資源簡介

(共24張PPT)
第三節 金屬的腐蝕與防護
1. 能結合原電池原理嘗試設計實驗探究金屬腐蝕的原理，培養創新意識、科學探究能力和科學態度；能結合實驗現象從微觀視角推測鐵的吸氧腐蝕和析氫腐蝕的本質，發展宏觀辨識與微觀探析、邏輯推理能力與模型認知素養。
2. 能結合原電池構成要素對比吸氧腐蝕和析氫腐蝕的異同，學會控制單一變量進行對比實驗，認識電解質環境引起的正極反應不同，加深對變化觀念的認識。
3. 能結合原電池和電解池原理，嘗試設計金屬防護的方法并評價防護效果，理解化學學科的社會價值。
4.通過對生產、生活中與金屬的腐蝕與防護相關的實際問題的解釋與解決，完善認識化學反應的角度，深刻理解物質變化和能量守恒，培養節約環保的意識，增強社會責任感。
素養目標
教學重點
教學難點
金屬的電化學腐蝕原理及電化學防護原理。
金屬的電化學腐蝕原理。
情境引入
有鹽分的海水和空氣會對航母船體造成腐蝕，因此船體的防腐處理非常重要。你知道采取何種措施能防止船體的腐蝕嗎
新知學習
鐵銹主要成分：
Fe2O3 xH2O
銅綠主要成分：
Cu2(OH)2 CO3
一、金屬的腐蝕
1．金屬腐蝕:金屬或合金與周圍的氣體或液體物質發生氧化還原反應而引起損耗的現象。
2．實質:金屬失電子變成陽離子，被氧化，其反應為：M - ne- === Mn+
3、特征：金屬腐蝕后，在外形，色澤及機械性能方面會發生變化。
4、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，一般金屬腐蝕可分為化學腐蝕和電化學腐蝕。
新知學習
（一）化學腐蝕
1、定義：金屬與其表面接觸的一些物質（如O2、Cl2、SO2等）直接反應而引起的腐蝕。
如：Fe與Cl2直接反應
輸送原油的鋼管在無水、
無氧的情況下被腐蝕而漏油
2、特點：無電流產生，受溫度影響大,溫度升高而腐蝕速率加快。例如：鋼材在高溫下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4組成的一層氧化物。
家用燃氣灶的中心部位很容易生銹
新知學習
（二）電化學腐蝕
1、定義：不純的金屬跟電解質溶液接觸時，發生原電池反應，比較活潑的金屬發生氧化反應而被腐蝕
銅板上的鐵鉚釘生銹
潮濕環境中的鐵制水管、輪船生銹
2、特點：有微弱的電流產生，最為普遍，危害大，腐蝕速率快。
化學腐蝕和電化學腐蝕往往同時發生，但電化學腐蝕更普遍，速率更快
新知學習
（三）鋼鐵電化學腐蝕
1）析氫腐蝕
在酸性環境中，在腐蝕過程中不斷有H2放出
（pH≤4.3）
負極（Fe）：
正極（C） ：
Fe - 2e- === Fe2+
2H+ + 2e- === H2↑
總反應：
Fe + 2H+ === Fe2+ + H2↑
實質
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2）吸氧腐蝕
鋼鐵表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧氣，此時就會發生吸氧腐蝕
負極（Fe）：
正極（C） ：
Fe - 2e- = Fe2+
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
總反應：
2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+2H2O+O2 = 4Fe(OH)3
Fe2O3 · xH2O
通常兩種腐蝕同時存在，但吸氧腐蝕更普遍
主要原因：水膜一般不顯強酸性；多數金屬都可發生
【實驗4-3】
(1)將經過酸洗除銹的鐵釘用飽和食鹽水浸泡一下，放入下圖所示的具支試管中。幾分鐘后，觀察導管中水柱的變化。
現象：導管中的水柱上升，鐵釘生銹
實驗結論：裝置中Fe、C、飽和食鹽水構成了Fe-C-飽和食鹽水原電池，Fe作負極，C作正極，飽和食鹽水作電解質溶液，由于NaCl溶液呈中性，發生吸氧腐蝕
【實驗4-3】
（2）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。
現象：均有氣泡，且滴加CuSO4試管產生氣泡速率更快
實驗結論：滴加硫酸銅溶液后，裝置中Zn、Cu、稀鹽酸構成了Zn-Cu-稀鹽酸原電池，能加快反應速率，Zn作負極，Cu作正極，稀鹽酸作電解質溶液，由于稀鹽酸呈酸性，發生析氫腐蝕
知識拓展
在同一電解質溶液中，金屬腐蝕的快慢規律如下：
電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞防腐措施的腐蝕
快 陽極 負極 普通化學腐蝕 正極 陰極 慢
影響金屬化學腐
蝕速率的因素：
①本性：金屬越活潑，越易被腐蝕；
②溫度：環境溫度越高，腐蝕速率越快；
③濃度：氧化劑濃度越大，腐蝕速率越快；
④活潑性：活潑性差別越大，腐蝕速率越快。
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
思考與討論
烤藍
烤漆
鍍鉻
覆蓋塑料
涂凡士林
鍍鋅
涂機油
二、金屬的防護
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1、改變金屬的內部組織結構
2、在金屬表面覆蓋保護層
在金屬中添加其他金屬或非金屬可以制成性能優異的合金。
制成不銹鋼
鈦合金
抗腐蝕性，生物相容性
①噴涂油漆、礦物性油脂或覆蓋搪瓷、塑料②電鍍(在鋼鐵表面形成鉻等耐腐蝕性較強的金屬鍍層)③發藍處理④致密的氧化膜⑤鈍化膜
負極 ：
正極 ：
應用 ：
鍋爐內壁、
船舶外殼安裝鎂合金或鋅塊
原理：
原電池原理
被保護的金屬
更活潑金屬
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3、電化學保護法
1）犧牲陽極法
船身上裝鋅塊
用犧牲鋅塊的方法來保護船身
【實驗4-4】
（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？
資料卡片: Fe2+檢驗：Fe2+與K3[Fe(CN)6] (黃色)反應生成KFe[Fe(CN)6]沉淀(帶有特征藍色)。
實驗裝置 電流表 陽極 陰極
現象
有關反應
——
指針偏轉
逐漸溶解
Zn-2e-=Zn2+
質量不變；加入鐵氰化鉀溶液，無變化
O2+4e-+4H+=2H2O
結論：Fe、Zn和經過酸化的NaCl溶液構成原電池；該裝置中鐵未被腐蝕
【實驗4-4】
（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。
現象：靠近鋅皮處顏色無變化，靠近裸露的鐵釘處出現紅色
解釋：形成原電池，Zn作陽極(負極)，被腐蝕；鐵作陰極(正極)，鐵被保護
現象：靠近銅絲處出現紅色，靠近裸露的鐵釘處出現藍色
解釋：構成原電池：
鐵作陽極(負極),被腐蝕；銅作陰極(正極)。
陽極上發生Fe-2e- =Fe2+
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2）外加電流法
原理：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。
原理：
電解池原理
陰極 ：
陽極 ：
被保護的金屬
輔助電極（不溶性）
應用：鋼鐵閘門，地下管道連接電源負極
1、犧牲陽極法、外加電流法都要采用輔助陽極，兩種方法中輔助陽極發生的反應類型是否相同？
犧牲陽極法：輔助陽極金屬材料活動性必須比被保護的金屬的活動性要強。
相同，都是發生氧化反應。
2、對于用作輔助陽極的金屬的化學性質各有什么要求？
外加電流法：輔助陽極只起導電作用，惰性電極和金屬均可作輔助陽極，但最好選用惰性電極。
思考與討論
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金屬的腐蝕與防護
金屬的腐蝕
金屬的防護
化學腐蝕
金屬表面覆蓋保護層
電化學腐蝕
改變金屬材料的組成
電化學保護法
1）犧牲陽極法
2）外加電流法
1）析氫腐蝕
2）吸氧腐蝕
課堂小結
1、下列各情況下，其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是 。
(5)
(2)
(1)
(3)
(4)
練習與應用
2、下列關于金屬腐蝕的說法正確的是 (　　)
A．合金都比純金屬易被腐蝕
B．金屬化學腐蝕的實質是：M－ne－=Mn＋，電子直接轉移給氧化劑
C．金屬的電化學腐蝕必須在酸性條件下進行
D．在潮濕的環境中，金屬的電化學腐蝕一定是析氫腐蝕
E．鍍鋅鐵皮的鍍層損壞后，鐵更容易被腐蝕
B
練習與應用
3、下列各種鍍有金屬保護層的鐵板，鍍層破損后在相同的環境中，鐵板最易被腐蝕的是 (　　)
A．鍍鋅鐵(白鐵)　 B．鍍錫鐵(馬口鐵)
C．鍍銅鐵 D．鍍銀鐵
D
練習與應用

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