第三单元 金属的腐蚀与防护课件配套优秀公开课教案设计

第3课时

金属的腐蚀与防护

1．从金属原子结构示意图看，金属在化学反应中表现什么性质？

提示：金属最外层电子数少，易失去，发生氧化反应，表现还原性，而且金属越活泼，还原性越强。

2．两种金属形成原电池后，各有什么变化？

提示：形成原电池后，活泼的金属作负极被氧化，较不活泼的金属作正极没有变化。

3．金属(除金、铂外)作电解池阴极、阳极两极金属各有什么变化？

提示：除金、铂外金属作阳极，被氧化，金属作阴极没有变化。

[新知探究] 探究1

金属的腐蚀及分类

定义

金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象

本质

金属原子失去电子而被氧化的过程

化学

金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀。

腐蚀

电化学

腐蚀

类型

不纯的金属或合金发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化而引起的腐蚀

探究2

钢铁析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较

析氢腐蚀

吸氧腐蚀

条件

水膜酸性较强

水膜弱酸性或中性

不＋－－－正极反应

2H＋2e===H2↑

O2＋4e＋2H2O===4OH

同＋＋电池反应

Fe＋2H===Fe2＋H2↑

2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2

点

普遍性

吸氧腐蚀更普遍

－＋负极反应

Fe－2e===Fe2

相同正极材料

碳

点

最终产物

铁锈主要成分为Fe2O3·nH2O 钢铁腐蚀中发生的反应还有：

4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，

2Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O＋(3－n)·H2O [成功体验] 1．在小珂同学的笔记中有如下记录，请帮他分析，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)金属的腐蚀全都是氧化反应。(

) (2)金属的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。(

) (3)因为CO2普遍存在，所以钢铁的腐蚀以析氢腐蚀为主。(

) (4)不论吸氧腐蚀还是析氢腐蚀，都是金属被腐蚀。(

) (5)银质奖牌久置变暗是银发生电化学腐蚀。(

) －＋(6)钢铁发生析氢腐蚀时负极反应为Fe－2e===Fe2，发生吸氧腐蚀时负极反应为Fe－

3e===Fe3。(

) 解析：(1)金属腐蚀的本质是金属失去电子变为金属离子，故发生的为氧化反应。

(2)由于与金属接触的物质不同，发生腐蚀的情况也不同，一般分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

(3)虽然CO2普遍存在，但一般情况下，钢铁表面的水膜酸性很弱或呈中性且溶有一定量的O2，故钢铁腐蚀以吸氧腐蚀为主。

(4)金属发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀时，均是金属被腐蚀，若金属为钢铁制品，则负极均－＋为Fe－2e===Fe2，故(4)正确(6)错误。

(5)银质奖牌变暗是因为银发生缓慢氧化所致，属于化学腐蚀。

答案：(1)√

(2)√

(3)×

(4)√

(5)×

(6)×

2．(好题共享·选自人教版教材P87·T2)炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中含有NaCl)，不久便会因腐蚀而出现红褐色锈斑。试回答：

(1)铁锅的锈蚀应属于________，腐蚀的原因是________________。

(2)铁锅锈蚀的电极反应式为：负极________________；正极________________。正负极反应产物会继续发生反应，反应的离子方程式和化学方程式为_______________。

答案：(1)吸氧腐蚀

Fe、C、NaCl溶液一起组成了原电池，发生了原电池反应

－＋－－(2)2Fe－4e===2Fe2

O2＋2H2O＋4e===4OH

＋－Fe2＋2OH===Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3、2Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O －＋[新知探究]

探究

防止金属腐蚀的方法

(1)金属防护的基本思路

①防止金属与氧化性介质直接接触；

②防止金属表面形成电解质溶液层(或水膜)；

③改变金属内部结构。

(2)金属防护的常用方法

①加保护层防止形成原电池。

②电化学防护：

金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池的负极的金属被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀，如果能让被保护的金属成为正极(阴极)，则该金属就不被腐蚀。

a．牺牲阳极的阴极保护法。

b．外加电流的阴极保护法

c．改变金属内部的组成结构，将金属制成合金，增强抗腐蚀能力。

[必记结论] 影响金属腐蚀的因素

影响金属腐蚀的因素包括金属的本性、纯度和介质三个方面：

(1)就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。

(2)介质对金属腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。

(3)同一金属越纯，越难腐蚀。如纯铁即使在盐酸溶液中反应也会很慢，而含杂质的生铁在潮湿的空气中也会很快生锈而被腐蚀。

[成功体验] 3．下列举措不能防止或减缓钢铁腐蚀的是(

) A．在钢铁制品表面镀一层金属锌

B．将钢铁制品放置在潮湿处

C．在钢铁中加入锰、铬等金属，以改变钢铁结构

D．将钢铁制品与电源负极相连

解析：选B

A项，在钢铁表面镀锌，使内部金属被保护；B项，钢铁在潮湿空气中易

发生吸氧腐蚀；C项，在钢铁中加入锰、铬金属，制成不锈钢，能有效防止钢铁被腐蚀；D项，电源负极能为钢铁制品输入电子，防止Fe失电子被腐蚀。

———————————————[关键语句小结]————————————————

1．金属腐蚀的本质是金属被氧化为金属阳离子，分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

2．钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，在中性或弱酸性环境中主要发生吸氧腐蚀，在酸性较强环境中主要发生析氢腐蚀。

－＋3．钢铁发生电化学腐蚀的负极反应都是：Fe－2e===Fe2，吸氧腐蚀正极反应为：O2－－＋－＋4e＋2H2O===4OH，析氢腐蚀正极反应为：2H＋2e===H2↑。

4．金属腐蚀由快到慢的顺序：电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>

5．金属电化学保护法分为牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。

[例1]

如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是(

) A．生铁块中的碳是原电池的正极

B．红墨水柱两边的液面变为左低右高

－＋C．两试管中相同的电极反应式是：Fe－2e===Fe2

D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀

解析：选B

a为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b中酸性较强，发生析氢腐蚀，有氢气放出，气体压强增大，所以红墨水柱两边的液面变为左高右低，故B项错。

判断金属的腐蚀类型要从本质入手，化学腐蚀和电化学腐蚀的本质区别在于是否发生原电池反应。电化学腐蚀中，只有在金属活动性顺序中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀，吸氧腐蚀比析氢腐蚀更为普遍。

1．下列关于金属腐蚀的说法正确的是(

) A．金属在潮湿的空气中腐蚀的实质：

M＋nH2O===M(OH)n＋n/2 H2↑

－＋B．金属的化学腐蚀的实质：M－ne===Mn，电子直接转移给还原剂

C．金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行

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：选D

金属在潮湿的空气中发生的如果是吸氧腐蚀，则不生成氢气。金属发生化

学腐蚀时，电子直接转移给氧化剂。金属的化学腐蚀不一定在酸性条件下进行。

1.不同类型金属腐蚀快慢规律

电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。

2．同一金属，不同溶液腐蚀快慢规律

强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。

3．同一电解质溶液中腐蚀快慢规律

电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。

4．不同金属腐蚀快慢规律

活动性不同的两金属，活动性差别越大，构成原电池时，活泼金属腐蚀越快。

[例2]

铁生锈是一种常见的自然现象，其主要的化学反应方程式为4Fe＋3O2＋xH2O===2Fe2O3·xH2O。如图为一放在水槽中的铁架，水位高度如图。最容易生锈的铁架横杆是(

) A．①

B．②

C．③

D．④

解析：选C

④处没有和电解质溶液接触，不能构成原电池，锈腐速率较慢；①②③处已与电解质溶液接触，但①②处含O2较少，所以③处腐蚀最快。

(1)金属腐蚀的快慢与诸多因素都有关系，判断时要依据所给条件，找出最易使金属被氧化的环境(如电解质溶液、O2等)。

(2)金属的防护除利用电化学原理外，还有涂油漆、喷镀等物理方法。

2．如下图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为(

)

A．②①③④⑤⑥

B．⑤④②①③⑥

C．⑤④③①②⑥

D．⑤③②④①⑥

解析：选B

电解池引起的腐蚀(此时这种金属作阳极)>原电池引起的腐蚀(此时这种金属作负极)>一般金属的腐蚀>有防护措施的金属腐蚀。

[课堂双基落实]

1．下列描述不正确的是(

) ．A．纯锌与稀硫酸反应比粗锌的反应速率快

B．用稀硫酸与锌制取氢气时，加入少量硫酸铜溶液，可加快反应的速率

C．纯铁比生铁更难发生电化学腐蚀

D．钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀

解析：选A

粗锌、生铁以及锌与其置换出的铜，加上电解质溶液，可组成原电池，从而使反应速率加快。

2．在钢铁腐蚀过程中，下列六种变化可能发生的是(

) ①O2被还原

②产生H2

③Fe(OH)3失水形成Fe2O3·xH2O

④杂质碳被氧化

⑤镀层破损后，镀锌铁板比镀锡铁板更耐腐蚀

A．只①②

B．只②③④

C．①②③⑤

D．①②③④⑤

解析：选C

钢铁腐蚀分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀，腐蚀发生时杂质碳作正极，发生吸氧腐蚀时O2在正极上被还原，发生析氢腐蚀时H2在正极上产生，所以①②正确。钢铁腐蚀生成的Fe(OH)3不稳定，易失水形成Fe2O3·xH2O，所以③正确。镀层破损后，由于锌的活泼性强，锌首先被腐蚀，而保护铁；锡的活泼性比铁弱，铁被腐蚀，所以⑤正确。

3．关于牺牲阳极的阴极保护法的叙述正确的是(

) A．正极就是阳极

B．负极就是阴极

C．阳极上发生氧化反应

D．正极上发生氧化反应

解析：选C

牺牲阳极的阴极保护法就是原电池的负极(阳极)的金属发生氧化反应被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀。

4．缠有金属丝的铁钉插在含有酚酞的NaCl溶液中，如图所示，可以看到在贴近金属丝一边的溶液中出现粉红色。则该金属丝可能是(

)

A．镁

B．铝

C．锌

D．铜

－解析：选D

金属丝一边溶液出现粉红色，说明金属丝附近产生OH，即正极反应式：－－2H2O＋O2＋4e===4OH，因此金属丝的活泼性比Fe差，铜符合题目要求。

5．甲、乙两位同学对铁生锈进行研究。

(1)甲同学设计了A、B、C一组实验(如图)，探究铁生锈的条件。经过较长时间后，甲同学观察到的现象是：A中铁钉生锈；B中铁钉不生锈；C中铁钉不生锈。

①通过上述实验现象分析，可得出铁生锈的外部条件是__________________________。

②由于与金属接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于

________________________，正极电极反应式为____________________。

③实验B所用的水要经过________处理；植物油的作用是________________________。

④实验C中碱石灰的作用是__________________。

(2)乙同学为了达到同样目的，设计了实验D(如图)，发现一段时间后，试管中的液面升高，其原因是__________________________，该实验________(填“能”或“不能”)说明水对铁钉生锈产生影响。

解析：铁内部一般含有碳，是铁发生电化学腐蚀时的两个电极，如果再有电解质溶液和氧气即可发生腐蚀；A中的铁钉发生的是吸氧腐蚀，所以电极上反应的物质是氧气得到电子；水中往往溶有一定量的氧气，所以作实验前要先将水煮沸。

答案：(1)①有水(或电解质溶液)和氧气(或空气) ②吸氧腐蚀

O＋4e－＋2H－22O===4OH

③煮沸(或“除去氧气”)

隔绝空气(或“防止氧气与铁接触”)

④吸收水蒸气(或“干燥”“保持试管内干燥环境”) (2)铁的腐蚀要吸收氧气(或“氧气参与反应”“消耗了氧气”)使气体体积减少

不能