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2019-2020年高中化學《金屬的電化學腐蝕與防護》教學案7 新人教版選修4 課題：金屬的電化學腐蝕與防護 [知識與技能]：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。 [過程與方法]：通過學習增強保護環(huán)境的意識，節(jié)約意識。 [教學重難點]：吸氧腐蝕、析氫腐蝕的原理 [教學過程]： [指導閱讀]：閱讀教材P84的第一、二段內(nèi)容，體會金屬的腐蝕的危害。 [引入課題]： “金屬的腐蝕與防護”始終是一個世界性的異常棘手的科技難題。 在發(fā)達國家每年由于金屬腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失約占全年國民生產(chǎn)總值的2%～4%，遠遠超過各種自然災害造成損失的總和，面對這樣驚人的數(shù)據(jù)和金屬腐蝕危害事實，大家有沒有想過，鐵怎么會被腐蝕？怎樣防腐？本節(jié)課我們來學習有關金屬的電化學腐蝕與防護的知識。 [板 書]：第四節(jié) 金屬的電化學腐蝕與防護 [指導閱讀]：引導學生閱讀P84—85金屬的電化學腐蝕內(nèi)容，回答下列問題。 1、什么是金屬腐蝕？其本質(zhì)是什么? 2、金屬腐蝕有哪些種類？化學腐蝕和哪些因素有關？ 3、什么是電化學腐蝕？ [歸納整理]： 一、金屬的電化學腐蝕 （一）、金屬腐蝕： 1、定義：是指金屬或合金跟接觸的氣體或液體發(fā)生氧化還原反應而腐蝕損耗的過程。 2、本質(zhì)：M – ne- → Mn+（氧化反應） 3、類型：化學腐蝕——直接反應 電化學腐蝕——原電池反應 （二）、化學腐蝕 1、定義： 金屬與接觸到的干燥氣體（如 、 、 等）或非電解質(zhì)液體（如 ）等直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。如：鋼管被原油中的 腐蝕， 2、影響因素：與接觸物質(zhì)的氧化性有關和溫度越高，化學腐蝕越 。 （三）、電化學腐蝕： 1、定義：不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時。會發(fā)生 反應 的金屬失去電子而被 。如 在潮濕的空氣中生銹。 [過 渡]： 鋼鐵及其制品通常為含碳的鐵合金，若在潮濕的環(huán)境里或濕度較大的環(huán)境里長期放置，常易生銹變紅，是什么原因？下面我們就來討論鋼鐵在潮濕的空氣中生銹的原因？ [實驗探究]：P85將經(jīng)過酸洗除銹的鐵釘，用飽和食鹽水浸泡一下，放入下圖具支試管中，觀察導管中水柱變化，并思考引起變化的原因？吸氧腐蝕 [板 書]：2、類型： ⑴ 、吸氧腐蝕：中性或酸性很弱或堿性條件下，易發(fā)生 腐蝕。 負極：2Fe - 4e- = 2Fe2+ 正極：O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- 電池反應：2Fe+ O2 +2 H2O =2Fe(OH)2 進一步反應：4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O = 4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O+(3-x) H2O ⑵、析氫腐蝕：當鋼鐵處于酸性環(huán)境中 負極：Fe - 2e- = Fe2+ 正極：2H+ + 2e- =H2↑ 電池反應：Fe + 2H+ =Fe2+ + H2↑ ⑶、析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條 件 水膜呈 水膜呈 電極 反應 負極（Fe極） 正極（C極） 總反應 聯(lián)系 3、化學腐蝕與電化學腐蝕的比較： 電化腐蝕 化學腐蝕 條件 不純金屬或合金與 接觸 與 直接接觸 有無電流 有微弱電流產(chǎn)生 無電流產(chǎn)生 本質(zhì) 較活潑的金屬被氧化 金屬被氧化 聯(lián)系 兩種腐蝕往往 發(fā)生，但 腐蝕更普遍，速度快，危害更重。 [典型例題]：例1、如圖, 水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察： ⑴、若液面上升，則溶液呈 性， 發(fā)生 腐蝕，電極反應式為：負極： 正極： ⑵、若液面下降，則溶液呈 性，發(fā)生 腐蝕， 電極反應式為：負極： 正極： 例2、鋼鐵在銹蝕過程中，下列5種變化可能發(fā)生的是 （ C. ） ①、 Fe由+2價轉(zhuǎn)化為+3價 ②、O2被還原 ③、產(chǎn)生H2 ②、 ④、Fe(OH)3失水形成Fe2O3H2O ⑤、雜質(zhì)碳被氧化除去 A. ①② B. ③④ C. ①②③④ D. ①②③④⑤ [過 渡]：請大家根據(jù)鐵生銹的原因，我們可以采取哪些措施防止鐵生銹？ [板 書]：二、金屬的電化學防護 1、犧牲陽極的陰極保護法 ⑴、原理：形成原電池反應時，讓被保護金屬做 極，不反應，起到保護作用；而活潑金屬反應受到腐蝕。 ⑵、裝置圖： [科學探究]：驗證犧牲陽極的陰極保護法 [板 書]：2、外加電流陰極保護法： ⑴、原理：將被保護金屬與另一附加電極作為電解池的兩個極，使被保護的金屬作為 極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護。此法主要用于防止土壤、海水及水中金屬設備的腐蝕。 ⑵、裝置圖： 輔助陽極 [過 渡]：除此以外還有哪些防護方法？ [歸納小結(jié)]：3、改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（鋼→不銹鋼，在鋼中加入鎳和鉻）。 4、覆蓋保護膜（涂油漆，電鍍，鈍化等）。 5、金屬被保護的效果比較： 電解池的陰極保護得最好 > 原電池的正極 > 一般保護 [典型例題]：例3、為了防止鋼鐵銹蝕，下列防護方法中正確的是 （ CD ） A. 在精密機床的鐵床上安裝銅螺釘 B. 在排放海水的鋼鐵閥門上用導線連接一塊石墨，一同浸入海水中 C. 在海輪舷上用鐵絲系住鋅板浸在海水里 D. 在地下輸油的鑄鐵管上接直流電源的負極 例4、下列事實不能用電化學理論解釋的是 （ B ） A.輪船水線以下的船殼上裝一定數(shù)量的鋅塊 B.鋁片不用特殊方法保存 C.純鋅與稀硫酸反應時，滴入少量硫酸銅溶液后速率加快 D.鍍鋅的鐵比鍍錫的鐵耐用 [解 析]：A選項是通過構(gòu)成Zn—Fe原電池，在船殼上加Zn塊構(gòu)成原電池負極，從而保護船體不被腐蝕。B選項是靠氧化膜保護鋁。C選項Zn＋Cu2+====Cu＋Zn2+，生成的Cu與Zn在溶液中構(gòu)成原電池加快反應的速率。D選項中Zn—Fe原電池Zn為負極，而Fe—Sn原電池中Fe為負極，故前者Zn被氧化保護了鐵。答案：B [問題探究]：探究一：鍍鋅鐵皮和鍍錫鐵皮哪個更易被腐蝕？為什么？ 探究二：純鋅和粗鋅哪個更易和酸反應？如向酸中再加硫酸銅又會什么現(xiàn)象？ [板 書]：三、影響金屬腐蝕快慢比較 [典型例題]：例5、下列各情況，在其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是 52134 [結(jié) 論]：1、原電池正極、電解池陰極受到保護 2、在同一電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下： 電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞防腐措施的腐蝕 [變式訓練]：1、下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時間后腐蝕速率由慢到快的順序是（4）（2）（1）（3） 2、埋在地下的鑄鐵輸油管道，在下列各種情況下被腐蝕的速度最慢的是（ C ） A. 在含鐵元素較多的酸性土壤中 B. 在潮濕疏松透氣的土壤中 C. 在干燥致密不透氣的土壤中 D. 含碳粒較多、潮濕透氣的中性土壤中 江蘇省五汛中學高二選修化學課課練(33) 教師版 課題：金屬的電化學腐蝕與防護 主備人:王洋先 日期:2009-04-29 1．下列敘述中正確的是 （B ） ①鋅跟稀硫酸制取氫氣，加入少量硫酸銅溶液能加快反應速率 ②鍍層破壞后，白鐵（鍍鋅的鐵）比馬口鐵（鍍錫的鐵）更易腐蝕 ③鋼鐵表面常易銹蝕生成 Fe2O3 H2O A. 都正確 B. ①③ C. ① D. ②③ 2、下列事實不能用電化學原理解釋的是 （ A ） A.常溫條件下，在空氣中鋁不容易被腐蝕 B.鍍鋅鐵片比鍍錫鐵片更耐腐蝕 C.用鋅與硫酸制氫氣時，往硫酸中滴少量硫酸銅 D.遠洋海輪的尾部裝上一定數(shù)量的鋅板 3、X、Y、Z、M代表四種金屬，金屬X和Z用導線連接放入稀硫酸中時，X溶解，Z極上有氫氣放出；若電解Y2+離子和Z2+離子共存的溶液時，Y先析出；又知M2+離子的氧化性強于Y2+離子。則這四種金屬的活動性由強到弱的順序為 （ A ） A. X>Z>Y>M B. X>Y>Z>M C. M>Z>X>Y D. X>Z>M>Y 4、以下現(xiàn)象與電化學腐蝕無關的是 （ D ） A. 黃銅（銅鋅合金）制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠 B. 生鐵比軟鐵芯（純鐵）容易生銹 C. 鐵制器件附有銅制配件，在接觸處易生鐵銹 D. 銀制獎牌久置后表面變暗 5、白鐵皮（鍍鋅）發(fā)生析氫腐蝕時，若有0.2mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，下列說法正確的是（AD ） A. 有6.5g鋅被腐蝕 B. 在標準狀況下有22.4L氫氣放出 C. 有2.8g鐵被腐蝕 D. 在標準狀況下有2.24L氣體放出 6、最近，科學家冶煉出純度高達99.999 ％的鐵，你估計它具有性質(zhì)是 （ AB ） A．硬度比生鐵小 B．在冷、濃H2SO4中可以鈍化 C．在潮濕的空氣中放置比生鐵易生銹 D．當它與生鐵的粉碎粒度相同時，與4mol/L鹽酸反應速率比生鐵大 7、近年來，科學家正在探索利用鋁粉作燃料的可能性，以期鋁能成為一種石油的取代物。假如鋁作為一種普遍使用的新型能源被開發(fā)利用，關于其有利因素的下列說法，你認為哪項是錯誤的 （ C ） A 鋁質(zhì)輕，便于運輸、貯存，且安全 B 鋁燃燒時放出的熱量大，且燃燒后新產(chǎn)物對環(huán)境的污染容易得到有效的控制 C 在地球上，鋁礦資源豐富 D 現(xiàn)代電解冶鋁的工業(yè)技術(shù)已為鋁作為新能源奠定了重要基礎 8、xx年3月，佳得利集團在法國拍賣會上拍賣在火燒圓明園時流失的國寶：銅鑄的牛首、猴首和虎首。普通銅器時間稍久容易出現(xiàn)銅綠，其主要成分：Cu2(OH)2CO3。這三件1760年銅鑄的國寶在240年后看上去仍然熠熠生輝不生銹，下列對其原因的分析，最可能的是 （ D ） A.它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金 B.環(huán)境污染日趨嚴重，它們的表面的銅綠被酸雨溶解洗去 C.銅的金屬活動性比氫小，因此不易被氧化 D.它們是含一定比例金、銀、錫、鋅的銅合金 9、由于Fe(OH)2極易被氧化，所以實驗室很難用亞鐵鹽溶液與燒堿溶液反應制得純凈的Fe(OH)2沉淀。若用下圖所示實驗方法則可制得純凈的Fe(OH)2沉淀，已知兩極材料分別是石墨和鐵。 （1）、a電極材料為 ，其電極反應式為 （2）、在純水、NaCl溶液：NaOH溶液與CuC12溶液中選擇電解液d，可以是 ，此時白色沉淀在電極上生成；也可以是 ，此時白色沉淀在兩極之間的溶液中生成。 （3）、液體c為苯，其作用是 ，在加入苯之前，對溶液進行加熱處理的目的是 （4) 、為了在較短時間內(nèi)看到白色沉淀，在① 改用稀硫酸作電解液、② 適當增大兩極間電壓、③ 適當縮小兩極板間距離、④ 適當降低電解液的溫度這四項措施中，可以采取的合理措施有 （填序號）。 （5）、若d改為硫酸鈉溶液，當電解一段時間看到白色沉淀后，再反接電源繼續(xù)電解，除了在電極上看到氣泡外，另一明顯現(xiàn)象是 解析：a極連接電源的正極，應為陽極，在陽極發(fā)生氧化反應。為獲得Fe2+，應用鐵作陽極，在此極上鐵原子失去電子變?yōu)镕e2+。若用NaOH溶液作電解液，則Fe2+立即與OH- 結(jié)合，在陽極上生成白色沉淀；若用NaCl溶液作電解液，則在陰極是H+ 得至電子產(chǎn)生H2，由于H+ 的濃度減少，OH- 的濃度相對增多，OH-離子向陽極移動，與在陽極生成而向陰極移動的Fe2+結(jié)合為白色沉淀。 由于Fe(OH)2極易被空氣中的O2所氧化，為防止此反應發(fā)生，在電解液上面覆蓋一層苯（汽油也可）以隔絕空氣。在加苯前，將溶液煮沸，驅(qū)趕溶解在水中的O2。 電解的速率與電壓成正比，與兩極間距離成反比；若加稀硫酸則沉淀溶解，若降低溫度則離子遷移速率減慢，均不利于沉淀生成，將電解液改為硫酸鈉溶液，在生成白色沉淀后，若反接電源，則陽極是石墨，為惰性陽極，結(jié)果與電解水相同，在陽極產(chǎn)生O2，將Fe(OH)2氧化為紅褐色Fe(OH)3。 答案：（1）鐵，F(xiàn)e一2e-＝Fe2+ 。 （2）NaOH；NaC1。 （3）隔絕空氣，防止Fe(OH)2被空氣氧化；趕走電解液中溶解的氧氣。 （4）②③， （5）白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變?yōu)榧t褐色。 10、鐵是自然界里分布最廣的金屬元素之一，在地殼中的質(zhì)量約占5%左右。鐵礦石的種類很多，重要的有磁鐵礦石（主要成分是Fe3O4）、赤鐵礦石（主要成分為Fe2O3）等。工業(yè)上用一氧化碳作還原劑煉鐵。鐵及其化合物是生活、生產(chǎn)中必須的元素之一。 （l）、寫出工業(yè)用赤鐵礦煉鐵的主要化學反應式：____________________________ (2)、紅熱的鐵能與水蒸氣起反應，有一種產(chǎn)物是可燃氣體，則其反應式為：_______________________________________________。在常溫下，鐵跟水不起反應。但是，在水和空氣里的氧氣及二氧化碳等的共同作用下，鐵很容易生銹而被腐蝕，每年因腐蝕而損失的鋼材占世界鋼材年產(chǎn)量的四分之一。刷油漆是重要的防腐蝕措施之一。油漆防腐蝕的主要原因是___________________________________。 (3) 、一種冬季用“熱敷袋”，內(nèi)盛還原鐵粉、碳粉及其它必要物質(zhì)，用力搓此袋，袋則發(fā)熱。請解釋可能的原因_________________________________________。 10、⑴ Fe2O3+3CO== 2Fe+3CO2 ⑵ 3Fe+ 4H2O= Fe3O4+ 4H2↑，油漆隔絕鐵與空氣接觸, 起保護層作用，以防發(fā)生電化腐蝕。 ⑶鐵作負極, 碳粉作正極, 發(fā)生吸氧腐蝕而放熱。 11、裝置如右圖：D是允許通過離子的鹽橋，E是48V穩(wěn)壓電源，R是可變電阻，K是開關，G是靈敏電流計，C1、C2是碳棒，A、B是燒杯。 已知AsO43－＋2I－＋2H+AsO33－＋I2＋H2O是可逆反應。若A中盛KI－I2溶液，B中盛Na3AsO4和Na3AO3溶液，則當K接1，并向B中滴加濃鹽酸時發(fā)現(xiàn)G中的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；改向B中滴加40％的NaOH溶液時，G中的指針則向反方向偏轉(zhuǎn)。 ①兩次操作過程中指針偏轉(zhuǎn)的原因是 ②指針偏轉(zhuǎn)方向相反的原因是 ③加鹽酸時C1上發(fā)生的反應是 ④加NaOH溶液時C1上發(fā)生的反應是 1．①化學能轉(zhuǎn)變成了電能，有電流通過； ②加鹽酸時平衡右移，加NaOH溶液時平衡左移，兩種情況下產(chǎn)生的電流的方向相反； ③2I－－2e→I2； ④AsO33－＋H2O－2e→AsO43－＋2H＋