第三单元 金属的腐蚀与防护教学设计及教案分析

第四节 《金属的电化学腐蚀与防护》

教学设计

【学习目标】

1．了解金属腐蚀的危害及金属腐蚀的本质原因；

2．了解金属腐蚀的种类，发生腐蚀的反应式的书写；

3．掌握金属防护的方法。

【教学重点】

吸氧腐蚀、析氢腐蚀的原理

【教学难点】

吸氧腐蚀、析氢腐蚀的原理

【自主预学】

（一）

金属腐蚀：

1．定义：是指金属或合金跟接触的气体或液体发生 反应而 的过程。

2．类型：由于与金属接触的 不同，发生腐蚀的情况也不同，一般可分为 腐蚀和 腐蚀。 （二）

化学腐蚀：

金属与接触到的干燥气体（如 、 、 等）或非电解质液体（如石油） 发生化学反应而引起的腐蚀。 越高，化学腐蚀的速率 。

（三）

电化学腐蚀：

1．定义：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生 反应， 的金属失去电子而被 。（如 在潮湿的空气中生锈）因此不纯的金属比纯金属 腐蚀，如纯铁比钢 腐蚀。（难、易）两电极活动性差别越大，氧化还原反应速率越 ，活泼金属被腐蚀得越快。 2．类型：(以钢铁腐蚀为例) （1）析氢腐蚀 (酸性较强 的溶液) 负极: 正极: 总反应方程式： （2）

吸氧腐蚀 ( 性、 性或 性溶液) 负极: 正极: 总反应方程式：

Fe(OH)2继续与空气中的氧气作用： 铁锈的主要成分是 ，它 （填“能”或“不能”）阻止钢铁继续腐蚀。

（四）金属的防护方法：

1．改变金属的内部结构

例如:把铬、镍等加入普通钢里制成 ,就大大地增加了钢铁对各种腐蚀的抵抗力。 2. 在金属表面覆盖保护层

①在表面涂抹 、 等。

②用 、 、 的方法,在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属,如在钢铁表面镀锌、锡、铬、镍等。

③用 方法使金属表面生成一层 而 的氧化膜。

3. 电化学保护法

①

牺牲阳极的阴极保护法

将还原性较强的金属作为保护极与被保护金属相连构成原电池,还原性较强的金属将作为______极（阳极）发生__________反应而被损耗,被保护金属作为________极（阴极）就可以避免被腐蚀。这种保护法牺牲了阳极保护了阴极。

②外加电流的阴极保护法

将被保护金属与外加直流电源的______极(正或负)相连让其成为_____极（阴或阳）,而将外加直流电源的正极接到惰性电极上,让其成为_______极(阴或阳)。

【课堂探究】

一、引入

金属有许多优良的性能，成为使用历史最悠久，应用范围最广泛的材料之一。

金属制品的使用过程中要加强防护，埃菲尔铁塔建成已有100多年，虽然饱经风雨，但维护得当，风采依然；被称为流动国土的潜艇军舰，退役之后，疏于维护，光彩不再。

我们学习金属腐蚀的原理，目的之一就是为了更好的对金属制品进行维护。

二、预习反馈

通过课前预习，我们已经对金属腐蚀和防护的知识有了初步的认识，在预习过程中，大家觉得哪些内容是你还不能理解的？

三、合作探究

（一）金属腐蚀的实质

【问

题】

我们知道铁生锈、铝长斑、铜变绿都是金属腐蚀，那么工业生产中用废铁屑与稀硫酸反应来制取绿矾是否属于金属腐蚀呢？

属于金属腐蚀。金属腐蚀与变化的目的产品的用途无关。

【问

题】

金属腐蚀的实质是什么？

金属失电子发生氧化反应： M－ne

=== Mn（氧化反应）

－＋金属腐蚀的过程就是金属过程元素由单质转变成金属化合物

【问

题】

金属元素的化合物转变成金属单质的过程叫什么？

金属的冶炼 金属的冶炼与金属的腐是否是可逆反应？

相反的过程但不是可逆反应

（二）金属腐蚀的类别

1．化学腐蚀与电化学腐蚀

【问

题】

金属腐蚀的过程是金属单质失去了电子的过程，金属腐蚀时是否有电流产生

？ 金属发生化学腐蚀时，没有电流产生

金属发生电化学腐蚀时，有电流产生 【问

题】

判断下列腐蚀属于哪类腐蚀？

纯锌 液溴

生铁 稀硫酸

【问

题】

金属常见的腐蚀类型是哪一类

为什么？

通常使用的金属材料都含有杂质或是合金，又多在潮湿的自然环境中使用，满足原电池的形成条件，所以其腐蚀以电化学腐蚀为主。

【问

题】

化学腐蚀与电化学腐蚀的关系：

条 件

有无电流产生

本 质

相互联系

化学腐蚀

电化学腐蚀

2.析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较

【问

题】

河北是我国重要的钢铁基地，京沪高铁河北段的钢轨和青藏铁路唐古拉山口的钢轨所发生的腐蚀是否相同？

京沪高铁河北段的钢轨发生的腐蚀是析氢腐蚀

青藏铁路唐古拉山口的钢轨所发生的腐蚀是吸氧腐蚀

河北省位于我国北方，能源以燃煤为主，钢铁冶炼也要消耗大量的煤炭，空气中SO2等酸性气体的含量高，钢铁表面水膜的酸性较强。

唐古拉山口人迹罕至，空气质量好，钢铁表面水膜的酸性很弱。

【问

题】

生铁浸入稀硫酸中生铁表面有气泡产生，说明生铁发生析氢腐蚀，怎样能够证明生铁表面沾有酸性较弱的电解质溶液时发生的就是吸氧腐蚀呢？

【科学探究1】

将表面铁锈已除尽的铁片，用氯化铝溶液浸泡一下，

放入具支试管中，观察现象。分析其原因。

铁片表面有铁锈生成

玻璃导管中液面上升。

说明这时生铁确实发生的是吸氧腐蚀。

食盐水

浸泡过

的铁片

【问

题】

为什么同样的生铁，在酸碱性的不同电解质溶液中，发生腐蚀的类型不同呢？

影响因素之一：H的氧化性强弱随C(H)大小发生变化。

当金属表面电解质溶液的酸性较强时，H的氧化性强于溶解在电解质溶液的O2的氧化性，＋＋＋

H氧化单质铁，生铁就发生析氢腐蚀；当金属表面电解质溶液的酸性较弱甚至呈中性或碱性时，H的氧化性弱于溶解在电解质溶液的O2的氧化性，O2氧化单质铁，生铁就发生吸氧腐蚀。

＋＋【问

题】

京沪高铁河北段的钢轨发生的腐蚀是否一直是析氢腐蚀？

先发生析氢腐蚀，后发生吸氧腐蚀。

【课外探究】. 设计实验方案: 探究生铁发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的PH大致范围。

【问

题】

铜银合金浸入敞口放置的稀硫酸中会发生什么腐蚀？

铜和银在金属活动性顺序表都位于H之后，只能是铜发生吸氧腐蚀。

说明金属的腐蚀类型不仅与电解质溶液的酸碱性强弱有关，还与金属的活动性有关。

【问

题】

析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较

发生条件

电极反酸碱性

活泼性

负极

正极

总

2H＋2e===H2↑

Fe＋2H===Fe2＋H2↑

＋＋＋－析

氢

腐

蚀

金属表面水膜酸性较强

吸

氧

腐

蚀

金属表面水膜酸性较弱或呈中性或碱性

金属活动性顺序表氢以前的金属

－金属活动性顺序表中非惰性金属

＋Fe－2e===Fe2

2H2O＋O2＋4e===4OH

2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2

－－应

反应

联系

通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍

（三）金属的防护方法

【问

题】

我们学习金属腐蚀的原理，主要的目的就是预防金属腐蚀，常见的预防金属腐蚀的方法有哪些呢？

1．改变金属的内部结构

2. 在金属表面覆盖保护层

3. 牺牲阳极的阴极保护法

4. 外加电流的阴极保护法

【问

题】

应用外加电流的阴极保护法时，被保护的金属与电源的哪一极相连？为什么能被保护？

负极

被保护的金属做阴极，而阴极只能得到电子发生还原反应，金属自然得到保护。

在工业生产中，电解饱和食盐水、电解熔融氯化钠、电解熔融氧化铝等的时候，阴极材料一般都用铁就是这个原理。

【问

题】

牺牲阳极的阴极保护法应用的是哪一种电化学装置？被保护的金属和被牺牲的金属哪一种更活泼? 牺牲阳极的阴极保护法应用的是原电池的原理

被保护的金属与比它活泼性强的金属相连。

【科学探究2】

按如图所示连接好装置，观察电压表和铁表面有什么现象发生？

电压表的指针发生偏转，说明形成了原电池。

铁是否发生了腐蚀呢？

锌

V 铁

经过酸化的

3%NaCl溶液

向盛有2mLFeCl2溶液的试管中滴2滴K3

[Fe(CN)6]（铁氰化钾）溶液，观察试管中有无变化？

试管中析出深蓝色的沉淀

3 Fe2+ + 2 [Fe(CN)6]3-

=== Fe3[Fe(CN)6]2

（深蓝色）

往铁电极区滴2滴K3[Fe(CN)6]（铁氰化钾）溶液，观察烧杯内有无变化？

铁电极周围没有蓝色沉淀析出，说明铁没有被腐蚀。

【问

题】

为什么形成的是原电池，电极名称要叫阴阳极？

牺牲阳极的阴极保护法应用的是原电池的原理，被保护的金属与比它活泼性强的金属相连，被牺牲的金属做负极，失去电子发生氧化反应，因此又称为阳极，被保护的金属做正极， 就能正极上得到电子发生还原反应，所以又叫阴极。

正负极是根据电流的方向来区分的，阴阳极是根据反应的类型来确定的。

采取电化学防护法时，需要保护的金属总位于阴极。

【跟踪训练】

下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是

（5）（2）（1）（3）（4）

金属腐蚀的快慢比较：

电解池阳极＞原电池负极＞化学腐蚀＞原电池正极＞电解池阴极

【问

题】

在金属表面覆盖保护层防止金属腐蚀的原理是什么？

把金属与氧化剂隔离，阻止氧化还原反应的发生，阻止金属腐蚀。

改变金属的内部结构的原理超出高中化学的范围，大家可以自己去了解。

【巩固练习】

1．下列各种方法中，能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是

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金属表面进行电镀

⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜

A．①②③④ B．①③④⑤ C．①②④⑤ D．全部

2．为了避免青铜器生成铜绿，以下方法正确的是

①将青铜器放在银质托盘上

②将青铜器保存在干燥的环境中

③将青铜器保存在潮湿的空气中

④在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜

A．①③ B．②③ C．②④ D．①④

3．下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是

A．纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗

B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层不能对铁制品起保护作用

C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法

D．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀

4．以下现象与电化学腐蚀无关的是

A．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿

B．生铁比纯铁芯(几乎是纯铁)容易生锈

C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈

D．银质奖牌(纯银制成)久置后表面变暗

5．相同材质的铁在下图中各情形下最不易被腐蚀的是(

)

6．镀锌铁在发生析氢腐蚀时，若有0.2 mol 电子发生转移，下列说法正确的是

①有5.6 g金属被腐蚀

②有6.5 g金属被腐蚀

③在标准状况下有2.24 L气体放出

④在标准状况下有1.12 L气体放出

A．①② B．②③ C．①④ D．③④

7．为保护地下钢管不受腐蚀，可采取的措施有

①与石墨棒相连 ②与直流电源负极连接 ③与直流电源正极连接 ④与锌板相连

A．①② B．②③ C．②④ D．①④

8.为了防止钢铁锈蚀,下列防护方法中正确的是 (

) A．在精密机床的铁床上安装铜螺钉

B．在排放海水的钢铁阀门上用导线连接一铅块,一同浸入海水中

C．在海轮船壳上镶嵌锌块

D．在电动输油管的铸铁管上接直流电源的正极

9.糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等,其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是(

) A．脱氧过程是吸热反应,可降低温度,延长糕点保质期

B．脱氧过程中铁作原电池正极,电极反应为Fe-3e === Fe

C．脱氧过程中C作原电池负极,电极反应为2H2O+O2+4e ===4OH

D．含有1.12 g铁粉的脱氧剂,理论上最多能吸收氧气336 mL(标---3+