高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第三节 金属的腐蚀与防护课前预习课件ppt

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1.知道金属腐蚀的危害,能利用电化学原理解释金属腐蚀的现象。2.能根据电化学原理选择并设计防止金属腐蚀的措施。
一、金属的腐蚀1.金属的腐蚀是金属或合金与周围的气体或液体发生　氧化还原　反应而引起损耗的现象。 2.金属腐蚀的实质是金属原子　失去　电子变为金属阳离子,金属发生　氧化　反应。 
3.金属腐蚀的类型。(1)化学腐蚀与电化学腐蚀。
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁腐蚀为例)。
微判断 (1)细铜丝在氯气中燃烧属于化学腐蚀。(　　)(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中被腐蚀均生成氧化物。(　　)(3)钢铁发生电化学腐蚀时,负极铁失去电子生成Fe3+。(　　)(4)金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同,都是金属原子失电子被氧化。(　　)
二、金属的防护1.改变金属材料的组成。如在普通钢中加入铬、镍等制成　不锈钢　产品,以增强钢铁的抗腐蚀性能。 
2.在金属表面覆盖保护层。例如,在钢铁制品的表面喷涂　油漆　、矿物性油脂或覆盖　搪瓷　、塑料等;用电镀等方法在钢铁表面镀上一层锌、锡、铬、镍等金属;用化学方法在钢铁部件表面进行　发蓝　处理(生成一层致密的四氧化三铁薄膜);利用阳极氧化处理铝制品的表面,使之形成　致密的氧化膜　而钝化等。另外,采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面也可以形成稳定的　钝化膜　。 
3.电化学保护法。(1)牺牲阳极法。如图1,应用　原电池　原理,让活动性比铁强的金属锌作　负　极,钢铁设备作　正　极而被保护。 
(2)外加电流法。如图2,应用　电解　原理,把被保护的钢铁设备作为　阴　极,用惰性电极作为辅助　阳　极,两者均放在电解质溶液里,外接　直流电源　。 
微思考 家用炒菜铁锅用水清洗放置后,出现的红棕色锈斑是如何形成的,其主要成分是什么?提示:铁锅中含有碳元素,在潮湿环境中生锈属于吸氧腐蚀,在腐蚀过程中,负极:Fe-2e-══Fe2+,正极(C):2H2O+O2+4e-══4OH-,总反应为2Fe+2H2O+O2══2Fe(OH)2, Fe(OH)2极易被氧化,发生反应4Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3。Fe(OH)3进一步反应生成铁锈Fe2O3·xH2O。
微训练1 .下列叙述正确的是(　　)。A.原电池中阳离子向负极移动B.用铝制铆钉接铁板,铁易被腐蚀C.马口铁(镀锡)的表面一旦破损,铁腐蚀加快D.白铁(镀锌)的表面一旦破损,铁腐蚀加快答案:C
解析:A中原电池工作时阳离子向正极移动,错误;B中铝制铆钉接铁板形成原电池,铝作为负极,铁作为正极不容易被腐蚀,错误;C中马口铁(镀锡)的表面一旦破损,铁作为负极,加快腐蚀,正确;D中白铁(镀锌)的表面一旦破损,铁作为正极,受到保护,错误。
2.下列防止钢铁锈蚀的措施中,不合理的是(　　)。A.车轮的钢圈表面镀镍B.在地下钢铁管道上连接铜块C.改变金属内部结构制成不锈钢D.金属材料表面包上一层塑料层答案:B解析:铁比铜活泼,在地下钢铁管道上连接铜块会加速铁的腐蚀,B项错误。
3.如图所示,水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天观察: (1)铁钉在逐渐生锈。(2)若试管内液面上升,发生　　　腐蚀,电极反应:负极　　　　　　,正极　 。 (3)若试管内液面下降,则原溶液呈　 性,发生的正极反应为　　　　　　　　　　　。 答案:(2)吸氧　Fe-2e-══Fe2+　O2+2H2O+4e-══4OH-(3)较强的酸　2H++2e-══H2↑ 
解析:由题意可知,(2)试管内液面上升,说明试管内压强减小,发生吸氧腐蚀。(3)试管内液面下降,说明试管内气压增大,即发生析氢腐蚀。
一、金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的比较(以铁为例)重难归纳
将铁钉用NaCl溶液浸湿并露置于空气中,将发生哪种腐蚀?电极反应式如何书写?提示:NaCl溶液为中性溶液,所以发生吸氧腐蚀,电极反应式:负极Fe-2e-══Fe2+,正极O2+2H2O+4e-══4OH-。
典例剖析某小组同学研究“84”消毒液(主要成分为NaClO)对铁的腐蚀作用:将等量的铁钉(铁碳合金)和纯铁粉分别浸没于10 mL “84”消毒液中,记录现象如下,
下列说法正确的是(　　)。A.铁钉主要发生的是化学腐蚀B.铁钉腐蚀后的溶液中c(Cl-)增大C.铁粉的腐蚀速率慢主要是由于其表面积大D.“84”消毒液有强氧化性,因此Fe被腐蚀时发生反应:Fe-3e-══Fe3+答案:B
解析:铁钉为铁碳合金,在电解质溶液环境下易形成原电池,所以铁钉主要发生的是电化学腐蚀,A项错误;铁钉腐蚀后,次氯酸根离子转化为氯离子,溶液中c(Cl-)增大,B项正确;铁粉的腐蚀速率慢主要是铁粉与次氯酸钠不发生化学腐蚀,与固体的表面积无关,C项错误;“84”消毒液有强氧化性,铁钉发生电化学腐蚀,Fe失电子生成亚铁离子,电极反应式为Fe-2e-══Fe2+, D项错误。
方法归纳 对金属腐蚀的理解。 (1)析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性,实际情况中以吸氧腐蚀为主。 (2)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时,负极均是Fe失电子生成Fe2+,而非Fe3+。 (3)一般情况下,只有在金属活动性顺序中排在氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀。
学以致用1.铁生锈是一种常见的自然现象,其主要反应的化学方程式为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.①B.②C.③D.④答案:C
2.如图装置中,小试管内为红墨水,具支试管内盛有pH=5的雨水和生铁片。观察到开始时导管内液面下降,一段时间后导管内液面回升,略高于小试管液面。以下有关解释合理的是(　　)。A.生铁片中的碳是原电池的负极,发生还原反应B.雨水酸性较强,生铁片仅发生析氢腐蚀C.红墨水回升时,正极反应式:O2+2H2O+4e-══4OH-D.具支试管中溶液pH逐渐减小
解析:生铁与其中的碳及电解质溶液构成原电池,负极是铁,铁失去电子发生氧化反应,碳是正极,正极发生还原反应。开始时,因酸性较强发生析氢腐蚀,一段时间后导管内液面回升且略高于小试管液面,说明具支试管中气体压强减小,此时发生吸氧腐蚀,正极反应式是2H2O+O2+4e-══4OH-,故溶液的pH增大,A、B、D三项错误;C项正确。
二、金属腐蚀快慢的一般规律重难归纳1.在同一电解质溶液中: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。有防护措施的腐蚀发生的可能性很小或几乎不发生,包括原电池原理的防护(牺牲阳极法)和电解原理的防护(外加电流法)。2.活动性不同的两种金属,活动性差别越大,活动性强的金属往往腐蚀越快。
3.对同一种电解质溶液而言,电解质溶液浓度越大,往往腐蚀越快。4.温度升高,对化学腐蚀的速率影响很大。升高温度,电解质溶液中的离子运动速率增大,溶液的导电性增强,因此温度对电化学腐蚀的速率也有一定的影响。
结合金属腐蚀的本质,分析如何进行金属防护。提示:金属腐蚀的本质是被氧化剂氧化变成金属阳离子。金属防护的基本思路是: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;③改善金属的内部结构;④利用电化学原理进行防护。
典例剖析钢铁工业是国家工业的基础,钢铁生锈现象却随处可见,为此每年国家损失大量资金。请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。(1)钢铁的电化学腐蚀原理如图所示,写出石墨电极的电极反应式: 　 。 
(2)在实际生产中,可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意图如图所示:①A电极对应的金属是　　　(写元素名称),B电极的电极反应式是　　　　　　　　　　　　。 ②镀层破损后,镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀,请简要说明原因:  　。 
答案:(1)O2+2H2O+4e-══4OH-(2)①铜　Cu2++2e-══Cu　②铁比铜活泼,镀层破损后,铁与铜在潮湿环境中形成原电池,铁为负极,加速铁的腐蚀(其他答案合理也可)
解析:(1)在中性溶液中发生吸氧腐蚀,石墨作正极,发生反应: O2+2H2O+4e-══4OH-。(2)在铁表面镀铜需将铁作阴极、铜作阳极,则A对应的金属为铜,B电极为铁,溶液中的Cu2+得电子生成铜在铁表面析出;镀层破损后,铁与铜在潮湿环境中形成原电池,铁为负极,加速铁的腐蚀。
【拓展延伸】 若电镀前铁、铜两片金属质量相同,电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量,两者质量差为5.12 g,则电镀时电路中通过的电子的物质的量是多少?答案:0.08 ml。析出1 ml铜时两电极的质量差为64 g+64 g =128 g,转移2 ml电子,当质量差为5.12 g,电路中通过的电子为 ×2 ml=0.08 ml。
学以致用1.相同材质的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是(　　)。答案:C
解析:在A中,食醋提供电解质溶液环境,铁勺和铜盆是相互接触的两个金属极,形成原电池,铁是活泼金属作负极;在B中,食盐水提供电解质溶液环境,铁炒锅和铁铲都是铁碳合金,符合原电池形成的条件,铁是活泼金属作负极,碳作正极;在C中,铜镀层将铁球覆盖,使铁被保护,所以铁不易被腐蚀;在D中,酸雨提供电解质溶液环境,铁铆钉和铜板分别作负、正极,形成原电池。
2.如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为(　　)。A.②①③④⑤⑥B.⑤④③①②⑥C.⑤④②①③⑥D.⑤③②④①⑥答案:C
解析:先判断装置是形成原电池还是电解池,再分析金属活动性的差别。①中Fe为负极,杂质C为正极,属于钢铁的吸氧腐蚀,腐蚀速率较慢。②③④实质均为原电池装置,③中Fe为正极,被保护;②④中Fe为负极,均被腐蚀,但相对来说Fe与Cu的金属活动性差别较Fe与Sn的大,故铁铜原电池中Fe的腐蚀速率较快;⑤中Fe接电源正极作阳极,Cu接电源负极作阴极,加快了Fe的腐蚀;⑥中Fe接电源负极作阴极,Cu接电源正极作阳极,防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知:铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
1.下列关于金属腐蚀的说法正确的是(　　)。
B.金属化学腐蚀的实质是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析氢腐蚀答案:B
解析:金属与接触的化学物质直接发生氧化还原反应的过程为化学腐蚀,金属失去的电子直接转移给氧化剂;金属的腐蚀以电化学腐蚀为主,在中性或弱酸性环境中,主要发生吸氧腐蚀,电子由金属转移到不活泼的正极材料上被氧化剂得到。
2.为保护地下钢管不受腐蚀,下列方法中属于牺牲阳极法的是(　　)。A.与石墨棒相连 B.与铜板相连C.埋在潮湿、疏松的土壤中D.与锌板相连答案:D
解析:A项,石墨棒与铁构成原电池,铁活泼,失电子作负极,被腐蚀;B项,铜板与铁构成原电池,铁比铜活泼,失电子作负极,被腐蚀;C项,在潮湿、疏松的土壤中,铁与水、空气构成原电池,氧气得电子,铁失电子,被腐蚀;D项,锌板与铁构成原电池,锌比铁活泼,锌失电子作负极,锌被腐蚀,铁被保护。
3.结合如图判断,下列叙述正确的是(　　)。A.Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护B.Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe-2e-══Fe2+C.Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2+2H2O+4e-══4OH-D.Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3[Fe(CN)6]溶液,均有蓝色沉淀答案:A
解析:两个装置均为原电池,负极都是活泼金属,根据原电池原理可知,原电池的正极金属受到保护,A项正确;Ⅰ中负极为活泼金属Zn,B项错误;Ⅱ中是酸性溶液,电极反应中不能有OH-生成,C项错误;Ⅰ中无Fe2+生成,不能生成KFe[Fe(CN)6]沉淀, D项错误。
4.A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸,如图所示:(1)A中反应的离子方程式是　　　　　　　　。 (2)B中Sn极的电极反应式为　　　　　　　　,Sn极附近溶液的pH　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 
(3)C中被腐蚀的金属是　　　　,总反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　,比较A、B、C中铁被腐蚀由快到慢的顺序是　　　　　　　。