1、合作探究自主预习目标导航第 2 课时 金属的腐蚀与防护合作探究自主预习目标导航学习目标 重点难点 1.了解生活中金属的腐蚀情况及危害,认识防止金属腐蚀的重要性。2.掌握金属腐蚀的原理。3.了解与掌握金属腐蚀的防护措施常用方法及原理。4.通过学生的调查研究、交流与讨论,帮助学生掌握生活中金属的防护知识。1.电化学腐蚀的原因。2.析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应方程式。3.防止金属腐蚀的常用方法。合作探究自主预习目标导航一二一、金属的腐蚀 1.金属腐蚀概念 金属腐蚀是金属与周围介质发生化学、电化学或物理作用成为金属化合物而受破坏的一种现象。金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。其中最主要的就是电化学腐蚀。
2、2.电化学腐蚀(1)概念 电化学腐蚀是指金属与电解质因发生电化学反应而产生破坏的现象。(2)原因 在潮湿的空气里,铁器件表面吸附了一层水膜。水膜中溶解有氧和少量盐类等,形成一薄层电解质溶液,与铁器中的铁和碳构成了许多微小的原电池,发生原电池反应,加快铁器腐蚀的速率。合作探究自主预习目标导航一二 交流1 为什么钢铁在潮湿的环境中比在干燥的环境中更容易生锈?答案:不纯的金属或合金,在潮湿的空气中形成微小原电池发生电化学腐蚀,主要发生吸氧腐蚀,加快了反应速率。合作探究自主预习目标导航一二二、金属的防护 防止金属腐蚀一般采用两种途径:一是避免与空气接触;二是利用电化学原理保护。1.电镀 在金属表面镀上
3、具有保护能力的金属。电镀时,待镀部件与直流电源的负极相连,镀层金属部件与直流电源的正极相连,镀层金属的盐溶液作电镀的电解质溶液。2.烤蓝“烤蓝”又称“发蓝”。可以增强铁器件的抗腐蚀能力,是在铁器件表面生成一层致密的四氧化三铁薄膜。交流2 铁是活泼金属,易被腐蚀氧化。为了延长铁制品的使用寿命,人们常用什么方法加以处理?答案:(1)制成不锈钢;(2)涂油漆;(3)涂油;(4)镀上其他抗腐蚀能力强的金属。合作探究自主预习目标导航问题导学即时检测12编号 操作方法 实验目的 A 探究铁在干燥空气中的生锈情况 B 放入铁钉,注入加热过的蒸馏水浸没铁钉,并用植物油液封 C 探究铁在有空气和水时的生锈情况
4、合作探究自主预习目标导航问题导学即时检测12(2)一周后,编号为 的试管中的铁钉最易生锈。(3)用相同材料制作,经过相同时间防锈处理的铁栏杆,安装在南方比安装在北方更易生锈,其原因是 。(4)在焊接铁管时,为了使接口更加牢固,常用稀盐酸清洗接口处的铁锈,该反应的化学方程式为 。答案:(1)加热烘干试管,小心放入铁钉,塞上塞子 探究铁在有水而无空气(氧气)时的生锈情况 小心放入铁钉,注入蒸馏水,使铁钉部分浸入水中(2)C(3)南方比北方天气潮湿,铁更易生锈(4)Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O合作探究自主预习目标导航问题导学即时检测12钢铁的电化学腐蚀是怎样进行的?答案:现实生活中,铁
5、合金表面大量存在的是“微电池”。“微电池”与“大电池”在电化学原理上是一致的,只是“微电池”发生在极小的范围内(如金属晶粒之间),而在一小块铁片上,可能存在成千上万个“微电池”,甚至宏观上难以区分阴极区、阳极区。合作探究自主预习目标导航问题导学即时检测12潮湿环境下的铁合金大多数情况下会发生“微电池”腐蚀。铁合金的主要成分虽然是铁,但其中还含有碳、磷、锰、硅等成分与杂质,同时形成不同的固溶体形式。当铁合金表面有水膜存在时,合金中不同组分之间表现出不同的电位(其间存在电位差),水膜是离子导体,金属本身是电子导体,具备了腐蚀电池的条件。无数“微电池”运行的结果,铁合金表面“生锈”了。金属纯度越高,
6、说明杂质越少、越单一,形成“微电池”的机会、数量也就越少,越耐腐蚀。常用的铝合金常常用一层纯铝包覆,正是为了提高铝合金的耐蚀性,这也是借助减少“微电池”的生成这一原理来提高金属防腐性能的应用实例。炒过菜的铁锅残留有烹饪用的食盐等电解质,溶解在水中形成了电解质溶液,为原电池提供了离子通道,如果不及时洗净很容易发生电化学腐蚀而遭到破坏。合作探究自主预习目标导航问题导学即时检测121.化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 化学腐蚀 电化学腐蚀(主要)条件 金属与非电解质直接接触 水膜中溶有 O2,呈极弱酸性或中性(吸氧腐蚀),水膜酸性较强(析氢腐蚀)本质 金属被氧化而腐蚀,无电流产生 较活泼金属被氧化而腐蚀,
7、有微弱电流产生 反应式 4Fe+3O22Fe2O3 负极:Fe-2e-Fe2+吸氧腐蚀,正极:2H2O+O2+4e-4OH-析氢腐蚀,正极:2H+2e-H2 合作探究自主预习目标导航问题导学即时检测122.析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 形成条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或为中性 负极反应 Fe-2e-Fe2+2Fe-4e-2Fe2+正极反应 2H+2e-H2 O2+2H2O+4e-4OH-发生情况 相对较少,腐蚀速率较快 非常普遍,腐蚀速率一般较慢 联系 吸氧腐蚀为主 溶液中的相关反应 Fe2+2OH-Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3 合作探究自
8、主预习目标导航问题导学即时检测122.金属的防护 下图中,铁腐蚀由快到慢的顺序为(未标注的电解质溶液为水)。合作探究自主预习目标导航问题导学即时检测12解析:中由于水中溶解了氧气,铁与杂质碳会形成原电池,发生电化学腐蚀;中铁在油中,氧气难以溶解,无电解质溶液,不能形成原电池;、都形成原电池,但中铁为正极,受到保护,中铁为负极,被氧化;、都形成电解池,中铁与电源的正极相连,作阳极,氧化速率增大;中铁与电源的负极相连,作阴极,受到保护,所以铁腐蚀由快到慢的顺序为。答案:合作探究自主预习目标导航问题导学即时检测12什么叫烤蓝?烤蓝的原理是什么?答案:在钢铁表面生成一定厚度和强度的致密的氧化层的处理方
9、法叫烤蓝。原理:铁在含有氧化剂和苛性钠的混合溶液中,一定温度下经一定时间后,反应生成亚铁酸钠(Na2FeO2)和铁酸钠(Na2Fe2O4),亚铁酸钠与铁酸钠又相互作用生成四氧化三铁氧化膜。其反应的化学方程式为 这层氧化膜呈黑色或黑蓝色,它结构致密,具有较强的抗腐蚀能力。3Fe+NaNO2+5NaOH3Na2FeO2+H2O+NH38Fe+3NaNO3+5NaOH+2H2O4Na2Fe2O4+3NH3Na2FeO2+Na2Fe2O4+2H2OFe3O4+4NaOH合作探究自主预习目标导航问题导学即时检测12金属防护的基本思路是防止金属与化学物质直接接触;防止金属与环境形成原电池。由于金属的腐蚀给
10、生产和生活带来严重的损失,必须采取一定的措施防止金属腐蚀,常用的防护方法有:(1)改变金属的结构。制成各种合金。如不锈钢(钢中加入一定量的镍和铬)等。(2)加保护层。电镀、热镀、喷镀、涂漆、涂油等,或制成氧化膜保护。如在钢铁制品表面生成Fe3O4;在铝制品表面生成Al2O3等。合作探究自主预习目标导航问题导学即时检测12(3)电化学保护法。消除引起金属发生电化学腐蚀的原电池反应的方法。外加电流的保护法:将被保护的金属与外加直流电源负极相连,能导电的惰性材料(如石墨)与电源正极相连,通电后,被保护的金属上有大量电子从而防止其被氧化而腐蚀。外加活泼电极的保护法:在被保护的金属上连接一种更活泼的金属
11、,当发生电化学腐蚀时,首先锈蚀的是负极(活泼金属一极),这样就保护了另一极的金属不被腐蚀。合作探究自主预习目标导航问题导学即时检测12341.铁棒与石墨用导线连接之后,浸入0.01 molL-1的食盐溶液中,可能出现的现象是()A.铁棒附近产生OH-B.铁棒被腐蚀 C.石墨棒上放出Cl2 D.石墨棒上放出O2 解析:铁棒和石墨相连放入氯化钠溶液中之后,形成FeC原电池,负极反应为FeFe2+2e-,电子经导线转移到碳棒上,氯化钠溶液呈中性,主要发生吸氧腐蚀:O2+2H2O+4e-4OH-,C棒附近产生OH-。答案:B 56合作探究自主预习目标导航问题导学即时检测1234562.下列关于钢铁腐蚀
12、的叙述正确的是()A.吸氧腐蚀时正极放出氧气 B.析氢腐蚀时正极放出的是氢气 C.化学腐蚀速率超过电化学腐蚀速率 D.析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍 解析:钢铁腐蚀分为两大类,一类是析氢腐蚀,另一类是吸氧腐蚀。两种腐蚀类型的不同是根据发生腐蚀时电解质溶液不同来分的。当电解质溶液为酸性时发生析氢腐蚀;当为中性或碱性时发生吸氧腐蚀。发生这两种腐蚀时,都是铁为负极。因为钢铁上的电解质溶液一般为中性,所以钢铁腐蚀以发生吸氧腐蚀较为普遍。答案:B 合作探究自主预习目标导航问题导学即时检测1234563.建筑用的钢材在出厂之前都要经过发蓝处理,使其表面生成一层四氧化三铁,其目的是()A.增加钢材的硬度B.增加钢材
13、的抗腐蚀能力 C.使钢材美观D.增加钢材的韧性 解析:发蓝处理,钢材“表面生成一层四氧化三铁”是为了在金属表面覆盖保护层,增强抗腐蚀能力。答案:B 合作探究自主预习目标导航问题导学即时检测34564.如图所示,水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天观察:(1)铁钉在逐渐生锈,则铁钉的腐蚀属于 腐蚀。(2)若试管内液面上升,则原溶液呈 性,发生 腐蚀,电极反应:负极:,正极 。(3)若试管内液面下降,则原溶液呈 性,发生 腐蚀,电极反应:负极:;正极:。12合作探究自主预习目标导航问题导学即时检测3456解析:根据原电池的构成条件,两种不同的材料在有电解质溶液时,若形成闭合回路,即可构成原电池。铁钉实
14、际上是钢制成的,在这种情况下具备形成原电池的条件,此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件、原理及结果可知:试管内液面上升,说明试管内压强减小,气体被吸收所致,是铁钉吸氧腐蚀的结果,据此写出电极反应;试管内液面下降,说明试管内气体压强变大,试管内产生了新气体所致,是铁钉的析氢腐蚀的结果,据此写出电极反应。答案:(1)电化学(2)弱酸性或中 吸氧 2Fe-4e-2Fe2+O2+4e-+2H2O4OH-(3)较强的酸 析氢 Fe-2e-Fe2+2H+2e-H212合作探究自主预习目标导航问题导学即时检测34565.取6根铁钉,6支干净的试管及其他材料,准备如下图:试管(1)放入一根铁钉,再
15、注入蒸馏水,使铁钉和空气及水接触;试管(2)的试管底放入硅胶(是一种干燥剂),再放入铁钉,用棉花团堵住试管口,使铁钉和干燥空气接触;试管(3)先放入一根铁钉,趁热倒入煮沸的蒸馏水(赶出原先溶解在蒸馏水中的空气)浸没铁钉,再加上一层植物油,使铁钉不能跟空气接触;12合作探究自主预习目标导航问题导学即时检测3456试管(4)中放入铁钉注入食盐水,使铁钉和空气及食盐水接触;试管(5)放入相连的铁钉和锌片,注入自来水,浸没铁钉和锌片;试管(6)放入相连的铁钉和铜丝,注入自来水,浸没铁钉和铜丝。把6支试管放在试管架上,几天后观察铁钉被腐蚀的情况。其中 试管内的铁钉未被腐蚀。从铁钉被腐蚀的情况可知引起和促
16、进铁钉腐蚀的条件是。解析:由于(2)(3)两个试管不具备构成原电池的条件,不能发生电化学腐蚀,所以暂未被腐蚀。而试管(5)尽管具备构成原电池的条件,但Zn比铁活泼,在原电池中作负极,使铁变成铁离子的反应难以发生,所以铁也暂未被腐蚀。引起和促进铁钉被腐蚀的条件是:水、空气、电解质溶液和不活泼金属杂质的存在。答案:(2)(3)(5)水、空气、电解质溶液,不活泼金属杂质的存在 12合作探究自主预习目标导航问题导学即时检测34566.在长期的生产实践中,人类对各种金属器件的防锈问题已找到一些理想的措施,例如:(1)农机具采用;(2)地下输油管道采用;(3)远洋巨轮船体采用;(4)大型水库的钢铁闸门采用。答案:(1)保持表面光洁、干燥,涂矿物油(2)涂防锈油漆(3)焊接比铁更活泼的金属(4)外加直流电源阴极保护法 12