高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第三节 金属的腐蚀与防护教课内容课件ppt

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知识点一　金属的腐蚀1.金属腐蚀(1)概念:金属或合金与周围的　　　　　　发生　　　　　　反应而引起损耗的现象。  (2)根据与金属接触的　　　　　　不同,发生腐蚀的情况也不同。一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀: 
①化学腐蚀:金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2)等　　　　发生化学反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而　　　　。 ②电化学腐蚀:　　　　的金属与　　　　溶液接触时,会发生　　　　反应,比较　　　　的金属发生氧化反应而被腐蚀。 
O2+2H2O+4e-=4OH-
2H++2e-=H2↑
2Fe-4e-=2Fe2+
2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
Fe+2H+=Fe2++H2↑
[素养养成] 钢铁发生吸氧腐蚀生成Fe(OH)2,最终生成铁锈的原因是什么?(用化学方程式表示)
提示:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3 Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O
例1 下列有关金属腐蚀的认识中正确的是(　　)A.金属被腐蚀时发生的全部是氧化还原反应B.金属腐蚀可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀,只有化学腐蚀是氧化还原反应C.防止钢铁被腐蚀不需要避免它受潮D.钢铁发生腐蚀时以发生化学腐蚀为主
[解析] 金属的腐蚀是金属失去电子发生氧化反应的过程,金属的腐蚀全部是氧化还原反应,A正确;金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀,化学腐蚀和电化学腐蚀都是氧化还原反应,B错误;钢铁在潮湿的空气中易发生电化学腐蚀,因此防止钢铁被腐蚀的方法之一为避免钢铁受潮,C错误;钢铁的腐蚀以电化学腐蚀为主,又以吸氧腐蚀为主,D错误。
例2 如图4-3-1装置中,U形管内为红墨水,a、b试管内分别盛有食盐水和醋酸溶液,各加入生铁块,放置一段时间。下列有关描述不正确的是(　　)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
[解析] 两支试管中铁都作负极,碳作正极,A正确;左边试管中是中性溶液,发生吸氧腐蚀,右边试管中是酸性溶液发生析氢腐蚀,所以左边试管内气体的压强减小,右边试管内气体的压强增大,导致U形管内红墨水左高右低,B错误;两支试管中铁都作负极,负极上铁失电子发生氧化反应,电极反应式为:Fe-2e-=Fe2+,C正确;左边试管中是中性溶液,生铁发生吸氧腐蚀,右边试管中是酸性溶液,生铁发生析氢腐蚀,D正确。
[易错警示] 分析金属腐蚀时的注意要点(1)化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生,只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍,危害更大。(2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性,实际情况中以吸氧腐蚀为主。(3)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时,负极均是Fe失电子生成Fe2+,而非Fe3+。(4)一般情况下,只有在金属活动性顺序中排在氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀。
知识点二　金属的防护1.改变金属材料的组成在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金。如铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢产品;钛合金有优异的抗腐蚀性和良好的生物相容性。
2.在金属表面覆盖保护层(1)在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。(2)用电镀的方法,在钢铁制品表面镀上一层其他金属,如锌、锡、铬、镍等。(3)用化学方法在钢铁部件表面进行发蓝处理(生成一层致密的四氧化三铁薄膜);利用阳极氧化处理铝制品的表面,形式致密的氧化膜而钝化等。
3.电化学保护法(1)牺牲阳极法——原电池原理牺牲阳极法通常是在被保护的钢铁设备上装上若干活泼金属如　　　　　　　　,作原电池的　　极(　　　极);让被保护的金属作原电池的　　极(　　　极)。  
(2)外加电流法——电解原理用被保护的金属作阴极,用惰性电极作辅助阳极,两者均放在电解质溶液里,外接直流电源。如为了防止海水中的钢闸门被腐蚀,可用钢闸门作阴极,惰性电极作辅助阳极,二者均存在于海水中,接通直流电源,使得钢闸门被迫成为阴极而被保护起来。
[素养养成] 牺牲阳极法和外加电流法都要采用辅助阳极,被保护的金属作为阴极。在这两种方法中,辅助阳极发生的电极反应类型是否相同?
提示:相同,均发生氧化反应失电子,从而保护阴极不被腐蚀。
例3 港珠澳大桥设计寿命120年,对桥体钢构件采用了多种防腐方法。下列分析错误的是(　　)A.防腐原理主要是避免发生反应:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2B.钢构件表面喷涂环氧树脂涂层,是为了隔绝空气、水等防止形成原电池C.采用外加电流法时需外接镁、锌等作辅助阳极D.钢构件可采用不锈钢材料以减缓电化学腐蚀
[解析] 铁为活泼的金属,在潮湿的空气中容易发生吸氧腐蚀,发生的主要反应有2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2、4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3等,A正确;钢构件表面喷涂环氧树脂涂层,可以隔绝空气、水等防止形成原电池,防止铁发生电化学腐蚀,B正确;外接镁、锌等作辅助阳极属于牺牲阳极法,采用外加电流法时需外接电源,C错误;不锈钢具有较强的抗腐蚀性,采用不锈钢材料做钢构件可以防止或减缓电化学腐蚀,D正确。
例4 如图4-3-2所示的各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是(　　)A.④>②>①>③ B.②>①>③>④C.④>②>③>① D.③>②>④>①
[解析] 铁在海水中的腐蚀属于电化学腐蚀,当铁与比它活泼性差的Sn相连时,Fe被腐蚀的速率增大[比①大],与活泼性比它强的锌相连时,锌作负极,被腐蚀,铁被保护,其腐蚀的速率要比①小;④为电解装置,Fe为阳极,发生氧化反应,铁腐蚀的速率最快。
[归纳总结] 判断金属腐蚀快慢的规律(1)电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。即电解池的阳极>原电池的负极>一般化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。(2)对同一种金属来说,腐蚀的快慢:强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。(3)活泼性不同的两种金属,构成原电池活动性差别越大,腐蚀越快。(4)对同一种电解质溶液来说,一般是电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)电化学腐蚀比化学腐蚀普遍,吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍(　　)(2)钢铁电化学腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的pH不同,引起正极反应不同(　　)(3)当镀锡铁制品的镀层破损时,镀层仍能对铁制品起保护作用(　　)(4)要保护船舶外壳,可将铜块装在船舶外壳上(　　)(5)生铁中含有碳,抗腐蚀能力比纯铁弱(　　)(6)外加电流法是将被保护金属接在直流电源的正极(　　)
2.对金属腐蚀及防护的表述正确的是(　　)A.金属表面涂油漆:可避免金属与电解质溶液接触B.金属腐蚀的本质:金属失电子发生还原反应C.外加电流法:被保护的金属应与电源正极相连D.牺牲阳极法:被保护的金属应作负极
[解析] 金属表面涂油漆即可避免金属与电解质溶液接触,起到防护的作用,A正确;金属腐蚀的本质是金属失电子发生氧化反应,B错误;外加电流法,应该是被保护的金属应与电源负极相连,作电解池的阴极,起保护的作用,C错误;牺牲阳极法,被保护的金属应作正极,让一个比保护的金属活泼性强的金属作负极,D错误。
3.钢铁在海水中的锈蚀过程示意见图4-3-3,有关说法正确的是(　　)A.电子从碳转移给铁B.在钢铁上连接铅块,可起到防护作用C.正极反应为:O2+2H2O+4e-=4OH-D.钢管发生析氢腐蚀,负极反应是Fe-3e-=Fe3+
[解析] 钢铁在海水中生锈时发生电化学腐蚀,且主要以吸氧腐蚀为主,负极铁失电子变成二价铁离子,Fe-2e-=Fe2+,正极上氧气得电子生成氢氧根离子,电极反应为:O2+2H2O+4e-=4OH-;由分析可知,铁为负极,碳为正极,电子由负极移动到正极,即由铁转移给碳,A错误;铁比铅活泼,在钢铁上连接铅块,形成的原电池中铁作负极,铅作正极,可使铁加速腐蚀,B错误;
由分析可知,正极的电极反应为:O2+2H2O+4e-=4OH-,C正确;由图可知空气中氧气逐渐减少,发生的不是析氢腐蚀而是吸氧腐蚀,负极的电极反应为:Fe-2e-=Fe2+,D错误。
4.下列对钢铁制品采取的措施不能防止或减缓腐蚀的是(　　)A.表面涂油漆 B.表面镶嵌银块C.表面镶嵌锌块 D.与电源负极相连
[解析] 表面涂油漆能隔绝氧气和水,能防止钢铁锈蚀,A不选;在表面镶嵌银块,形成的原电池中,金属铁作负极,加快铁的腐蚀速率,不能防止或减缓钢铁腐蚀,B选;在钢铁制品表面镶嵌锌块,采用的是牺牲阳极法,能防止或减缓钢铁腐蚀,C不选;将钢铁制品与电源负极相连,采用的是外加电流法,能防止或减缓钢铁腐蚀,D不选。
5.将下列金属的防护方法连线。(1)加保护层　　　　　　　A.钢闸门与直流电源负极相连(2)牺牲阳极法 B.电线外面包塑料法(3)外加电流法 C.普通钢制镍铬钢(4)改变内部结构 D.轮船外壳装上锌块
(1)-B　 (2)-D (3)-A　(4)-C
1.下列叙述与电化学腐蚀有关的是(　　)A.切过菜的刀不及时清洗易生锈B.在空气中金属镁、铝都具有较好的抗腐蚀性C.红热的铁丝与水蒸气接触时,表面形成了蓝黑色的物质D.把铁片投入到氯化铜的溶液中,在铁表面上附着一层红色的铜
[解析] 切过菜的刀不及时清洗,在菜刀上形成了以Fe、C为电极的原电池,发生电化学腐蚀。金属镁、铝都具有较好的抗腐蚀性,是因为它们在空气中表面生成一层致密的氧化物薄膜,阻止内部金属继续被氧化。红热的铁丝与水蒸气接触和铁片投入到氯化铜的溶液中是直接发生了化学反应,属于化学腐蚀。
2.下列与金属腐蚀有关的说法,正确的是(　　)A.图甲中,插入海水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重B.图乙中,插入溶液中的铁棒容易溶解,主要是发生电化学腐蚀C.图丙中,燃气灶的中心部位容易生锈,主要是由于高温下铁发生电化学腐蚀D.图丁中,用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀,镁块相当于原电池的负极
[解析] 铁的吸氧腐蚀中,氧气的浓度越大,其腐蚀速率越快,插入海水中的铁棒,越靠近底端氧气的浓度越小,则腐蚀越轻,A错误;该装置为电解池,铁棒连接了电源的负极,为电解池的阴极,所以铁棒被保护,不易腐蚀,B错误;
温度越高,铁越容易被氧化,所以高温下铁越容易生锈,主要是高温下Fe发生化学腐蚀,C错误;用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀,镁作负极而易被腐蚀,铁作正极被保护,D正确。
3.下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是(　　)A.纯银器的表面在空气中因电化学腐蚀渐渐变暗B.当镀锌铁制品的镀层破损时,镀层仍能对铁制品起保护作用C.金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更为普遍D.相对于在内河行驶的轮船来说,海轮更容易被腐蚀