2019-2020年高中化學(xué) 4-4 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)教案 新人教版選修4.doc

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2019-2020年高中化學(xué) 4-4 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)教案 新人教版選修4 ●課標(biāo)要求 1．能解釋金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因。 2．認(rèn)識金屬腐蝕的危害。 3．通過實驗探究防止金屬腐蝕的措施。 ●課標(biāo)解讀 1.從原電池原理分析金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因及危害。 2．用原電池、電解池的原理采取措施，防止金屬腐蝕。 ●教學(xué)地位 在學(xué)習(xí)了原電池原理及電解池原理的基礎(chǔ)上展開，介紹了金屬腐蝕造成的嚴(yán)重危害、電化學(xué)腐蝕的原理及防止金屬腐蝕的幾種方法，重點是掌握金屬電化學(xué)腐蝕(析氫腐蝕和吸氧腐蝕)的本質(zhì)(金屬表面形成了微型原電池)，同時指出，人們根據(jù)對金屬電化學(xué)腐蝕本質(zhì)的認(rèn)識，發(fā)現(xiàn)了防護(hù)金屬電化學(xué)腐蝕的方法。本節(jié)內(nèi)容是本章理論知識的實際應(yīng)用，有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。 ●新課導(dǎo)入建議 聳立于美國紐約港外一個海島上15層樓高的自由女神銅像，歷來被認(rèn)為是美利堅合眾國的象征。然而，經(jīng)過近百年的風(fēng)風(fēng)雨雨，它和人一樣，已經(jīng)生“病”了。 自由女神銅像近百年來一直受著一種“疾病”的折磨，那就是電化學(xué)腐蝕?！白杂膳瘛钡耐鈿げ牧鲜倾~，而支撐整個雕像的內(nèi)支架卻是鐵的，在它們之間僅用一層浸透油的毛氈隔開。隨著時光的流逝，那一層毛氈失去了隔離作用，而大西洋夾帶著鹽分的潮濕空氣不斷地向自由女神“攻擊”，無數(shù)的原電池便在“自由女神”的身上形成了。這種原電池以鐵為負(fù)極，銅為正極，夾帶鹽分的濕空氣正好在兩極之間起著電解質(zhì)溶液的作用，結(jié)果加速了鐵的腐蝕。面對自由女神雕像的腐蝕問題，應(yīng)采取什么措施和方法？ 【提示】　連接一活潑金屬，如Zn，阻止自身形成Fe、Cu原電池，使Fe、Cu作原電池正極，而被保護(hù)。 ●教學(xué)流程設(shè)計 步驟1：導(dǎo)入新課、本課時教材地位分析。?步驟2：師生互動完成“探究1，化學(xué)腐蝕和電化腐蝕的比較”，可利用【問題導(dǎo)思】中的內(nèi)容，由淺入深地進(jìn)行。?步驟3：教師通過【例1】和教材P84～85頁教材研析，對“探究1”的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)。?步驟4：在教師引導(dǎo)下學(xué)生完成【變式訓(xùn)練1】和【當(dāng)堂雙基達(dá)標(biāo)】中的1、2兩題，驗證學(xué)生對探究1的掌握情況。 ? 步驟8：先讓學(xué)生自主總結(jié)本課時學(xué)習(xí)的主要知識，然后對照【課堂小結(jié)】以明確掌握已學(xué)的內(nèi)容，安排學(xué)生課下完成【課后知能檢測】。?步驟7：在教師指導(dǎo)下學(xué)生自主完成【變式訓(xùn)練2】和【當(dāng)堂雙基達(dá)標(biāo)】中的3、4兩題，驗證學(xué)生對探究2的理解掌握情況。?步驟6：教師通過例2的講解，對“探究2”進(jìn)行總結(jié)。?步驟5：師生互動完成“探究2”。 課　標(biāo)　解　讀 重　點　難　點 1.了解金屬腐蝕的原因。 2.了解防止金屬腐蝕的方法。 1.金屬電化學(xué)腐蝕的原因及反應(yīng)原理。(重難點) 2.金屬電化學(xué)防護(hù)的方法。(重點)  金屬的電化學(xué)腐蝕 1.金屬的腐蝕 金屬的腐蝕 概念 金屬腐蝕是指金屬與周圍的氣體或液體物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象 特征 金屬被腐蝕后，在外形、色澤以及機(jī)械性能方面會發(fā)生變化 本質(zhì) 金屬腐蝕的本質(zhì)是金屬失去電子變成陽離子，發(fā)生氧化反應(yīng) 類型 化學(xué)腐蝕 金屬與接觸到的干燥氣體(如O2、Cl2、SO2等)或非電解質(zhì)液體(如石油)等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕 電化學(xué)腐蝕 不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時，會發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失去電子而被氧化的腐蝕。電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍，危害更大 2.電化學(xué)腐蝕 (1) 析氫腐蝕含義：金屬表面的電解質(zhì)溶液酸性較強(qiáng)。腐蝕 過程有H2放出電極反應(yīng)負(fù)極：Fe－2e－===Fe2＋正極：2H＋＋2e－===H2↑總反應(yīng)：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ (2) 吸氧腐蝕含義：鋼鐵表面吸附的水膜，酸性很弱或呈 中性、堿性時，氧氣參加電極反應(yīng)電極 反應(yīng)負(fù)極：2Fe－4e－===2Fe2＋正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－總反應(yīng)：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 1．鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕生成Fe(OH)2，最終生成鐵銹的原因是什么？(用化學(xué)方程式表示) 【提示】　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O 金屬的電化學(xué)防護(hù) 1.犧牲陽極的陰極保護(hù)法 應(yīng)用原電池原理，讓被保護(hù)金屬作正極，另找一種活潑性較強(qiáng)的金屬作負(fù)極。 2．外加電流的陰極保護(hù)法 利用電解池原理，把被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備作為陰極，用惰性電極作為輔助陽極，兩者在電解質(zhì)溶液里，接外加直流電源。 2．電化學(xué)防護(hù)的實質(zhì)是什么？ 【提示】　把被保護(hù)的金屬作原電池正極或電解池陰極，不參與電極反應(yīng)，從而不被氧化。 化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的比較 【問題導(dǎo)思】　 ①純鐵和生鐵分別與等濃度的鹽酸反應(yīng)，哪種反應(yīng)更快？ 【提示】　生鐵(因為形成原電池) ②自然界中，鋼鐵的腐蝕以哪種形式為主？ 【提示】　電化學(xué)腐蝕。 化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕(主要) 定義 金屬跟接觸到的干燥氣體或非電解質(zhì)液體等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕 不純金屬與電解質(zhì)溶液接觸時，會發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑金屬原子失去電子而被氧化引起的腐蝕。 吸氧腐 蝕(主要) 析氫腐蝕 條件 金屬與非金屬(非電解質(zhì))直接接觸 水膜中溶有O2，呈極弱酸性或中性 水膜酸性較強(qiáng) 區(qū)別 無電流產(chǎn)生 有微弱電流產(chǎn)生 反應(yīng)式 2Fe＋3Cl2 ===2FeCl3 負(fù)極：Fe－2e－===Fe2＋ 正極：2H2O＋O2 ＋4e－===4OH－ 正極：2H＋＋2e－ ===H2↑ 聯(lián)系 兩種腐蝕往往同時發(fā)生，電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍、危害更大 　 化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕雖然發(fā)生腐蝕的過程不同，但其實質(zhì)相同，都是金屬元素被氧化。 　如何防止鐵的銹蝕是工業(yè)上研究的重點內(nèi)容。為研究鐵銹蝕的影響因素，某同學(xué)做了如下探究實驗： 序號 內(nèi)容 實驗現(xiàn)象 1 常溫下將鐵絲放在干燥空氣中一個月 干燥的鐵絲表面依然光亮 2 常溫下將鐵絲放在潮濕空氣中一小時 鐵絲表面依然光亮 3 常溫下將鐵絲放在潮濕的空氣中一個月 鐵絲表面已變得灰暗 4 將潮濕的鐵絲放在常溫的氧氣流中一小時 鐵絲表面略顯灰暗 5 將潮濕的鐵絲放在高于常溫的氧氣流中一小時 鐵絲表面已變得灰暗 6 將浸過氯化鈉溶液的鐵絲放在高于常溫的氧氣流中一小時 鐵絲表面灰暗程度比實驗5嚴(yán)重 回答以下問題： (1)上述實驗中發(fā)生了電化學(xué)腐蝕的是(填實驗序號)________；在電化學(xué)腐蝕中，負(fù)極反應(yīng)是 _______________________________________； 正極反應(yīng)是______________________________； (2)由該實驗可知，可以影響鐵銹蝕速率的因素是 ____________________________________； (3)為防止鐵的銹蝕，工業(yè)上普遍采用的方法是 _______________________(答兩種方法)。 【解析】　解答第(1)題應(yīng)注意聯(lián)系金屬的化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的區(qū)別，不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸，因發(fā)生原電池反應(yīng)，較活潑的金屬失電子而被氧化，分析題中實驗可知，實驗3、4、5、6發(fā)生了電化學(xué)腐蝕，其中負(fù)極反應(yīng)是Fe－2e－===Fe2＋，正極反應(yīng)是O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 解答第(2)題時，對比實驗1和3可得出濕度增大，可使鐵銹蝕速率加快；對比實驗2、4可知增大O2濃度可加快鐵銹蝕的速率；對比實驗4、5可知升高溫度可加快鐵銹蝕的速率；對比實驗5、6可知電解質(zhì)的存在會使鐵銹蝕的速率加快。 第(3)題，為防止鐵的銹蝕，根據(jù)鐵銹蝕的類型，可采用犧牲陽極的陰極保護(hù)法、外加電流的陰極保護(hù)法，還可把鐵制成不銹鋼(合金)、亦可采用噴油漆、涂油脂、電鍍、表面鈍化等方法使鐵與空氣、水等物質(zhì)隔離，以防止金屬腐蝕。 【答案】　(1)3、4、5、6 Fe－2e－===Fe2＋(或2Fe－4e－===2Fe2＋) 2H2O＋O2＋4e－===4OH－ (2)溫度、濕度、O2的濃度、電解質(zhì)存在 (3)電鍍、烤藍(lán)等表面覆蓋保護(hù)層，犧牲陽極的陰極保護(hù)法、外加電流的陰極保護(hù)法等(答案合理即可) 1．用鋁制飯盒盛放醋酸，一段時間后，飯盒被腐蝕，該種腐蝕屬于________，反應(yīng)的化學(xué)方程式可表示為__________________，若用鋁制飯盒盛放食鹽水，一段時間后，飯盒被腐蝕，這種腐蝕屬于________，反應(yīng)原理是 _____________________________________________ (寫電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式)。 【解析】　鋁制飯盒盛放醋酸，鋁與醋酸直接反應(yīng)使鋁氧化而損耗，屬于化學(xué)腐蝕，鋁制飯盒盛食鹽水時，則能形成原電池，因而發(fā)生的是電化學(xué)腐蝕。 【答案】　化學(xué)腐蝕 2Al＋6CH3COOH===2Al(CH3COO)3＋3H2↑ 電化學(xué)腐蝕　負(fù)極：4Al－12e－===4Al3＋，正極：6H2O＋3O2＋12e－===12OH－　總反應(yīng)方程式：4Al＋6H2O＋3O2===4Al(OH)3 金屬腐蝕快慢的判斷以及金屬的防護(hù) 【問題導(dǎo)思】　 ①把生鐵放在水中與放在食鹽水中，哪個腐蝕的快？ 【提示】　食鹽水中。 ②輪船的外殼裝有鎂合金或鋅塊，其作用是什么？ 【提示】　保護(hù)船體。 1．判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律 (1)電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護(hù)措施的腐蝕。 (2)對同一種金屬來說，腐蝕的快慢：強(qiáng)電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。 (3)活潑性不同的兩種金屬，構(gòu)成原電池活動性差別越大，腐蝕越快。 (4)對同一種電解質(zhì)溶液來說，一般是電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕越快。 2．金屬的防護(hù) 金屬防護(hù) 改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)而增強(qiáng)抗腐蝕能力——不銹鋼 金屬表面 覆蓋保護(hù)層 涂礦物油、油漆或覆蓋搪瓷、塑料 鍍抗蝕金屬——電鍍、熱鍍、噴鍍法 用化學(xué)方法使其表面形成一層致密的氧化膜，金屬的鈍化 電化學(xué) 保護(hù)法 外加電流的陰極保護(hù)法 犧牲陽極的陰極保護(hù)法 　鋼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鐵年產(chǎn)量的四分之一。 (1)鋼鐵腐蝕主要是吸氧腐蝕，該腐蝕過程中的電極反應(yīng)式為： 正極：__________________________________， 負(fù)極：___________________________________。 (2)為了降低某水庫的鐵閘門被腐蝕的速率，可以采用甲圖所示的方案，其中焊接在閘門上的固體材料R可以采用________。 A．銅　　　　B．鈉　　　　C．鋅　　　　D．石墨 (3)乙圖所示的方案也可以降低鐵閘門的腐蝕速率，其中鐵閘門應(yīng)該連接在直流電源的________極。 【解析】　(1)發(fā)生吸氧腐蝕時，負(fù)極上Fe失去電子，正極上O2得到電子。 (2)鐵閘門上連接一塊比鐵活潑的金屬如鋅，就可由鋅失去電子，鋅被溶解，而鐵被保護(hù)，屬于犧牲陽極的陰極保護(hù)法。 (3)屬于外加電流的陰極保護(hù)法，需把被保護(hù)的鐵閘門連接在電源的負(fù)極。 【答案】　(1)O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 2Fe－4e－===2Fe2＋ (2)C　(3)負(fù) 2．如圖各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序為(　　) A．②①③④　　　　　　B．④③①② C．④②①③ D．③②④① 【解析】?、僦蠪e放置在海水中，形成了無數(shù)微小原電池，發(fā)生電化學(xué)腐蝕。②③④均構(gòu)成了原電池。②中Fe的活潑性強(qiáng)于Sn，F(xiàn)e作負(fù)極發(fā)生了電化學(xué)腐蝕；③中Zn的活潑性比Fe強(qiáng)，Zn作負(fù)極被腐蝕，而Fe被保護(hù)；④中Fe的活潑性遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于Cu，所以Fe作負(fù)極被腐蝕，并且②中形成的電流弱于④中電流，所以④中Fe比②腐蝕得快，①比②腐蝕得慢。因此Fe被腐蝕由快到慢的順序為④②①③。 【答案】　C 【教師備課資源】 　下圖中，鐵腐蝕由快到慢的順序為(電解質(zhì)溶液為水)________。 【解析】　①中由于水中溶解了氧氣，鐵與雜質(zhì)碳會形成原電池，發(fā)生電化學(xué)腐蝕；②中鐵在油中，氧氣難以溶解，無電解質(zhì)溶液，不能形成原電池；③、④都形成原電池，但③中鐵為正極，受到保護(hù)；④中鐵為負(fù)極，被氧化；⑤、⑥都形成了電解池；⑤中鐵與電源的正極相連，作陽極，氧化速率加快；⑥中鐵與電源的負(fù)極相連，作陰極，受到保護(hù)。所以鐵腐蝕由快到慢的順序為⑤>④>①>②>③>⑥。 【答案】　⑤>④>①>②>③>⑥ 金屬的腐蝕與防護(hù)金屬的腐蝕實質(zhì)M－ne－===Mn＋類型化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕吸氧腐蝕析氫腐蝕影響因素和快慢比較金屬的防護(hù)覆蓋保護(hù)層改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)電化學(xué)保護(hù)法犧牲陽極的陰極保護(hù)法外加電流的陰極保護(hù)法 1．以下現(xiàn)象與電化學(xué)腐蝕無關(guān)的是(　　) A．鍍錫鐵器比鍍鋅鐵器表面破損時更易被腐蝕 B．純鐵不容易生銹 C．鑲有相鄰的銀牙和金牙容易引起頭痛 D．輸送氯氣的鋼管易被氯氣腐蝕 【解析】　A項中鍍錫鐵器表面破損時形成原電池，F(xiàn)e作負(fù)極，易被腐蝕，而鍍鋅鐵器表面破損時形成原電池，F(xiàn)e作正極，被保護(hù)。B項中純鐵不能形成原電池，所以不容易被腐蝕。C項中相鄰的銀牙和金牙容易形成原電池產(chǎn)生電流，使人頭痛惡心。D項中鐵和Cl2直接發(fā)生反應(yīng)，為化學(xué)腐蝕，與電化學(xué)腐蝕無關(guān)。 【答案】　D 2．鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時，正極上發(fā)生的電極反應(yīng)是 (　　) A．2H＋＋2e－===H2↑ B．Fe2＋＋2e－===Fe C．2H2O＋O2＋4e－===4OH－ D．Fe3＋＋e－===Fe2＋ 【解析】　鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕，正極反應(yīng)為2H2O＋O2＋4e－===4OH－。 【答案】　C 3．下列有關(guān)金屬的保護(hù)方法的說法中正確的是(　　) A．常使用的快餐杯表面有一層搪瓷，若搪瓷層破損后仍能起到防止鐵生銹的作用 B．白鐵(鍍鋅鐵)鍍層破損后，鐵皮的腐蝕速率很慢 C．輪船的船殼水線以下常裝有一些鋅塊，這是利用了犧牲陰極的陽極保護(hù)法 D．鋼鐵制造的暖氣管道外常涂有一層瀝青，這是鋼鐵的電化學(xué)保護(hù)法 【解析】　A項中涂層破損后，鐵直接暴露在空氣中，因而搪瓷層不能對破損部分進(jìn)行保護(hù)；B項中鍍層破損后由于鋅的金屬性比鐵強(qiáng)，和鐵構(gòu)成原電池，鋅作負(fù)極，保護(hù)鐵不被腐蝕；C選項應(yīng)是犧牲陽極的陰極保護(hù)法；D項中應(yīng)是用瀝青作涂層的涂層保護(hù)法。 【答案】　B 4．潛艇的金屬外殼浸在海水中，在海水和空氣的作用下會被腐蝕。 (1)若海水呈中性，一艘鋼制外殼的潛艇在海水中發(fā)生腐蝕的電極反應(yīng)式為： 正極：__________________________________， 負(fù)極：__________________________________。 (2)為有效地保護(hù)潛艇，下列措施中最好的是________。 A．采用純鐵制造潛艇外殼 B．采用耐腐蝕的合金制造潛艇外殼 C．在潛艇外殼上涂一層油 D．在潛艇外殼上裝一定數(shù)量的鋅塊 【解析】　金屬防護(hù)的方法很多，可以采取以下措施進(jìn)行。 (1)改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。合金鋼中含有合金元素，使組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，耐腐蝕。如不銹鋼。 (2)在金屬表面覆蓋保護(hù)層。常見方式有：涂油脂、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等；使表面生成致密氧化膜；在表面鍍一層有自我保護(hù)作用的另一種金屬。 (3)電化學(xué)保護(hù)法：①外加電源的陰極保護(hù)法：接上外加直流電源構(gòu)成電解池，被保護(hù)的金屬作陰極。②犧牲陽極的陰極保護(hù)法：外加負(fù)極材料，構(gòu)成原電池，被保護(hù)的金屬作正極。 【答案】　(1)O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 2Fe－4e－===2Fe2＋ (2)B