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2020年9月30日星期三选修4化学反应原理专题一化学反应与能量变化第三单元金属的腐蚀与防护钢铁生锈金属的腐蚀在生活中非常普遍铁锈的主要成分：Fe2O3·XH2O铜器生锈铜器表面生成铜绿铜器表面生成铜绿,主要成分：Cu2(OH)2CO32007年8月1日，美国明尼苏达州一座跨越密西西比河的大桥发生坍塌。事故造成6人死亡。一、金属的电化学腐蚀•自主探究：[阅读教材P22，回答]1、什么是金属的腐蚀？2、金属的腐蚀可分为哪几类？3、金属的电化学腐蚀和化学腐蚀的本质是什么？一、金属腐蚀的概念.指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程.1.定义：2.金属腐蚀后的特征.在外形、色泽以及机械性能等方面都发生一定的变化.3.金属腐蚀的本质：金属本身失去电子变成阳离子的过程(发生氧化反应).金属阳离子失e-氧化反应金属原子M–ne-→Mn+二、金属腐蚀的分类和原理探究.(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.如铁与氯气直接反应，钢管被原油中的含硫化合物腐蚀.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)跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化的反应.如钢铁在潮湿的空气中被腐蚀.1.分类.铁与酸反应，铁被腐蚀。腐蚀速率较慢。铁作负极，被腐蚀速率较快。（按下图进行实验）请比较下列现象的差异？图一联系旧知归纳小结1金属腐蚀的实质金属的腐蚀种类原理区别腐蚀速度联系金属的化学腐蚀与电化学腐蚀比较金属原子失去电子被氧化而消耗的过程：M-ne-=Mn+化学腐蚀电化学腐蚀金属和其它物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀不纯金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失电子被氧化而引起的腐蚀直接发生氧化还原反应发生原电池反应腐蚀过程无电流产生有电流产生金属直接被腐蚀较活泼金属被腐蚀电化学腐蚀化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更大1、铁粉中加入炭粉有何作用？进行P23活动与探究]，观察实验现象，回答有关问题：2、两装置中的实验现象有何不同？产生的现象说明什么问题？继续探究实验：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2实验编号ab所用电解质NaClCH3COOH主要实验现象原因分析腐蚀类型形成条件电极反应式正极负极电池总反应溶液中反应(铁锈的生成)出现的频率4、钢铁的电化学腐蚀右侧导管内液面上升右侧导管内液面下降有气体参与反应(O2)有气体生成(H2)发生吸氧腐蚀发生析氢腐蚀水膜酸性很弱或呈中性水膜酸性较强O2+2H2O+4e-=4OH-2H++2e-=H2↑Fe-2e-=Fe2+较低较高Fe+2H+=Fe2++H2↑Fe2++2OH-=Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3==Fe2O3·nH2O+(3-n)H2O较高较低归纳小结2学生阅读课本P24后钢铁表面形成的微小原电池示意图1、析氢腐蚀（酸性水溶液）负极：Fe－2e－=Fe2+总反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑正极：2H++2e－=H2↑(一)、钢铁的腐蚀2、吸氧腐蚀（中性水溶液）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)3Fe2O3练习：如图,水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：（1）若液面上升，则溶液呈________性，发生_______腐蚀，电极反应式为：负极：_____________________,正极：______________________；（2）若液面下降，则溶液呈______性，发生_________腐蚀，电极反应式为：负极：______________________正极：______________________。中性或碱吸氧2Fe–4e-＝2Fe2+O2+2H2O+4e-＝4OH－酸析氢Fe–2e－＝Fe2+2H++2e-＝H2↑【交流与讨论】：铁生锈除了必须有空气及水的参与外，还受其他一些因素的影响.请解释下列有关铁生锈现象的原因.1.相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更容易被腐蚀.海轮更容易被腐蚀，是因为海水中含有较多的氯化钠等盐类，导电能力比内河的水更强，而在电解质溶液中，电化学腐蚀更易进行.2.1910年遗留在南极的食品罐头盒，其表面至今很少有铁锈出现.由于南极的温度常年在0℃以下，说明在较高温度下，腐蚀更易进行.3.用于连接铜板的铁螺丝容易生锈.由于铁与铜及空气中的水蒸气构成了原电池，铁作电池的负极，因此更容易腐蚀而生锈.4.当化工厂派出的废气为酸性气体时,工厂附近的铁制品容易生锈.因为铁制品在酸性条件下比在中性条件下更易被腐蚀.５、金属腐蚀快慢的判断(一)对于不同的金属而言：与金属的活泼性有关，一般地，活泼性越强的金属，越_________被腐蚀。(二)对于同种金属而言：(1)与引起腐蚀的原因有关：一般说来，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(2)与介质条件有关：一般说来同种金属的腐蚀在强电解质中_____弱电解质中____非电解质中(3)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，较活泼金属被腐蚀的速度越。(4)与环境温度有关，温度越高，金属腐蚀速度越。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。容易快快铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？1铜器上的铁铆钉为什么特别容易生锈？练习：练习2银质奖章较长时间后变黑，形成黑锈，可以采用抛光的方法恢复光泽，抛光的简单方法是：将变质的奖章放入盛有食盐的铝锅中，放置一段时间后，黑锈就被除去,而银不会损失。（1）形成黑锈的原因：（2）除锈的原理：4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O负极：2Al-6e-=2Al3+正极：3Ag2S+6e-=6Ag+3S2-2Al3++3S2-+6H2O=3H2S+2Al(OH)32Al+3Ag2S+6H2O=3H2S+2Al(OH)3+6Ag防止作为原电池负极防止金属腐蚀的措施能防止金属腐蚀的原理二、金属的电化学防护阅读并思考:金属被腐蚀与什么物质有关？发生的主要原理是什么？怎样才能防止金属生锈？主要是空气中O2与H2O共同作用的结果牺牲阳极（负极）的阴极(正极)保护法外加电流的阴极保护法改变金属组成和结构与活动性更强的金属形成原电池,被保护金属作正极利用电解池原理，被保护金属作阴极通过改变结构而改变性质，如钢中加入镍、铬等耐蚀金属形成不锈钢隔绝空气和水在金属制品表面覆盖保护层或镀耐腐蚀金属金属的电化学防护阅读思考•1、铁被腐蚀与什么物质有关？本质是什么？•2、怎样才能防止铁生锈？最简单的方法是什么？•3、根据你的生活经验，你知道生活中有哪些措施采用了覆盖保护层的方法防止铁生锈的？•4、除了覆盖保护层外，还有哪些保护金属的方法，分别利用的什么原理？是空气中O2与H2O共同作用的结果本质都是铁失电子被腐蚀。防止铁失电子，最简单就是隔绝空气和水，覆盖保护层。生活中常见的通过覆盖保护层防止铁生锈的方法：1、在铁的表面喷涂上防腐油漆（如桥梁、汽车、船舶）2、油和油脂可以用来保护机器中由金属制成的转动部分，如齿轮。3、用塑料（如聚乙烯、聚氯乙烯等）喷涂或包裹在金属表面。4、在铁的表面覆盖一层搪瓷，如脸盘等金属器皿。5、在铁的表面覆盖一层其他金属（如镀锡、镀锌）1.影响金属腐蚀的两个因素.金属本性介质—金属是否活泼，纯净—金属与哪些物质共存2.金属腐蚀的本质：金属原子失去电子成为阳离子的过程.防止金属失电子，最简单的办法就是隔绝空气和水，覆盖保护层.小结：3.金属的常见防护方法.(1).在金属表面覆盖保护层.a.涂矿物质油脂、油漆或覆盖搪瓷塑料.b.镀抗蚀金属－电镀、热镀、喷镀法.c.用化学方法使其表面形成一层致密氧化膜，如烤蓝.(2).改变金属内部组成结构而增强抗腐蚀能力，如制成不锈钢.(3).电化学保护法.a.牺牲阳极的阴极保护法.b.外加电流的阴极保护法..防腐措施由好到坏的顺序如下：外接电源的阴极保护法＞牺牲阳极的阴极保护法＞有一般防腐条件保护＞无防腐条件牺牲阳极的阴极保护法示意图形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀.原理：辅助阳极（不溶性）外加电流的阴极保护法示意图原理：将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护.此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀.使用马口铁:在铁皮镀上千分之一厘米的锡,可隔绝空气与水使用不锈钢例2：下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H2气放出；B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多；D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；（C）例1：下列制氢气的反应速率最快的是粗锌和1mol/L硫酸；B.A.纯锌和1mol/L硫酸；纯锌和18mol/L硫酸；C.粗锌和1mol/L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。D.（D）例3、分析右图，按要求写出有关反应方程式：（1）、铁棒上的电极反应式为：（2）、碳棒上的电极反应式为：（3）、溶液中发生反应的化学方程式：镍—镉可充电电池可发生如下反应：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，该电池的负极材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电充电A.Cd,（D）B.NiO(OH),D.Ni(OH)2C.Cd(OH)22Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3O2+2H2O+4e-＝4OH-2Fe–4e-＝2Fe2+例4、盐酸与锌片反应时，若加入可溶性醋酸铜〔(CH3COO)2Cu〕，将产生两种影响生成速率的因素，其一是：，其二是：；有M、N两种金属，分别与盐酸反应，产生H2速率相近，试设计一个实验比较M、N两种金属的活泼性。H+与CH3COO－结合生成CH3COOH，使H+浓度减小，从而减慢了反应速率。Zn置换出Cu形成了原电池，从而加快了反应速率例6、例5、及时反馈1下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是(5)(2)(1)(3)(4)2、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)3.2000年5月，保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是[Cu2(OH)2CO3]这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最可能的是：A.它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金B.环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去C.铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化D.它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金改变金属的内部组织结构防腐D烤蓝涂机油烤漆涂凡士林镀锌镀铬[交流研讨]你知道自行车的金属部件采用了什么样的防护措施吗?大家讨论1965年冬天，在湖北省荆州市附近的望山楚墓群中，出土了一把锋利无比的宝剑。专家通过对剑身八个鸟篆铭文的解读，证明此剑就是传说中的越王勾践剑。让人惊奇的是，这把青铜宝剑穿越了两千多年的历史长河，但剑身丝毫不见锈斑。它千年不锈的原因是什么呢？课后探究活动溶液如何影响有凹陷的食品罐?取一罐蔬菜罐头和一罐水果罐头,前者含盐溶液,后者含糖溶液。(a)设计一个实验,以研究凹陷食品罐在这些溶液中会否生锈?如果有腐蚀发生,比较食品罐在两种溶液中的腐蚀速度。(b)记录你的结果,并向班上同学介绍你的实验。(c)根据实验结果,你认为吃凹陷罐头的食品安全吗?反思本节课你学到了什么？金属腐蚀全部有害吗？阅读课本［拓展视野］4.金属腐蚀的应用2）利用腐蚀防腐1）电路板的印制通过本节课的学习,我们认识到金属腐蚀的危害极大,运用化学反应原理能对金属进行有效防护。然而，在复杂多变的自然环境