高中化學 1.3 金屬的腐蝕與防護課件 魯科版選修4.ppt

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第三單元金屬的腐蝕與防護,一、金屬的腐蝕1.金屬腐蝕：,化學反應,失去電子,氧化還原,原電池,失電子被氧化,2.鋼鐵的電化學腐蝕：,酸性較強,酸性很弱或呈中性,Fe-2e-====Fe2+,2H++2e-====H2↑,O2+4e-+2H2O====4OH-,Fe+2H+====H2↑+Fe2+,2Fe+2O2+2H2O====2Fe(OH)2,吸氧,二、金屬的電化學防護1.保護層法：在金屬表面覆蓋保護層使金屬與_________隔絕，如在鋼鐵表面涂油或油漆、覆蓋塑料、鍍不活潑金屬等。,空氣、水,2.電化學保護法：(1)犧牲陽極的陰極保護法——原電池原理。將被保護金屬設備與比其更活潑的金屬連接在一起。更活潑的金屬如(鎂、鋅)作_____(負極)不斷被腐蝕，可定期更換，而作為_____(正極)的金屬就能不被腐蝕而得到保護。常用于保護海輪外殼及石油管道等，其原理如下圖所示。,陽極,陰極,(2)外加電流的陰極保護法——電解池原理。將被保護的金屬設備與外加直流電源_____相連作為陰極，另一附加惰性電極作為陽極。其原理如下圖所示。,負極,上述原理可解釋為通電后，電子流向鋼閘門，在其表面積累了大量的負電荷，從而抑制鋼鐵失去電子，阻止鋼鐵腐蝕。此法主要用于防止土壤、海水及河水中的金屬設備的腐蝕。3.其他方法：改變金屬組成或結構，如在金屬中添加其他元素形成耐蝕合金等。,1.辨析下列說法的正誤。(1)金屬腐蝕就是金屬失電子的過程。()(2)鐵發(fā)生電化學腐蝕時，負極反應為Fe-3e-====Fe3+。()(3)在鐵表面鍍鋅屬于金屬的電化學保護法。()(4)輪船外殼上連接一塊鋅，屬于犧牲陽極的陰極保護法。(),【答案解析】(1)√。分析：金屬腐蝕的實質是金屬失去電子變?yōu)榻饘訇栯x子的過程。(2)。分析：鐵在電化學腐蝕過程中，只能被氧化為Fe2+。(3)。分析：電鍍雖然是電解原理的應用，但鐵表面鍍鋅只是在鐵表面覆蓋了保護層，屬于覆蓋保護層法，不屬于電化學保護。(4)√。分析：利用原電池原理，將被保護金屬與比其更活潑的金屬相連的方法，叫作犧牲陽極的陰極保護法。,2.下列關于鋼鐵腐蝕的敘述正確的是()A.吸氧腐蝕時正極放出氧氣B.析氫腐蝕時正極放出氫氣C.化學腐蝕比電化學腐蝕快D.析氫腐蝕比吸氧腐蝕普遍【解析】選B。吸氧腐蝕時，正極消耗氧氣，A錯；析氫腐蝕時，H+在正極得電子被還原，生成H2，B正確。電化學腐蝕速率更快，C錯；吸氧腐蝕更普遍，D錯。,3.下列舉措不能防止或減緩鋼鐵腐蝕的是()A.在鋼鐵制品表面鍍一層金屬鋅B.將鋼鐵制品放置在潮濕處C.在鋼鐵中加入錳、鉻等金屬，以改變鋼鐵結構D.將鋼鐵制品與電源負極相連【解析】選B。鋼鐵在潮濕空氣中比在干燥空氣中更易發(fā)生腐蝕。,4.埋在地下的輸油鑄鐵管道，在下列各種情況下，被腐蝕的速率最慢的是()A.在含鐵元素較多的酸性土壤中B.在潮濕疏松透氣的土壤中C.在干燥致密不透氣的土壤中D.在含碳粒較多、潮濕透氣的土壤中【解析】選C。在干燥不透氣的環(huán)境中，最不易構成原電池，金屬腐蝕最慢。,5.下列有關金屬腐蝕與防護的說法正確的是()A.純銀器表面在空氣中因化學腐蝕而漸漸變暗B.當鍍錫鐵制品的鍍層破損時，鍍層仍能對鐵制品起保護作用C.在海輪外殼連接鋅塊以保護外殼不受腐蝕是采用了犧牲陰極的陽極保護法D.可將地下輸油鋼管與外加直流電源的正極相連以保護它不受腐蝕,【解析】選A。Ag在空氣中會被氧化而漸漸變暗，A正確；鍍錫鐵鍍層破損時，由于鐵比錫活潑，鐵先被腐蝕，B錯；該做法是犧牲陽極的陰極保護法，C錯；輸油鋼管應與外加直流電源的負極相連，D錯。,6.銅制品上的鋁質鉚釘，在潮濕的空氣中易腐蝕的主要原因可描述為()A.形成原電池，鋁作負極B.形成原電池，銅作負極C.形成原電池時，電流由鋁流向銅D.鋁質鉚釘發(fā)生了化學腐蝕【解析】選A。鋁、銅形成原電池，鋁是負極，電子由鋁流向銅。,7.為了防止鋼鐵銹蝕，下列防護方法中正確的是()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線連接一塊石墨，一同浸入海水中C.在海輪舷上用鐵絲系住鋅板浸在海水里D.在電動輸油管的鑄鐵管上接直流電源的正極,【解析】選C。A、B中形成的原電池都是鐵作負極，加速鋼鐵腐蝕；C中鋅比鐵活潑，鐵作正極，正確；D中鑄鐵管作陽極，加速腐蝕，錯誤。,一、金屬不同類型腐蝕的比較1.化學腐蝕與電化學腐蝕的比較：,2.析氫腐蝕與吸氧腐蝕(以鐵腐蝕為例)的比較：,【點撥】金屬電化學腐蝕的分析金屬的電化學腐蝕，本質上是金屬失電子發(fā)生氧化反應。金屬與其他可導電物質及電解質溶液構成原電池，金屬作負極。因電解質不同，金屬腐蝕的類型不同，弱酸性電解質中發(fā)生的是析氫腐蝕，中性或堿性電解質發(fā)生的是吸氧腐蝕。,【微思考】(1)金屬活動順序表中排在“H”后的金屬能發(fā)生析氫腐蝕嗎？提示：不能。排在“H”后的金屬不能置換出酸中的氫，只能發(fā)生吸氧腐蝕。(2)將純鐵放入稀硫酸中，發(fā)生的是析氫腐蝕嗎？提示：不是。析氫腐蝕是指不純的金屬(或合金)接觸到酸性較強的電解質溶液所發(fā)生的原電池反應而引起的腐蝕，純鐵遇稀硫酸發(fā)生的是化學腐蝕。,【過關題組】1.(2014常州高二檢測)有關下圖裝置中的敘述正確的是()A.這是電解NaOH溶液的裝置B.這是一個原電池裝置C.Pt為負極，其電極反應為O2+2H2O+4e-====4OH-D.Fe為陽極，其電極反應為Fe-2e-+2OH-====Fe(OH)2,【解題指南】解答本題應注意以下兩點：(1)原電池無外接電源，電解池有外接直流電源；(2)金屬發(fā)生電化學腐蝕時，形成的是原電池，金屬為負極。【解析】選B。根據裝置圖，該裝置無外接直流電源，不是電解池，A錯；該裝置是一個原電池裝置，B正確；該電池的原理是鐵的腐蝕，故Fe為負極，Pt為正極，C、D錯。,2.下列與金屬腐蝕有關的說法正確的是(),A.圖a中，插入海水中的鐵棒，越靠近底端腐蝕越嚴重B.圖b中，開關由M改置于N時，Cu-Zn合金的腐蝕速率減小C.圖c中，接通開關時Zn腐蝕速率增大，Zn上放出氣體的速率也增大D.圖d中，Zn-MnO2干電池自放電腐蝕主要是由MnO2的氧化作用引起的,【解析】選B。A項，因溶液具有均一性，燒杯底端的溶液的濃度與上端相同，故腐蝕速率相同，A錯誤；B項，由M改置于N后，鋅作原電池的負極，Cu-Zn合金應充當原電池的正極，明顯受到了一定的保護，腐蝕速率減小，B正確；C項，接通開關時，鋅作原電池的負極，腐蝕速率變大，但是氣體不在鋅(負極)上產生，而是在鉑(正極)上產生，C錯誤；D項，Zn-MnO2干電池發(fā)生放電反應，導致Zn被腐蝕，主要原因是鋅發(fā)生氧化反應，體現了鋅的還原性，D錯誤。,3.(2014惠州高二檢測)我國某大城市今年夏季多次降下酸雨。據環(huán)保部門測定，該城市整個夏季酸雨的pH平均為3.2。在這種環(huán)境中的鐵制品極易被腐蝕。對此條件下鐵的腐蝕的敘述不正確的是()A.此腐蝕過程有化學腐蝕也有電化學腐蝕B.發(fā)生電化學腐蝕時的正極反應為2H2O+O2+4e-====4OH-C.在化學腐蝕過程中有氫氣產生D.發(fā)生電化學腐蝕時的負極反應為Fe-2e-====Fe2+,【解析】選B。因雨水酸性較強，鐵可直接與雨水反應，故腐蝕過程中化學腐蝕、電化學腐蝕均有，A正確；酸性條件下，發(fā)生電化學腐蝕時正極反應為2H++2e-====H2↑，B錯誤；化學腐蝕是鐵直接與酸雨反應生成氫氣，C正確；發(fā)生電化學腐蝕時，鐵為負極，失電子生成二價鐵，D正確。,4.家用炒菜鐵鍋用水清洗放置后，出現紅棕色的銹斑，某同學擬對其原理及條件進行分析：(1)該同學準備了下列實驗用品：20%NaCl溶液、蒸餾水、酚酞試液、KSCN溶液、新制氯水、純鐵絲、碳棒、U形管、導線等；請你幫他設計一個實驗方案來驗證鋼鐵吸氧腐蝕的電極產物，簡述操作過程并寫出溶液中有關反應的離子方程式。。,(2)將一銅棒、碳棒用導線連接后，插入內盛20%氯化鈉溶液的U形管中，請根據此裝置在下列兩項中擇一回答：①若不是原電池，請說明原因：。(如果回答此題，下面的②不用回答)②若是原電池，現要求利用此裝置(電極材料、溶液濃度均不變)，采取適當的措施來提高電池的放電效率，該操作可以是。,(3)目前我國許多大型銅質文物露天放置腐蝕嚴重，在不影響觀瞻效果的條件下，除用加保護層法保護外，請你再提出一項簡單而有效的保護方法并簡述其保護原理：。,【解析】(1)為加速腐蝕應選用20%NaCl溶液為電解質溶液，以純鐵絲和碳棒作兩電極，分別針對兩極產物Fe2+和OH-進行檢驗，檢驗Fe2+可用KSCN和氯水，檢驗OH-可用酚酞試液。(2)具備構成原電池的基本條件，在正極上發(fā)生還原反應的是空氣中的O2，若要促進電池反應，提高放電效率，可向插入碳棒的溶液中通入氧氣或空氣，增加溶液中氧氣的濃度。(3)在眾多限制下，只能考慮電化學保護法。,答案：(1)用導線連接鐵絲和碳棒后插入盛有20%NaCl溶液的U形管中，放置數分鐘后，向插入鐵絲的一端滴入1～2滴KSCN溶液未顯色，再滴入氯水顯紅色，證明負極有Fe2+生成，相關離子方程式為2Fe2++Cl2====2Fe3++2Cl-；Fe3++3SCN-====Fe(SCN)3。向插入碳棒的一端滴入酚酞試液，溶液顯紅色，證明有OH-生成,(2)②向插入碳棒的溶液中通入氧氣或空氣(3)將鐵塊(或鋅塊)連接文物底座并埋入地下，定期更換；原理是使文物成為原電池的正極(或使銅文物用導線連接直流電源的負極，正極用導線連接埋入地下的導體。原理是使文物成為電解池的陰極),【方法規(guī)律】判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律(1)作電解池的陽極>作原電池的負極>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕。(2)對同一種金屬來說，在不同的電解質溶液中腐蝕的快慢規(guī)律：強電解質溶液>弱電解質溶液>非電解質溶液。(3)活潑性不同的兩種金屬，活潑性差別越大，活潑性強的金屬腐蝕越快。(4)對同一種電解質溶液來說，電解質溶液濃度越大，腐蝕越快。,二、金屬的電化學防護1.金屬防護的常用方法：,2.金屬的電化學防護。(1)犧牲陽極的陰極保護法。①原理：應用原電池原理。②方法：將被保護金屬與比其更活潑的金屬連接在一起，更活潑的金屬作負極不斷被腐蝕，可定期更換，而作為正極的金屬就能不被腐蝕而得到保護。常用于保護海輪外殼及石油管道等。,③實例：,(2)外加電流的陰極保護法。①原理：應用電解池原理。②方法：將被保護金屬與外加直流電源負極相連，作為陰極，另一附加惰性電極作為陽極。通電后，電子流向被保護的金屬，在金屬表面積累了大量的負電荷，從而抑制金屬失去電子，阻止金屬被腐蝕。該方法主要用于防止土壤、海水及河水中的金屬設備的腐蝕。,③實例：,【點撥】化學電池電極的名稱金屬的犧牲陽極的陰極保護法，實際上利用的是原電池原理，為什么叫做陽極和陰極呢？通常對原電池的兩個電極叫做正極和負極，對電解池的兩個電極叫做陽極和陰極。但在電化學中，對化學電池的電極還有個統(tǒng)一的名稱，即：發(fā)生氧化反應的電極叫做陽極，發(fā)生還原反應的電極叫做陰極。所以原電池的負極又叫做陽極，正極又叫做陰極。,【微思考】(1)金屬鋁比金屬鐵還要活潑，但鋁卻經久耐用，這是為什么？提示：金屬鋁在空氣中很容易被氧化，生成的氧化物薄膜非常致密，可以阻止鋁進一步被氧化。,(2)白鐵皮(鍍鋅鐵板)的鍍層遭到破壞后，是否還起到保護鐵的作用？提示：白鐵皮的鍍層破壞后，因為鍍層金屬鋅的活潑性比鐵強，因此當發(fā)生電化學腐蝕時，鐵將作原電池的正極，會被保護。,【過關題組】1.(2013北京高考)下列金屬防腐的措施中，使用外加電流的陰極保護法的是()A.水中的鋼閘門連接電源的負極B.金屬護欄表面涂漆C.汽車底盤噴涂高分子膜D.地下鋼管連接鎂塊,【解題指南】解答本題需注意以下兩點：(1)被保護金屬作電解池的陽極，是外加電流的陰極保護法；(2)噴漆、涂油等屬于覆蓋保護層法?！窘馕觥窟xA。水中的鋼閘門連接電源的負極之后，作電解池的陰極，被保護起來，所以采用的是外加電流的陰極保護法；金屬護欄表面涂漆、汽車底盤噴涂高分子膜均使用的是覆蓋保護層法的保護措施；地下鋼管連接鎂塊，鎂作負極，被腐蝕，從而起到保護鋼管的作用，所以使用的是犧牲陽極的陰極保護法。,2.(2014許昌高二檢測)下列防腐蝕措施中，利用原電池反應使主要金屬得到保護的是()A.用氧化劑使金屬表面生成致密穩(wěn)定的氧化物保護膜B.在金屬中加入一些鉻或鎳制成合金C.在輪船的殼體水線以下部分裝上鋅錠D.金屬表面噴漆,【解析】選C。A、D屬于覆蓋保護層法，B屬于改變金屬的結構法，C項屬于利用原電池原理保護金屬，此時鋅為負極，輪船外殼為正極，電解質為海水，輪船外殼得到保護。,【互動探究】(1)題1中A項利用的電化學的哪個原理？提示：原電池原理，被保護金屬作原電池的正極。(2)題2中，適用A項方法的常見金屬是什么？提示：Al。因Al表面容易形成一層致密的氧化物薄膜，故具有一定的防腐蝕能力。,【變式訓練】有關金屬腐蝕的敘述正確的是()A.生鐵抗腐蝕能力比純鐵強B.鋼瓶在儲存液氯前徹底干燥可減緩腐蝕C.水庫鐵閘與直流電源正極相連可減緩腐蝕D.常溫下濃硝酸比濃鹽酸更易使鐵腐蝕,【解析】選B。生鐵中含有雜質，在空氣中更容易發(fā)生電化學腐蝕，A錯；鐵與潮濕的氯氣可發(fā)生氧化還原反應而被腐蝕，但與干燥的氯氣不反應，B正確；水庫鐵閘與直流電源的正極相連則作陽極，會加快腐蝕，C錯；常溫下鐵遇濃硝酸鈍化，但鐵可與濃鹽酸反應，D錯。,【提分必備關鍵點】1.金屬腐蝕的類型：(1)電化學腐蝕：通過原電池反應引起的金屬的腐蝕。(2)化學腐蝕：未形成原電池，而是金屬與其他物質直接接觸形成的腐蝕。2.鐵的電化學腐蝕的兩種類型：,3.金屬腐蝕快慢順序：電解池的陽極>原電池的負極>化學腐蝕>原電池正極>電解池的陰極。4.金屬的電化學防護：(1)犧牲陽極的陰極保護法——原電池原理。(2)外加電流的陰極保護法——電解池原理。,金屬電化學腐蝕的條件和原理的探究【真題判斷】(在括號內打“√”或“”)(1)(2014江蘇高考)若在海輪外殼上附著一銅塊，則可以減緩海輪外殼的腐蝕。()分析：由于鐵比銅活潑，因此Fe作原電池負極，加快海輪外殼的腐蝕。,,(2)(2014天津高考)鐵表面鍍鋅可增強其抗腐蝕性。()分析：鋅作負極失電子，鐵作正極被保護，所以可以增強鐵的抗腐蝕性。(3)(2013北京高考)鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時，鐵作負極被氧化的電極反應式是Fe-3e-====Fe3+。()分析：鐵在腐蝕時生成的是Fe2+，鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕的負極反應式是Fe-2e-====Fe2+。,√,,(4)(2012廣東高考)自行車鋼架生銹主要是電化學腐蝕所致。()分析：自行車鋼架的材料是鐵碳合金，在潮濕的空氣中易形成原電池，所以自行車鋼架生銹主要是電化學腐蝕。,√,【案例探究】某學生在A、B、C、D四只小燒瓶中分別放入干燥的細鐵絲、浸過食鹽水的細鐵絲、浸過清水的細鐵絲、食鹽水及細鐵絲，并使細鐵絲完全浸沒在食鹽水中，然后裝配成如圖所示的四套裝置，每隔一段時間測量導管中水面上升的高度，結果如下表(表中所列數據為導管中水面上升的高度/cm)所示。,不同時間水面上升的高度：,請思考回答下列問題：(1)導管中水面為什么會上升？提示：鐵生銹時消耗氧氣，使瓶內壓強降低，導管內的水面上升。(2)上述實驗中，鐵生銹的速率由大到小的排列順序如何？提示：由表內的數據可以看出，B中導管內的水面上升最快，其次是C，而A和D中液面不上升。所以鐵生銹的速率由大到小的排列順序為B>C>A=D。,(3)根據上述實驗分析，影響鐵生銹的因素有哪些？提示：根據實驗可知，鐵生銹是水、氧氣、鐵共同作用的結果，三者同時具備時，有鹽溶液時鐵生銹速度最快。(4)該實驗的原理是什么？提示：鐵發(fā)生吸氧腐蝕，與氧氣發(fā)生氧化還原反應。,【探究歸納】金屬電化學腐蝕的條件1.金屬處于潮濕的空氣中，或表面接觸電解質溶液。2.金屬不純凈，或與可導電物質接觸。3.金屬與其他電極、電解質溶液形成原電池。,【探究體驗】某?；顒有〗M為探究金屬腐蝕的相關原理，設計了如下圖a所示裝置，圖a的鐵棒末段分別連上一塊Zn片和Cu片，并靜置于含有K3Fe(CN)6及酚酞的混合凝膠上。一段時間后發(fā)現凝膠的某些區(qū)域(如下圖b示)發(fā)生了變化，已知Fe2+可用K3Fe(CN)6來檢驗(呈藍色)。則下列說法不正確的是(),A.甲區(qū)呈現紅色B.乙區(qū)產生Zn2+C.丙區(qū)發(fā)生的電極反應式：Cu-2e-====Cu2+D.丁區(qū)呈現藍色,【解析】選C。圖中，Zn和Fe構成原電池，Zn為負極失電子產生Zn2+，Fe為正極，根據金屬腐蝕原理，發(fā)生反應為O2+2H2O+4e-====4OH-，故A、B正確；Fe和Cu構成原電池，Fe為負極，失電子產生Fe2+，Cu為正極，發(fā)生的反應為O2+2H2O+4e-====4OH-，故C錯，D正確。,【鞏固訓練】如圖，向還原鐵粉中加入少量的炭粉，混合均勻后，撒入內壁用NaCl溶液潤濕過的一支試管中，塞緊橡皮塞。幾分鐘后，打開止水夾，觀察到導管中水柱上升。對此過程所作的分析正確的是()A.鐵粉在電化學腐蝕過程中作正極B.炭粉被氧化C.發(fā)生了吸氧腐蝕D.發(fā)生了析氫腐蝕,【解析】選C。試管中鐵粉、炭粉和NaCl溶液形成原電池，鐵粉發(fā)生電化學腐蝕，鐵為負極，發(fā)生氧化反應，炭為正極發(fā)生還原反應，故A、B錯；電解質溶液顯中性，鐵發(fā)生吸氧腐蝕，故C正確，D錯。,