高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第四节 金属的电化学腐蚀与防护导学案及答案

4-4  金属的电化学腐蚀与防护

教学目标

1．了解金属腐蚀的种类，探究金属发生电化学腐蚀的原因

2．掌握化学腐蚀和电化学腐蚀的区别。

3．认识金属腐蚀的危害及防腐措施，感受化学对人类生产和生活的影响。

4.进一步学会对比、比较认识事物的科学方法和假设验证探究的思维方式，辩证的认识外因条件对化学变化的影响。

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

教学过程：

【投影】常见的金属腐蚀现象：

【导课】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。

【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。

【板书】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：

【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？

【板书】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。

【板书】

【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】

【归纳与交流】化学腐蚀与电化腐蚀的对比。

【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)

（3）   相互关系：往往同时发生，电化腐蚀要比化学腐蚀普遍得多。

【小结】略

【课堂练习】

1．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)

2．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-,） (Fe2++2OH-=Fe(OH)2；4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3) 

3.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-,）

【过渡】金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能等方面都将发生变化，会使机器设备、仪器、仪表的精密度和灵敏度降低，影响使用以至报废，甚至发生严重事故。每年由于钢铁生锈会使我国损失大约100～150亿元。在英国，每90秒钟就有1吨钢被锈蚀掉。因此防止金属腐蚀有很重要的意义。

【板书】二、金属的防护

【思考与交流】讨论自行车不同构件的防锈措施：

【复习】电化学腐蚀的实质，写出两极反应方程式（析氢和吸氧）。

【思考】影响金属腐蚀的因素有那些？（阅读P56 最后一自然段）

【练习】

1、影响金属腐蚀的因素有＿＿和＿＿两个，就金属本身来说金属越＿＿，金属越易被

腐蚀，金属中含杂质越＿＿，金属越易被腐蚀；介质对金属腐蚀影响也很大，如果金属在＿＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿，金属越易被腐蚀。

【思考】海水中的金属为何容易被腐蚀？（提示：电解质溶液）

【讨论】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。

【投影】常见金属防腐蚀方法：

【板书】1、物理方法

【讲述】以上投影中方法都是物理方法。刚才同学们回答时已提到电化学防护方法。

【投影】两种电化学防护方法

【讲述】金属腐蚀本质就是金属失电子而被氧化的过程。金属越活泼，金属越易被腐蚀。因此在金属铁上连接一块比它更活泼的金属，发生原电池反应时，失电子的为活泼的金属，而铁被保护。

【探究活动1】 决策——采用哪种防锈方法

1镀铝后涂漆  2镀锌后涂漆  3镀镉后涂漆  4镀铬  5镀锡  6喷砂清理后涂漆  7一般清理后涂漆 8在锈上涂漆

上图对不同防锈方法的效果进行了比较，同时也粗略给出了这些方法的成本。

【问题】采用哪种方法来保护铁不生锈，仔细考虑成本与效果。

（1）房子上的铸铁檐槽（2）海边码头上的钢轨（3）铁的徽章（4）放电熨斗的支架（5）钢刀片（6）铁钥匙（7）儿童游戏场中秋千的钢架

1至7中，要求针对所给出的不同情况，去决定应分别采用哪种防锈方法。这项工作最好在小组中进行。有一些做决定时应考虑的因素：

●物品需要保存多长时间?很明显，如果物品只需保存很短的时间，就没有必要去考虑给它一个长久的保护。

●  物品将用在哪里?如果物品主要用于室外，它就需要较好地进行保护。

●  物品是干什么用的?物品用途不同，保护方法也不同。例如，物品要接受高温，就不能用油漆进行保护。

●  物品外观重要吗?某些保护方法也是为了装饰外观用的。例如，镀铬。

【探究活动2】决策——怎样保护通向学校的小桥

假设你为地方政府的架桥部门工作，你要在一条河上修一座供人行走的小桥，有了这座桥，孩子们就可以从住宅区通过小河到学校上学了。这座桥要用铁建造，你要决定采用什么样的保护方法来防止它生锈．这座桥需要保存16年，因为16年后学校就要搬到另一个新的地方。

有四种防锈措施供选择：

选择1  不防锈，不采取防锈措施的桥，10年后必须进行更换，否则会由于锈蚀而发生危险。

选择2  在对桥进行一般性清理后，涂上油漆．这种保护措施需要每3年重新进行一次。

选择3  用喷砂清理法对桥清理后，涂上油漆。这种保护措施需要每6年重新进行一次。

选择4  将桥喷砂清理后，镀上锌再涂上漆。这种保护措施能使桥保存18年。

下面给出了以上四种选择的成本。

表：  四种选择的成本

【问题】 （1）计算每个选择从桥建造开始，16年所花的费用（包括建造费和维修保护费）（ 2）采用哪个选择？

【讨论】 1．只有钢铁才能生锈，很多其他的金属，如铝和铜，几乎完全不发生锈蚀．可是为什么我们用钢铁比用其他金属多呢?

2．假如有人发明了一种又便宜、又简单的方法，使锈永远不可能发生．显然这一发

明会带来很大的益处，你认为它也可能带来坏处吗?

3．汽车排气系统受锈的影响很严重。一辆车，由普通钢制造的排气系统价值960元，由于生锈的原因，它使用大约2年就需要更换。对同一辆车，如果买一个由不锈钢制造的排气系统，受锈的影响就会减少，并且可以使用6年，不锈钢排气系统价值1900元。 从长远考虑，是普通钢排气系统便宜，还是不锈钢排气系统便宜?解释你的回答。

4．在英国才有不到10％的汽车拥有者购买不锈钢排气系统。请你评论一下这个事实。

【课堂练习】

1．解释下列现象并写出有关原电池的电极反应：

（1）马口铁（镀Sn铁皮）做的罐头，打开后为什么极易生锈？

（2）自来水管（镀Zn铁管）和白铁皮做的提桶，为什么不易生锈？

（3）轮船船壳的水线以下部分，为什么要装上一定数量Zn块？

2．桥梁上钢结构接头处须用铆钉连结，以下三种铆钉，选用何种为好？

（1）铝铆钉  （2）铜铆钉      （3）钢铆钉

3．下列各烧杯中盛有海水，依次插入：

（1）Fe片；（2）Cu、Fe导线相连；（3）Sn、Fe导线相连；（4）Zn、Fe导线相连；（5）Al、Fe导线相连；铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是：＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

参考答案：1、略2、（3）3、（2）＞（3）＞（1）＞（4）＞（5）

板书设计：

第二节  金属的腐蚀与防护

一、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。

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。

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。

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+

    （3）

二、金属的防护

1、物理方法

2、电化学法