高中化學(xué) 4.4 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)課件 新人教版選修4.ppt

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第四節(jié) 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù),目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,1.金屬的腐蝕 (1)概念:金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。 (2)本質(zhì):金屬原子失去電子變?yōu)殛栯x子,金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。 (3)分類: ①化學(xué)腐蝕:金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。 ②電化學(xué)腐蝕:不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時,會發(fā)生原電池反應(yīng),比較活潑的金屬失電子而被氧化。,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,2.鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕,3.金屬的防護(hù),,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,4.金屬的電化學(xué)防護(hù) (1)犧牲陽極的陰極保護(hù)法: 應(yīng)用原電池原理,讓被保護(hù)金屬作正極,另找一種活潑性較強的金屬作負(fù)極。 (2)外加電流的陰極保護(hù)法: 利用電解原理,把被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備作為陰極,用惰性電極作為輔助陽極,在電解質(zhì)溶液里,接外加直流電源。,,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,5.犧牲陽極的陰極保護(hù)法的實驗探究 (1)實驗步驟:按右圖所示連接好裝置;往Fe電極區(qū)滴入2滴黃色K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液,觀察實驗現(xiàn)象。 已知Fe2+與[Fe(CN)6]3-反應(yīng)生成帶有特征藍(lán)色的鐵氰化亞鐵沉淀: 3Fe2++2[Fe(CN)6]3-==Fe3[Fe(CN)6]2↓。,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,(2)實驗現(xiàn)象:可以看到電壓表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),Fe電極上有氣泡產(chǎn)生,往Fe電極附近滴入K3[Fe(CN)6]溶液,沒有藍(lán)色沉淀生成。 (3)實驗結(jié)論: 實質(zhì)上是Zn、Fe、NaCl溶液(酸化)構(gòu)成原電池,發(fā)生下列電極反應(yīng): 負(fù)極Zn-2e-==Zn2+, 正極2H++2e-==H2↑。 往Fe電極附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液,未出現(xiàn)藍(lán) 色沉淀,說明溶液中不含F(xiàn)e2+,證明Fe未被腐蝕(即犧牲陽極金屬保護(hù)陰極金屬)。,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,深度思考 判斷下列描述的正誤(正確的畫“√”,錯誤的畫“”)。 (1)金屬的腐蝕都是金屬失去電子被氧化的過程,所以都是化學(xué)腐蝕。 ( ) (2)鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕的區(qū)別在于前者有H2生成,后者有O2參加。 ( ) (3)在入海口的鋼鐵閘門上裝一定數(shù)量的銅塊可防止閘門被腐蝕。 ( ) (4)鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕的負(fù)極反應(yīng)式為Fe-3e-==Fe3+。 ( ) (5)白鐵(鍍鋅鐵)鍍層破損后鐵皮的腐蝕速率加快。 ( ) (6)原電池反應(yīng)是導(dǎo)致金屬腐蝕的主要原因,故不能用來減緩金屬的腐蝕。 ( ) 答案:(1) (2)√ (3) (4) (5) (6),遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,一、金屬的腐蝕 (1)化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的聯(lián)系和區(qū)別。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,(2)鋼鐵生銹的過程和特點。 鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕都是鐵原子失去電子生成Fe2+。,Fe(OH)3失去部分水轉(zhuǎn)化為鐵銹(Fe2O3xH2O),鐵銹的形成并不能阻止鋼鐵繼續(xù)腐蝕。因為鐵銹結(jié)構(gòu)疏松,更容易吸附空氣中的水分使鋼鐵表面潮濕,鋼鐵反而更容易生銹。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,鐵生銹除了必須有空氣及水的參與外,還受其他一些因素的影響。請解釋下列有關(guān)鐵生銹現(xiàn)象的原因。 (1)相對于在內(nèi)河行駛的輪船來說,海輪更容易被腐蝕。 答案:海輪更容易被腐蝕,是因為海水中含有較多的氯化鈉等鹽類,導(dǎo)電能力比內(nèi)河的水更強,而在電解質(zhì)溶液中,電化學(xué)腐蝕更易進(jìn)行。 (2)1910年遺留在南極的食品罐頭盒,其表面至今很少有鐵銹出現(xiàn)。 答案:由于南極的溫度常年在0 ℃以下,說明在較高溫度下,腐蝕更易進(jìn)行。 (3)用于連接銅板的鐵螺絲容易生銹。 答案:由于鐵與銅及空氣中的水蒸氣構(gòu)成了原電池,鐵作電池的負(fù)極,因此更容易腐蝕而生銹。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,(4)當(dāng)化工廠排出的廢氣為酸性氣體時,工廠附近的鐵制品容易生銹。 答案:因為鐵制品在酸性條件下比在中性條件下更易被腐蝕。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,【例1】 右圖所示裝置中,U形管內(nèi)為紅墨水,a、b試管內(nèi)分別盛有食鹽水和氯化銨溶液,各加入生鐵塊,放置一段時間。下列有關(guān)描述錯誤的是( ) A.生鐵塊中的碳是原電池的正極 B.紅墨水柱兩邊的液面變?yōu)樽蟮陀腋?C.兩試管中相同的電極反應(yīng)式是Fe-2e-==Fe2+ D.a試管中發(fā)生了吸氧腐蝕,b試管中發(fā)生了析氫腐蝕 解析:a、b試管中均發(fā)生鐵的電化學(xué)腐蝕。在a管食鹽水中的Fe發(fā)生吸氧腐蝕,正極為碳:2H2O+O2+4e-==4OH-,負(fù)極為鐵:2Fe-4e-==2Fe2+,由于吸收O2,a管中氣壓降低;b管中的電解質(zhì)溶液是酸性較強的NH4Cl溶液,故發(fā)生析氫腐蝕,正極:2H++2e-==H2↑,負(fù)極:Fe-2e-==Fe2+,由于放出氫氣,b管中氣壓增大,故U形管中的紅墨水應(yīng)是左高右低,B選項錯誤。 答案:B,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,1.糕點包裝中常用的脫氧劑組成為還原性鐵粉、氯化鈉、炭粉等,其脫氧原理與鋼鐵的吸氧腐蝕相同。下列分析正確的是( ) A.脫氧過程是吸熱反應(yīng),可降低溫度,延長糕點保質(zhì)期 B.脫氧過程中鐵作原電池正極,電極反應(yīng)為Fe-3e-==Fe3+ C.脫氧過程中C作原電池負(fù)極,電極反應(yīng)為2H2O+O2+4e-==4OH- D.含有1.12 g鐵粉的脫氧劑,理論上最多能吸收氧氣336 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況) 解析:鋼鐵的吸氧腐蝕為放熱反應(yīng),A錯誤。脫氧過程,鐵為負(fù)極,電極反應(yīng)為Fe-2e-==Fe2+;碳作正極,電極反應(yīng)為2H2O+O2+4e-==4OH-,B、C均錯誤。根據(jù)電極反應(yīng)可得電池反應(yīng)為2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2,Fe(OH)2可繼續(xù)被氧化:4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3,因此可得關(guān)系式:4Fe→3O2,1.12 g Fe完全反應(yīng)最多可吸收O2 336 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況),D正確。 答案:D,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,2.鋼鐵生銹過程發(fā)生如下反應(yīng):①2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2;②4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3;③2Fe(OH)3==Fe2O3+3H2O。下列說法正確的是( ) A.反應(yīng)①②中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等 B.反應(yīng)①中氧化劑是氧氣和水 C.與銅質(zhì)水龍頭連接處的鐵質(zhì)水管不易發(fā)生腐蝕 D.鋼鐵在潮濕的空氣中不能發(fā)生電化學(xué)腐蝕 解析:反應(yīng)①中水既不是氧化劑,也不是還原劑,B項錯。選項C中鋼質(zhì)(主要成分是Fe)水管與銅質(zhì)(主要成分是Cu)水龍頭構(gòu)成原電池,較活潑的鋼質(zhì)水管腐蝕速率加快,C項錯。鋼鐵可認(rèn)為是鐵碳合金,在潮濕的空氣中構(gòu)成了原電池,易發(fā)生電化學(xué)腐蝕而使鐵生銹。 答案:A,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,一,二,知識精要,二、金屬的防護(hù)方法 (1)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 例如:把鉻、鎳等加入普通鋼里制成不銹鋼,就大大地增加了鋼鐵對各種腐蝕的抵抗力。 (2)在金屬表面覆蓋保護(hù)層。 在金屬表面覆蓋致密的保護(hù)層,從而使金屬制品跟周圍物質(zhì)隔離開來,覆蓋保護(hù)層的方法有以下幾種: ①在表面涂抹油脂、油漆等。 ②用電鍍、熱鍍、噴鍍的方法,在金屬表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬,如在鋼鐵表面鍍鋅、錫、鉻、鎳等。 ③用化學(xué)方法使金屬表面生成一層致密而穩(wěn)定的氧化膜。例如,工業(yè)上常借一些溶液的氧化作用,在機器零件、精密儀器、槍炮等鋼鐵制件的表面上形成一層致密的黑色的四氧化三鐵薄膜。,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,一,二,知識精要,(3)電化學(xué)保護(hù)法。 ①犧牲陽極的陰極保護(hù)法。 將還原性較強的金屬作為保護(hù)極與被保護(hù)金屬相連構(gòu)成原電池,還原性較強的金屬將作為負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)而被損耗,被保護(hù)金屬作為正極就可以避免被腐蝕。這種保護(hù)法犧牲了陽極保護(hù)了陰極。 ②外加電流的陰極保護(hù)法。 將被保護(hù)金屬與外加直流電源的負(fù)極相連讓其成為陰極,而將外加直流電源的正極接到惰性電極上,讓其成為陽極。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,(1)把鐵制成不銹鋼,增強了鐵的耐腐蝕性,原理和電鍍一樣嗎? 答案:不一樣。前者是改變了金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu),后者是在金屬表面覆蓋防護(hù)層。 (2)給鐵件通入直流電,把鐵件與電池正極相連接屬于外加電流的陰極保護(hù)法,對嗎? 答案:不對,外加電流的陰極保護(hù)法是把被保護(hù)金屬與電源的負(fù)極相連,若與電源的正極相連,則會加快金屬的腐蝕。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,【例2】 鋼鐵很容易生銹而被腐蝕,每年因腐蝕而損失的鋼材占世界鋼鐵年產(chǎn)量的四分之一。 (1)鋼鐵腐蝕主要是吸氧腐蝕,該腐蝕過程中的電極反應(yīng)式為 、 。 (2)為了降低某水庫的鐵閘門被腐蝕的速率,可以采用下圖甲所示的方案,其中焊接在鐵閘門上的固體材料R可以采用 。 A.銅 B.鈉 C.鋅 D.石墨 (3)下圖乙所示的方案也可以降低鐵閘門的腐蝕速率,其中鐵閘門應(yīng)該連接在直流電源的 極。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,解析:(1)發(fā)生吸氧腐蝕時,負(fù)極上Fe失去電子,正極上O2得到電子。 (2)鐵閘門上連接一塊比鐵活潑的金屬如鋅,就可由鋅失去電子,鋅被溶解,而鐵被保護(hù),屬于犧牲陽極的陰極保護(hù)法。 (3)屬于外加電流的保護(hù)法,需把被保護(hù)的鐵閘門連接在電源的負(fù)極。 答案:(1)負(fù)極:2Fe-4e-==2Fe2+ 正極:O2+2H2O+4e-==4OH- (2)C (3)負(fù),遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,1.結(jié)合下圖判斷,下列敘述正確的是( ) A.Ⅰ和Ⅱ中正極均被保護(hù) B.Ⅰ和Ⅱ中負(fù)極反應(yīng)均是Fe-2e-==Fe2+ C.Ⅰ和Ⅱ中正極反應(yīng)均是O2+2H2O+4e-==4OH- D.Ⅰ和Ⅱ中分別均有氣泡產(chǎn)生 解析:原電池正極一般被保護(hù),A正確;Ⅰ中鐵作正極,B錯誤;Ⅱ中溶液顯酸性,所以電極反應(yīng)為2H++2e-==H2↑,C錯誤;Ⅰ中發(fā)生吸氧腐蝕,一定無氣泡產(chǎn)生,D錯誤。 答案:A,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,2.為了防止鋼鐵銹蝕,下列防護(hù)方法中正確的是 ( ) A.在精密機床的鐵床上安裝銅螺釘 B.在排放海水的鋼鐵閥門上用導(dǎo)線連接一鉛塊,一同浸入海水中 C.在海輪船殼上鑲嵌鋅塊 D.在電動輸油管的鑄鐵管上接直流電源的正極 解析:A、B中形成的原電池都是鐵作負(fù)極,加速鋼鐵腐蝕;D中鑄鐵管作陽極,加速腐蝕;C中鋅比鐵活潑,鐵作正極,故選C。 答案:C,思悟升華,方法歸納,案例探究,金屬腐蝕快慢的比較 下圖所示的各容器中盛有海水,鐵在其中被腐蝕時由快到慢的順序是( ) A.④②①③ B.②①③④ C.④②③① D.③②④① 解析:鐵在海水中的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕,當(dāng)鐵與比它活潑性差的Sn相連時,Fe被腐蝕的速率增大[比①大],與活潑性比其強的鋅相連時,鋅作負(fù)極,被腐蝕,鐵被保護(hù),其腐蝕的速率要比①小;④為電解裝置,Fe為陽極,發(fā)生氧化反應(yīng),鐵腐蝕的速率最快。 答案:A,思悟升華,方法歸納,案例探究,同一電解質(zhì)溶液中金屬腐蝕快慢的規(guī)律: 電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學(xué)腐蝕有保護(hù)措施的腐蝕;即電解池的陽極原電池的負(fù)極一般化學(xué)腐蝕原電池的正極電解池的陰極。,思悟升華,方法歸納,案例探究,影響金屬腐蝕的因素包括金屬的本性和介質(zhì)兩個方面 ,就金屬的本性而言,金屬越活潑,就越易失去電子被腐蝕。介質(zhì)對金屬腐蝕的影響很大,如果金屬在潮濕的空氣中,接觸腐蝕性氣體或電解質(zhì)溶液,都容易被腐蝕。,