选修1第三章第二节 金属的腐蚀和防护2

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铁锈斑斑
钢铁生锈造成大桥断裂! 钢铁生锈造成大桥断裂! 生锈造成大桥断裂
四川省宜宾市城区的南门大桥断裂
铜器表面生成一层薄薄的铜绿 铜绿的主要 铜器表面生成一层薄薄的铜绿[铜绿的主要 铜绿 成分是Cu 成分是 2(OH)2CO3]
第三章 探索生活材料 第二节 金属的腐蚀和防护
一、金属的腐蚀
1.定义:指金属或合金与周围接触到的气体或 1.定义: 定义 化学反应而腐蚀损耗的过程 液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。 液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。 2.分类: 化学腐蚀和电化学腐蚀 2.分类: 分类 (1)化学腐蚀 (1)化学腐蚀 金属跟接触到的物质 (如O2、Cl2 、SO2等) 直 接发生化学反应而引起的腐蚀。 化学反应而引起的腐蚀 接发生化学反应而引起的腐蚀。
涂油漆的优点是成本较低, 涂油漆的优点是成本较低,缺点是油漆层容易 的优点是成本较低 脱落,保护作用一般, 脱落,保护作用一般,不太适合大桥要使用多 年的要求,而且也不适合在风景区使用。 年的要求,而且也不适合在风景区使用。 使用镀铬的钢的优点是保护作用优良, 使用镀铬的钢的优点是保护作用优良,外表美 的优点是保护作用优良 适合在风景区使用。 观,适合在风景区使用。 使用不锈钢的用点是保护作用优异, 使用不锈钢的用点是保护作用优异,外表美 的用点是保护作用优异 但成本较高,应酌情考虑。 观,但成本较高,应酌情考虑。
原电池反 应可加快 金属腐蚀
化学腐蚀与电化学腐蚀的差异 铁与酸反应,铁被腐蚀。 铁与酸反应,铁被腐蚀。 腐蚀速率较慢。 腐蚀速率较慢。
铁作负ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ被腐蚀 腐蚀速率较快。 腐蚀速率较快。
原电池的形成条件: 原电池的形成条件 (1)活泼性不同的两种金属(或金属与石墨) 活泼性不同的两种金属(或金属与石墨 活泼性不同的两种金属 构成两个电极 (2)电解质溶液 电解质溶液 (3)构成闭合电路 构成闭合电路 (4)自发的氧化还原反应 自发的氧化还原反应
左边家用燃气灶的中心部位很容易生锈, 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80多年了 多年了, 食品罐头放在南极 多年了,却很少生锈
升温可加 快金属腐 蚀
温度对化学腐蚀的影响: 温度对化学腐蚀的影响:
• 升温加快金属腐蚀 升温加快金属腐蚀 • 降温减慢金属腐蚀 降温减慢金属腐蚀
P57思考与交流 如何选用防锈方法---请你决策 P58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 杭州西湖内建 造能使用20年左右的一座大桥, 年左右的一座大桥 造能使用 年左右的一座大桥,有三种防锈 措施供选择,你认为各种方法有什么优、 措施供选择,你认为各种方法有什么优、缺 你优先选择哪种方法?理由是什么? 点?你优先选择哪种方法?理由是什么? (1)涂上油漆 ) (2)使用镀铬的钢 ) (3)使用不锈钢 )
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, 金属的腐蚀对国民经济带来的损失是惊人的, 年代美国的一份统计报告, 据70年代美国的一份统计报告,全世界每年由于腐 年代美国的一份统计报告 蚀而报废的金属设备和材料, 蚀而报废的金属设备和材料,约相当于金属年产量 的1/3,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成 产品质量下降、污染环境、 严重事故的损失,就更无法估计了。当前, 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, 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。 护方法的研究工作。有志者可选择这方面的课题研 一定会大有作为;一旦有新的突破, 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。 济效益和社会影响,必将是巨大的。
②若电解质溶液酸性较弱或呈中性 若电解质溶液酸性较弱或呈中性 ——吸氧腐蚀 ——吸氧腐蚀 铁 负极:__,电极反应式: 负极:__,电极反应式:2Fe - 4e-= 2Fe2+ :__,电极反应式 正极:__,电极反应式: 碳 正极:__,电极反应式: :__,电极反应式
2H2O + O2 + 4e- = 4 OH总反应式: 总反应式:2Fe+ 2H2O + O2 = 2 Fe(OH)2↓
钢铁在酸性环境腐蚀示意图 钢铁在酸性环境腐蚀示意图 酸性环境腐蚀
钢铁在碱性或中性环境腐蚀示意图 钢铁在碱性或中性环境腐蚀示意图 碱性或中性环境腐蚀
知识点: 知识点 金属的电化学腐蚀原理, 金属的电化学腐蚀原理, 金属防护的常用方法和意义
2. 有人设计以 和Zn为电极材料,埋入 有人设计以Pt和 为电极材料 为电极材料, 人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器 的能源。 的能源。它依靠人体内血液种含有一定 浓度的溶解氧、 进行工作。 浓度的溶解氧、H+和Zn2+进行工作。它 的两极电极反应式分别 为: 、 。 负极: (负极:Zn-2e-=Zn2+ , 正极: 正极:2H2O+O2+4e-=4OH-,) )
2.下列装置中四块相同的 片,放置一段时间后 下列装置中四块相同的Zn片 下列装置中四块相同的 腐蚀速率由慢 的顺序是: (4) (2) (1) (3) 腐蚀速率由慢到快的顺序是:________________
知识总结
(三)金属防护的方法
(1)、改变金属的内部组织结构,如 不锈钢 (1)、改变金属的内部组织结构, (2)、在金属表面覆盖保护层,如 (2)、在金属表面覆盖保护层, 覆盖油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、 覆盖油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化 成致密的气化膜等 (3)、电化学保护法 (消除引起金属发生电化腐蚀 (3)、 的原电池反应的方法) 的原电池反应的方法) 在要保护的金属上连接比该金属更活泼的金属 连接比该金属更活泼的金属或 在要保护的金属上连接比该金属更活泼的金属或 合金 P57
• 3、 烧过菜的铁锅未及时洗净,第二天便出现红棕 、 烧过菜的铁锅未及时洗净, 色锈斑(该锈斑为Fe(OH)3失水的产物),试用有 失水的产物), ),试用有 色锈斑(该锈斑为 关的电极反应式, 关的电极反应式,离子方程式和化学方程式表示 的生成. Fe(OH)3的生成. 2Fe-4e-=2Fe2+ - • (1)负极 )负极______; ; • (2)正极 2H2O + O2 + 4e- = 4 OH)正极______; ; • (3)离子方程式 )离子方程式______; ;
做负极材料常用的有_____________ 做负极材料常用的有 镁、铝、锌
1.埋在地下的输油铸铁管道,在下列各种 埋在地下的输油铸铁管道, 埋在地下的输油铸铁管道 情况下被腐蚀速率最慢的是 ( C ) A.在潮湿疏松的土壤中; .在潮湿疏松的土壤中; B.在含铁元素较多的酸性土壤中; .在含铁元素较多的酸性土壤中; 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.在含碳较多的潮湿透气的中性土壤 .
钢铁的电化学腐蚀:潮湿空气中吸附了一层薄薄 钢铁的电化学腐蚀:
的水膜,由于溶解了 的水膜,由于溶解了CO2而形成了电解质溶液
H2O + CO2
H2CO3
H+ + HCO3-
①若电解质溶液酸性较强 ——析氢腐蚀 若电解质溶液酸性较强 ——析氢腐蚀 铁 负极:__,电极反应式: 负极:__,电极反应式: Fe - 2e- = Fe2+ :__,电极反应式 碳 正极:__,电极反应式: 正极:__,电极反应式: 2H+ + 2e- = H2↑ :__,电极反应式 总反应式: 总反应式: + 2H+= Fe2+ + H2↑ Fe
思考与交流: 思考与交流:
• • • • • • 铁钉锈蚀的可能条件假设: 铁钉锈蚀的可能条件假设: 接触, 空气接触 只与水接触,不与空气接触 接触, 空气接触 不与水接触,只与空气接触 接触, 空气接触 既与水接触,又与空气接触 溶液接触, 空气接触 既与NaCl溶液接触,又与空气接触 溶液接触 既与CH3COOH溶液接触,又与空气接触 溶液接触, 空气接触 溶液接触
化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
化学腐蚀 条件 现象 本质 相互 联系 金属跟具有氧化性 的物质直接接触 无电流产生 无电流产生 金属被氧化 电化学腐蚀 不纯金属或合金 不纯金属或合金 电解质溶液及 跟电解质溶液及 氧化剂( 氧化剂(O2)接触 有微弱电流产生 微弱电流产生 较活泼金属被氧化 较活泼金属被氧化
(2)电化学腐蚀 不纯的金属(或合金)跟电解质溶液接触时, 不纯的金属(或合金)跟电解质溶液接触时, 会发生原电池反应 会发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子 原电池反应, 而被氧化,这种腐蚀叫做电化学腐蚀。 而被氧化,这种腐蚀叫做电化学腐蚀。
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?
两者往往同时发生, 两者往往同时发生,电化学腐蚀更普遍 同时发生
小结: 小结: 1.金属腐蚀的本质: 金属腐蚀的本质: 金属腐蚀的本质
金属原子 失去 e金属______,发生 氧化 反应 金属 阳离子 ,发生_____反应 化学腐蚀 2.金属腐蚀的分类 金属腐蚀的分类 电化腐蚀 酸性环境 (普遍) 普遍) 中性或碱性环境
二、金属的防护
(一)影响金属腐蚀的因素: 影响金属腐蚀的因素: 金属的本性和介质 (二) 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? 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
思考: 思考 金属腐蚀的防护思路
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: 改变金属的内部组织结构, ◆改变金属的内部组织结构, ◆在金属表面覆盖保护层等等
注意: 注意: (1)电化学腐蚀是通过构成无数微小的原 ) 电池而发生的, 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( 断被腐蚀。而不活泼的金属(或非金属或其 它杂质)则被保护。 它杂质)则被保护。 (2)电化学腐蚀,只有当金属跟电解质溶 )电化学腐蚀, 液接触时,才会发生,并伴有微电流产生。 液接触时,才会发生,并伴有微电流产生。 (3)原电池反应能加快金属腐蚀 )
讨论自行车不同构件的防锈措施
金属的防护 防护方法 (三)金属的防护方法 :
1.改变金属的内部组织结构; 1.改变金属的内部组织结构; 改变金属的内部组织结构 Cr、Ni等金属加进钢里 等金属加进钢里制成不锈钢 如:将Cr、Ni等金属加进钢里制成不锈钢 空气 2.在金属表面覆盖保护层,使它与________、 2.在金属表面覆盖保护层,使它与________、 在金属表面覆盖保护层 水 __________等物质 隔离 __________等物质_________。 等物质_________。 如:喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀、表面钝化 喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀、 (氧化成致密的氧化膜)、搪瓷、包塑料等方法。 氧化成致密的氧化膜) 搪瓷、包塑料等方法。
船身如何防腐蚀的? 船身如何防腐蚀的? 船身上装锌块
用牺牲锌块的方法来保护
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 铁管道的腐蚀, 铁管道的腐蚀,镁块要定期更换
3.金属的电化学防护
消除引起金属发生电化学腐蚀的原电池反应
原理:在被保护的金属上连接比该金属 更活泼的金属, 原理:在被保护的金属上连接比该金属___________, 连接比该金属 此金属作___极反应受到腐蚀,被保护的金属作___极, 此金属作 负 极反应受到腐蚀,被保护的金属作 正 极 极反应受到腐蚀 不反应,起到保护作用。 不反应,起到保护作用。
原电池正负极的判断 根据金属的活泼性判断 活泼金属做 金属做___极 不活泼金属 金属(或可导电的 活泼金属做 负 极, 不活泼金属 或可导电的 非金属) 正 极 非金属)做___极 根据电极反应来判断 发生____反应的是 反应的是____极 电极消耗) 发生 氧化 反应的是 负 极(电极消耗) 发生____反应的是 反应的是____极 发生 还原 反应的是 正 极(电极放出气体 或析出金属) 或析出金属)
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