2024-2025学年新教材高中化学第4章化学反应与电能第三节金属的腐蚀与防护课件新人教版选择性必修1

第四章

第三节金属的腐蚀与防护素养目标学习要点1.通过查阅金属腐蚀的资料等活动,认识金属腐蚀的严重性及危害;能用电化学原理解释金属腐蚀的现象,进一步增强社会责任感,发展科学态度与社会责任核心素养。2.通过钢铁腐蚀的实验,了解金属腐蚀的本质;能书写钢铁腐蚀的电极反应及总反应;能根据电化学原理选择并设计金属防护的措施,发展证据推理与模型认知核心素养。四个概念:化学腐蚀、电化学腐蚀、析氢腐蚀和吸氧腐蚀。两种模型:电化学保护模型(牺牲阳极法和外加电流法)。两种原理:钢铁发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的原理。知识点一金属的腐蚀基础落实•必备知识全过关1.金属的腐蚀(1)金属的腐蚀金属的腐蚀是金属或合金与周围的

或

发生_________

反应而引起损耗的现象。

(2)金属腐蚀的类型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。腐蚀的速率随温度升高而

。

②电化学腐蚀:当

的金属与

溶液接触时会发生

反应,比较

的金属发生氧化反应而被腐蚀。

常常是自发进行的

本质是金属失去电子被氧化

气体

液体氧化还原加快不纯电解质原电池活泼2.钢铁的电化学腐蚀由于条件不同,钢铁腐蚀可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种类型。(1)析氢腐蚀:在

环境中,由于在腐蚀过程中不断有

放出,所以叫做析氢腐蚀。

负极反应式___________________________________________正极反应式___________________________________________总反应___________________________________________酸性

H2Fe-2e-===Fe2+2H++2e-===H2↑

Fe+2H+===Fe2++H2↑(2)吸氧腐蚀:钢铁表面吸附的水膜酸性

或呈

,但溶有一定量的

,会发生吸氧腐蚀。

负极反应式___________________________________________正极反应式___________________________________________总反应___________________________________________在空气中,Fe(OH)2进一步被氧化为Fe(OH)3,Fe(OH)3失去部分水生成

,它是铁锈的主要成分。

很弱

中性

氧气

Fe-2e-===Fe2+2H2O+O2+4e-===4OH-

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

Fe2O3·xH2O

(3)实验探究(实验4-3)实验操作实验现象实验解释导管中

装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池,铁钉发生

腐蚀

①试管中产生气泡的速率

Zn与CuSO4反应生成Cu,Zn、Cu和稀盐酸构成

,形成

腐蚀,速率更

液面上升

吸氧快原电池电化学快名师点拨金属的腐蚀及相互关系(1)金属腐蚀过程中,电化学腐蚀和化学腐蚀往往同时发生,但绝大多数属于电化学腐蚀,且比化学腐蚀的速率大得多。(2)电化学腐蚀和化学腐蚀的区别在于前者有腐蚀电流产生,后者则没有。辨析比较析氢腐蚀与吸氧腐蚀(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,负极都是铁,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。正误判断(1)电化学腐蚀过程中,活泼金属在较强的酸性条件下才可能发生析氢腐蚀。(

)(2)一般不活泼的金属发生吸氧腐蚀,吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式。(

)(3)吸氧腐蚀不一定发生在中性或碱性介质中,在极弱的酸性介质中,也可发生吸氧腐蚀。(

)(4)钢铁在夏天潮湿的环境中发生腐蚀的速率要比冬天干燥的环境中快。(

)√√√√重难突破•能力素养全提升探究角度金属的腐蚀及原理例题某校实验小组研究金属电化学腐蚀,实验如下:序号实验5

min25

min实验Ⅰ铁钉表面及周边未见明显变化铁钉周边零星、随机出现极少量红色和蓝色区域,有少量红棕色铁锈生成序号实验5

min25

min实验Ⅱ铁钉周边出现红色区域,未见蓝色出现;锌片周边未见明显变化铁钉周边红色加深,区域变大,未见蓝色出现;锌片周边未见明显变化下列说法不正确的是(

)A.实验Ⅰ中铁钉发生了吸氧腐蚀B.实验Ⅱ中锌片未发生反应C.实验Ⅱ中正极的电极反应式:O2+2H2O+4e-===4OH-D.若将Zn片换成Cu片,推测Cu片周边会出现红色,铁钉周边会出现蓝色B解析

根据实验现象可知,实验Ⅰ中铁钉被空气中氧气氧化,随机出现极少量红色和蓝色区域,Fe2+与K3[Fe(CN6)]溶液反应会生成蓝色沉淀,OH-在酚酞作用下会使溶液变红,故反应过程中溶液存在OH-、Fe2+,最后有少量红棕色铁锈生成,发生了吸氧腐蚀,A正确;实验Ⅱ的反应速率比实验Ⅰ快,实验Ⅱ中形成了以铁为正极,锌为负极的原电池,锌片发生氧化反应,B错误;实验Ⅱ中,溶液酸性较弱,且由铁钉周边出现红色区域可知,正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,C正确;若将Zn片换成Cu片,则实验Ⅱ中,铁为负极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,铁钉周边会出现蓝色;铜为正极,根据正极反应式可知,有OH-生成,铜片周边会出现红色,D正确。[对点训练](2024·湖南益阳三校联考)如图为模拟铁生锈的实验。铁粉中均匀混有少量炭粉,装入内壁已分别用氯化钠溶液和稀醋酸润湿过的甲、乙两个具支试管中,打开止水夹之后,下列有关该实验的说法合理的是(

)A.甲装置导管口有气泡,乙装置导管内出现一段液柱B.甲装置中发生的电化学腐蚀主要是析氢腐蚀C.乙装置中发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀D.乙装置导管口有气泡冒出D解析

甲装置中的电解质溶液呈中性,所以发生的是吸氧腐蚀,A、B错误;乙装置中的电解质溶液酸性较强,发生的是析氢腐蚀,有气体产生,C错误、D正确。知识点二金属的防护基础落实•必备知识全过关1.金属防护的原理金属的防护主要是从

、与金属接触的物质及两者

的条件等方面来考虑的,防止金属被氧化。

2.金属防护的方法(1)改变金属材料的组成在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的

。例如,在普通钢中加入

等制成不锈钢产品。

(2)在金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖致密的保护层,将金属制品与

隔开是一种普遍采用的防护方法。

金属

反应合金铬、镍周围物质3.电化学保护法(1)牺牲阳极法牺牲阳极法通常是在被保护的钢铁设备上安装若干

或锌块,它们作为原电池的

,不断遭受腐蚀,而作为

的钢铁设备被保护起来。

镁合金负极正极(2)外加电流法外加电流法是把被保护的钢铁设备作为

,用惰性电极作为辅助

,两者均放在电解质溶液里,外接直流电源。通电后,调整外加电压,强制

流向被保护的钢铁设备,使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零。

阴极阳极电子教材拓展覆盖法保护金属(1)在钢铁制品表面喷涂油漆、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。(2)用化学方法在钢铁部件表面进行发蓝处理;利用阳极氧化处理铝制品的表面,形成致密氧化膜而钝化等。(3)采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜等。归纳总结利用K3[Fe(CN)6]溶液检验Fe2+(1)取少量待测液于试管中,滴加2滴K3[Fe(CN)6]溶液,若产生蓝色沉淀,证明该溶液中含有Fe2+,否则,不含Fe2+。(2)Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液(黄色)反应生成KFe[Fe(CN)6]沉淀(带有特征蓝色),这是一种检验溶液中Fe2+的常用方法。重难突破•能力素养全提升探究角度金属的防护例题(2024·福建福州六校联考)下列铁制品防护的装置或方法中,不正确的是(

)答案

A解析

外加电源的阴极保护法,被保护金属钢制管桩应与电源负极相连,A错误。[对点训练]下列关于电化学腐蚀、防护与利用的说法中,正确的是(

)B解析

形成Fe-Cu原电池,Cu作正极被保护,Cu不易被腐蚀,A错误;暖气片表面刷油漆可隔绝氧气,从而防止金属腐蚀,B正确;锌比铁活泼,形成锌铁原电池,锌作负极,电子由锌流向铁管道,C错误;铁管道与电源负极相连,为阴极,阴极得电子,电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,D错误。学以致用·随堂检测全达标12345题组1金属的腐蚀1.古老的铁桥,经常每隔一段时间就要刷一遍油漆,但仍看到有锈迹。下列说法合理的是(

)A.油漆只起美观作用,而与腐蚀无关B.铁桥生锈主要是铁和空气中的氧气发生了化学腐蚀C.铁桥生锈主要是铁与空气中的O2、H2O等发生电化学腐蚀D.铁桥腐蚀与外界环境无关,只由金属内部结构决定C12345解析

铁器表面的油漆可以阻止氧气和铁器接触,起到防护作用,A错误;铁桥生锈主要是因为钢铁在潮湿空气中形成了原电池,发生了吸氧腐蚀,故生锈主要是发生了电化学腐蚀,B错误、C正确;铁桥生锈与外界环境有关,D错误。123452.将铜片与石墨连接浸入稀硫酸溶液中(如图),过了较长时间后,发现溶液出现蓝色。下列说法正确的是(

)A.铜发生了析氢腐蚀B.石墨电极发生O2+4e-+2H2O===4OH-C.电池总反应是2Cu+2H2SO4+O2===2CuSO4+2H2OD.石墨电极附近Cu2+浓度增加,H+浓度增加C解析

由题意可知,该装置为原电池,铜为原电池的负极,铜失去电子发生氧化反应生成铜离子,电极反应式为Cu-2e-===Cu2+,铜电极附近铜离子浓度增大;石墨为正极,酸性条件下,氧气在正极得到电子发生还原反应生成水,电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O,电池总反应为2Cu+2H2SO4+O2===2CuSO4+2H2O。12345题组2金属的防护3.(2024·河北保定六校联考)金属腐蚀造成的损失约占国民生产总值的2%~4%。下列有关说法错误的是(

)A.改变金属的结构,可将金属制成防腐的合金B.喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化是金属防护的物理方法C.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿,与金属的电化学防护有关D.将钢闸门连接直流电源的负极可以起到防护作用B解析

电镀或表面钝化过程发生了化学变化,是金属防护的化学方法,B错误。123454.(2024·福建福州八县市联考)北京冬奥会火种灯的外形设计灵感来自西汉的“长信宫灯”。下列说法正确的是(

)A.青铜的熔点大于纯铜B.铜锈的主要成分是Cu(OH)2C.鎏金层破损后,金作负极可以继续