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- 2021-07-06 发布
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4-4 金属的电化学腐蚀与防护
教学目标
1.了解金属腐蚀的种类,探究金属发生电化学腐蚀的原因
2.掌握化学腐蚀和电化学腐蚀的区别。
3.认识金属腐蚀的危害及防腐措施,感受化学对人类生产和生活的影响。
4.进一步学会对比、比较认识事物的科学方法和假设验证探究的思维方式,辩证的认识外因条件对化学变化的影响。
教学重点:
吸氧腐蚀、析氢腐蚀的原理
教学难点:
吸氧腐蚀、析氢腐蚀的原理
教学过程:
【投影】常见的金属腐蚀现象:
【导课】金属腐蚀的现象非常普遍,像金属制成的日用品、生产工具、机器部件、海轮的船壳等,如保养不好,都会腐蚀,从而造成大量金属的损耗。至于因设备腐蚀损坏而引起停工减产、产品质量下降、污染环境、危害人体健康,甚至造成严重事故的损失,那就更无法估计了。因此,了解金属腐蚀的原因,掌握防护的方法,是具有十分重要的意义的。
【板书】 第二节 金属的腐蚀与防护
一、金属腐蚀
【阅读】回答什么是金属腐蚀?
【板书】金属腐蚀:金属(或合金)跟周围接触到的气体(或液体)反应而腐蚀损耗的过程。
【讲述】 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。
例如:铁在高温下与氧气直接化合而被腐蚀,在工业生产中氯气跟铁或与其他金属化合使金属锈蚀。特点:反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。
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【板书】1、 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。特点:反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。
【讲述】温度对化学腐蚀的影响:
【科学探究】不同条件下铁钉的锈蚀
注意:①光亮铁钉浸没在菜油之中;②光亮铁钉半浸半露在菜油中;③光亮铁钉完全浸没在食盐水中;④光亮铁钉完全浸没在酸性溶液中或碱性溶液中。学生分别观察并写出报告以培养学生的观察与描述能力。教师不但要给学生出题目,还要发挥点拨作用,提出注意点:①观察的一周中不要振荡试管,否则会破坏生锈的界面;②把各人设置的具体条件和的状况详尽记录在案,以利分析和归纳,写出高质量的家庭探究报告。
实验方案
记录
结论
【总结】铁钉生锈的条件:铁钉含杂质、与电解质溶液接触。
【思考】绝大多数钢铁生锈是否是化学腐蚀?为什么?
【板书】2、电化学腐蚀
【讲解】由于金属和液态介质(常为水溶液)构成微小的原电池而发生金属腐蚀的过程.电化学腐蚀是金属腐蚀的主要形式.例如:钢铁在潮湿的空气中生锈就是电化学腐蚀造成的.
【板书】 电化学腐蚀 :不纯的金属或合金与电解质溶液接触,会发生原电池反应,比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀。
【共同分析】形成原电池的原因。
【板书】
【投影】钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀:
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【讲解】 吸氧腐蚀与析氢腐蚀:发生条件、正负极反应、总反应。
【板书】
分类
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强(弱酸)
水膜酸性较弱或呈中性
负极反应
Fe –2e === Fe2+
2Fe –4e === 2 Fe2+
正极反应
2H+ + 2e === H2
2H2O + O2 + 4e- == 4OH-
总反应
Fe + 2H+ == Fe2+ + H2
2Fe + 2H2O + O2 == 2Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2= 4Fe(OH)3
Fe2O3.xH2O
次要
主要
【归纳与交流】化学腐蚀与电化腐蚀的对比。
【板书】3、化学腐蚀与电化腐蚀的对比
(1)本质:金属原子失电子而被氧化
M – ne == Mn+
(2)
(3) 相互关系:往往同时发生,电化腐蚀要比化学腐蚀普遍得多。
【小结】略
【课堂练习】
1.把a、b、c、d4块金属片浸入稀硫酸中,用导线两两相连可以组成几个原电池。若a、b相连时a为负极;c、d相连时电流由d到c;a、c相连时c极上产生大量气泡;b、d相连时b上有大量气泡产生;则四种金属的活动性顺序由强到弱为: .(a>c>d>b)
2.烧过菜的铁锅未及时洗去含有NaCl的残液,过一段时间便出现红棕色的铁锈斑点,已知该锈斑为Fe(OH)3
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失水的产物。表示Fe(OH)3生成的电极反应式、离子方程式和化学方程式分别为;(1)负极 , 正极 ;(2) ;(3) 。(Fe-2e=Fe2+ ,2H2O+O2+4e=4OH-,) (Fe2++2OH-=Fe(OH)2;4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3)
3.有人设计以Pt和Zn为电极材料,埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器的能源。它依靠人体内血液种含有一定浓度的溶解氧、H+和Zn2+进行工作。它的两极电极反应式分别为: 。(正极:Zn-2e=Zn2+ ,负极:2H2O+O2+4e=4OH-,)
【过渡】金属被腐蚀后,在外形、色泽以及机械性能等方面都将发生变化,会使机器设备、仪器、仪表的精密度和灵敏度降低,影响使用以至报废,甚至发生严重事故。每年由于钢铁生锈会使我国损失大约100~150亿元。在英国,每90秒钟就有1吨钢被锈蚀掉。因此防止金属腐蚀有很重要的意义。
【板书】二、金属的防护
【思考与交流】讨论自行车不同构件的防锈措施:
【复习】电化学腐蚀的实质,写出两极反应方程式(析氢和吸氧)。
【思考】影响金属腐蚀的因素有那些?(阅读P56 最后一自然段)
【练习】
1、影响金属腐蚀的因素有__和__两个,就金属本身来说金属越__,金属越易被
腐蚀,金属中含杂质越__,金属越易被腐蚀;介质对金属腐蚀影响也很大,如果金属在____、____和____,金属越易被腐蚀。
【思考】海水中的金属为何容易被腐蚀?(提示:电解质溶液)
【讨论】要想减少或避免电化学腐蚀,我们应该采取什么措施?
① 对金属做必要的精炼,以减少其中能导电的不活泼杂质。
② 对机器、仪表及时保养,减少金属与腐蚀性气体、电解质溶液、潮湿气体的接触。
③ 根据用途不同采取不同的方法使金属与造成发生的介质隔离,如涂油脂、喷漆、镀层、表面钝化等。
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② 选用适宜的金属或非金属制成耐腐蚀的合金,如炼制不锈钢、耐酸钢等。
③ 采用电化学防护方法,如在钢铁的船体上焊接上较活泼的金属锌。
【投影】常见金属防腐蚀方法:
【板书】1、物理方法
【讲述】以上投影中方法都是物理方法。刚才同学们回答时已提到电化学防护方法。
【投影】两种电化学防护方法
【讲述】金属腐蚀本质就是金属失电子而被氧化的过程。金属越活泼,金属越易被腐蚀。因此在金属铁上连接一块比它更活泼的金属,发生原电池反应时,失电子的为活泼的金属,而铁被保护。
【探究活动1】 决策——采用哪种防锈方法
1镀铝后涂漆 2镀锌后涂漆 3镀镉后涂漆 4镀铬 5镀锡 6喷砂清理后涂漆 7一般清理后涂漆 8在锈上涂漆
上图对不同防锈方法的效果进行了比较,同时也粗略给出了这些方法的成本。
【问题】采用哪种方法来保护铁不生锈,仔细考虑成本与效果。
(1)房子上的铸铁檐槽(2)海边码头上的钢轨(3)铁的徽章(4)放电熨斗的支架(5)钢刀片(6)铁钥匙(7)儿童游戏场中秋千的钢架
1至7中,要求针对所给出的不同情况,去决定应分别采用哪种防锈方法。这项工作最好在小组中进行。有一些做决定时应考虑的因素:
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●物品需要保存多长时间?很明显,如果物品只需保存很短的时间,就没有必要去考虑给它一个长久的保护。
● 物品将用在哪里?如果物品主要用于室外,它就需要较好地进行保护。
● 物品是干什么用的?物品用途不同,保护方法也不同。例如,物品要接受高温,就不能用油漆进行保护。
● 物品外观重要吗?某些保护方法也是为了装饰外观用的。例如,镀铬。
【探究活动2】决策——怎样保护通向学校的小桥
假设你为地方政府的架桥部门工作,你要在一条河上修一座供人行走的小桥,有了这座桥,孩子们就可以从住宅区通过小河到学校上学了。这座桥要用铁建造,你要决定采用什么样的保护方法来防止它生锈.这座桥需要保存16年,因为16年后学校就要搬到另一个新的地方。
有四种防锈措施供选择:
选择1 不防锈,不采取防锈措施的桥,10年后必须进行更换,否则会由于锈蚀而发生危险。
选择2 在对桥进行一般性清理后,涂上油漆.这种保护措施需要每3年重新进行一次。
选择3 用喷砂清理法对桥清理后,涂上油漆。这种保护措施需要每6年重新进行一次。
选择4 将桥喷砂清理后,镀上锌再涂上漆。这种保护措施能使桥保存18年。
下面给出了以上四种选择的成本。
表: 四种选择的成本
【问题】 (1)计算每个选择从桥建造开始,16年所花的费用(包括建造费和维修保护费)( 2)采用哪个选择?
【讨论】
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1.只有钢铁才能生锈,很多其他的金属,如铝和铜,几乎完全不发生锈蚀.可是为什么我们用钢铁比用其他金属多呢?
2.假如有人发明了一种又便宜、又简单的方法,使锈永远不可能发生.显然这一发
明会带来很大的益处,你认为它也可能带来坏处吗?
3.汽车排气系统受锈的影响很严重。一辆车,由普通钢制造的排气系统价值960元,由于生锈的原因,它使用大约2年就需要更换。对同一辆车,如果买一个由不锈钢制造的排气系统,受锈的影响就会减少,并且可以使用6年,不锈钢排气系统价值1900元。 从长远考虑,是普通钢排气系统便宜,还是不锈钢排气系统便宜?解释你的回答。
4.在英国才有不到10%的汽车拥有者购买不锈钢排气系统。请你评论一下这个事实。
【课堂练习】
1.解释下列现象并写出有关原电池的电极反应:
(1)马口铁(镀Sn铁皮)做的罐头,打开后为什么极易生锈?
(2)自来水管(镀Zn铁管)和白铁皮做的提桶,为什么不易生锈?
(3)轮船船壳的水线以下部分,为什么要装上一定数量Zn块?
2.桥梁上钢结构接头处须用铆钉连结,以下三种铆钉,选用何种为好?
(1)铝铆钉 (2)铜铆钉 (3)钢铆钉
3.下列各烧杯中盛有海水,依次插入:
(1)Fe片;(2)Cu、Fe导线相连;(3)Sn、Fe导线相连;(4)Zn、Fe导线相连;(5)Al、Fe导线相连;铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是:_________。
参考答案:1、略2、(3)3、(2)>(3)>(1)>(4)>(5)
板书设计:
第二节 金属的腐蚀与防护
一、金属腐蚀
金属(或合金)跟周围接触到的气体(或液体)反应而腐蚀损耗的过程。
1、 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。特点:反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。
2、电化学腐蚀
不纯的金属或合金与电解质溶液接触,会发生原电池反应,比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀。
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分类
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强(弱酸)
水膜酸性较弱或呈中性
负极反应
Fe –2e === Fe2+
2Fe –4e === 2 Fe2+
正极反应
2H+ + 2e === H2
2H2O + O2 + 4e- == 4OH-
总反应
Fe + 2H+ == Fe2+ + H2
2Fe + 2H2O + O2 == 2Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2= 4Fe(OH)3
Fe2O3.xH2O
次要
主要
3、化学腐蚀与电化腐蚀的对比
(1)本质:金属原子失电子而被氧化
M – ne == Mn+
(3)
二、金属的防护
1、物理方法
2、电化学法
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