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1、第三章第三章 探索生活材料探索生活材料第二节第二节 金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护铁锈斑斑铁锈斑斑铁管生锈了铁管生锈了四川省宜宾市城区的南门大桥四川省宜宾市城区的南门大桥钢铁钢铁生锈生锈造成大桥造成大桥断裂断裂！断裂断裂铜器表面生成一层薄薄的铜器表面生成一层薄薄的铜绿铜绿铜绿的铜绿的主要成分是主要成分是Cu2(OH)2CO31、定义：、定义： P49 。一、金属的腐蚀一、金属的腐蚀 指金属或合金与周围接触到的气体指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行或液体进行化学反应化学反应而腐蚀损耗的过程而腐蚀损耗的过程2)本质本质3)种类种类电化腐蚀电化腐蚀 (原电池、常见、有电流原电池、常见、有电流
2、)化学腐蚀化学腐蚀 (P54) (不多见、无电流不多见、无电流)金属失去电子被氧化金属腐蚀金属腐蚀的分类的分类化学腐蚀化学腐蚀电化腐蚀电化腐蚀析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀（常见普遍）（常见普遍） 金属的化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生金属的化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。化学反应而引起的腐蚀。 特点：反应简单、金属与氧化剂之间特点：反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。的氧化还原反应。 电电化化学学腐腐蚀蚀 ：不不纯纯的的金金属属或或合合金金与与电电解解质质溶溶液液接接触触，会会发发生生原原电电池池反反应应，比比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀。较活泼的金属
3、失电子被氧化的腐蚀。两者往往两者往往同时同时发生，电化腐蚀更普遍发生，电化腐蚀更普遍相互相互联系联系较活泼较活泼金属被氧化金属被氧化金属被氧化金属被氧化本质本质有有微弱电流微弱电流产生产生无电流无电流产生产生有无有无电流电流不纯不纯金属或合金金属或合金跟跟电解质溶液电解质溶液及氧化及氧化剂接触剂接触金属跟氧化性物质金属跟氧化性物质直接接触直接接触条件条件电化学腐蚀电化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀与电化学腐蚀的比较化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 2 2、化学腐蚀、化学腐蚀 P49P49金属跟接触到的物质金属跟接触到的物质 ( (如如O O2 2 2 2、ClCl2 2 2 2 、SOSO2 2 2
4、 2等等) ) 直接直接发生发生化学反应化学反应而引起的腐而引起的腐蚀。蚀。左边家用燃气灶的中心部位很容易生锈，而右边的左边家用燃气灶的中心部位很容易生锈，而右边的食品罐头放在南极食品罐头放在南极9090多年了，却很少生锈多年了，却很少生锈升温可加快升温可加快金属腐蚀金属腐蚀温度对化学腐蚀的影响：温度对化学腐蚀的影响： 升温加快升温加快金属腐蚀金属腐蚀降温减慢降温减慢金属腐蚀金属腐蚀铁钉锈蚀的可能条件假设：铁钉锈蚀的可能条件假设： (1) (1) 只只与与水水接触，接触，不不与与空气空气接触接触 (2) (2) 不不与与水水接触，接触，只只与与空气空气接触接触 (3) (3) 既既与与水水接触
5、，接触，又又与与空气空气接触接触 (4) (4) 既既与与NaClNaCl溶液接触，溶液接触，又又与与空气空气接触接触 (5) (5) 既既与与CHCH3 3COOHCOOH溶液接触，溶液接触，又又与与空气空气接触接触 P P50 50 科学探究科学探究( (实验需要在一周前开始做实验需要在一周前开始做) )：将：将5 5颗洁净无锈的颗洁净无锈的铁钉分别放入以下铁钉分别放入以下5 5支试管中支试管中 A A盛有经煮沸迅速冷却的蒸馏水，铁钉被浸盛有经煮沸迅速冷却的蒸馏水，铁钉被浸 没，再加植物油没，再加植物油 盛干燥剂盛干燥剂CaClCaCl2 2，试管口塞一团棉花，并塞上塞子。，试管口塞一团棉
6、花，并塞上塞子。 加入蒸馏水，铁钉被浸没一半加入蒸馏水，铁钉被浸没一半 盛盛NaClNaCl溶液，铁钉被浸没一半。溶液，铁钉被浸没一半。 盛盛CHCH3 3COOHCOOH溶液，铁钉被浸没一半。溶液，铁钉被浸没一半。 分时间段观察分时间段观察。 P P50 50 实验方案实验方案实验探究报告实验探究报告 实验方案实验方案现象记录现象记录结论结论试管试管A A试管试管B B试管试管C C试管试管D D试管试管E E锈蚀由快到慢的顺序为：锈蚀由快到慢的顺序为：E D C B 或或 A 不纯的金属（或合金）跟电解质溶液不纯的金属（或合金）跟电解质溶液接触时，会发生接触时，会发生原电池反应原电池反应，
7、比较活泼，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀，的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀，叫做电化学腐蚀叫做电化学腐蚀. .2 2）、电化学腐蚀（电化腐蚀）、电化学腐蚀（电化腐蚀） P50P50钢铁表面钢铁表面形成的微小形成的微小原电池原电池示意示意图图海边的铁制品比较容易生锈，为什么？海边的铁制品比较容易生锈，为什么？原理原理: :原电原电池反应可加池反应可加快金属腐蚀快金属腐蚀请请比较下列现象的差异？比较下列现象的差异？铁与酸铁与酸反应，铁被腐反应，铁被腐蚀。腐蚀速率较慢。蚀。腐蚀速率较慢。铁作铁作负极被腐蚀负极被腐蚀腐蚀速率较快。腐蚀速率较快。 原电池的组成条件原电池的组成条件(1)(1)、
8、活泼性不同的两种金属（或金属、活泼性不同的两种金属（或金属 与石墨）构成两个电极与石墨）构成两个电极(2)(2)、电解质溶液、电解质溶液(3)(3)、构成闭合电路、构成闭合电路发生发生氧化氧化反应的是反应的是_极（电极消耗）极（电极消耗） 发生发生_反应的是反应的是_极（电极放出气极（电极放出气体或析出金属）体或析出金属）原电池正负极的判断原电池正负极的判断根据金属的活泼性判断根据金属的活泼性判断根据电极反应来判断根据电极反应来判断活泼活泼金属做极金属做极, , 不活泼不活泼金属金属( (或可导电的非金属）做极或可导电的非金属）做极还原还原负负正正负负正正钢铁的电化学腐蚀：钢铁的电化学腐蚀：吸
9、氧腐蚀：吸氧腐蚀：条件：钢铁在很弱的酸性或中性环境下的腐蚀。条件：钢铁在很弱的酸性或中性环境下的腐蚀。条件：钢铁在很弱的酸性或中性环境下的腐蚀。条件：钢铁在很弱的酸性或中性环境下的腐蚀。特点：有氧气参加反应。特点：有氧气参加反应。特点：有氧气参加反应。特点：有氧气参加反应。负极：，电极反应式：负极：，电极反应式：正极：，电极反应式：正极：，电极反应式：总反应式：总反应式：2Fe4e-2Fe2+2H2O + O2 + 4e- 4 OH-2Fe+ 2H2O + O2 2Fe( OH)2铁铁碳碳钢铁的钢铁的吸氧腐蚀吸氧腐蚀示意示意图图钢铁的电化学腐蚀：钢铁的电化学腐蚀：析氢腐蚀析氢腐蚀：条件：钢铁在
10、潮湿空气中形成条件：钢铁在潮湿空气中形成酸性酸性环境下环境下 的腐蚀。的腐蚀。特点：有氢气产生。特点：有氢气产生。负极：，电极反应式：负极：，电极反应式：正极：，电极反应式：正极：，电极反应式：总反应式：总反应式：Fe2e-Fe2+2H+2e-H2Fe+2H+ Fe2+H2铁铁碳碳H2O + CO2 H2CO3H+ + HCO3-钢铁的钢铁的析氢腐析氢腐蚀蚀示意示意图图注意：注意：（1 1）电化腐蚀是通过构成无数微小的原）电化腐蚀是通过构成无数微小的原电池而发生的，作为负极的较活泼金属将电池而发生的，作为负极的较活泼金属将不断被腐蚀。而不活泼的金属（或非金属不断被腐蚀。而不活泼的金属（或非金属
11、或其它杂质）则被保护。或其它杂质）则被保护。（2 2）电化学腐蚀，只有当金属跟电解质）电化学腐蚀，只有当金属跟电解质溶液接触时，才会发生，并伴有微电流产溶液接触时，才会发生，并伴有微电流产生。生。(3)(3)升温、原电池反应都可加快金属腐蚀升温、原电池反应都可加快金属腐蚀钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较FeFe2 2O O3 3 n nH H2 2O O（铁锈铁锈）通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。析氢析氢腐蚀腐蚀吸氧吸氧腐蚀腐蚀条条件件较强较强酸性酸性。中性中性 酸性很弱酸性很弱COCO2 2+H+H2 2O O H H2 2
12、COCO3 3 H H+ +HCO +HCO 3 3- - 电电极极反反应应负极负极Fe(- Fe(- ) )Fe-2e=FeFe-2e=Fe2+2+2Fe-4e=2Fe2Fe-4e=2Fe2+2+正极正极C(+)C(+)2H2H+ +2e=H+2e=H2 2O O2 2+2H+2H2 2O+4e=4OHO+4e=4OH- -总反应总反应: :Fe+2HFe+2H+ +=Fe=Fe2+2+2Fe+2H2Fe+2H2 2O+OO+O2 2= 2 Fe(OH)= 2 Fe(OH)2 24Fe(OH)4Fe(OH)2 2+2H+2H2 2O+OO+O2 2=4Fe(OH)=4Fe(OH)3 3联联系
13、系生成铁锈：生成铁锈：水膜呈水膜呈_水膜呈水膜呈_或或_思考题:马口铁和白口铁一旦有划痕后，在潮湿的空气中，谁被腐蚀的速度快？ ZnFe马口铁SnFe白口铁金属腐蚀的危害 金属的腐蚀对国民经济带来的损失是惊人的，据金属的腐蚀对国民经济带来的损失是惊人的，据7070年代美国的一份统计报告，全世界每年由于腐蚀年代美国的一份统计报告，全世界每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料，约相当于金属年产量而报废的金属设备和材料，约相当于金属年产量的的1/31/3，至于因设备腐蚀损坏而引起的停工减产、，至于因设备腐蚀损坏而引起的停工减产、产品质量下降、污染环境、危害人体健康甚至造产品质量下降、污染环境、危害人体健
14、康甚至造成严重事故的损失，就更无法估计了。当前，世成严重事故的损失，就更无法估计了。当前，世界各国都有许多优秀的科学家，从事金属腐蚀理界各国都有许多优秀的科学家，从事金属腐蚀理论及防护方法的研究工作。有志者可选择这方面论及防护方法的研究工作。有志者可选择这方面的课题研究，一定会大有作为；一旦有新的突破，的课题研究，一定会大有作为；一旦有新的突破，产生的经济效益和社会影响，必将是巨大的。产生的经济效益和社会影响，必将是巨大的。 1 1、金属腐蚀的本质：、金属腐蚀的本质：_e_e- -发生发生_反应反应金属金属_金属原子金属原子氧化氧化失去失去阳离子阳离子二、金属的防护二、金属的防护 P51P51
15、2 2、影响金属腐蚀的因素：、影响金属腐蚀的因素：3 3、金属在什么条件下容易被腐蚀？、金属在什么条件下容易被腐蚀？金属的本性和介质金属的本性和介质在潮湿的空气中、接触腐蚀性气体或电解质，在潮湿的空气中、接触腐蚀性气体或电解质，都容易被腐蚀。都容易被腐蚀。金属腐蚀的防护思路和方法是？金属腐蚀的防护思路和方法是？ 主要从金属的本质和介质两方面考虑，主要从金属的本质和介质两方面考虑，如如:改变金属的内部组织结构，在金属改变金属的内部组织结构，在金属表面覆盖保护层等等表面覆盖保护层等等 请根据以下的生活中的例子，总结金属防护请根据以下的生活中的例子，总结金属防护常用的方法，并解释这些方法为什么可以达
16、到防常用的方法，并解释这些方法为什么可以达到防止金属腐蚀的目的？止金属腐蚀的目的？ 自行车如何防生锈？自行车如何防生锈？ 是是在金属表面在金属表面镀上一层耐腐蚀的金属，如镀上一层耐腐蚀的金属，如自行车的钢圈和车铃是在钢上自行车的钢圈和车铃是在钢上镀镀上一层既耐上一层既耐腐蚀又耐磨的腐蚀又耐磨的CrCr 自行车的车把、自行车的车把、车辐条、钢圈车辐条、钢圈和车铃防锈措和车铃防锈措施是什么？施是什么？健身器材如何防锈？健身器材如何防锈？刷油漆刷油漆衣架和电线如何防锈？衣架和电线如何防锈？外面包上一层塑料层外面包上一层塑料层某些工具的某些工具的“机械传动部位机械传动部位” ” ，能用，能用油漆来防锈
17、吗？油漆来防锈吗？不能用油漆来防锈，而是选用油脂不能用油漆来防锈，而是选用油脂应选用什么呢？应选用什么呢？1.改变金属的内部组改变金属的内部组织结构织结构例如制造各种耐腐蚀的合金，如在普通钢铁中加入铬、镍等制成不锈钢。二、金属的防护二、金属的防护2.保护层法保护层法:在金属表面覆盖在金属表面覆盖保护层保护层，使金属制，使金属制品与周围腐蚀介质隔离，从而防止腐蚀。品与周围腐蚀介质隔离，从而防止腐蚀。 1).在钢铁制件表面涂上机油、凡士林、油漆或覆盖搪瓷、塑料等耐腐蚀的非金属材料。2).用电镀、热镀、喷镀等方法，在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。这些金属常因氧化而形成一层致密
18、的氧化物薄膜，从而阻止水和空气等对钢铁的腐蚀。3.【电化学保护电化学保护】: 将被保护的金属作为腐蚀电池的阴极，使其不受到腐蚀，所以也叫阴极保护法。这种方法主要有以下两种：牺牲阳极保护法 此法是将活泼金属（如锌或锌的合金）连接在被保护的金属上，当发生电化腐蚀时，这种活泼金属作为负极发生氧化反应，因而减小或防止被保护金属的腐蚀。这种方法常用于保护水中的钢桩和海轮外壳等例如水中钢铁闸门的保护，通常在轮船的外壳水线以下处或在靠近螺旋浆的舵上焊上若干块锌块，来防止船壳等的腐蚀。外加电流的保护法 将被保护的金属和电源的负极连接，另选一块能导电的惰性材料接电源正极。通电后，使金属表面产生负电荷（电子）的聚
19、积，因而抑制了金属失电子而达到保护目的。此法主要用于防止在土壤、海水及河水中的金属设备受到腐蚀。 电化学保护的的另一种方法叫阳极保护法，即通过外加电压，使阳极在一定的电位范围内发生钝化的过程。可有效地阻滞或防止金属设备在酸、碱、盐类中腐蚀。船身如何防腐蚀的？船身如何防腐蚀的？用牺牲锌块的方法来保护用牺牲锌块的方法来保护船身上装锌块船身上装锌块 如何防止地下钢铁管道的腐蚀？如何防止地下钢铁管道的腐蚀？用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块要定期更换道的腐蚀，镁块要定期更换(1)、改变金属的内部组织结构，如、改变金属的内部组织结构，如(2)、在金属表面覆盖保
20、护层，如、在金属表面覆盖保护层，如(3)、电化学保护法、电化学保护法 （消除引起金属发生电化腐（消除引起金属发生电化腐蚀的原电池反应的方法）蚀的原电池反应的方法）在要保护的金属上在要保护的金属上连接连接比该金属比该金属更活泼的金属更活泼的金属或或合金合金 P52 不锈钢不锈钢覆盖油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化覆盖油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化成致密的气化膜等成致密的气化膜等(三三)、金属防护的方法、金属防护的方法知识总结知识总结P P5858请你当设计师，假设用钢材在杭州西湖内建请你当设计师，假设用钢材在杭州西湖内建造能使用造能使用2020年左右的一座大桥，有三种防锈措年左右的
21、一座大桥，有三种防锈措施供选择，你优先选择哪种方法？各种方法有施供选择，你优先选择哪种方法？各种方法有什么优、缺点？你还有没有其他的防锈措施？什么优、缺点？你还有没有其他的防锈措施？（1 1）涂上油漆）涂上油漆（2 2）使用镀铬的钢）使用镀铬的钢（3 3）使用不锈钢）使用不锈钢P57思考与交流思考与交流如何选用防锈方法如何选用防锈方法-请你决策请你决策2作业：作业： 1.1.埋在地下的输油铸铁管道，在下列埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种情况下被腐蚀速率最慢的是各种情况下被腐蚀速率最慢的是 ( ( ) )A A在潮湿疏松的土壤中；在潮湿疏松的土壤中； B B在含铁元素较多的酸性土壤中；在含铁元
22、素较多的酸性土壤中；C C在干燥致密不透气的土壤中；在干燥致密不透气的土壤中； D D在含碳较多的潮湿透气的中性土壤在含碳较多的潮湿透气的中性土壤C2 2在在装装有有水水的的容容器器中中，用用棉棉线线悬悬挂挂一一个个在在水水中中保保持持平平衡衡的的金金属属棒棒，该该棒棒由由铁铁和和铜铜焊焊接接而而成成，棉棉线线系系在在两两种种金金属属接接缝缝处处（如如图图），再再向向水水中中加加入入少少量量CuSOCuSO4 4，经经过过一一段段时时间间应看到的现象是应看到的现象是 ( )( ) A A铁端将附着铜增重下沉；铁端将附着铜增重下沉； B B铜端将附着铜增重下沉；铜端将附着铜增重下沉； C C铁端
23、将变细减重上升；铁端将变细减重上升； D D铜端粗细不变将下沉铜端粗细不变将下沉BC(1)(1)、若液面上升，则溶液呈、若液面上升，则溶液呈_性，发性，发生生_腐蚀腐蚀, ,电极反应式为：电极反应式为： 负极：负极：_,_,正极：正极：_ _ 3 3、如图、如图, , 水槽中试管内有一枚铁钉，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：放置数天观察：(2)(2)、若液面下降，则溶液呈、若液面下降，则溶液呈_性，性，发生发生_腐蚀，电极反应式为：腐蚀，电极反应式为： 负极：负极：_ _ 正极：正极：_弱酸性或中性弱酸性或中性吸氧吸氧2 2Fe - Fe - 4 4e e- -2 2FeFe2+2+O
24、O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e- -4OH4OH较强酸性较强酸性析氢析氢Fe - 2eFe - 2e- -FeFe2+2+2H2H+ +2e+2e- -H H2 2 例例2： 下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有上有H2气放出气放出；B.在氧化在氧化还原反应中，甲比乙失去的电子多还原反应中，甲比乙失去的电子多；D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；同价态的阳离子，甲比乙
25、的氧化性强；（C）例例1 ： 下列制氢气的反应速率最快的是下列制氢气的反应速率最快的是粗锌和粗锌和 1mol/L 硫酸；硫酸；B.A.纯锌和纯锌和1mol/L 硫酸；硫酸；纯锌和纯锌和18 mol/L 硫酸；硫酸；C.粗锌和粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。溶液。D.（ D ）例例3： 下列各情况，在其中下列各情况，在其中Fe片腐蚀由片腐蚀由快快到到慢慢的顺序是的顺序是(5)(2)(1)(3)(4)例例4：下列装置中四块相同的下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速片，放置一段时间后腐蚀速率由率由慢慢到到快快的顺序是的顺序是(4)(2)(1)(
26、3)例例5、 分析右图，按要求写出有关反应方程式：分析右图，按要求写出有关反应方程式：（1）、铁棒上的电极反应式为：）、铁棒上的电极反应式为：（2）、碳棒上的电极反应式为：）、碳棒上的电极反应式为：（3）、溶液中发生反应的化学方程式：）、溶液中发生反应的化学方程式：镍镍镉可充电电池可发生如下反应：镉可充电电池可发生如下反应：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，该电池的负极材料是由此可知，该电池的负极材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电放电充电充电A. Cd, （ D ）B. NiO(OH), D. Ni(OH)2C. Cd(OH)22Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)24Fe
27、(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3O2+2H2O+4e-4OH-2Fe4e-2Fe2+例例6、盐酸与锌片反应时，若加入可溶性醋酸铜盐酸与锌片反应时，若加入可溶性醋酸铜(CH3COO)2Cu，将产生两种影响生成速率的因素，其将产生两种影响生成速率的因素，其一是：一是： ， 其二是：其二是： ；有有M、N两种金属，分别与盐酸反应，产生两种金属，分别与盐酸反应，产生H2速率相近，速率相近，试试设计一个实验比较设计一个实验比较M、N两种金属的活泼性。两种金属的活泼性。H+与与CH3COO结合生成结合生成CH3COOH，使，使H+浓度减浓度减小，从而小，从而减慢减慢了反应速率。了反应速率。Zn置换出置换出Cu形成了原电池，从而形成了原电池，从而加快加快了反应速率了反应速率例例8、例例7、祝祝同学们学习进步同学们学习进步 再见再见
