。
使被保護的金屬與電源
負極接觸，被保護的金屬做
陰極。
較小
較大
負極（陽極）材料
需要定期更換
輔助陽極
需要定期檢查
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金屬的防護
【總結】在同一電解質溶液中，金屬腐蝕的快慢規律如下：
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練習
1、下面各容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕時由快到慢的順序是 　 　.
⑤
④>②>①>③>⑤
電解池陽極腐蝕>原電池負極腐蝕>化學腐蝕>原電池的正極>電解池的陰極
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練習
2、下列與金屬腐蝕有關的說法正確的是(　　)
A、圖a中，插入海水中的鐵棒，越靠近底端腐蝕越嚴重
B、圖b中，開關由M改置于N時，Cu－Zn合金的腐蝕速率減小
C、圖c中，接通開關時Zn腐蝕速率增大，Zn上放出氣體的速率也增大
D、圖d中，Zn－MnO2干電池自放電腐蝕主要是由MnO2的氧化作用引起的
B
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練習
3、相同材質的鐵在圖中四種情況下最不易被腐蝕的是 (　 )
C
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練習
4、下列關于如圖所示的實驗裝置的判斷中錯誤的是（ ）
A、若X為碳棒，開關K置于A處可減緩鐵的腐蝕
B、若X為鋅棒，開關K置于A或B處都可減緩鐵的腐蝕
C、若X為鋅棒，開關K置于B處時，為犧牲陽極的陰極保護法
D、若X為碳棒，開關K置于B處時，鐵電極上發生的反應為2H＋＋2e－=H2↑
D

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