金属腐蚀与防护课件 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1.pptx

第四章化学反应与电能第三节金属的腐蚀与防护4.3金属的腐蚀与防护1.了解金属腐蚀的现象及危害。2.知道金属腐蚀的类型和本质及金属发生电化学腐蚀的条件，能解释金属发生电化学腐蚀的原因。3.掌握防止金属腐蚀的措施及原理。学习目标1、金属制品的出现，极大的改善了人类的生活生产，但是再日常生活中，我们发现金属很容易被腐蚀，请同学们举例日常生活中金属腐蚀的现象思考窗外芭蕉惹骤雨门环惹铜绿外形、色泽、机械性能发生变化;影响机器、仪表设备精度和灵敏度，以至报废;桥梁、建筑物强度降低而坍塌;地下金属管道泄漏;轮船船体损坏;金属腐蚀还可能造成环境污染。2、金属腐蚀有哪些危害?思考金属腐蚀我国作为世界上钢铁产量最多的国家（2005年全国生产钢材37117.02万吨），每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年产量的十分之一，因金属腐蚀而造成的损失占到国内生产总值的2%4%；（中国统计局：2016年我国国内生产总值达158526亿元）。另据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的总和，在这里还不包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。阅读3、面对这样惊人的数据和金属腐蚀危害的事实，同学们有没有想过，金属是如何被腐蚀的以及怎样防止金属被腐蚀?思考一、金属的腐蚀1、概念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、本质金属本身失去电子变成阳离子的过程(发生氧化反应)，Mne=Mn金属阳离子失e-金属原子3、金属腐蚀的类型根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类(1)化学腐蚀特点：腐蚀过程没有电流产生，腐蚀的速率随温度升高而加快，如：钢铁在高温下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的一层氧化物概念：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀，如：铁与氯气直接反应而腐蚀，输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀等实质：金属和非电解质或其它物质相接触直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀(2)电化学腐蚀特点：电化学腐蚀过程有微弱电流产生概念：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀实质：发生原电池反应(3)化学腐蚀与电化学腐蚀的比较类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与干燥气体(如：O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如：石油)等接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化影响因素与接触物质的氧化性及温度有关与电解质溶液的酸碱性及金属活性有关联系金属腐蚀过程中，电化学腐蚀和化学腐蚀同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀，且比化学腐蚀的速率大得多4、钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，若在潮湿的环境里或湿度较大的环境里长期放置，常易生锈变红，原因是什么?思考装置中导管内水柱为什么会上升?4、钢铁的电化学腐蚀(1)析氢腐蚀(腐蚀过程中不断析出氢气)条件水膜酸性较强电极材料及反应负极(Fe)正极(碳)总反应Fe-2e-=Fe2+2H+2e-=H2Fe+2H+=Fe2+H2总结：金属表面水膜溶解大气中的酸性气体，使水膜中含有一定量的H+，使溶液呈一定酸性发生的电化腐蚀叫析氢腐蚀(2)吸氧腐蚀(反应过程吸收氧气)条件水膜酸性很弱或呈中性电极材料及反应负极(Fe)正极(碳)总反应Fe-2e-=Fe2+O2+2H2O+4e-=4OH-2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2总结：金属表面吸附的水膜呈中性或酸性很弱条件下，溶有一定量氧气发生的电化腐蚀叫吸氧腐蚀。装置中进一步反应：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3xH2O+(3-x)H2O钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较Fe2O3nH2O（铁锈）通常两种腐蚀同时存在，但吸氧腐蚀更普遍。析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜呈酸性(酸性较强)水膜呈中性或酸性很弱或碱性电极反应负极Fe(-)Fe-2e-=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+正极C(+)2H+2e-=H2O2+2H2O+4e-=4OH-总反应:Fe+2H+=Fe2+H22Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3联系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，金属活动顺序表中氢后的金属不能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀金属活动顺序表中氢之前、镁之后金属的电化学腐蚀与钢铁的电化学腐蚀相似【几点强调】1、钢铁锈蚀过程中可能发生的变化是()Fe由单质转化为+2价；Fe由+2价转化为+3价；产生氢气；产生氧气；杂质C被氧化除去；Fe(OH)3失水变成Fe2O33H2O.A.B.C.只有D.全部A【练一练】【实验4-3】(1)将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡.放入图所示的具支试管中几分钟后,观察导管中水柱的变化,解释引起这种变化的原因。(2）取两支试管,分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸,观察现象。然后,向其中一支试管中滴加12滴硫酸铜溶液,再观察现象。解释产生不同现象的原因。5、实验探究实验过程将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入下图所示的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化，并解释引起这种变化的原因示意图实验现象导管中液面上升实验解释装置中铁、碳和饱和食盐水(中性溶液)构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀实验过程取两支试管，分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸，观察现象。然后，向其中一支试管中滴加12滴硫酸铜溶液，再观察现象，并解释引起这种变化的原因示意图实验现象开始时试管中均有无色气体产生，滴加硫酸铜溶液后产生气体的速率明显加快实验解释Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，发生形成电化学腐蚀，析氢腐蚀，速率更快【注意】电化学腐蚀中吸氧腐蚀更为普遍;电化学腐蚀速率比化学腐蚀大得多;通常两种腐蚀同时存在，但电化学腐蚀更普遍。2、右图装置中,u型管内为红墨水，a,b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，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-2eFe2+D.a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀B【练一练】5.灶台上炒菜的铁锅放置后什么位置容易生锈，为什么？炒菜的铁锅有残存的氯化钠，放置后水滴容易聚集到锅底，与水接触的界面构成吸氧腐蚀，形成铁锈。6.用于连接铜板的铁螺丝容易生锈。是由于铁与铜吸收空气中的水蒸汽形成水膜构成了原电池，较活泼的铁作原电池的负极，因此铁易被腐蚀而生锈。思考7、请根据生活常识以及下图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属腐蚀的目的。思考健身器材刷油漆以防锈衣架和电线的外面包上一层塑料层某些工具用油脂来防锈二、金属的防护金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑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(增强体质)如：把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢产品；钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性能且具有良好的生物相容性2在金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖致密的保护层(穿外衣)，将金属制品与周围物质隔开(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不易被腐蚀的金属，如：锌、锡、铬、镍等(3)工业上常利用一些溶液的氧化作用(发蓝处理)，在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜(4)利用阳极氧化处理铝制品的表面，使之形成致密的氧化膜而钝化(5)采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面可以形成稳定的钝化膜3电化学防护法金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极(阳极)的金属被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为阴极，就不易被腐蚀(1)牺牲阳极的阴极保护法原理利用原电池原理，让被保护金属做正极，一种活泼性较强的金属做负极，用导线相连要求被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极应用锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块必须定期更换用牺牲锌块的方法来保护船身，锌块必须定期更换锌块【实验4-4】（1）以Fe作保护电极，Zn作辅助电极，以经过酸化的3%NaCl溶液作电解质溶液，观察电流表指针的变化，以及烧杯中两个电极附近发生的现象。过一段时间，用胶头滴管从Fe电极区域取少量溶液于试管中，再向试管中滴加2滴K3Fe(CN)6(铁氰化钾)溶液，观察试管中颜色的变化。(已知：Fe2与Fe(CN)63反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀：3Fe22Fe(CN)63=Fe3Fe(CN)62)实验探究实验装置电流表阳极阴极现象有关反应2H2e=H2Zn-2e-=Zn2偏转锌片逐渐溶解铁电极上有气泡冒出试管中滴入2滴K3Fe(CN)6(铁氰化钾)溶液，无蓝色沉淀生成结论：溶液中不含Fe2，铁作正极被保护未被腐蚀【实验4-4】(2)将1g琼脂加入250mL烧杯中，再加入50mL饱和食盐水和150mL水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。稍冷后，趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中，各滴入56滴酚酞溶液和K3Fe(CN)6溶液，混合均匀。取两个23cm的铁钉，用砂纸擦光。如图(a)所示，将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养皿中；如图(b)所示，将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中，观察并解释实验现象实验探究实验现象：裹有锌片的铁钉，锌片逐渐溶解，铁钉附近溶液变红色,铁钉未被腐蚀；实验结论：锌作负极，发生反应：Zn-2e-=Zn2+；铁作正极，发生反应：O2+2H2O+4e-=4OH-铁作正极，不反应，被保护实验现象：裹有铜丝的铁钉，铁钉逐渐溶解被腐蚀，铁钉附近溶液中产生蓝色固体；实验结论：铁作负极，发生反应：Fe-2e-=Fe2+；铜作正极，发生反应：O2+2H2O+4e-=4OH-Fe2+与Fe(CN)63反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀铁作负极，发生氧化反应，被腐蚀4、相同材质的铁在图中四种情况下最不易被腐蚀的是()C【练一练】5、表面镀有保护金属层的铁片，当镀层有破损时比普通铁片更易腐蚀的是()A.白铁（镀锌铁）B.马口铁（镀锡铁）C.镀镍铁D.镀铜铁6、下列不能用于金属防腐处理的是（）A.涂油B.改变金属内部结构C.镀上一层耐腐蚀的金属D.在海轮的船体上镶铜块D【练一练】D(2)外加电流的阴极保护法原理利用电解池原理，把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者均放在电解质溶液里，接外加直流电源。通电后，调整外加电压，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零。在这个系统中，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护要求被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连应用钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极(3)两种保护方法的比较：外加电流法保护效果大于牺牲阳极法(4)不同条件下金属腐蚀快慢的判断(1)同一金属在相同电解质溶液中，金属腐蚀的快慢：电解原理引起的腐蚀(即电解池的阳极)原电池原理引起的腐蚀(即原电池的负极)化学腐蚀有防腐措施的腐蚀(即电解池的阴极,原电池的正极或加有镀层的金属等)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)同一金属在不同电解质溶液中，金属腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液【注意】原电池正极、电解池阴极受到保护。防腐措施由好到坏的顺序如下：外接电源的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法有一般防腐条件保护无防腐条件(3)同一金属在相同电解质溶液中:电解质浓度越大，腐蚀越快(4)活动性不同的两种金属:活动性越强，腐蚀得越快(5)对于不同氧化剂来说:氧化性越强，金属腐蚀越快。(6)与环境温度有关:温度越高，金属腐蚀速度越快。7、下列各情况下，其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是。(5)(2)(1)(3)(4)【练一练】8、下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是(4)(2)(1)(3)【练一练】9、用“短线”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)牺牲阳极阴极保护法B电线外面包塑料法(3)外加电源的阴极保护法C普通钢制镍铬钢(4)改变内部结构D轮船外壳装上锌块答案：(1)B(2)D(3)A(4)C【练一练】