《金屬的腐蝕與防護(hù)》課件

《金屬的腐蝕與防護(hù)》目標(biāo)素養(yǎng)1.知道金屬腐蝕的危害。2.了解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的本質(zhì)。3.了解防止金屬腐蝕的措施。知識概覽自主預(yù)習(xí)一、金屬的腐蝕1.金屬的腐蝕是金屬或合金與周圍的氣體或液體發(fā)生

氧化還原

反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。

2.金屬腐蝕的實(shí)質(zhì)是金屬原子

失去

電子變?yōu)榻饘訇栯x子,金屬發(fā)生

氧化

反應(yīng)。

3.金屬腐蝕的類型。(1)化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕。(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕(以鋼鐵腐蝕為例)。

二、金屬的防護(hù)1.改變金屬材料的組成,如在普通鋼中加入鉻、鎳等制成

不銹鋼

產(chǎn)品,以增強(qiáng)鋼鐵的抗腐蝕性能。

2.在鋼鐵制品的表面噴涂

油漆

、

礦物性油脂

或覆蓋

搪瓷

、

塑料

等;用電鍍等方法在鋼鐵表面鍍上一層鋅、錫、鉻、鎳等金屬;用化學(xué)方法在鋼鐵部件表面進(jìn)行

發(fā)藍(lán)

處理(生成一層致密的

四氧化三鐵

薄膜);利用陽極氧化處理鋁制品的表面,使之形成致密的氧化膜而鈍化等。另外,采用離子注入、表面滲鍍等方式在金屬表面也可以形成穩(wěn)定的

鈍化膜

等。

3.電化學(xué)保護(hù)法。(1)犧牲陽極法。如圖1,應(yīng)用

原電池

原理,讓活動性比鐵強(qiáng)的金屬鋅作

負(fù)

極,鋼鐵設(shè)備作

正

極而被保護(hù)。

(2)外加電流法。如圖2,應(yīng)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

。

微思考家用炒菜鐵鍋用水清洗放置后,出現(xiàn)的紅棕色銹斑是如何形成的,其主要成分是什么?提示:鐵鍋中含有碳元素,在潮濕環(huán)境中生銹屬于吸氧腐蝕,在腐蝕過程中,負(fù)極:Fe-2e-══Fe2+,正極(C):2H2O+O2+4e-══4OH-,總反應(yīng)為2Fe+2H2O+O2══2Fe(OH)2,Fe(OH)2極易被氧化,發(fā)生反應(yīng)4Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3。Fe(OH)3進(jìn)一步反應(yīng)生成鐵銹Fe2O3·nH2O。預(yù)習(xí)檢測1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯(cuò)誤的畫“×”。(1)鋁、鋅制品因鋁、鋅還原性較弱,不能被空氣氧化而能穩(wěn)定存在于空氣中。(

)(2)鋼鐵在潮濕的空氣中易發(fā)生化學(xué)腐蝕。(

)(3)菜刀放于鹽水中主要發(fā)生吸氧腐蝕。(

)(4)鋅鐵合金發(fā)生吸氧腐蝕時(shí),負(fù)極反應(yīng)為Fe-2e-══Fe2+。(

)××√×2.下列現(xiàn)象與電化學(xué)腐蝕無關(guān)的是(

)。A.黃銅(鋅銅合金)制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠B.鐵制器件附有銅制配件,在接觸處易生鐵銹C.銀制獎(jiǎng)牌久置表面變暗D.生鐵比軟鐵芯(幾乎是純鐵)容易生銹答案:C解析:A項(xiàng),黃銅(鋅銅合金)制作的銅鑼中,金屬鋅為負(fù)極,金屬銅作正極,Cu被保護(hù),不易腐蝕,與電化學(xué)腐蝕有關(guān)。B項(xiàng),鐵制器件附有銅制配件,在接觸處形成原電池裝置,其中金屬鐵為負(fù)極,易生鐵銹,與電化學(xué)腐蝕有關(guān)。C項(xiàng),銀制獎(jiǎng)牌久置表面變暗是由于金屬銀與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)生成氧化銀,屬于化學(xué)腐蝕,與電化學(xué)腐蝕無關(guān)。D項(xiàng),生鐵中金屬鐵、碳、潮濕的空氣能構(gòu)成原電池,金屬鐵為負(fù)極,易被腐蝕而生銹,與電化學(xué)腐蝕有關(guān)。3.下列敘述正確的是(

)。A.原電池中陽離子向負(fù)極移動B.用鋁制鉚釘接鐵板,鐵易被腐蝕C.馬口鐵(鍍錫)的表面一旦破損,鐵腐蝕加快

D.白鐵(鍍鋅)的表面一旦破損,鐵腐蝕加快答案:C解析:A中原電池工作時(shí)陽離子向正極移動,錯(cuò)誤。B中鋁制鉚釘接鐵板形成原電池,鋁作為負(fù)極,鐵作為正極不容易被腐蝕,錯(cuò)誤。C中馬口鐵(鍍錫)的表面一旦破損,鐵作為負(fù)極,加快腐蝕,正確。D中白鐵(鍍鋅)的表面一旦破損,鐵作為正極,受到保護(hù),錯(cuò)誤。4.下列防止鋼鐵銹蝕的措施中,不合理的是(

)。A.車輪的鋼圈表面鍍鎳B.在地下鋼鐵管道上連接銅塊C.改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)制成不銹鋼D.金屬材料表面包上一層塑料層答案:B解析:鐵比銅活潑,在地下鋼鐵管道上連接銅塊會加速Fe的腐蝕,B項(xiàng)錯(cuò)誤。5.如圖所示,水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘,放置數(shù)天觀察:(1)鐵釘在逐漸生銹。(2)若試管內(nèi)液面上升,發(fā)生

腐蝕,電極反應(yīng):負(fù)極

,正極

。

(3)若試管內(nèi)液面下降,則原溶液呈

性,發(fā)生的正極反應(yīng)為

。

答案:(2)吸氧Fe-2e-══Fe2+

O2+2H2O+4e-══4OH-(3)較強(qiáng)的酸2H++2e-══H2↑解析:由題意可知,(2)試管內(nèi)液面上升,說明試管內(nèi)壓強(qiáng)減小,發(fā)生吸氧腐蝕。(3)試管內(nèi)液面下降,說明試管內(nèi)氣壓增大,即發(fā)生析氫腐蝕。一

金屬的化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的比較(以鐵為例)重難歸納將鐵釘放入NaCl溶液中會發(fā)生哪種腐蝕?電極反應(yīng)式如何書寫?提示:NaCl溶液為中性溶液,所以發(fā)生吸氧腐蝕,電極反應(yīng):負(fù)極Fe-2e-══Fe2+,正極O2+2H2O+4e-══4OH-。典例剖析下列有關(guān)金屬腐蝕的說法正確的是(

)。A.金屬腐蝕指不純金屬接觸到電解質(zhì)溶液時(shí)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而損耗的過程B.電化學(xué)腐蝕指在外加電流的作用下不純金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而損耗的過程C.鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕,負(fù)極吸收氧氣最終轉(zhuǎn)化為鐵銹D.金屬的電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕本質(zhì)相同,但電化學(xué)腐蝕伴有電流產(chǎn)生答案:D解析:金屬腐蝕既包括化學(xué)腐蝕又包括電化學(xué)腐蝕,A項(xiàng)錯(cuò)誤;電化學(xué)腐蝕是指形成原電池反應(yīng)引起的腐蝕,B項(xiàng)錯(cuò)誤;吸氧腐蝕正極上O2得電子,C項(xiàng)錯(cuò)誤;電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕的本質(zhì)都是金屬被氧化成金屬離子,本質(zhì)相同,但電化學(xué)腐蝕過程中會產(chǎn)生微弱的電流,D項(xiàng)正確。方法歸納對金屬腐蝕的理解。(1)析氫腐蝕和吸氧腐蝕取決于金屬表面電解質(zhì)溶液的酸堿性,實(shí)際情況中以吸氧腐蝕為主。(2)鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕或吸氧腐蝕時(shí),負(fù)極均是Fe失電子生成Fe2+,而非Fe3+。(3)一般情況下,只有在金屬活動性順序中排在氫之前的金屬才有可能發(fā)生析氫腐蝕。學(xué)以致用1.鐵生銹是一種常見的自然現(xiàn)象,其主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Fe+3O2+xH2O══2Fe2O3·xH2O。如圖為一放在水槽中的鐵架,水位高度如圖。最容易生銹的鐵架橫桿是(

)。A.① B.②

C.③ D.④答案:C2.如圖裝置中,小試管內(nèi)為紅墨水,具支試管內(nèi)盛有pH=5的雨水和生鐵片。觀察到開始時(shí)導(dǎo)管內(nèi)液面下降,一段時(shí)間后導(dǎo)管內(nèi)液面回升,略高于小試管液面。以下有關(guān)解釋合理的是(

)。A.生鐵片中的碳是原電池的負(fù)極,發(fā)生還原反應(yīng)B.雨水酸性較強(qiáng),生鐵片僅發(fā)生析氫腐蝕C.紅墨水回升時(shí),正極反應(yīng)式:O2+2H2O+4e-══4OH-D.具支試管中溶液pH逐漸減小答案:C解析:生鐵與其中的碳及電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池,負(fù)極是鐵,鐵失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),碳是正極,正極發(fā)生還原反應(yīng)。開始時(shí),因酸性較強(qiáng)發(fā)生析氫腐蝕,一段時(shí)間后導(dǎo)管內(nèi)液面回升且略高于小試管液面,說明具支試管中氣體壓強(qiáng)減小,此時(shí)發(fā)生吸氧腐蝕,正極反應(yīng)式是2H2O+O2+4e-══4OH-,故溶液的pH增大,A、B、D三項(xiàng)錯(cuò)誤;C項(xiàng)正確。二

金屬腐蝕快慢的一般規(guī)律重難歸納1.在同一電解質(zhì)溶液中:電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護(hù)措施的腐蝕。2.同一種金屬在不同介質(zhì)中腐蝕由快到慢的順序:強(qiáng)電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液。3.無保護(hù)措施的金屬腐蝕>有一定保護(hù)措施的金屬腐蝕>犧牲陽極法保護(hù)的金屬腐蝕>外加電流法保護(hù)的金屬腐蝕。4.對同一種電解質(zhì)溶液來說,電解質(zhì)溶液濃度越大,腐蝕越快。結(jié)合金屬腐蝕的本質(zhì),分析如何進(jìn)行金屬防護(hù)。提示:金屬腐蝕的本質(zhì)是被氧化劑氧化變成金屬陽離子。金屬防護(hù)的基本思路是:①防止金屬與氧化性介質(zhì)直接接觸;②防止金屬表面形成電解質(zhì)溶液;③改善金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu);④利用電化學(xué)原理進(jìn)行防護(hù)。典例剖析鋼鐵工業(yè)是國家工業(yè)的基礎(chǔ),鋼鐵生銹現(xiàn)象卻隨處可見,為此每年國家損失大量資金。請回答鋼鐵腐蝕與防護(hù)過程中的有關(guān)問題。(1)鋼鐵的電化學(xué)腐蝕原理如圖所示,寫出石墨電極的電極反應(yīng)式:

。

(2)在實(shí)際生產(chǎn)中,可在鐵件的表面鍍銅防止鐵被腐蝕。裝置示意圖如圖所示:①A電極對應(yīng)的金屬是

(寫元素名稱),B電極的電極反應(yīng)式是

。

②鍍層破損后,鍍銅鐵比鍍鋅鐵更容易被腐蝕,請簡要說明原因:

。

答案:(1)O2+2H2O+4e-══4OH-(2)①銅Cu2++2e-══Cu

②鐵比銅活潑,鍍層破損后,鐵與銅在潮濕環(huán)境中形成原電池,鐵為負(fù)極,加速鐵的腐蝕(其他答案合理也可)解析:(1)在中性溶液中發(fā)生吸氧腐蝕,石墨作正極,發(fā)生反應(yīng):O2+2H2O+4e-══4OH-。(2)在鐵表面鍍銅需將鐵作陰極、銅作陽極,則A對應(yīng)的金屬為銅,B電極為鐵,溶液中的Cu2+得電子生成銅在鐵表面析出;鍍層破損后,鐵與銅在潮濕環(huán)境中形成原電池,鐵為負(fù)極,加速鐵的腐蝕。【拓展延伸】

若電鍍前鐵、銅兩片金屬質(zhì)量相同,電鍍完成后將它們?nèi)〕鱿磧簟⒑娓?、稱量,兩者質(zhì)量差為5.12g,則電鍍時(shí)電路中通過的電子的物質(zhì)的量是多少?答案:0.08mol。析出1mol銅時(shí)兩電極的質(zhì)量差為64g+64g=128g,轉(zhuǎn)移2mol電子,當(dāng)質(zhì)量差為5.12g,電路中通過的電子為×2mol=0.08mol。學(xué)以致用1.相同材質(zhì)的鐵在圖中的四種情況下最不易被腐蝕的是(

)。答案:C解析:在A中,食醋提供電解質(zhì)溶液環(huán)境,鐵勺和銅盆是相互接觸的兩個(gè)金屬極,形成原電池,鐵是活潑金屬作負(fù)極;在B中,食鹽水提供電解質(zhì)溶液環(huán)境,鐵炒鍋和鐵鏟都是鐵碳合金,符合原電池形成的條件,鐵是活潑金屬作負(fù)極,碳作正極;在C中,銅鍍層將鐵球覆蓋、使鐵被保護(hù),所以鐵不易被腐蝕;在D中,酸雨提供電解質(zhì)溶液環(huán)境,鐵鉚釘和銅板分別作負(fù)、正極,形成原電池。2.如圖所示,各燒杯中盛有海水,鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序?yàn)?

)。A.②①③④⑤⑥

B.⑤④③①②⑥C.⑤④②①③⑥

D.⑤③②④①⑥答案:C解析:先判斷裝置是形成原電池還是電解池,再分析金屬活動性的差別。①中Fe為負(fù)極,雜質(zhì)C為正極,屬于鋼鐵的吸氧腐蝕,腐蝕速率較慢。②③④實(shí)質(zhì)均為原電池裝置,③中Fe為正極,被保護(hù);②④中Fe為負(fù)極,均被腐蝕,但