第三节　金属的腐蚀与防护 教学课件

第三节金属的腐蚀与防护第四章化学反应与电能课程标准1.了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害。2.了解防止金属腐蚀的措施。3.能利用电化学原理解释金属腐蚀的现象，选择并设计防腐蚀措施。知识点一金属的腐蚀随堂演练知识点二金属的防护课时精练内容索引索引知识点一金属的腐蚀1．概念：金属或合金与周围的

发生

反应而引起损耗的现象。2．本质：金属本身失去电子变成阳离子的过程(发生

反应)，M－ne－===Mn＋。新知导学气体或液体氧化还原氧化3．金属腐蚀的类型——根据与金属接触的

不同，金属腐蚀可分为两类(1)化学腐蚀

①概念：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，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蚀等。②实质：金属和非电解质或其他物质相接触直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀。③特点：腐蚀过程没有电流产生，腐蚀的速率随温度升高而

，如：钢铁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。气体或液体加快(2)电化学腐蚀①概念：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。②实质：发生

反应。③特点：电化学腐蚀过程有微弱电流产生。不纯电解质原电池活泼原电池(3)化学腐蚀与电化学腐蚀的比较类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与干燥气体(如：O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如：石油)等接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系金属腐蚀过程中，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4.电化学腐蚀的分类——钢铁的电化学腐蚀类型析氢腐蚀(腐蚀过程中不断有氢气放出)吸氧腐蚀(反应过程吸收氧气)示意图条件水膜酸性较强水膜酸性很弱或呈中性电极材料及反应负极(Fe)______________________________________________正极(碳)______________________________________________总反应__________________________________________________、______________________________________________________、______________________________________________联系吸氧腐蚀更普遍Fe－2e－===Fe2＋Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑O2＋2H2O＋4e－===4OH－Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O22H2O===4Fe(OH)32Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O5.电化学腐蚀的实验探究(1)实验探究一实验过程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，并解释引起这种变化的原因示意图实验现象导管中____________实验解释装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生

腐蚀液面上升吸氧(2)实验探究二实验过程取两支试管，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，并解释引起这种变化的原因示意图实验现象开始时试管中均有

，滴加硫酸铜溶液后产生气体的速率明显加快实验解释Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成

，形成

腐蚀，速率更_____无色气体产生原电池电化学快1．无论化学腐蚀还是电化学腐蚀，金属的腐蚀都是金属失电子被氧化的过程(

)2．因为CO2普遍存在，所以钢铁腐蚀以析氢腐蚀为主(

)3．铜在酸性条件也可以发生析氢腐蚀(

)4．纯铁不易腐蚀，生铁易腐蚀，是因为生铁中含碳，能形成原电池发生电化学腐蚀(

)5．铁的电化学腐蚀的负极反应为Fe－3e－===Fe3＋(

)微自测

判断正误√××√×[实验1]探究铁钉的腐蚀原理实验操作：将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入如图所示的具支试管中，几分钟后，观察导管中水柱的变化。交流研讨[实验2]探究锌粒的腐蚀原理实验操作：①将锌粒置于稀盐酸中，并滴加几滴硫酸铜溶液；②将锌粒置于稀盐酸中。观察比较实验①、②中产生气泡的快慢。1．实验1和实验2的实验现象分别是什么？提示：实验1现象：导管中水柱液面上升，铁钉表面有铁锈生成。实验2现象：实验①产生气泡的速率明显比实验②快。2．实验1和实验2分别属于哪种腐蚀？提示：吸氧腐蚀、析氢腐蚀。1．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实践应用√2．如图所示的钢铁腐蚀中，下列说法正确的是A．碳表面发生氧化反应B．钢铁被腐蚀的最终产物为FeOC．生活中钢铁制品的腐蚀以图①所示为主D．图②中，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－√3.如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥√归纳总结判断金属腐蚀快慢的规律1．同一金属在相同电解质溶液中，金属腐蚀的快慢：电解原理引起的腐蚀(即电解池的阳极)＞原电池原理引起的腐蚀(即原电池的负极)＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀(即电解池的阴极、原电池的正极及加有镀层的金属等)。2．同一金属在不同电解质溶液中，金属腐蚀的快慢：强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液。3．活动性不同的两种金属，活动性越强，腐蚀得越快。4．同一金属在相同电解质溶液中，电解质浓度越大，腐蚀越快。索引索引知识点二金属的防护金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。1．改变金属材料的组成：在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金。如：把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢产品；钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性能且具有良好的生物相容性。新知导学2．在金属表面覆盖保护层：在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开。(1)在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。(2)用电镀的方法，在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如：锌、锡、铬、镍等。(3)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黑色的四氧化三铁薄膜。(4)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。(5)采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面可以形成稳定的钝化膜。3．电化学保护法(1)牺牲阳极法

原理利用

原理，让被保护金属作

极，一种活泼性较强的金属作

极，用导线相连要求被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极应用锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块原电池正负①实验探究一：以Fe作保护电极，Zn作辅助电极，以经过酸化的3%NaCl溶液作电解质溶液，观察电流表指针的变化，以及烧杯中两个电极附近发生的现象。过一段时间，用胶头滴管从Fe电极区域取少量溶液于试管中，再向试管中滴加2滴K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察试管中颜色的变化。已知：Fe2＋与K3[Fe(CN)6]反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁钾沉淀：K＋＋Fe2＋＋[Fe(CN)6]3－===KFe[Fe(CN)6]↓。实验装置电流表阳极(负极区)阴极(正极区)现象指针______Zn溶解有

产生，

蓝色沉淀生成有关反应—Zn－2e－===Zn2＋2H＋＋2e－===H2↑结论溶液中不含Fe2＋，铁作正极未被腐蚀偏转气泡无②实验探究二实验过程将1g琼脂加入250mL烧杯中，再加入50mL饱和食盐水和150mL水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。稍冷后，趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中，各滴入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀。取两个2～3cm的铁钉，用砂纸擦光。如图(a)所示，将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养皿中；如图(b)所示，将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中，观察并解释实验现象实验装置实验现象铁钉周围______铁钉周围生成

，铜丝周围______实验结论铁作为负极时易腐蚀，作为正极时未腐蚀变红蓝色沉淀变红(2)外加电流法原理利用

原理，把被保护的钢铁设备(如钢闸门)作为

极，用惰性电极作为辅助阳极，两者均放在电解质溶液(如海水)里，接外加

。通电后，调整外加电压，强制电子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。在这个系统中，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护要求被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连应用钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极电解池阴直流电源(3)两种保护方法的比较：外加电流法保护效果大于牺牲阳极法。

1．牺牲阳极法利用的是电解池原理(

)2．在铁制品表面镀锌，是为了防止铁制品的腐蚀，而且镀层有损坏仍可对铁制品起到保护作用(

)3．铁制品涂油脂、喷油漆是为了隔绝铁与氧气的接触，起到保护铁制品的作用(

)4．铁闸门可与外加电源的正极相连，起到保护作用(

)5．原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，故不能用来减缓金属的腐蚀(

)微自测

判断正误×√√××钢铁在自然界中的腐蚀比较普遍。(1)远洋轮船的钢铁船体在海水中易发生电化学腐蚀中的________腐蚀。为防止这种腐蚀，通常把船体与浸在海水里的Zn块相连，或与像铅酸蓄电池这样的直流电源的________(填“正”或“负”)极相连。交流研讨海水呈弱碱性，故轮船的钢铁船体在海水中易发生吸氧腐蚀，钢铁与外接电源负极相连，充当电解池的阴极，得到保护。吸氧负(2)利用下图装置可以模拟铁的电化学防护。若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于____处。若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为______________。若X为碳棒，则只能用外加电池法，此时K应置于N处。若X为Zn，K置于M处，其保护原理称为牺牲阳极法。N牺牲阳极法1．下列有关金属铁的腐蚀与防护，说法正确的是A．在钢铁表面进行发蓝处理，生成四氧化三铁薄膜保护金属B．当镀锡铁和镀锌铁镀层破损时，后者更易被腐蚀C．铁与电源正极连接可实现电化学保护D．阳极氧化处理铝制品生成致密的保护膜属于电化学保护法实践应用√2．下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是A．钢管与铜管露天堆放在一起，钢管不易被腐蚀B．在如图所示环境中，铁被腐蚀速率：Ⅰ>Ⅲ>ⅡC．铁制品应保存在温度较高的地方D．钢铁发生电化学腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋√索引索引随堂演练1．下列不能有效防止钢铁锈蚀的措施是A．将钢铁与锌板相连B．将钢铁置于潮湿的空气中C．在钢铁表面喷油漆D．将钢铁与直流电源负极相连A.由于金属活动性Zn>Fe，所以钢铁与锌极相连，首先被腐蚀的是活动性强的Zn，Fe就得到了保护，所以能有效防止钢铁腐蚀，A不符合题意；B.钢铁置于潮湿空气中，会加速钢铁生锈，不能有效防止钢铁腐蚀，B符合题意；C.在钢铁表面喷油漆，起到隔绝空气和水作用，能有效防止钢铁腐蚀，C不符合题意；D.钢铁与电源的负极相连，钢铁为阴极，为外加电流法，钢铁受到保护，D不符合题意。√2．下列防护措施中属于电化学保护法的是A．用氧化剂使金属表面生成致密稳定的氧化物保护膜B．在金属中加入一些铬或者镍制成合金C．在轮船的船壳水线以下部分，装上锌锭D．在金属表面喷漆在轮船的船壳水线以下部分装上锌锭，能形成原电池，锌为负极，被腐蚀，铁被保护。√3．保护海水中钢闸门的一种方法如图所示。下列说法不正确的是A．锌板作牺牲阳极B．钢闸门作正极(阴极)C．锌板发生的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋D．电子由钢闸门向锌板移动√钢闸门和锌板在海水中形成了原电池，其中锌板作负极被腐蚀，钢闸门作正极被保护。A.该防护原理为牺牲阳极法，故锌作牺牲阳极，正确；B.钢闸门作原电池的正极被保护，正确；C.锌板作负极被腐蚀，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正确；D.钢闸门作正极被保护，锌板作负极失电子被腐蚀，电子由锌板流向钢闸门，错误。4．抖音上有很多网红自热小火锅，它的发热原理可以用我们的化学知识来解释。“自热”火锅的发热包主要成分有：硅藻土、铁粉、铝粉、焦炭粉、盐、生石灰，使用时使发热包里面的物质与水接触即可。下列说法错误的是A．生石灰与水反应放热B．铁粉发生吸氧腐蚀，缓慢放出热量，可延长放热时间C．硅藻土可增大反应物的接触面积D．使用后的发热包可作普通垃圾处理√A.生石灰与水发生化学反应生成氢氧化钙，会放出大量的热，故A正确；B.发热包内含有铁粉、焦炭粉、盐，加水后，盐溶于水，铁与碳、盐溶液在空气中形成原电池，铁粉发生吸氧腐蚀，放出热量，故B正确；C．硅藻土具有疏松多孔的结构，能起到吸附作用，可增大反应物的接触面积，故C正确；D.使用后的发热包生石灰变成熟石灰，腐蚀性依然很强，不能当作普通垃圾处理，故D错误；答案选D。索引索引课时精练题组一金属的腐蚀1．(2022·济南一中高二期末)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．生铁比软铁芯(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．银质奖牌久置后表面变暗基础达标√电化学腐蚀是形成原电池，从而加速金属的腐蚀。A、B、C选项均构成了原电池；D选项，银质奖牌久置变暗，是银与空气中的氧气反应的结果，发生的是化学腐蚀。2.如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是A．生铁块中的碳是原电池的正极B．红墨水柱两边的液面变为左低右高C．两试管中相同的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀√B错误，食盐水呈中性，a试管中生铁块发生吸氧腐蚀，气体压强减小；氯化铵溶液呈酸性，b试管中生铁块发生析氢腐蚀，由于生成H2导致气体压强增大，故红墨水柱两边的液面变为左高右低。3.(2022·临沂一中高二期末)某课外活动小组，将剪下的一块镀锌铁片放入锥形瓶中，并滴入少量食盐水将其浸湿，再加数滴酚酞溶液，按如图装置进行实验。数分钟后观察，下列现象不可能出现的是A．B中导管里形成一段水柱B．锌被腐蚀C．金属片剪口处溶液变红D．B中导管产生气泡√在中性食盐水中，镀锌铁片发生吸氧腐蚀，Fe作正极，O2得电子生成OH－，所以正极附近酚酞溶液变红，导气管末端上升一段水柱，故A、C正确；Zn作负极，失去电子生成Zn2＋，被腐蚀，故B正确；镀锌铁片在中性溶液中发生吸氧腐蚀，不发生析氢腐蚀，所以B中导管不可能产生气泡，故D错误。题组二金属的防护4．下列对钢铁制品采取的措施不能防止钢铁腐蚀的是A．保持表面干燥 B．表面镀锌C．表面形成烤蓝 D．表面镶嵌铜块√A.保持钢铁制品表面干燥，使金属不具备生锈的条件，能防止或减缓钢铁腐蚀；B.在钢铁制品表面镀一层金属锌，采用的是牺牲阳极法，能防止或减缓钢铁腐蚀；C.烤蓝能使钢铁制品与氧气和水隔绝，可以防止钢铁制品生锈；D.在钢铁制品表面镶嵌铜块，铁比铜的金属活动性强，形成的原电池中，金属铁作负极，可以加快腐蚀速率。5．(2022·福州一中高二期末)桥梁主要的防腐方法有①钢梁上安装铝片；②使用高性能富锌(富含锌粉)底漆；③使用高附着性防腐涂料；④预留钢铁腐蚀量。下列分析不合理的是A．钢铁发生吸氧腐蚀时的负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋B．防腐过程中铝和锌均作为牺牲阳极，失去电子C．防腐涂料可以防水、隔离O2，降低吸氧腐蚀速率D．方法①②③只能减缓钢铁腐蚀，未能完全消除√钢铁发生吸氧腐蚀时的负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故A错误；铝、锌的金属活动性大于铁，作原电池的负极，防腐过程中铝和锌均作为牺牲阳极，失去电子，故B正确；防腐涂料可以防水、隔离O2，降低吸氧腐蚀速率，故C正确；钢铁防腐只能减缓钢铁腐蚀，未能完全消除，故D正确。6．(2022·杭州一中高二期末)深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根离子腐蚀，其电化学腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是A．铁管道发生的是吸氧腐蚀B．输送暖气的管道也易发生此类腐蚀C．这种情况下，土壤的pH增大D．管道上刷富铜油漆可以延缓管道的腐蚀√由题图可知，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为SO＋5H2O＋8e－===HS－＋9OH－。铁管道的腐蚀过程中，氧气并未参与反应，所以不是吸氧腐蚀，故A错误；硫酸盐还原菌在高温下易变性，失去催化活性，则输送暖气的管道不易发生此类腐蚀，故B错误；由正、负极的电极反应可知，铁管道腐蚀过程中，OH－浓度增大，土壤pH增大，故C正确；管道上刷富铜油漆，形成Cu-Fe原电池，Fe作负极，会加快管道的腐蚀，故D错误。7．用压强传感器探究生铁在pH＝2和pH＝4醋酸溶液中发生腐蚀的装置及得到的图像如下，以下结论错误的是A．溶液pH≤2时，生铁发生析氢腐蚀B．在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀C．吸氧腐蚀的速率比析氢腐蚀慢D．两溶液中负极反应均为：Fe－2e－===Fe2＋√能力提升pH＝2时由图可知压强随着反应的进行而增大，产生了大量气体，发生了析氢腐蚀，pH＝4时压强随着反应的进行而减小，气体的量减少，发生了吸氧腐蚀，据此分析。A.pH＝2时由图可知压强随着反应的进行而增大，产生了大量气体，发生了析氢腐蚀，溶液pH≤2时，生铁发生析氢腐蚀，A项正确；B.pH＝4时压强随着反应的进行而减小，气体的量减少，发生了吸氧腐蚀，所以在酸性溶液中生铁可能发生析氢腐蚀也可能发生吸氧腐蚀，B项正确；C.由两幅图可知变化相同的压强所用的时间不同，析氢腐蚀所用时间长而吸氧腐蚀所用的时间短，因而吸氧腐蚀的速率比析氢腐蚀快，C项错误；D.不论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，负极均为铁失电子，反应为：Fe－2e－===Fe2＋，D项正确；答案选C。8．近年来，我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，下列说法正确的是A．阳极电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋B．阴极电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2OC．该装置为牺牲阳极法D．绝缘子表面产生的OH－向阴极移动√由题图可知是电化学防腐，而且有外加电源。加锌环的铁帽为阳极，湿润的绝缘子作阴极，水是电解质。阳极应是锌放电，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，A项正确；阴极是水电离出的氢离子放电生成氢气，B项错误；只有断电时，才是牺牲锌保护铁的牺牲阳极法，C项错误；电解池中阴离子移向阳极，即OH－向阳极移动，D项错误。9．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一。请回答钢铁在腐蚀、防护过程中的有关问题。(1)下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀________(填字母)。铁为活泼金属，当铁为原电池负极时，易被腐蚀；当铁为原电池的正极或外接电源的负极时，可防止腐蚀。BD(2)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意图如下。请回答：①铁件应与电源的________极相连(填“正”或“负”)，B电极的电极反应式是________________________。负Cu2＋＋2e－===Cu②若电镀前A、B两金属片质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为10.24g，则电镀时电路中通过的电子为________mol。③电镀结束后CuSO4溶液的浓度______(填“变大”“变小”或“不变”)。④镀层破损后，铁不易被腐蚀的是______(填字母)。A．镀铜铁B．镀锌铁C．镀锡铁0.16不变B电镀时，镀层金属为阳极，镀件金属为阴极，则在铁件的表面镀铜时，铜为阳极，铁