课题2　金属材料第二课时教学设计

3.2.2 金属的腐蚀与防止教案

一、教学目标：

知识与技能：

1.理解金属腐蚀的化学原理。

2.知道金属防护的常用方法，认识防止金属腐蚀的重要意义。

过程与方法

知道金属防护的常用方法，认识防止金属腐蚀的重要意义

情感态度与价值观

感受化学在生活生产中的重要地位，培养学生关注社会的意识和责感。

二、教学重难点：

教学重点

金属的电化学腐蚀原理，金属防护的常用方法和意义。

三、教学难点

金属的电化学腐蚀原理。

四、教学工具：

五、教学课件

六、教学过程

教学过程设计

一、新课引入

展示图片：常见的金属腐蚀现象：

1

金属腐蚀的现象非常普遍，像金属制成的日用品、生产工具、机器部件、海轮的船壳等，如保养不好，都会腐蚀，从而造成大量金属的损耗。至于因设备腐蚀损坏而引起停工减产、产品质量下降、污染环境、危害人体健康，甚至造成严重事故的损失，那就更无法估计了。因此，了解金属腐蚀的原因，掌握防护的方法，是具有十分重要的意义的。

二、新课教学

[板书] 第二节金属的腐蚀与防护

（一）金属腐蚀

[阅读]回答什么是金属腐蚀？

[板书]金属腐蚀：金属（或合金）跟周围接触到的气体（或液体）反应而腐蚀损耗的过程。

[讲述] 金属的化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。

例如：铁在高温下与氧气直接化合而被腐蚀，在工业生产中氯气跟铁或与其他金属化合使金属锈蚀。特点：反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。

1、

化学腐蚀

：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。特点：反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。

[讲述]温度对化学腐蚀的影响：

2

[科学探究]不同条件下铁钉的锈蚀

注意：①光亮铁钉浸没在菜油之中；②光亮铁钉半浸半露在菜油中；③光亮铁钉完全浸没在食盐水中；④光亮铁钉完全浸没在酸性溶液中或碱性溶液中。学生分别观察并写出报告以培养学生的观察与描述能力。教师不但要给学生出题目，还要发挥点拨作用，提出注意点：①观察的一周中不要振荡试管，否则会破坏生锈的界面；②把各人设置的具体条件和的状况详尽记录在案，以利分析和归纳，写出高质量的家庭探究报告。

[总结]铁钉生锈的条件：铁钉含杂质、与电解质溶液接触。

[思考]绝大多数钢铁生锈是否是化学腐蚀？为什么？

2、电化学腐蚀

[讲解]由于金属和液态介质(常为水溶液)构成微小的原电池而发生金属腐蚀的过程.电化学腐蚀是金属腐蚀的主要形式.例如:钢铁在潮湿的空气中生锈就是电化学腐蚀造成的. [板书] 电化学腐蚀

：不纯的金属或合金与电解质溶液接触，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀。

[共同分析]形成原电池的原因。

[投影]钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀：

[讲解] 吸氧腐蚀与析氢腐蚀：发生条件、正负极反应、总反应。

[板书]

3

[归纳与交流]化学腐蚀与电化学腐蚀的对比。

[板书]3、化学腐蚀与电化腐蚀的对比

（1）本质：金属原子失电子而被氧化

M – ne-== Mn+

（2）

相互关系：往往同时发生，电化腐蚀要比化学腐蚀普遍得多。

练习：

1.下列做法不能起防锈作用的是（A）

A.保留铁制品上的铁锈

B.在铁制品表面镀锌

C.在金属机械上涂油

D.在车、船的表面刷油漆

2．把a、b、c、d4块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连可以组成几个原电池。若a、b相连时a为负极；c、d相连时电流由d到c；a、c相连时c极上产生大量气泡；b、d相连时b上有大量气泡产生；则四种金属的活动性顺序由强到弱为：

.(a>c>d>b) 3．烧过菜的铁锅未及时洗去含有NaCl的残液，过一段时间便出现红棕色的铁锈斑点，已知该锈斑为Fe(OH)3失水的产物。表示Fe(OH)3生成的电极反应式、离子方程式和化学方程式分别为；（1）负极，正极；（2）；（3）。

（Fe-2e=Fe2+, 2H2O+O2+4e=4OH-,）

4

(Fe2++2OH-=Fe(OH)2；

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3) 4.有人设计以Pt和Zn为电极材料，埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器的能源。它依靠人体内血液种含有一定浓度的溶解氧、H+和Zn2+ 进行工作。它的两极电极反应式分别为：。

（正极：Zn-2e=Zn2+,负极：2H2O+O2+4e-=4OH-,）

思考题：

1.为什么钢铁在潮湿的环境中比在干燥的环境中更容易生锈？

提示：不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成微小原电池而发生电化学腐蚀，主要发生吸氧腐蚀，加快了反应速率。

解析：铁锈是比较疏松的氧化膜，容易保存一些水分，形成电解质溶液加速铁的腐蚀，不能起到防锈的作用。B、C、D三项均能起到防锈的作用。

二、金属的防护

要想减少或避免电化学腐蚀，我们应该采取什么措施？

①对金属做必要的精炼，以减少其中能导电的不活泼杂质。

②对机器、仪表及时保养，减少金属与腐蚀性气体、电解质溶液、潮湿气体的接触。

③根据用途不同采取不同的方法使金属与造成发生的介质隔离，如涂油脂、喷漆、镀层、表面钝化等。

④选用适宜的金属或非金属制成耐腐蚀的合金，如炼制不锈钢、耐酸钢等。

⑤采用电化学防护方法，如在钢铁的船体上焊接上较活泼的金属锌。

5

[投影]常见金属防腐蚀方法：

金属防护的方法很多，主要从金属的本性和介质两个方面考虑，如改变金属的内部组织结构、在金属表面覆盖保护层和电化学保护等。

1、改变金属的内部组织结构

例如，把铬、镍等合金元素加入普通钢中制成不锈钢，就大大增强了钢铁的抗腐蚀能力。

2、在金属表面覆盖保护层

在金属表面覆盖致密的保护层，从而使金属制品跟周围介质隔离开来，这是一种普遍采用的防护方法。

以钢铁的防护为例，根据保护层成分的不同，可分为如下几种：

（1）

在钢铁表面涂油漆或油脂、喷漆或喷塑、覆盖搪瓷或塑料等物质，使钢铁制品不与空气或水接触，能有效地防止钢铁被腐蚀。

（2）在钢铁表面镀上一层其他金属，如Zn、Sn、Cr和Ni等。这些金属能氧化而形成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止水和空气等对钢铁的腐蚀。

3、电化学保护法

电化学保护法就是利用原电池的反应原理，把引起金属发生电化学腐蚀的原电池反应消除，从而达到防止金属腐蚀的目的。此处只要求学生了解教科书中介绍的牺牲更活泼金属的保护法

此外，减少腐蚀介质的浓度，控制环境的温度和湿度，在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质（称为缓蚀剂）等都能减少和防止金属腐蚀。

6

练习: 1.下列现象与电化学腐蚀无关的是:( D ) A.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿

B.生铁比纯铁更易生锈

C.铁质器件附有铜质配件,在接触处易生锈

D银质奖牌久置表面变暗

2.铁钉和碳棒用导线连接后,浸入到食盐溶液中,可能发生的反应是: ( BD ) A.碳棒上放出Cl2

B.碳棒附近产生OH- C.碳棒上放出H2 D.铁钉被氧化

课后小结

1.金属腐蚀的定义及原理? 2.金属腐蚀的分类

3.金属防护的常用方法有哪些，分别是如何防止金属腐蚀的。

课后习题

课本53习题1-5 板书

第二节

金属的腐蚀与分类

7

一、金属腐蚀

1.金属腐蚀：金属（或合金）跟周围接触到的气体（或液体）反应而腐蚀损耗的过程。

金属的化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。

2.电化学腐蚀：不纯的金属或合金与电解质溶液接触，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀。

二、金属的防护

1. 改变金属的内部组织结构如制成合金。

2.保护层法:如电镀、形成氧化膜等。

均为物理方法。

3.电化学保护:牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的保护法。又叫电化学法。

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第3单元

课题2

第2课时

(本栏目内容，在学生用书中以活页形式分册装订！) 一、选择题

1．下列关于钢铁腐蚀的叙述中正确的是(

) A．吸氧腐蚀时正极放出氧气

B．析氢腐蚀时正极放出氢气

C．化学腐蚀速率超过电化学腐蚀速率

D．析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍

【解析】

吸氧腐蚀时正极上氧气得到电子被还原，析氢腐蚀时正极放出氢气；化学腐蚀不如电化学腐蚀速率快，析氢腐蚀不如吸氧腐蚀普遍。

【答案】

B 2．下列关于金属腐蚀的说法不正确的是(

) A．金属在潮湿的空气中腐蚀的实质是：

nM＋nH2O===M(OH)n＋2H2↑

B．金属的化学腐蚀的实质是M－ne－===Mn＋，电子直接转移给氧化剂

C．金属的化学腐蚀不一定在酸性条件下进行

D．在潮湿的中性环境中，金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀

【解析】

金属的腐蚀不一定是发生化学腐蚀，在潮湿的空气中被腐蚀时，往往是发生电化学腐蚀，并不一定放出H2。

【答案】

A 3．下列事实与电化学腐蚀无关的是(

) A．光亮的自行车钢圈不易生锈

B．黄铜(Cu、Zn合金)制的铜锣不易产生铜绿

9

C．铜、铝电线一般不连接起来作导线

D．生铁比熟铁(几乎是纯铁)容易生锈

【解析】

自行车钢圈外面镀了一层不易发生化学变化的金属，阻止了钢铁与空气的接触，所以不易生锈，与电化学腐蚀无关。

【答案】

A 4．(2009年北京理综)下列叙述不正确的是(

) A．铁表面镀锌，铁作阳极

B．船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀

C．钢铁吸氧腐蚀的正极反应：O2＋2H2O＋4e－=== 4OH－

D．工业上电解饱和食盐水的阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑

【解析】

铁表面镀锌，铁应作阴极而锌作阳极，A错误。锌比铁活泼，在船底镶嵌锌块，可有效防护船体被腐蚀。钢铁的吸氧腐蚀中正极上O2得到e－被还原。工业电解食盐水的反应中阳极上Cl－失去e－被氧化，故B、C、D均正确。

【答案】

A 5．为了避免青铜器生成铜绿，以下方法正确的是(双选)(

) A．将青铜器放在银质托盘上

B．将青铜器保存在干燥的环境中

C．将青铜器保存在潮湿的空气中

D．在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜

【解析】

在潮湿的空气中，青铜器生成铜绿即发生下列反应，2Cu＋CO2＋O2＋H2O===Cu2(OH)2CO3，且根据金属活动性顺序表，Cu比Ag更易失去电子，故A、C不正确。

【答案】

BD 6．铁和铁合金是生活中常用的材料，下列说法正确的是(

) A．不锈钢是铁合金，只含金属元素

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B．一定条件下，铁粉可与水蒸气反应

C．铁与盐酸反应，铁合金不与盐酸反应

D．在空气中，铁板比镀锌铁板更耐腐蚀

【解析】

A项，铁合金中含有非金属元素C，B项：铁粉与水高温蒸气反应的方程式为3Fe＋4H2O(g)=====Fe3O4＋4H2，C项：铁形成合金后其化学性质不变，铁合金中的铁仍然能与盐酸发生反应，D项，镀锌铁板中金属Zn比Fe活泼，若发生电化学腐蚀，铁被保护，锌被腐蚀。

【答案】

B 7．在金属A中含有金属B，发生电化锈蚀时，金属A被腐蚀；将金属A与金属C组成原电池，则A为电池的正极，A、B、C三种金属还原性的强弱顺序是(

) A．A>B>C

C．B>C>A

B．C>B>A D．C>A>B 【解析】

金属A先被腐蚀，说明A更易失电子，故金属性A>B；A和C组成的原电池，C为负极，说明C失电子的能力比A强，故金属性C>A，应选D。

【答案】

D 8．铁制自来水管与下列材料做成的水龙头连接，自来水管锈蚀最快的是(

) A．铁水龙头

C．塑料水龙头

B．铜水龙头

D．陶瓷水龙头

【解析】

铁制水管和铜制水龙头两种材料可以构成原电池的两极，其中铁管作负极，铜作正极，水可作电解质溶液，这样铁发生电化学腐蚀，而其他选项不能构成原电池。

【答案】

B

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9．下列各种金属防护的方法中：①金属表面涂抹油漆

②改变金属内部结构

③保持金属表面清洁干燥

④在金属表面进行电镀

⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜，能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是(

) A．①②③④

C．①②④⑤

【答案】

D 10．如下图所示，按图甲装置进行实验，若图乙的x轴表示流入电极的电子的量，则y轴不可能表示的是(

) B．①③④⑤

D．全部

A．c(Ag＋)

C．溶液的pH

B．c(NO3－) D．铁电极的质量

【解析】

由图甲装置可知，铁为电镀装置的阴极，银为电镀装置的阳极，银失电子变为银离子进入溶液，阳极有多少物质的量的银被氧化，在阴极就有多少物质的量的银单质析出，故溶液中Ag＋浓度不变，NO3－不参加反应，故其浓度不变；通电过程中，水电离出的H＋和OH－都没有放电，溶液的pH不会改变；铁为阴极，银离子在其上放电而析出，所以铁电极的质量增加。

【答案】

D 二、非选择题

11．市场上出售的“热敷袋”中的成分主要是铁粉、碳粉、木屑和少量氯化钠、水等。“热敷袋”用塑料袋密封，使用时从袋中取出轻轻揉搓就会放出热量，用完后袋内有大量铁锈生成，回答下列各问题：

12

(1)“热敷袋”放出的热量来自______________________________________。

(2)碳粉和氯化钠的作用分别是______________________________________。

(3)写出有关的电极反应式和化学方程式______________________________________。

【解析】

本题考查的知识点是：原电池电极反应式、化学方程式的书写和化学反应中的能量变化。

【答案】

(1)铁粉发生氧化反应放出的热量

(2)碳粉构成原电池的正极，氯化钠溶液起电解质溶液作用，从而形成原电池，加速铁的氧化

(3)负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－；总反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2；进一步发生的反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=== 4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3＋3H2O[或2Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O] 12．铜是生命必需的元素，也是人类最早使用的金属之一，铜的生产和使用对国计民生各个方面产生了深远的影响。请完成(1)～(3)题：

(1)在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜[即曾青(CuSO4)跟铁反应生成铜]。试写出该反应的化学方程式：________________________________________________________ __________________________________________________________。

(2)铜器表面有时会生成铜绿，请写出生成铜绿的化学方程式：_______________ _______________________。

这层铜绿可以用化学方法除去。试写出除去铜绿而不损伤器物的化学方程式：______________________________________。

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(3)铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。试从物理性质和化学性质的角度分析为什么铜常用于制造货币。(铜的熔点是l 183.4 ℃，铁的熔点是1 534.8 ℃) 【解析】

本题考查有关铜的冶炼方法、铜化合物的性质，同时考查了有关铜的应用。一方面要注意铜的性质很稳定，不易发生化学反应。但又应知道这种稳定性是相对的，在适宜条件下也会与一些物质反应。

【答案】

(1)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu (2)2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3

Cu2(OH)2CO3＋4HCl===2CuCl2＋CO2↑＋3H2O (3)选择铜做货币是因为铜的熔点比较低，容易铸造成型；铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀。

13．防止钢铁的腐蚀是世界级难题，每年全世界钢产量的四分之一因腐蚀而损失

(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为_______________ _______________________、______________________________________。

(2)为降低某水库的铁闸门的被腐蚀速率，可以采用图甲方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________。

A．铜

C．锌

B．钠

D．石墨

(3)图乙所示方案也可降低铁闸门的被腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的________极。

14

【解析】

(1)发生吸氧腐蚀时，Fe为负极：Fe－2e－===Fe2＋而腐蚀；正极上：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。

(2)铁闸门上连接一块比铁更活泼的金属如锌就可由锌失去电子被腐蚀而把Fe保护起来。

(3)属外接电流的阴极保护法，需把被保护的物件(闸门)与电源的负极相连接。

【答案】

(1)负极：2Fe－4e－===2Fe2＋

正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－

(2)C

(3)负

14．(2010年山东理综)对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。

(1)以下为铝材表面处理的一种方法：

①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，其原因是__________________(用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的________。

a．NH3

c．NaOH

b．CO2

d．HNO3

②以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为________。取少量废电解液，加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是______________________。

(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是

______。

(3)利用下图装置，可以模拟铁的电化学防护。

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若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________处。

若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为______________。

【解析】

(1)碱洗时，部分除去了氧化膜的Al与NaOH溶液反应放出了H2，若将溶液中[Al(OH)4]－转化为Al(OH)3沉淀，应向溶液中通入CO2，加HNO3，如若过量会造成沉淀部分溶解。铝作阳极失去电子最终形成Al2O3，所以阳极电极反应式为：2Al＋3H2O===Al2O3＋6H＋＋6e－

在废电解液中加入NaHCO3，会使溶液中H＋浓度降低而生成Al(OH)3沉淀。

(2)以Cu做阳极，Cu失电子形成Cu2＋，使溶液中Cu2＋浓度保持不变。

(3)作为原电池的正极或电解池的阴极的铁被保护，我们把这种方法叫作牺牲阳极的阴极保护法。

【答案】

(1)①2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑

b ②2Al＋3H2O===Al2O3＋6H＋＋6e－

HCO3－与H＋反应使H＋浓度降低，产生Al(OH)3沉淀。

(2)补充溶液中消耗的Cu2＋，保持溶液中Cu2＋浓度恒定。

(3)牺牲阳极的阴极保护法。

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