高中化学第4节 金属的腐蚀与防护授课ppt课件

这是一份高中化学第4节 金属的腐蚀与防护授课ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了必备知识自主预习，氧化还原反应，电化学，电化学腐蚀，Fe＋2H＋，Fe2+＋H2↑，保护层，电化学防护，原电池，保暖贴等内容，欢迎下载使用。

1．通过讨论钢铁腐蚀的现象，认识金属腐蚀的本质，能用电化学腐蚀的原理解释金属腐蚀的现象。2．通过讨论日常生活中金属腐蚀的危害，能选择并设计防腐措施。
1．铁制品锈蚀的过程，实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应的过程。2．铝与氧气反应生成的致密的氧化铝薄膜，能覆盖铝的表面，从而保护内部的铝不再与氧气反应；而铁与氧气、水等反应生成的铁锈(主要成分是Fe2O3·xH2O)很疏松，不能阻碍内部的铁继续与氧气、水等反应，因此铁制品可以全部锈蚀。3．如果隔绝了空气和水，就能在一定程度上防止钢铁生锈。在钢铁表面涂油、刷漆、镀耐磨和耐腐蚀的铬及制造耐腐蚀的合金如不锈钢等，都能防止钢铁生锈。
一、金属电化学腐蚀的原理1．金属腐蚀(1)金属腐蚀的定义及本质①定义：金属表面因与周围的物质发生______________而遭到破坏的现象。
②本质：金属本身______电子变成阳离子的过程(发生______反应)：M－ne－===Mn＋。(2)金属腐蚀的分类金属腐蚀分为______腐蚀和________腐蚀；电化学腐蚀分为______腐蚀和______腐蚀。
2．化学腐蚀和电化学腐蚀
3．钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀
Fe－2e－===Fe2+
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
判一判　(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)钢铁在潮湿的空气中发生电化学腐蚀时，正极发生的主要反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－。(　　)(2)发生吸氧腐蚀时正极放出O2，发生析氢腐蚀时正极放出H2。(　　)(3)纯铁在稀硫酸中发生析氢腐蚀。(　　)(4)现实生活中电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍。(　　)
二、金属腐蚀的防护1．原理：防止金属发生______反应。2．方法：(1)加________，如涂油漆、电镀等。(2)改变金属内部组成、结构等，如制成不锈钢。
判一判　(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)某些合金也具有防腐蚀的功能。(　　)(2)金属作为原电池的负极或电解池的阴极时均被保护。(　　)(3)牺牲阳极保护法属于电解原理。(　　)
三、电化学腐蚀原理的应用1．铁腐蚀原理的应用(1)测定空气中______的含量。(2)食品包装袋中以铁粉为主要成分的双吸剂，延长食物的保质期。(3)制成一次性________，使用后其主要成分为______、氯化钠固体、________________以及含镁、铝的盐。
2．微电解技术处理工业废水
某课外小组学生为研究金属腐蚀的条件和速率，用铜丝或铁丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩里保存一周后。
金属腐蚀的快慢与防护方法
1．装置Ⅰ与装置Ⅱ的左侧液面哪一个低？说明原因。
提示：装置Ⅰ发生化学腐蚀，装置Ⅱ发生电化学腐蚀中的析氢腐蚀，后者反应速率快。Ⅱ液面更低。
2．三个装置铁钉腐蚀程度由快到慢的顺序如何？
提示：装置Ⅱ＞装置Ⅰ＞装置Ⅲ。
1．金属腐蚀的快慢比较(1)在同一种电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序是电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极＞电解池的阴极。(2)在不同溶液中，金属在电解质溶液中的腐蚀＞金属在非电解质溶液中的腐蚀；金属在强电解质溶液中的腐蚀＞金属在弱电解质溶液中的腐蚀。(3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
1．为了保护舰艇(主要是钢合金材料)，在舰体表面镶嵌金属块(R)。下列有关说法不正确的是(　　)A．这种保护舰体的方法叫作牺牲阳极保护法B．金属块R可能是镁或锌C．海水呈弱碱性，舰艇在海水中易发生析氢腐蚀D．正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C　[在舰体表面镶嵌金属块(R)，这种保护方法利用原电池原理，需要金属块R金属活动性比铁活泼，R作负极，铁作正极，这种方法叫作牺牲阳极保护法，A正确；金属块R比铁活泼，可能是镁或锌，B正确；钢合金材料在弱碱性海水中主要发生吸氧腐蚀，在强酸性溶液中才发生析氢腐蚀，C错误；吸氧腐蚀过程中，正极上发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D正确。]
2．(双选)如图是钢铁在海水中锈蚀过程的模型，若有0.2 ml电子发生转移，下列说法正确的是(　　)A．该金属腐蚀过程为析氢腐蚀B．有5.6 g铁被腐蚀C．钢铁表面出现气体D．消耗气体体积约为1.12 L(标准状况)
3．将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法正确的是(　　)A．阴极的电极反应为Fe－2e－===Fe2+B．金属M的活动性比Fe的活动性弱C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
C　[该装置中阴极发生还原反应，A项错误；金属M被氧化，即金属活动性：M>Fe，B项错误；钢铁设施为原电池的正极，表面积累大量电子而被保护，C项正确；海水中含有大量的NaCl等电解质，而河水中电解质较少，故钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢，D项错误。]
[教材　交流·研讨]如图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动)。
(1)根据所学知识分析a中你能观察到什么现象？并解释其原因：__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
铜丝附近呈现红色。因为a中铁比铜活泼，铁作负极，发生氧化反应，铜作正极，发生还原反应，电极反应分别为负极：2Fe－4e－===2Fe2+，正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，因此a中铜丝附近呈现红色
(2)根据所学知识分析b中你能观察到什么现象？并解释其原因：__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)a、b中铁钉的腐蚀速率快慢是怎样的：____________________。
铁钉附近呈现红色。b中铝比铁活泼，铝作负极，发生氧化反应，铁作正极，发生还原反应，电极反应分别为负极：4Al－12e－=== 4Al3+，正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－，因此b中铁钉附近呈现红色
1．金属腐蚀：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。2．金属腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀，电化学腐蚀分为析氢腐蚀与吸氧腐蚀。3．金属防护的方法：改变金属材料的组成、在金属表面覆盖保护层、电化学保护法。
1．下列事实中，与电化学腐蚀无关的是(　　)A．埋在潮湿土壤里的铁管比埋在干燥土壤里的铁管更易被腐蚀B．在空气中，金属银的表面生成一层黑色物质C．在电工操作中，铜导线和铁导线不能放在一起使用D．镀银的铁制品，镀层部分受损后，露出的铁表面易被腐蚀
2．如图是研究铁钉腐蚀的装置图，下列说法不正确的是(　　)A．铁钉在两处的腐蚀速率：a＜bB．a、b两处铁钉中碳均为正极C．a、b两处铁钉中的铁均失电子被氧化D．a、b两处的正极反应式均为O2＋4e－＋4H＋===2H2O
D　[a中电解质溶液显中性，铁钉发生吸氧腐蚀，b中电解质溶液为稀硫酸，显酸性，铁钉发生析氢腐蚀，a中正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，b中正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，D错误。]
3．锥形瓶内壁用某溶液润洗后，放入混合均匀的新制铁粉和碳粉，塞紧瓶塞，同时测量锥形瓶内压强的变化，如图所示。下列说法错误的是(　　)A．0～t1时，铁可能发生了析氢腐蚀B．0～t1时，铁可能发生了吸氧腐蚀C．t1～t2时，铁一定发生了吸氧腐蚀D．用于润洗锥形瓶的溶液一定显酸性
B　[0～t1时，压强逐渐增大，说明锥形瓶中气体体积增大，铁可能发生了析氢腐蚀，A项正确；0～t1时，压强逐渐增大，说明锥形瓶中气体体积增大，吸氧腐蚀会导致锥形瓶中气体体积减小，与题给信息不符，故0～t1时，铁不可能发生吸氧腐蚀，B项错误；t1～t2时，压强逐渐减小，说明锥形瓶中气体体积减小，铁发生了吸氧腐蚀，C项正确；0～t1时，压强逐渐增大，说明锥形瓶中气体体积增大，铁可能发生了析氢腐蚀，也可能是铁与酸性溶液发生了化学反应导致，D项正确。]
A．图Ⅱ中钢管附近土壤的pH可能会上升B．图Ⅰ中钢管腐蚀的含铁产物有FeS和Fe(OH)2C．图Ⅱ中金属棒X可能为铜，可使钢管表面腐蚀电流接近于零D．图Ⅱ中金属棒X的作用是作为损耗正极材料和传递电流
CD　[题图Ⅱ中没有外加电源，采用的是牺牲阳极保护法，根据原电池原理，金属棒X应作负极，金属棒X的活泼性应大于铁，才能保护钢管，使其免受腐蚀，若金属棒X是铜，则形成Fe-Cu原电池，会加速铁的腐蚀；题图Ⅱ中钢管作正极，正极上H2O发生还原反应生成H2，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，故钢管附近土壤中的c(OH－)会增大，pH可能会上升，A正确，C错误；题图Ⅰ钢管腐蚀的过程中，负极上Fe失去电子发生氧化反应生成的Fe2+与正极周围的S2-和OH－反应分别生成FeS和Fe(OH)2，B正确；由上述分析可知，金属棒X应作负极，D错误。]
5．利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。
为减缓铁的腐蚀：(1)若开关K置于N处，则X应为___________________，该电化学防护法为_____________________。(2)若开关K置于M处，则X应为_____________________，该电化学防护法为_________________。
(选择题只有一个选项符合题目要求)1．家用炒菜锅用水清洗放置后，会出现红棕色的锈斑。在此变化过程中不可能发生的化学反应是(　　)A．4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3B．2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2C．正极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－D．负极反应：Fe－3e－===Fe3+
课时分层作业(十)　金属的腐蚀与防护
D　[在潮湿的环境中铁发生电化学腐蚀，负极反应为Fe－2e－===Fe2+，正极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，总反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，生成的Fe(OH)2易被空气中的氧气氧化为Fe(OH)3。故D项错误。]
2．下列表面上镀有金属保护层的铁板中，当镀层破损后，在相同条件下最不易被腐蚀的是(　　)A．镀锌铁板　　B．镀锡铁板　　C．镀银铁板　　D．镀铜铁板
A　[铁板在镀层破损后不易被腐蚀，是指镀层破损后仍能对铁板构成有效保护。A项，铁板镀锌，镀层破损后发生电化学腐蚀时，锌为负极，铁为正极，铁被保护；B、C、D项，锡、银、铜不如铁活泼，镀层破损后发生电化学腐蚀时，铁为负极，失去电子被氧化，从而加速了铁的腐蚀。综上所述，A项符合题意。]
D　[金属在潮湿的空气中易发生吸氧腐蚀而变质，A错误；金属的化学腐蚀的实质为M－ne－===Mn＋，是金属直接和氧化剂反应的过程，不产生电流，B错误；金属的化学腐蚀在酸性或碱性环境下均可进行，如金属铝在盐酸或NaOH溶液中均发生化学腐蚀，C错误；在潮湿的中性环境中，金属的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主，D正确。]
4．实验室模拟在海水环境和河水环境下对焊接金属材料使用的影响(如图)。下列相关描述中正确的是(　　)
A．由图示的金属腐蚀情况说明了Fe元素的金属性弱于Sn元素 B．由图示可以看出甲是海水环境下的腐蚀情况，乙是河水环境下的腐蚀情况C．两种环境下铁被腐蚀时的电极反应均为Fe－3e－===Fe3+D．为了防止舰艇在海水中被腐蚀，可在焊点附近用锌块打“补丁”
D　[Fe元素的金属性强于Sn元素，A错误；海水含大量的盐，腐蚀较快，由图示可以看出乙是海水环境下的腐蚀情况，B错误；两种环境下铁被腐蚀时的电极反应均为Fe－2e－===Fe2+，C错误；焊点附近用锌块打“补丁”，可以防止舰艇在海水中被腐蚀，D正确。]
5．如图，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为(　　)A．①②③④⑤ B．④③②①⑤C．④③①②⑤ D．④②③①⑤
C　[根据装置图可知，②③装置是原电池，在②中Fe作正极，被保护，在③中Fe作负极，被腐蚀；④⑤装置是电解池，④中Fe为阳极，被腐蚀，⑤中Fe为阴极，被保护。根据腐蚀速率：电解池阳极>原电池负极>化学腐蚀>原电池正极>电解池阴极，可知铁腐蚀速率由快到慢的顺序为④③①②⑤。]
6．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
7．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(显酸性)，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是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　[a试管发生了吸氧腐蚀，试管内气体压强减小，b试管发生了析氢腐蚀，试管内气体压强增大，故红墨水水柱两边液面变为左高右低，B错误。]
8．根据如图装置，回答下列问题。
(1)C中Fe极的电极反应为___________________。(2)B中Fe极的电极反应为_________________，Cu极附近溶液的pH______(填“增大”“减小” 或“不变” )。比较A、B、C中铁被腐蚀的速率，由快到慢的顺序是______________。
2H＋＋2e－===H2↑
[解析]　(1)装置C中Zn-Fe-稀硫酸构成原电池，其中Zn作负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2+，Fe作正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。(2)装置B中，Fe-Cu-海水构成原电池，其中负极(Fe)：2Fe－4e－===2Fe2+，正极(Cu)：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。该装置本质上发生的是吸氧腐蚀，故Cu极附近c(OH－)增大，pH增大。经比较，铁被腐蚀的快慢顺序为B＞A＞C。
(选择题有一个或两个选项符合题目要求)9．考古发掘出的古代青铜器(含铜、锡等金属)表面经常出现小孔腐蚀，这是一种电化学腐蚀现象。小孔腐蚀的过程及铜腐蚀产物(铜锈)的成分如图所示。
下列分析不正确的是(　　)A．氧气是正极反应物B．铜锈中铜的化合价相同C．图乙中，Cl－从小孔内向小孔外移动D．青铜中的锡也会发生电化学腐蚀
BC　[青铜器中含铜、锡等金属，也含有其他金属及非金属杂质，由于物质金属性不同，且周围存在电解质溶液，形成了原电池，且电解质溶液显中性，发生吸氧腐蚀，正极上氧气发生得电子的还原反应生成OH－，因此氧气是正极反应物，A正确；根据图乙可知，在锈蚀小孔外铜锈成分为Cu2(OH)2CO3、Cu2(OH)3Cl，Cu元素化合价为＋2价，在小孔附近和小孔内壁中铜锈成分为Cu2O、CuCl，Cu元素化合价为＋1价，B错误；由CuCl是在小孔内壁生成，可知Cl－会从小孔外向小孔内移动，C错误；由于Sn的金属性比Cu强，与Cu构成原电池时，Sn作负极，被氧化而发生电化学腐蚀，D正确。]
10．如图两套实验装置，都涉及金属的腐蚀反应，假设其中的金属块和金属丝都是足量的。下列叙述正确的是(　　)A．装置Ⅰ在反应过程中只生成NO2气体B．装置Ⅱ开始阶段铁丝只发生析氢腐蚀C．装置Ⅱ在反应过程中能产生氢气D．装置Ⅰ在反应结束时溶液中的金属阳离子有Cu2+和Fe2+
CD　[装置 Ⅰ 中，铁遇浓硝酸钝化，铜与浓硝酸反应，在这种条件下，铜作原电池的负极，铁作正极，反应生成红棕色的NO2，随着反应的进行，浓硝酸变为稀硝酸，随后铁作负极，Cu作正极，稀硝酸发生还原反应生成无色的NO，金属过量，故反应结束时溶液中既有Fe2+又有Cu2+，A错误、D正确；因为装置 Ⅱ 中左边充满氧气，一开始发生吸氧腐蚀，消耗氧气导致左边液面上升，铁与稀硫酸反应产生氢气，发生析氢腐蚀，B错误，C正确。]
11．某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。
(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)：
(2)编号① 实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了________腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了________(填“氧化” 或“还原” )反应，其电极反应是___________________________。
＋4e－===4OH－
(3)该小组对图2中O～t1时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二。假设一：发生析氢腐蚀产生了气体；假设二：_______________________。