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4-4 金屬的電化學腐蝕與防護 教學目標 1．了解金屬腐蝕的種類，探究金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因 2．掌握化學腐蝕和電化學腐蝕的區(qū)別。 3．認識金屬腐蝕的危害及防腐措施，感受化學對人類生產(chǎn)和生活的影響。 4.進一步學會對比、比較認識事物的科學方法和假設驗證探究的思維方式，辯證的認識外因條件對化學變化的影響。 教學重點： 吸氧腐蝕、析氫腐蝕的原理 教學難點： 吸氧腐蝕、析氫腐蝕的原理 教學過程： 【投影】常見的金屬腐蝕現(xiàn)象： 【導課】金屬腐蝕的現(xiàn)象非常普遍，像金屬制成的日用品、生產(chǎn)工具、機器部件、海輪的船殼等，如保養(yǎng)不好，都會腐蝕，從而造成大量金屬的損耗。至于因設備腐蝕損壞而引起停工減產(chǎn)、產(chǎn)品質量下降、污染環(huán)境、危害人體健康，甚至造成嚴重事故的損失，那就更無法估計了。因此，了解金屬腐蝕的原因，掌握防護的方法，是具有十分重要的意義的。 【板書】 第二節(jié) 金屬的腐蝕與防護 一、金屬腐蝕 【閱讀】回答什么是金屬腐蝕？ 【板書】金屬腐蝕：金屬（或合金）跟周圍接觸到的氣體（或液體）反應而腐蝕損耗的過程。 【講述】 金屬的化學腐蝕：金屬跟接觸到的物質直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。 例如：鐵在高溫下與氧氣直接化合而被腐蝕，在工業(yè)生產(chǎn)中氯氣跟鐵或與其他金屬化合使金屬銹蝕。特點：反應簡單、金屬與氧化劑之間的氧化還原反應。 【板書】1、 化學腐蝕：金屬跟接觸到的物質直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。特點：反應簡單、金屬與氧化劑之間的氧化還原反應。 【講述】溫度對化學腐蝕的影響： 【科學探究】不同條件下鐵釘?shù)匿P蝕 注意：①光亮鐵釘浸沒在菜油之中；②光亮鐵釘半浸半露在菜油中；③光亮鐵釘完全浸沒在食鹽水中；④光亮鐵釘完全浸沒在酸性溶液中或堿性溶液中。學生分別觀察并寫出報告以培養(yǎng)學生的觀察與描述能力。教師不但要給學生出題目，還要發(fā)揮點撥作用，提出注意點：①觀察的一周中不要振蕩試管，否則會破壞生銹的界面；②把各人設置的具體條件和的狀況詳盡記錄在案，以利分析和歸納，寫出高質量的家庭探究報告。 實驗方案 記錄 結論 【總結】鐵釘生銹的條件：鐵釘含雜質、與電解質溶液接觸。 【思考】絕大多數(shù)鋼鐵生銹是否是化學腐蝕？為什么？ 【板書】2、電化學腐蝕 【講解】由于金屬和液態(tài)介質(常為水溶液)構成微小的原電池而發(fā)生金屬腐蝕的過程.電化學腐蝕是金屬腐蝕的主要形式.例如:鋼鐵在潮濕的空氣中生銹就是電化學腐蝕造成的. 【板書】 電化學腐蝕 ：不純的金屬或合金與電解質溶液接觸，會發(fā)生原電池反應，比較活潑的金屬失電子被氧化的腐蝕。 【共同分析】形成原電池的原因。 【板書】 【投影】鋼鐵的吸氧腐蝕與析氫腐蝕： 【講解】 吸氧腐蝕與析氫腐蝕：發(fā)生條件、正負極反應、總反應。 【板書】 分類 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條件 水膜酸性較強（弱酸） 水膜酸性較弱或呈中性 負極反應 Fe –2e === Fe2+ 2Fe –4e === 2 Fe2+ 正極反應 2H+ + 2e === H2 2H2O + O2 + 4e－ == 4OH- 總反應 Fe + 2H+ == Fe2+ + H2 2Fe + 2H2O + O2 == 2Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2= 4Fe(OH)3 Fe2O3.xH2O 次要 主要 【歸納與交流】化學腐蝕與電化腐蝕的對比。 【板書】3、化學腐蝕與電化腐蝕的對比 （1）本質：金屬原子失電子而被氧化 M – ne == Mn+ (2) （3） 相互關系：往往同時發(fā)生，電化腐蝕要比化學腐蝕普遍得多。 【小結】略 【課堂練習】 1．把a、b、c、d4塊金屬片浸入稀硫酸中，用導線兩兩相連可以組成幾個原電池。若a、b相連時a為負極；c、d相連時電流由d到c；a、c相連時c極上產(chǎn)生大量氣泡；b、d相連時b上有大量氣泡產(chǎn)生；則四種金屬的活動性順序由強到弱為： .(a>c>d>b) 2．燒過菜的鐵鍋未及時洗去含有NaCl的殘液，過一段時間便出現(xiàn)紅棕色的鐵銹斑點，已知該銹斑為Fe(OH)3失水的產(chǎn)物。表示Fe(OH)3生成的電極反應式、離子方程式和化學方程式分別為；（1）負極 ， 正極 ；（2） ；（3） 。（Fe-2e=Fe2+ ,2H2O+O2+4e=4OH-,） (Fe2++2OH-=Fe(OH)2；4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3) 3.有人設計以Pt和Zn為電極材料，埋入人體內(nèi)作為某種心臟病人的心臟起搏器的能源。它依靠人體內(nèi)血液種含有一定濃度的溶解氧、H+和Zn2+進行工作。它的兩極電極反應式分別為： 。（正極：Zn-2e=Zn2+ ,負極：2H2O+O2+4e=4OH-,） 【過渡】金屬被腐蝕后，在外形、色澤以及機械性能等方面都將發(fā)生變化，會使機器設備、儀器、儀表的精密度和靈敏度降低，影響使用以至報廢，甚至發(fā)生嚴重事故。每年由于鋼鐵生銹會使我國損失大約100～150億元。在英國，每90秒鐘就有1噸鋼被銹蝕掉。因此防止金屬腐蝕有很重要的意義。 【板書】二、金屬的防護 【思考與交流】討論自行車不同構件的防銹措施： 【復習】電化學腐蝕的實質，寫出兩極反應方程式（析氫和吸氧）。 【思考】影響金屬腐蝕的因素有那些？（閱讀P56 最后一自然段） 【練習】 1、影響金屬腐蝕的因素有＿＿和＿＿兩個，就金屬本身來說金屬越＿＿，金屬越易被 腐蝕，金屬中含雜質越＿＿，金屬越易被腐蝕；介質對金屬腐蝕影響也很大，如果金屬在＿＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿，金屬越易被腐蝕。 【思考】海水中的金屬為何容易被腐蝕？（提示：電解質溶液） 【討論】要想減少或避免電化學腐蝕，我們應該采取什么措施？ ① 對金屬做必要的精煉，以減少其中能導電的不活潑雜質。 ② 對機器、儀表及時保養(yǎng)，減少金屬與腐蝕性氣體、電解質溶液、潮濕氣體的接觸。 ③ 根據(jù)用途不同采取不同的方法使金屬與造成發(fā)生的介質隔離，如涂油脂、噴漆、鍍層、表面鈍化等。 ④ 選用適宜的金屬或非金屬制成耐腐蝕的合金，如煉制不銹鋼、耐酸鋼等。 ⑤ 采用電化學防護方法，如在鋼鐵的船體上焊接上較活潑的金屬鋅。 【投影】常見金屬防腐蝕方法： 【板書】1、物理方法 【講述】以上投影中方法都是物理方法。剛才同學們回答時已提到電化學防護方法。 【投影】兩種電化學防護方法 【講述】金屬腐蝕本質就是金屬失電子而被氧化的過程。金屬越活潑，金屬越易被腐蝕。因此在金屬鐵上連接一塊比它更活潑的金屬，發(fā)生原電池反應時，失電子的為活潑的金屬，而鐵被保護。 【探究活動1】 決策——采用哪種防銹方法 1鍍鋁后涂漆 2鍍鋅后涂漆 3鍍鎘后涂漆 4鍍鉻 5鍍錫 6噴砂清理后涂漆 7一般清理后涂漆 8在銹上涂漆 上圖對不同防銹方法的效果進行了比較，同時也粗略給出了這些方法的成本。 【問題】采用哪種方法來保護鐵不生銹，仔細考慮成本與效果。 （1）房子上的鑄鐵檐槽（2）海邊碼頭上的鋼軌（3）鐵的徽章（4）放電熨斗的支架（5）鋼刀片（6）鐵鑰匙（7）兒童游戲場中秋千的鋼架 1至7中，要求針對所給出的不同情況，去決定應分別采用哪種防銹方法。這項工作最好在小組中進行。有一些做決定時應考慮的因素： ●物品需要保存多長時間?很明顯，如果物品只需保存很短的時間，就沒有必要去考慮給它一個長久的保護。 ● 物品將用在哪里?如果物品主要用于室外，它就需要較好地進行保護。 ● 物品是干什么用的?物品用途不同，保護方法也不同。例如，物品要接受高溫，就不能用油漆進行保護。 ● 物品外觀重要嗎?某些保護方法也是為了裝飾外觀用的。例如，鍍鉻。 【探究活動2】決策——怎樣保護通向學校的小橋 假設你為地方政府的架橋部門工作，你要在一條河上修一座供人行走的小橋，有了這座橋，孩子們就可以從住宅區(qū)通過小河到學校上學了。這座橋要用鐵建造，你要決定采用什么樣的保護方法來防止它生銹．這座橋需要保存16年，因為16年后學校就要搬到另一個新的地方。 有四種防銹措施供選擇： 選擇1 不防銹，不采取防銹措施的橋，10年后必須進行更換，否則會由于銹蝕而發(fā)生危險。 選擇2 在對橋進行一般性清理后，涂上油漆．這種保護措施需要每3年重新進行一次。 選擇3 用噴砂清理法對橋清理后，涂上油漆。這種保護措施需要每6年重新進行一次。 選擇4 將橋噴砂清理后，鍍上鋅再涂上漆。這種保護措施能使橋保存18年。 下面給出了以上四種選擇的成本。 表： 四種選擇的成本 【問題】 （1）計算每個選擇從橋建造開始，16年所花的費用（包括建造費和維修保護費）（ 2）采用哪個選擇？ 【討論】 1．只有鋼鐵才能生銹，很多其他的金屬，如鋁和銅，幾乎完全不發(fā)生銹蝕．可是為什么我們用鋼鐵比用其他金屬多呢? 2．假如有人發(fā)明了一種又便宜、又簡單的方法，使銹永遠不可能發(fā)生．顯然這一發(fā) 明會帶來很大的益處，你認為它也可能帶來壞處嗎? 3．汽車排氣系統(tǒng)受銹的影響很嚴重。一輛車，由普通鋼制造的排氣系統(tǒng)價值960元，由于生銹的原因，它使用大約2年就需要更換。對同一輛車，如果買一個由不銹鋼制造的排氣系統(tǒng)，受銹的影響就會減少，并且可以使用6年，不銹鋼排氣系統(tǒng)價值1900元。 從長遠考慮，是普通鋼排氣系統(tǒng)便宜，還是不銹鋼排氣系統(tǒng)便宜?解釋你的回答。 4．在英國才有不到10％的汽車擁有者購買不銹鋼排氣系統(tǒng)。請你評論一下這個事實。 【課堂練習】 1．解釋下列現(xiàn)象并寫出有關原電池的電極反應： （1）馬口鐵（鍍Sn鐵皮）做的罐頭，打開后為什么極易生銹？ （2）自來水管（鍍Zn鐵管）和白鐵皮做的提桶，為什么不易生銹？ （3）輪船船殼的水線以下部分，為什么要裝上一定數(shù)量Zn塊？ 2．橋梁上鋼結構接頭處須用鉚釘連結，以下三種鉚釘，選用何種為好？ （1）鋁鉚釘 （2）銅鉚釘 （3）鋼鉚釘 3．下列各燒杯中盛有海水，依次插入： （1）Fe片；（2）Cu、Fe導線相連；（3）Sn、Fe導線相連；（4）Zn、Fe導線相連；（5）Al、Fe導線相連；鐵在其中被腐蝕時由快到慢的順序是：＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 參考答案：1、略2、（3）3、（2）＞（3）＞（1）＞（4）＞（5） 板書設計： 第二節(jié) 金屬的腐蝕與防護 一、金屬腐蝕 金屬（或合金）跟周圍接觸到的氣體（或液體）反應而腐蝕損耗的過程。 1、 化學腐蝕：金屬跟接觸到的物質直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。特點：反應簡單、金屬與氧化劑之間的氧化還原反應。 2、電化學腐蝕 不純的金屬或合金與電解質溶液接觸，會發(fā)生原電池反應，比較活潑的金屬失電子被氧化的腐蝕。 分類 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條件 水膜酸性較強（弱酸） 水膜酸性較弱或呈中性 負極反應 Fe –2e === Fe2+ 2Fe –4e === 2 Fe2+ 正極反應 2H+ + 2e === H2 2H2O + O2 + 4e－ == 4OH－ 總反應 Fe + 2H+ == Fe2+ + H2 2Fe + 2H2O + O2 == 2Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2= 4Fe(OH)3 Fe2O3.xH2O 次要 主要 3、化學腐蝕與電化腐蝕的對比 （1）本質：金屬原子失電子而被氧化 M – ne == Mn+ （3） 二、金屬的防護 1、物理方法 2、電化學法