第4節金屬的腐蝕與防護第1章【課程標準】1.了解金屬腐蝕的兩種類型(化學腐蝕和電化學腐蝕)。2.能解釋金屬發生電化學腐蝕的原因,認識金屬腐蝕的危害。3.掌握化學腐蝕與電化學腐蝕的比較。【素養目標】1.通過實驗,科學探究金屬腐蝕的本質及其原因,認識金屬腐蝕的主要類型,能正確書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應式。(科學探究與創新意識)2.認識金屬腐蝕產生的危害和影響,樹立防止金屬腐蝕的意識,熟知金屬腐蝕常用的防護方法。(科學態度與社會責任)課前自主學習學習任務一金屬腐蝕任務驅動:根據各國調查結果,一般說來,金屬腐蝕所造成的經濟損失大致為該國國民生產總值(GDP)的2%~4%左右。金屬腐蝕的主要害處,不僅在于金屬本身的損失,更嚴重的是金屬制品結構損壞所造成的損失,比金屬本身要大到無法估量,那么,什么是金屬的腐蝕呢?1.金屬腐蝕的含義和分類2.化學腐蝕和電化學腐蝕金屬腐蝕化學腐蝕電化學腐蝕定義金屬與接觸到的物質直接反應不純的金屬在潮濕的空氣或電解質溶液中發生原電池反應現象金屬被腐蝕較活潑金屬被腐蝕區別無電流產生有微弱電流產生實質與聯系(1)實質:都是金屬原子失去電子被氧化而損耗;(2)化學腐蝕與電化學腐蝕往往同時發生,但電化學腐蝕更普遍。3.鋼鐵的吸氧腐蝕和析氫腐蝕類別吸氧腐蝕析氫腐蝕條件__________________________正極反應____________________________________負極反應_______________生成鐵銹的反應Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓______________________________2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O水膜酸性不強水膜酸度較高O2+2H2O+4e-===4OH-4H++4e-===2H2↑2Fe-4e-===2Fe2+4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3【巧判斷】(1)金屬的腐蝕全都是氧化反應。 (

)提示:金屬腐蝕的本質是金屬失去電子變為金屬離子,故發生的為氧化反應。(2)金屬的腐蝕分為化學腐蝕和電化學腐蝕。 (

)提示:

由于與金屬接觸的物質不同,發生腐蝕的情況也不同,一般分為化學腐蝕和電化學腐蝕。(3)因為CO2普遍存在,所以鋼鐵的腐蝕以析氫腐蝕為主。

(

)提示:

雖然CO2普遍存在,但一般情況下,鋼鐵表面的水膜酸性很弱,或呈中性且溶有一定量的O2,故鋼鐵腐蝕以吸氧腐蝕為主。(4)不論吸氧腐蝕還是析氫腐蝕,都是金屬被腐蝕。 (

)(5)鋼鐵發生析氫腐蝕時負極反應為Fe-2e-===Fe2+,發生吸氧腐蝕時負極反應為Fe-3e-===Fe3+。

(

)提示:

金屬發生析氫腐蝕或吸氧腐蝕時,均是金屬被腐蝕,若金屬為鋼鐵制品,則負極均為Fe-2e-===Fe2+,故(4)正確,(5)錯誤。√√×√×學習任務二金屬腐蝕的防護任務驅動:金屬的腐蝕是自然界中最大的浪費,腐蝕造成的危害也非常巨大。那么,我們應采取什么措施來防止金屬的腐蝕呢?1.本質阻止金屬發生_____反應。2.金屬腐蝕防護的方法(1)改變金屬內部結構,如制成合金等。(2)加防護層,如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍等。(3)電化學防護法。氧化3.電化學防護法(1)犧牲陽極保護法。利用_______原理,將還原性較強的金屬與被保護金屬相連接,使被保護金屬成為_____。(2)陰極電保護法。利用_____原理,使被保護金屬與直流電源的負極相連使之成為_____。原電池正極電解陰極【情境·思考】如圖是一只搪瓷缸。請思考:(1)這只搪瓷缸采用了怎樣的防腐方法?(2)搪瓷層破損后是否仍能起到防止鐵生銹的作用?提示:采用的是涂保護層的方式進行防腐的,搪瓷層破損后鐵直接暴露在空氣中,易發生金屬腐蝕,因而搪瓷層不能對破損部分進行保護。學習任務三電化學腐蝕原理的應用任務驅動:我們在包裝食品中會發現有一個小的包裝袋,里面黑色的物質就是抗氧化劑。抗氧化劑的正確使用不僅可以延長食品的貯存期、貨架期,給生產者、消費者帶來良好的經濟效益,而且給消費者帶來更好的食品安全。那么,你知道抗氧化劑的原理嗎?1.鐵的腐蝕消耗空氣中的氧氣,利用這一反應原理可以快速測定出空氣中_____的含量。2.鐵的腐蝕反應消耗氧氣和水,以鐵粉為主要成分制成的雙吸劑放入食品包裝袋中,可以延長食品的保質期。3.鐵的腐蝕放熱,利用這一特點可以制成一次性_______供人使用。氧氣保暖貼4.利用微電解技術處理工業廢水:負極:________________正極:_____________________(堿性或中性條件)______________(酸性條件)新生成的電極產物具有很高的反應活性,能與廢水中的某些污染物發生氧化還原反應,從而達到除去污染物的目的。2Fe-4e-===2Fe2+

O2+4e-+2H2O===4OH-2H++2e-===H2↑【做一做】市場上出售的“熱敷袋”,其主要成分是鐵屑、炭粉、木屑與少量氯化鈉、水等。它在使用之前需使塑料袋與空氣隔絕。使用時開啟塑料袋上的小孔,輕輕揉搓就會發出熱量來。當使用完后還會發現有鐵銹(Fe2O3的結晶水合物)生成,依上述現象回答:(1)“熱敷袋”放出的熱量是利用鐵發生了

反應放出熱量。

(2)炭粉的主要作用是

。

(3)加入氯化鈉的作用是

。

(4)有關的電極反應式:正極

,

負極

。

課堂合作探究(1)裝置a中的導管水柱如何變化?說明什么問題?提示:裝置a中的導管中水柱上升,說明裝置a中有氣體參加反應。(2)裝置b中導管水柱如何變化?說明什么問題?提示:裝置b中的導管中水柱下降,說明裝置b中有氣體生成。(3)請根據現象,說明a、b兩個導管中分別發生什么類型的電化學腐蝕?提示:根據現象可知,a中發生的是吸氧腐蝕;b中發生的是析氫腐蝕。2.根據金屬腐蝕的實質及類型,思考中科院金屬研究所提供的一系列防腐蝕方案有哪些?提示:可以涂防護層、改變金屬的內部結構、電化學防護等。3.在橋基鋼管復合框的表面鍍鋁屬于金屬的電化學保護法嗎?提示:不是。

電鍍雖然是應用電解原理,但對金屬的防護來說,是在金屬的表面增加了保護層,屬于涂覆蓋層保護法,不屬于電化學保護法。方法犧牲陽極保護法陰極電保護法原理原電池原理電解原理