选修1第三章第二节_金属的腐蚀和防护.ppt

铁锈斑斑铁锈斑斑四川省宜宾市城区的南门大桥四川省宜宾市城区的南门大桥钢铁钢铁生锈生锈造成大桥造成大桥断裂断裂！断裂断裂铜器表面生成一层薄薄的铜器表面生成一层薄薄的铜绿铜绿铜绿的主要铜绿的主要成分是成分是Cu2(OH)2CO3第三章第三章 探索生活材料探索生活材料第二节第二节 金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护1.定义：指金属或合金与周围接触到的气体或定义：指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行液体进行化学反应化学反应而腐蚀损耗的过程。而腐蚀损耗的过程。一、金属的腐蚀一、金属的腐蚀 (1)化学腐蚀化学腐蚀金属跟接触到的物质金属跟接触到的物质(如如O2、Cl2、SO2等等)直直接发生接发生化学反应化学反应而引起的腐蚀。而引起的腐蚀。2.分类：分类：化学腐蚀和电化学腐蚀化学腐蚀和电化学腐蚀左边家用燃气灶的中心部位很容易生锈，而右边的左边家用燃气灶的中心部位很容易生锈，而右边的食品罐头放在南极食品罐头放在南极80多年了，却很少生锈多年了，却很少生锈升温可加快升温可加快金属腐蚀金属腐蚀温度对化学腐蚀的影响：温度对化学腐蚀的影响：升温加快升温加快金属腐蚀金属腐蚀降温减慢降温减慢金属腐蚀金属腐蚀思考与交流：思考与交流：铁钉锈蚀的可能条件假设：铁钉锈蚀的可能条件假设：只只与与水水接触，接触，不不与与空气空气接触接触不不与与水水接触，接触，只只与与空气空气接触接触 既既与与水水接触，接触，又又与与空气空气接触接触 既既与与NaCl溶液接触，溶液接触，又又与与空气空气接触接触 既既与与CH3COOH溶液接触，溶液接触，又又与与空气空气接触接触 不纯的金属（或合金）跟电解质溶液接触时，不纯的金属（或合金）跟电解质溶液接触时，会发生会发生原电池反应原电池反应，比较活泼的金属失去电子，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。（2）电化学腐蚀）电化学腐蚀海边的铁制品比较容易生锈，为什么？海边的铁制品比较容易生锈，为什么？原电池反应原电池反应可加快金属可加快金属腐蚀腐蚀化学腐蚀与电化学腐蚀的差异化学腐蚀与电化学腐蚀的差异铁与酸铁与酸反应，铁被腐蚀。反应，铁被腐蚀。腐蚀速率较慢。腐蚀速率较慢。铁作铁作负极被腐蚀负极被腐蚀腐蚀速率较快。腐蚀速率较快。原电池的形成条件原电池的形成条件:(1)活泼性不同的两种金属（或金属与石活泼性不同的两种金属（或金属与石 墨）墨）构成两个电极构成两个电极(2)电解质溶液电解质溶液(3)构成闭合电路构成闭合电路(4)自发的氧化还原反应自发的氧化还原反应发生发生_反应的是反应的是_极（电极消耗）极（电极消耗）发生发生_反应的是反应的是_极（电极放出气体或析极（电极放出气体或析出金属）出金属）原电池正负极的判断原电池正负极的判断根据金属的活泼性判断根据金属的活泼性判断根据电极反应来判断根据电极反应来判断活泼活泼金属做金属做_极极,不活泼不活泼金属金属(或可导电的或可导电的非金属）做非金属）做_极极还原还原负负正正负负正正氧化氧化钢铁的电化学腐蚀：钢铁的电化学腐蚀：潮湿空气中吸附了一层薄薄潮湿空气中吸附了一层薄薄的水膜，由于溶解了的水膜，由于溶解了CO2而形成了电解质溶液而形成了电解质溶液若电解质溶液若电解质溶液酸性较强酸性较强负极：，电极反应式：负极：，电极反应式：正极：，电极反应式：正极：，电极反应式：总反应式：总反应式：Fe-2e-Fe2+2H+2e-H2Fe+2H+Fe2+H2铁铁碳碳H2O+CO2 H2CO3H+HCO3-析氢腐蚀析氢腐蚀负极：，电极反应式：负极：，电极反应式：正极：，电极反应式：正极：，电极反应式：总反应式：总反应式：2Fe-4e-2Fe2+2H2O+O2+4e-4 OH-2Fe+2H2O+O2 2 Fe(OH)2铁铁碳碳若电解质溶液若电解质溶液酸性较弱或呈中性酸性较弱或呈中性吸氧腐蚀吸氧腐蚀注意：注意：（1）电化学腐蚀是通过构成无数微小的原）电化学腐蚀是通过构成无数微小的原电池而发生的，作为负极的较活泼金属将不电池而发生的，作为负极的较活泼金属将不断被腐蚀。而不活泼的金属（或非金属或其断被腐蚀。而不活泼的金属（或非金属或其它杂质）则被保护。它杂质）则被保护。（2）电化学腐蚀，只有当金属跟电解质溶）电化学腐蚀，只有当金属跟电解质溶液接触时，才会发生，并伴有微电流产生。液接触时，才会发生，并伴有微电流产生。（3）原电池反应能加快金属腐蚀原电池反应能加快金属腐蚀两者往往两者往往同同时时发发生，生，电电化学腐化学腐蚀蚀更普遍更普遍相互相互联联系系较较活活泼泼金属被氧化金属被氧化金属被氧化金属被氧化本本质质有有微弱微弱电电流流产产生生无无电电流流产产生生现现象象不不纯纯金属或合金金属或合金跟跟电电解解质质溶液溶液及及氧化氧化剂剂(O2)接触接触金属跟具有氧化性金属跟具有氧化性的物的物质质直接接触直接接触条件条件电电化学腐化学腐蚀蚀化学腐化学腐蚀蚀化学腐蚀与电化学腐蚀的比较化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 1.金属腐蚀的本质：金属腐蚀的本质：金属原子金属原子 金属金属_，发生，发生_反应反应氧化氧化失去失去 e-阳离子阳离子2.金属腐蚀的分类金属腐蚀的分类化学腐蚀化学腐蚀电化腐蚀电化腐蚀酸性环境酸性环境中性或碱性环境中性或碱性环境（普遍）（普遍）小结：小结：金属腐蚀的危害金属腐蚀的危害 金属的腐蚀对国民经济带来的损失是惊人的，金属的腐蚀对国民经济带来的损失是惊人的，据据70年代美国的一份统计报告，全世界每年由于腐年代美国的一份统计报告，全世界每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料，约相当于金属年产量蚀而报废的金属设备和材料，约相当于金属年产量的的1/3，至于因设备腐蚀损坏而引起的停工减产、产，至于因设备腐蚀损坏而引起的停工减产、产品质量下降、污染环境、危害人体健康甚至造成严品质量下降、污染环境、危害人体健康甚至造成严重事故的损失，就更无法估计了。当前，世界各国重事故的损失，就更无法估计了。当前，世界各国都有许多优秀的科学家，从事金属腐蚀理论及防护都有许多优秀的科学家，从事金属腐蚀理论及防护方法的研究工作。有志者可选择这方面的课题研究，方法的研究工作。有志者可选择这方面的课题研究，一定会大有作为；一旦有新的突破，产生的经济效一定会大有作为；一旦有新的突破，产生的经济效益和社会影响，必将是巨大的。益和社会影响，必将是巨大的。二、金属的防护二、金属的防护 (一一)影响金属腐蚀的因素：影响金属腐蚀的因素：(二二)金属在什么条件下容易被腐蚀？金属在什么条件下容易被腐蚀？金属的本性和介质金属的本性和介质在潮湿的空气中、接触腐蚀性气体或电解质，在潮湿的空气中、接触腐蚀性气体或电解质，都容易被腐蚀都容易被腐蚀思考思考:金属腐蚀的防护思路金属腐蚀的防护思路主要从金属的本质和介质两方面考虑，如主要从金属的本质和介质两方面考虑，如:改变金属的内部组织结构，改变金属的内部组织结构，在金属表面覆盖保护层等等在金属表面覆盖保护层等等讨论自行车不同构件的防锈措施讨论自行车不同构件的防锈措施 2.在金属表面覆盖保护层，使它与在金属表面覆盖保护层，使它与_、_等物质等物质_。（三）金属的（三）金属的防护防护方法方法:1.改变金属的内部组织结构；改变金属的内部组织结构；如：喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀、表面钝化如：喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀、表面钝化(氧化成致密的氧化膜氧化成致密的氧化膜)、搪瓷、包塑料等方法。、搪瓷、包塑料等方法。空气空气水水隔离隔离如：将如：将Cr、Ni等金属加进钢里等金属加进钢里制成不锈钢制成不锈钢船身如何防腐蚀的？船身如何防腐蚀的？用牺牲锌块的方法来保护用牺牲锌块的方法来保护船身上装锌块船身上装锌块 如何防止地下钢铁管道的腐蚀？如何防止地下钢铁管道的腐蚀？用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块要定期更换管道的腐蚀，镁块要定期更换消除引起金属发生电化学腐蚀的原电池反应消除引起金属发生电化学腐蚀的原电池反应3.金属的电化学防护金属的电化学防护 原理：原理：在被保护的金属上在被保护的金属上连接连接比该金属比该金属_，此金属作此金属作_极反应受到腐蚀，极反应受到腐蚀，被保护的金属作被保护的金属作_极极，不反应，起到保护作用。不反应，起到保护作用。更活泼的金属更活泼的金属更活泼的金属更活泼的金属负负负负正正正正做负极材料常用的有做负极材料常用的有_镁、铝、锌镁、铝、锌1.埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种情况下被腐蚀速率最慢的是情况下被腐蚀速率最慢的是()A在潮湿疏松的土壤中；在潮湿疏松的土壤中；B在含铁元素较多的酸性土壤中；在含铁元素较多的酸性土壤中；C在干燥致密不透气的土壤中；在干燥致密不透气的土壤中；D在含碳较多的潮湿透气的中性土壤在含碳较多的潮湿透气的中性土壤C2.下列装置中四块相同的下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后片，放置一段时间后腐蚀速率由腐蚀速率由慢慢到到快快的顺序是：的顺序是：_(4)(2)(1)(3)(1)、改变金属的内部组织结构，如、改变金属的内部组织结构，如(2)、在金属表面覆盖保护层，如、在金属表面覆盖保护层，如(3)、电化学保护法、电化学保护法（消除引起金属发生电化腐（消除引起金属发生电化腐蚀的原电池反应的方法）蚀的原电池反应的方法）在要保护的金属上在要保护的金属上连接连接比该金属比该金属更活泼的金属更活泼的金属或或合金合金 P57 不锈钢不锈钢覆盖油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化覆盖油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化成致密的气化膜等成致密的气化膜等(三三)金属防护的方法金属防护的方法知识总结知识总结P58请你当设计师，假设用钢材在请你当设计师，假设用钢材在杭州西湖内杭州西湖内建建造能使用造能使用20年左右年左右的一座大桥，有三种防锈的一座大桥，有三种防锈措施供选择，你认为各种方法有什么优、缺点措施供选择，你认为各种方法有什么优、缺点？你优先选择哪种方法？理由是什么？你优先选择哪种方法？理由是什么？（1）涂上油漆）涂上油漆（2）使用镀铬的钢）使用镀铬的钢（3）使用不锈钢）使用不锈钢P57思考与交流思考与交流如何选用防锈方法如何选用防锈方法-请你决策请你决策涂油漆涂油漆的优点是成本较低，缺点是油漆层容易的优点是成本较低，缺点是油漆层容易脱落，保护作用一般，不太适合大桥要使用多脱落，保护作用一般，不太适合大桥要使用多年的要求，而且也不适合在风景区使用。年的要求，而且也不适合在风景区使用。使用镀铬的钢使用镀铬的钢的优点是保护作用优良，外表美的优点是保护作用优良，外表美观，适合在风景区使用。观，适合在风景区使用。使用不锈钢使用不锈钢的用点是保护作用优异，外表美的用点是保护作用优异，外表美观，但成本较高，应酌情考虑。观，但成本较高，应酌情考虑。钢铁在钢铁在酸性环境腐蚀酸性环境腐蚀示意图示意图钢铁在钢铁在碱性或中性环境腐蚀碱性或中性环境腐蚀示意图示意图知识点知识点:金属的电化学腐蚀原理，金属的电化学腐蚀原理，金属防护的常用方法和意义金属防护的常用方法和意义2.有人设计以有人设计以Pt和和Zn为电极材料，埋入为电极材料，埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器的能源。它依靠人体内血液种含有一定的能源。它依靠人体内血液种含有一定浓度的溶解氧、浓度的溶解氧、H+和和Zn2+进行工作。它进行工作。它的两极电极反应式分别为：的两极电极反应式分别为：、。（负极：（负极：Zn-2e-=Zn2+,正极：正极：2H2O+O2+4e-=4OH-,）3、烧过菜的铁锅未及时洗净，第二天便出现红棕烧过菜的铁锅未及时洗净，第二天便出现红棕色锈斑（该锈斑为色锈斑（该锈斑为Fe(OH)3失水的产物），试用有失水的产物），试用有关的电极反应式，离子方程式和化学方程式表示关的电极反应式，离子方程式和化学方程式表示Fe(OH)3的生成的生成（1）负极）负极_；（2）正极）正极_；（3）离子方程式）离子方程式_；（4）化学方程式）化学方程式_2Fe4e-2Fe2+2H2O+O2+4e-4 OH-2Fe+2H2O+O2 2 Fe(OH)22Fe+2H2O+O2 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)35 5在在装装有有水水的的容容器器中中，用用棉棉线线悬悬挂挂一一个个在在水水中中保保持持平平衡衡的的金金属属棒棒，该该棒棒由由铁铁和和铜铜焊焊接接而而成成，棉棉线线系系在在两两种种金金属属接接缝缝处处（如如图图），再再向向水水中中加加入入少少量量CuSOCuSO4 4，经经过过一一段段时时间间应应看到的看到的现现象是象是 ()()A A铁铁端将附着端将附着铜铜增重下沉；增重下沉；B B铜铜端将附着端将附着铜铜增重下沉；增重下沉；C C铁铁端将端将变细变细减重上升；减重上升；D D铜铜端粗端粗细细不不变变将下沉将下沉BC(1)、若液面上升，则溶液呈、若液面上升，则溶液呈_性，电极反应式为：负极：性，电极反应式为：负极：_,正极：正极：_ 6、如图、如图,水槽中试管内有一枚铁水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：钉，放置数天观察：(2)、若液面下降，则溶液呈、若液面下降，则溶液呈_性，性，电极反应式为：电极反应式为：负极：负极：_ 正极：正极：_弱酸性或中性弱酸性或中性2Fe-4e-2Fe2+O2+2H2O+4e-4OH较强酸性较强酸性Fe-2e-Fe2+2H+2e-H2 7.把把a、b、c、d四块金属片浸入稀酸中，用导线两四块金属片浸入稀酸中，用导线两两相连组成原电池。若两相连组成原电池。若a、d相连时，相连时，a为负极；为负极；c、d相连时，电子由相连时，电子由c到到d；a、c相连时，相连时，c极上产生大极上产生大量气泡；量气泡；b、d相连时，相连时，b极上有大量气泡产生。则四极上有大量气泡产生。则四种金属的活动性顺序由强到弱为：（种金属的活动性顺序由强到弱为：（）A.abcd B.acdb C.cabd D.bdca8、钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是：钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是：（）A.2H+2e-=H2 B.Fe 2+2e-=Fe C.2H2O+O2+4e-=4OH-D.Fe 3+e-=Fe 2+BCP55 科学探究科学探究(实验需要在一周前开始做实验需要在一周前开始做)：将：将5颗洁净无锈的颗洁净无锈的铁钉分别放入以下铁钉分别放入以下5支试管中支试管中A盛有经煮沸迅速冷却的蒸馏水，铁钉被浸没，盛有经煮沸迅速冷却的蒸馏水，铁钉被浸没，再加植物油再加植物油B盛干燥剂盛干燥剂CaCl2，试管口塞一团棉花，并塞上试管口塞一团棉花，并塞上塞子。塞子。C 加入蒸馏水，铁钉被浸没一半加入蒸馏水，铁钉被浸没一半D 盛盛NaCl溶液，铁钉被浸没一半。溶液，铁钉被浸没一半。E盛盛CH3COOH溶液，铁钉被浸没一半。溶液，铁钉被浸没一半。分时间段观察。分时间段观察。实验方案实验方案实验探究报告实验探究报告 实验方案实验方案现象记录现象记录结论结论试管试管A试管试管B试管试管C试管试管D试管试管E锈蚀由快到慢的顺序为：锈蚀由快到慢的顺序为：E、D、C、B 或或 A钢铁的两种环境下的腐蚀比较钢铁的两种环境下的腐蚀比较（1）（2）Fe2O3 nH2O（铁锈铁锈）通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。条条件件较强较强酸性酸性。中性中性 酸性很弱酸性很弱电电极极反反应应负极负极Fe(-)Fe-2e=Fe2+2Fe-4e=2Fe2+正极正极C(+)2H+2e=H2O2+2H2O+4e=4OH-总反应总反应:Fe+2H+=Fe2+H22Fe+2H2O+O2=2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3联联系系生成铁锈：生成铁锈：水膜呈水膜呈_水膜呈水膜呈_或或_ 自行车如何防生锈？自行车如何防生锈？是是在金属表面在金属表面镀上一层耐腐蚀的金属，如自镀上一层耐腐蚀的金属，如自行车的钢圈和车铃是在钢上行车的钢圈和车铃是在钢上镀镀上一层既耐腐上一层既耐腐蚀又耐磨的蚀又耐磨的Cr自行车的车把、自行车的车把、车辐条、钢圈车辐条、钢圈和车铃防锈措和车铃防锈措施是什么？施是什么？健身器材如何防锈？健身器材如何防锈？刷油漆刷油漆1、请根据以下的生活中的例子，总结金属防护常用、请根据以下的生活中的例子，总结金属防护常用的方法，并解释这些方法为什么可以达到防止金的方法，并解释这些方法为什么可以达到防止金属腐蚀的目的？属腐蚀的目的？P57思考与交流思考与交流衣架和电线如何防锈？衣架和电线如何防锈？外面包上一层塑料层外面包上一层塑料层某些工具的某些工具的“机械传动部位机械传动部位”，能用，能用油漆来防锈吗？油漆来防锈吗？不能用油漆来防锈，而是选用油脂不能用油漆来防锈，而是选用油脂应选用什么呢？应选用什么呢？