1.了解金屬腐蝕的原因,能結(jié)合生活及實驗探究理解電化學(xué)腐蝕的原理,正確書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應(yīng)式。
2.掌握金屬防護(hù)的方法,能夠利用電化學(xué)知識進(jìn)行金屬的防護(hù)。
二、教學(xué)重難點
重點:1.電化學(xué)腐蝕的原理;
2.書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應(yīng)式。
難點:書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應(yīng)式。
三、教學(xué)方法
探究法、總結(jié)歸納法、分組討論法等
四、教學(xué)過程
【導(dǎo)入】金屬腐蝕的秘密視頻
【講解】金屬腐蝕是指金屬或合金與周圍環(huán)境中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的現(xiàn)象。
實質(zhì):金屬原子失電子被氧化,表示為:M-ne-=Mn+
影響: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(shè)備、儀器、儀表的精密度和靈敏度降低,影響使用以致報廢。
【展示】化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕圖片
【問】請比較下列現(xiàn)象的異同
【生】相同點: 鐵均被腐蝕。
不同點: 第一個裝置中,鐵和酸直接反應(yīng)放氫氣。
第二個裝置中,F(xiàn)e-C形成原電池,F(xiàn)e做負(fù)極被腐蝕。
化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕
鋼鐵的電化學(xué)腐蝕
【講解】注意:
金屬活動性順序表中氫前面的金屬,在酸性較強的電解質(zhì)溶液中發(fā)生析氫腐蝕,在中性或酸性較弱的電解質(zhì)溶液中發(fā)生吸氧腐蝕;
金屬活動性順序在氫后面的金屬只可能發(fā)生吸氧腐蝕。
鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕或吸氧腐蝕時,負(fù)極都是鐵,失電子生成Fe2+,而非Fe3+。
【強化鞏固】
將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤后,置于如圖所示裝置中,進(jìn)行鐵的電化學(xué)腐蝕實驗。下列有關(guān)該實驗的說法正確的是( )
A.鐵被氧化的電極反應(yīng)式為Fe-3e-==Fe3+
B.鐵腐蝕過程中化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為電能
C.活性炭的存在會加速鐵的腐蝕
D.以水代替NaCl溶液,鐵不能發(fā)生吸氧腐蝕
【生】C
【講解】金屬的防護(hù)原理
金屬防護(hù)就是防止金屬的腐蝕,要解決的主要問題是使金屬不被氧化,應(yīng)從金屬腐蝕的化學(xué)反應(yīng)原理、腐蝕的類型等方面來確定金屬防護(hù)的具體方法。
金屬的防護(hù)主要從金屬、與金屬接觸的物質(zhì)及兩者反應(yīng)的條件等方面來考慮。
1、改變金屬材料的組成
在金屬中添加其他金屬或非金屬制成性能優(yōu)異的合金。如普通鋼加入鎳、鉻制成不銹鋼,鈦合金不僅具有優(yōu)異的抗腐蝕性能且具有良好的生物相容性。
2、在金屬表面覆蓋保護(hù)層
在金屬表面覆蓋致密的保護(hù)層,從而使金屬制品與周圍物質(zhì)(外界空氣、水、電解質(zhì)溶液等)隔離,這是一種被普遍采用的防護(hù)方法。
①非金屬保護(hù)層:如噴油漆、涂油脂。
②金屬保護(hù)層:如鐵制品上鍍銅、鋅等。
3、電化學(xué)防護(hù)法
金屬在發(fā)生電化學(xué)腐蝕時,總是作為原電池負(fù)極(陽極)的金屬被腐蝕,作為正極(陰極)的金屬不被腐蝕,如果能使被保護(hù)的金屬成為陰極,就不易被腐蝕。
A、犧牲陽極的陰極保護(hù)法
原電池原理
活潑性強的金屬做負(fù)極,被保護(hù)金屬做正極。
更活潑的金屬(如鎂、鋅等)作陽極(負(fù)極),在不斷被腐蝕后定期更換,而作為陰極(正極)的金屬就不易被腐蝕而得到保護(hù)。
此法常用于保護(hù)海輪外殼及石油管道等
B、外加電流的陰極保護(hù)法
電解池原理
被保護(hù)的金屬與外接電源負(fù)極相連做陰極。
通電后,電子流向被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備,在鋼鐵表面積累了大量的負(fù)電荷,從而抑制鋼鐵失去電子,阻止鋼鐵被腐蝕。
此主要用于防止土壤、海水及河水中金屬設(shè)備的腐蝕。
【講解】不同條件下金屬腐蝕快慢的判斷方法
1、解原理引起的腐蝕 > 原電池原理引起的腐蝕 > 化學(xué)腐蝕>防腐措施的腐蝕
即:電解池的陽極>原電池的負(fù)極>化學(xué)腐蝕>原電池的正極>電解池的陰極
2、對同一種金屬來說,腐蝕的快慢:
強電解質(zhì)溶液 > 弱電解質(zhì)溶液 > 非電解質(zhì)溶液
3、活潑性不同的兩金屬,活潑性差別越大,腐蝕越快。
4、對同一種電解質(zhì)溶液來說,電解質(zhì)溶液濃度越大,腐蝕越快。
【強化鞏固】如圖所示,各燒杯中均盛有海水,鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的順序為( )
A.②①③④⑤⑥ B.⑤④③①②⑥
C.⑤④②①③⑥ D.⑤③②④①⑥
【課堂小結(jié)】師生共同完成。
金屬腐蝕,電化學(xué)腐蝕及相關(guān)電極反應(yīng)式
二、金屬防護(hù)方法及兩種陰極保護(hù)法
【課堂練習(xí)】
1、1.鋼鐵的防護(hù)有多種方法,下列對于圖中的方法描述錯誤的是( )
A.a(chǎn)、b以導(dǎo)線連接,輔助電極發(fā)生氧化反應(yīng)
B.a(chǎn)、b以導(dǎo)線連接或以電源連接,輔助電極的材料可能都含有Zn
C.a(chǎn)、b分別連接直流電源,通電后外電路電子被強制從輔助電極流向鋼鐵閘門
D.a(chǎn)、b分別連接直流電源的負(fù)極、正極,該方法是犧牲陽極法
答案:D
2、炒過菜的鐵鍋未及時洗凈(殘液中含NaCl),不久便會因被腐蝕而出現(xiàn)紅褐色銹斑。腐蝕原理如圖所示,下列說法正確的是( )
A.腐蝕過程中,負(fù)極是C
B.Fe失去電子經(jīng)電解質(zhì)溶液轉(zhuǎn)移給C
C.正極的電極反應(yīng)式為4OH--4e-==2H2O+O2↑
D.C是正極,O2在C表面上發(fā)生還原反應(yīng)
答案:D金屬腐蝕
化學(xué)腐蝕
電化學(xué)腐蝕
定義
金屬與接觸到的物質(zhì)直接反應(yīng)
不純的金屬在潮濕的空氣或電解質(zhì)溶液中發(fā)生原電池反應(yīng)
現(xiàn)象
金屬被腐蝕
較活潑金屬被腐蝕
區(qū)別
無電流產(chǎn)生
有微弱電流產(chǎn)生
實質(zhì)與聯(lián)系
(1)實質(zhì):都是金屬原子失去電子被氧化而損耗;(2)化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕往往同時發(fā)生,但電化學(xué)腐蝕更普遍
類別
項目
析氫腐蝕
吸氧腐蝕
圖形描述
條件
水膜酸性較強
水膜酸性較弱或呈中性
負(fù)極
Fe-2e-===Fe2+
正極
2H++2e-===H2↑
O2+4e-+2H2O===4OH-
總反應(yīng)
Fe+2H+===Fe2++H2↑
2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2
后續(xù)反應(yīng)
最終生成鐵銹(主要成分為Fe2O3·xH2O),反應(yīng)如下:4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O
聯(lián)系
通常兩種腐蝕同時存在,但后者更普遍

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第三單元 金屬的腐蝕與防護(hù)

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