化学人教版（2023）选择性必修第一册 4.3.1金属的腐蚀课件(共34张PPT)

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第四章化学反应与电能

第三节金属的腐蚀与防护

第一课时金属的腐蚀

金属腐蚀，无处不在！！！

金属腐蚀

我国作为世界上钢铁产量最多的国家（2023年全国生产钢材37117.02万吨），每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年产量的十分之一，因金属腐蚀而造成的损失占到国内生产总值的2%~4%；

（中国统计局：2023年我国国内生产总值达158526亿元）。

另据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的总和，在这里还不包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。

阅读：

金属腐蚀的主要害处，不仅在于金属本身的损失，更严重的是金属制品结构损坏所造成的损失比金属本身要大到无法估量。

腐蚀不仅造成经济损失，也经常对安全构成威胁。

国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因某一零部件破裂而坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而塌陷；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸；化工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染；管道和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工作人员和附近居民的生命安全。

看后：你有何感想？

面对这样惊人的数据和金属腐蚀危害事实，同学们有没有想过，金属怎样被腐蚀？怎样防止金属被腐蚀？

尽管铁链曾经承载着巨大的力量，但是经不住时间的考验和风雨的洗礼，如今面目全非不堪重负。今天我们从化学角度认识它腐蚀的原因。

一、金属的腐蚀

(1)概念：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。

1．金属腐蚀

(4)由于与金属接触的气体或液体物质不同，发生腐蚀的情况也不同，发生腐蚀的情况也不同，一般金属腐蚀可分为两类：

(2)本质：金属原子失去电子变为阳离子,金属发生氧化反应。

(3)特征：金属被腐蚀后，在外形，色泽以及机械性能方面会发生变化.

①化学腐蚀：

金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。例如：铁与氯气直接反应而腐蚀；输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐。

特点：无电流产生，温度对化学腐蚀的影响很大,腐蚀的速率随温度升高而加快。例如：钢材在高温下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的一层氧化物。

②电化学腐蚀：

当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。例如：钢铁制品在潮湿空气中的锈蚀就是电化学腐蚀。

特点：有微弱的电流产生。

特别提醒金属腐蚀过程中，电化学腐蚀和化学腐蚀同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀，且比化学腐蚀的速率大得多。

化学腐蚀和电化学腐蚀的对比

化学腐蚀电化学腐蚀

条件

现象

本质

影响因素

联系金属跟干燥气体或非电解质液体直接接触

不纯金属或合金跟电解质溶液接触

无电流产生

有微弱电流产生

金属被氧化

较活泼金属被氧化

与接触物质的氧化性及温度有关

与电解质溶液的酸碱性及金属活性有关

两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍

钢铁在干燥的空气里长时间不易被腐蚀,但在潮湿的空气里却很快被腐蚀,这是什么原因呢

思考与讨论

在潮湿的空气里,钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜。水中溶有O2、CO2、SO2等气体，这样在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜,它跟钢铁里的铁和少量的碳构成无数微小的原电池。

2．钢铁的电化学腐蚀

(1)钢铁的电化学腐蚀的分类:

由于条件不同，根据钢铁表面水膜的酸性强弱钢铁腐蚀可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种类型。

钢铁的析氢腐蚀（水膜酸性较强）

负极：Fe－2e－=Fe2+

正极：2H++2e－=H2↑

总反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑

金属表面的电解质溶液酸性较强，腐蚀过程中有H2放出，如右图所示。

电极反应如下：

钢铁的吸氧腐蚀（水膜酸性很弱或中性）

负极：2Fe-4e=2Fe2+

正极：O2+2H2O+4e=4OH－

总反应：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2

后续反应：4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3

铁锈的形成过程：

Fe2O3·XH2O

钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性时，溶解的氧气参加电极反应，发生吸氧腐蚀。如右图所示。

电极反应如下：

Fe2O3·xH2O

脱去一部分水

点拨：(1)化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，速率也大得多危害更大。

(2)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。

(3)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极都是铁，失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。

析氢腐蚀和吸氧腐蚀都属于电化学腐蚀

钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较

Fe2O3·nH2O

（铁锈）

通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。

析氢腐蚀

吸氧腐蚀

条件

水膜呈酸性

水膜呈中性或酸性很弱

电极反应

负极Fe(-)

Fe-2e=Fe2+

2Fe-4e=2Fe2+

正极C(+)

2H2O+2e－=H2↑+2OH－

O2+2H2O+4e=4OH-

总反应:

Fe+2H2O==Fe(OH)2+H2↑

2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3

联系

注：1、只有位于金属活动性顺序中氢前的金属才可能发生析氢

腐蚀，氢后的金属不能发生

2、氢前和氢后的金属都可发生吸氧腐蚀

3、吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，主要原因有两个，

第一：水膜一般不显强酸性；第二：多数金属都可发生

(1)实验1：将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入下图所示的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化。

实验4－3

现象及原因：实验1中导管中的水柱上升，铁钉生锈。说明该过程铁钉被腐蚀。铁钉发生的是吸氧腐蚀。

实验结论：装置中Fe、C、饱和食盐水构成了Fe-C-饱和食盐水原电池，Fe作负极，C作正极，饱和食盐水作电解质溶液，由于NaCl溶液呈中性，发生吸氧腐蚀

(2)实验2:取两支试管，分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸，观察现象。然后，向其中一支试管中滴加1～2滴硫酸铜溶液，再观察现象。

现象及原因：开始时试管中均有无色气体产生，且两支试管中产生气泡的速率相等；滴加硫酸铜溶液后①试管产生气体的速率明显加快。原因是锌置换出铜后构成了铜锌原电池，锌作负极，腐蚀速率加快。

实验结论：滴加硫酸铜溶液后，装置中Zn、Cu、稀盐酸构成了Zn-Cu-稀盐酸原电池，Zn作负极，Cu作正极，稀盐酸作电解质溶液，由于稀盐酸呈酸性，发生析氢腐蚀

思考与讨论

请解释下列有关铁腐蚀现象的原因。

1.灶台上炒菜的铁锅放置后什么位置容易生锈，为什么？

炒菜的铁锅有残存的氯化钠，放置后水滴容易聚集到锅底，与水接触的界面构成吸氧腐蚀，形成铁锈。

2.用于连接铜板的铁螺丝容易生锈。

是由于铁与铜吸收空气中的水蒸汽形成水膜构成了原电池，较活泼的铁作原电池的负极，因此铁易被腐蚀而生锈。

影响金属化学腐蚀速率的因素：

①本性：金属越活泼，越易被腐蚀；

②温度：环境温度越高，腐蚀速率越快；

③浓度：氧化剂浓度越大，腐蚀速率越快。

金属腐蚀快慢的规律

1．无论哪种类型的金属腐蚀，其本质都是金属被氧化的过程。由于钢铁制品通常所处的外部环境干燥程度较低，氧气的存在又非常广泛，在相同条件下，原电池反应比一般的氧化还原反应速率快，因此，在钢铁的腐蚀类型中主要是电化学腐蚀，其次是化学腐蚀。但是，钢铁的腐蚀类型并不单一，一般是电化学腐蚀和化学腐蚀并存，只是有主次之分罢了。

2．电化学腐蚀过程中发生的化学反应是原电池反应，有电流产生。

3．影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。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，较容易被腐蚀。

(1)与构成微电池两极的材料有关。两极材料的活动性差别越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属被腐蚀的速度越快。

(2)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>有防腐措施的腐蚀。

(3)同一种金属在相同浓度不同介质中：在强电解质中>弱电解质中>非电解质中

(3)有无保护措施的腐蚀快慢顺序：无保护措施的金属腐蚀>有一定保护措施的金属腐蚀>牺牲阳极的阴极保护法引起的金属腐蚀>有外加电流的阴极保护法引起的金属腐蚀。

(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快。

注意：在钢铁的腐蚀过程中，其电化学腐蚀更严重，在电化学腐蚀中，吸氧腐蚀更普遍。

4．判断金属腐蚀快慢的规律

下列各情况下，其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是。

(5)

(2)

(1)

(3)

(4)

注意：原电池正极、电解池阴极受到保护。

结论：在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：

电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞防腐措施的腐蚀

下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是

(4)

(2)

(1)

(3)

(1)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。()

(2)铜在酸性较强的溶液中均可发生析氢腐蚀。()

(3)钢铁发生电化学腐蚀时,负极铁失去电子生成Fe3+。()

(4)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。()

(5)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比镀铜前更容易生锈。()

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

√

×

×

×

×

2．如图所示，各烧杯中均盛的是海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为()

A．②①③④⑤⑥

B．⑤④③①②⑥

C．⑤④②①③⑥

D．⑤③②④①⑥

解析:②③④均为原电池，③中Fe为正极，被保护；②④中Fe为负极，均被腐蚀，但Fe和Cu的金属活动性差别大于Fe和Sn的，故FeCu原电池中Fe被腐蚀的较快。⑤是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀。⑥是Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。

C

3．下列有关金属腐蚀的说法中正确的是()

A．金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程

B．电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程C．钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈

D．金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化学腐蚀伴有电流产生

D

解析:金属腐蚀的本质，主要是金属原子失电子被氧化，腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，外因是金属与空气、水和其他腐蚀性的物质接触，腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀，所以A错误；电化学腐蚀指不纯金属与电解质溶液接触时发生原电池反应而损耗的过程，不需要外加电流，所以B错误；钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，正极吸收氧气，而不是负极吸收氧气，所以C错误。

4．下列叙述错误的是()

A．原电池工作时的负极发生氧化反应

B．在镀件上电镀锌，用锌作阳极

C．钢铁发生吸氧腐蚀时，表面水膜的pH增大

D．电解精炼铜时，同一时间内阳极溶解铜的质量与阴极析出铜的质量一样多

D

解析:原电池工作时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，A正确；依据电镀原理可知，镀层金属做阳极，在镀件上电镀锌，则锌作阳极，B正确；钢铁表面发生吸氧腐蚀时，正极上的电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，即钢铁表面水膜的pH增大，C正确；电解精炼铜时，因为粗铜含有杂质，所以开始通电一段时间后，阳极溶解的铜的质量比阴极析出的铜的质量少，D错误。

5.下列关于电化学腐蚀和化学腐蚀的说法正确的是()

A.电化学腐蚀没有发生氧化还原反应

B.化学腐蚀发生氧化还原反应

C.电化学腐蚀没有发生化学反应,化学腐蚀发生化学反应

D.电化学腐蚀有电子转移,化学腐蚀没有电子转移

B

解析:电化学腐蚀和化学腐蚀实质一样,两者都发生氧化还原反应,都是金属失电子,被氧化,但电化学腐蚀构成原电池,有电流产生,而化学腐蚀没有产生电流。

6.将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润