《金属的电化学腐蚀与防护》-导学案

第4节金属的电化学腐蚀与防护1.了解金属腐蚀的种类,能解释金属发生电化学腐蚀的原因;认识金属腐蚀的危害,知道防止金属腐蚀的方法。2.通过科学探究,培养动手操作能力和根据所学知识解决实际问题的能力。3.通过了解金属发生腐蚀的原因及现代的防腐措施,感受化学对人类生产和生活的影响。1.金属腐蚀的概念金属腐蚀是指金属与周围的①气体或②液体物质发生③氧化还原反应而引起损耗的现象。2.金属腐蚀的分类(1)化学腐蚀:金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2等)或非电解质液体等④直接发生化学反应而引起的腐蚀。(2)电化学腐蚀:①概念:⑤不纯的金属与⑥电解质溶液接触时,会发生⑦原电池反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化的腐蚀过程叫作电化学腐蚀。②分类:根据腐蚀过程中电解质溶液的不同,又可分为⑧析氢腐蚀和⑨吸氧腐蚀两种。3.钢铁的析氢腐蚀(1)条件:钢铁表面的电解质溶液的薄膜呈⑩酸性。(2)电极反应:负极:Fe-2e-Fe2+,发生氧化反应;正极:2H++2e-H2↑,发生还原反应;总反应:Fe+2H+Fe2++H2↑。4.钢铁的吸氧腐蚀(1)条件:钢铁表面的吸附水膜酸性很弱或呈中性。(2)电极反应:负极:2Fe-4e-2Fe2+,发生氧化反应;正极:O2+2H2O+4e-4OH-,发生还原反应;总反应:2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2。(3)铁锈的形成:Fe(OH)2继续与氧气反应,化学方程式:4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3。生成的Fe(OH)3脱去一部分水,从而生成铁锈(Fe2O3·xH2O)。5.金属的防护(1)牺牲阳极的阴极保护法:利用原电池原理,让被保护的金属作为正极,用更活泼的金属作为负极,负极金属不断遭受腐蚀被消耗,被保护的金属避免了腐蚀。(2)外加电流的阴极保护法:让被保护金属与外加直流电源的负极相连,让其成为阴极,另一惰性电极作阳极,让两者都处在电解质溶液中。通电后,电子被强制流向被保护的金属,抑制被保护金属失去电子,从而起到保护作用。(3)在金属表面覆盖保护层:可以采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法使金属与空气、水等物质隔离,以防止金属腐蚀。1.电镀、油漆、搪瓷、刷油这些防腐措施有什么共同点?2.纯铁与生铁哪一个在空气中更容易被腐蚀?3.为什么电化学腐蚀是钢铁腐蚀的主要原因?4.为了保护铁制海轮的外壳,不让其受到腐蚀,可在其表面装上哪些金属?探究1:金属的电化学腐蚀下图装置中,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。(1)我们可以发现a、b中的生铁块都发生了腐蚀,红墨水柱两边的液面变为左右(填“低”或“高”),从而我们得出a试管中发生了腐蚀,b试管中发生了腐蚀。在腐蚀中作原电池的负极,作原电池的正极。(2)写出下列电极反应式:a试管中负极反应式为,总反应式为;b试管中正极反应式为,总反应式为。1.与铜质水龙头连接处的钢质水管易生锈,为什么?2.你认为在硫酸厂附近的金属发生的主要是哪一类腐蚀?探究2:金属腐蚀的防护某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢,但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。提供的药品:Cl2、浓H2SO4、NaOH溶液、CuO、Cu、FeCl2、Fe、Zn、ZnCl2、Ag、AgNO3(1)请从上面提供的药品中选择两种(水可任选),设计最佳实验,验证上述结论需选择的药品:;有关反应的化学方程式:;劣质不锈钢腐蚀的实验现象:。(2)某化学兴趣小组讨论在劣质不锈钢上电镀一层金属防止生锈,实验室有下列金属可供电镀:①铁、②铜、③锌、④银。你选择的金属是(填金属),你选择的理由是。要想电镀你选择的金属,请再选择合适的药品完成电镀:。1.镀锌铁和镀锡铁均是在铁片表面覆盖了保护层,当保护层损坏时,哪类铁腐蚀速率较快?2.在同一电解质溶液中,对于电解原理引起的腐蚀(金属作电解池的阳极)、原电池原理引起的腐蚀(金属作原电池的负极)、化学腐蚀、有防护措施的腐蚀,这些腐蚀的快慢先后顺序是怎样的?1.下列变化属于金属的化学腐蚀的是()。A.运送浓硫酸的铝罐口生成白色固体B.暖气片生锈C.酸雨过后从楼顶流下的雨水发黄D.自行车车锁经雨淋后打不开2.下列关于金属腐蚀的叙述中不正确．．．的是()。A.金属被腐蚀的本质是M-ne-Mn+(M表示金属)而被氧化B.金属发生电化学腐蚀一定是在酸性环境中C.铜制品上的铝质铆钉,在潮湿的空气中易被腐蚀D.金属发生电化学腐蚀时是较活泼的金属作负极先被腐蚀3.下列现象中与电化学腐蚀无关．．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(几乎是纯铁)容易生锈C.铁质器件附着铜质配件,在接触处易生铁锈D.银质奖牌久置后表面变暗4.钢铁很容易生锈而被腐蚀,每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁产量的四分之一。(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀,该腐蚀过程中的电极反应为、。(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率,可以采用图甲所示的方案,其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用(填字母)。A.铜B.钠C.锌D.石墨(3)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率,其中铁闸门应该连接在直流电源的极。(4)图丙中哪种金属被腐蚀:。金属的腐蚀与防护-。答案知识体系梳理①气体②液体③氧化还原④直接⑤不纯⑥电解质溶液⑦原电池⑧析氢⑨吸氧⑩酸Fe-2e-Fe2+氧化2H++2e-H2↑还原Fe+2H+Fe2++H2↑很弱中性2Fe-4e-2Fe2+氧化O2+2H2O+4e-4OH-还原2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3正极负极负极阴阳电解质油漆电镀空气水基础学习交流1.使金属与空气隔离。2.生铁更易被腐蚀,因为生铁中含有杂质碳,铁与碳、潮湿的空气构成原电池,发生电化学腐蚀。3.电化学腐蚀速率远大于化学腐蚀,而且钢铁与直接能发生化学腐蚀的物质(如酸碱等)接触较少,与潮湿的空气接触非常普遍,所以钢铁主要发生电化学腐蚀。4.可装上镁合金、锌块等比铁活泼的金属。重点难点探究探究1:互动探究(1)高;低;吸氧;析氢;铁;碳(2)Fe-2e-Fe2+;2Fe+2H2O+O22Fe(OH)2;2H++2e-H2↑;Fe+2H+Fe2++H2↑【解析】a试管中:生铁中的碳、铁作两极,食盐水作电解质溶液构成原电池,发生吸氧腐蚀,吸收氧气,气体压强减小;b试管中:生铁中的碳、铁作两极,氯化铵溶液作电解质溶液也构成原电池,发生析氢腐蚀,析出氢气,气体压强增大,U形管中液面左边升高,右边降低。无论是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀,铁均作负极,Fe-2e-Fe2+,碳作正极。探究拓展1.铁与铜及空气中的水蒸气构成原电池,形成电化学腐蚀,腐蚀速率加快,铁作负极,易失电子,所以易生锈。2.析氢腐蚀;硫酸厂附近空气中的二氧化硫的含量较高,导致金属接触到的溶液酸性较强,所以易发生析氢腐蚀。探究2:互动探究(1)浓H2SO4、CuO、H2O;CuO+H2SO4CuSO4+H2O、CuSO4+FeFeSO4+Cu;不锈钢表面有红色物质生成(2)锌;铁易生锈不宜电镀铁,铜、银不如铁活泼,镀层破坏后铁腐蚀更快,锌比铁活泼,镀层破坏后铁被保护因而更耐腐蚀,所以选择镀锌;Zn、ZnCl2【解析】(1)验证劣质不锈钢在某些盐溶液中腐蚀,从提供的药品看盐应是CuSO4,从环保角度考虑,制备CuSO4可用浓H2SO4、CuO,劣质不锈钢可置换出CuSO4中的Cu。(2)铁易生锈不宜电镀铁,铜、银不如铁活泼,镀层破坏后铁腐蚀更快,锌比铁活泼,镀层破坏后铁被保护因而更耐腐蚀,所以选择镀锌,用Zn作阳极、ZnCl2作电解质溶液。探究拓展1.镀锡铁。2.在同一电解质溶液中:电解原理引起的腐蚀(金属作电解池的阳极)原电池原理引起的腐蚀(金属作原电池的负极)化学腐蚀有防护措施的腐蚀。基础智能检测1.A2.B【解析】金属的电化学腐蚀也可以在中性或碱性环境下进行;Cu、Al在潮湿的空气中会构成原电池,铝易被腐蚀。3.D4.(1)负极:Fe-2e-Fe2+;正极:O2+4e-+2H2O4OH-(2)C(3)负(4)铜【解析】(1)负极:Fe-2e-Fe2+;正极:O2+4e-+2H2O4OH-。(2)材料R必须比铁活泼,但不能与水反应。(3)铁闸门上只有积聚多余的电子才能使铁不失电子,所以铁闸门应该连接电源负极。(4)图丙中铜为阳极,铜放电被腐蚀。思维导图构建①析氢②吸氧③保护④内部结构⑤原电池⑥牺牲阳极⑦外加电流