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铁锈斑斑铁锈斑斑选修1化学与生活第三章 探索生活材料金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护 铁管生锈了铁管生锈了美国明尼苏达州一座跨越密西西比河的大桥发生坍塌.事故造成6人死亡.金属腐蚀危害的图片金属腐蚀危害的图片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！断裂断裂金属腐蚀的危害资料 中国航天工业总公司第三十一研究所近日公布了一组数据： 全球每年钢铁腐蚀的经济损失约10000亿美元，占各国国民生产总值GNP的2%4%，在美国，每年因钢铁腐蚀造成的损失就占国内生产总值的3%，大约三分之一的化学设备因局部腐蚀而停工。我国钢铁腐蚀经济损失高达2800亿人民币，约占国民生产总值GNP的4%，每年约有30%的钢铁因腐蚀而报废。腐蚀给人类造成的损失是惊人的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)2CO3 P49 一、金属的腐蚀一、金属的腐蚀 P49P49( (不多见、无电流不多见、无电流) )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升温可加快金属腐快金属腐蚀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，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接触触 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颗洁净无锈的铁钉分颗洁净无锈的铁钉分别放入以下别放入以下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，铁钉被浸没，再加植物、盛有经煮沸迅速冷却的蒸馏水，铁钉被浸没，再加植物油油 B、盛干燥剂盛干燥剂CaClCaCl2 2，试管口塞一团棉花，并塞上塞子。，试管口塞一团棉花，并塞上塞子。 C、加入蒸馏水，铁钉被浸没一半加入蒸馏水，铁钉被浸没一半 D、盛盛NaClNaCl溶液，铁钉被浸没一半。溶液，铁钉被浸没一半。 E、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 实验方案实验方案腐蚀由快到慢的顺序：腐蚀由快到慢的顺序：E D C B E D C B 或或 A A结论记录实验方案植物油，植物油，铁钉浸没铁钉浸没CaCl2固体固体NaCl溶液，溶液，铁钉浸没铁钉浸没一半一半CH3COOH溶液，铁钉溶液，铁钉浸没一半浸没一半煮沸后迅煮沸后迅速冷却的速冷却的蒸溜水，蒸溜水，铁钉浸没铁钉浸没相当长时相当长时间铁钉未间铁钉未被腐蚀被腐蚀有气体产有气体产生，反应生，反应速度快速度快铁钉渐渐铁钉渐渐生锈，接生锈，接触液面处触液面处生锈明显生锈明显无现象无现象由于无氧由于无氧和水，铁和水，铁钉不被腐钉不被腐蚀蚀上层植物油上层植物油下层煮沸后下层煮沸后迅速冷却的迅速冷却的蒸溜水蒸溜水无现象无现象无现象无现象由于无水，由于无水，铁钉不被铁钉不被腐蚀腐蚀铁钉被铁钉被腐蚀腐蚀铁钉被腐铁钉被腐蚀最快蚀最快由于无氧，由于无氧，较长时间较长时间铁钉不被铁钉不被腐蚀腐蚀由于无氧，由于无氧，铁钉不被铁钉不被腐蚀腐蚀实验探究：不同条件下铁钉的锈蚀实验探究：不同条件下铁钉的锈蚀上层植上层植物油下物油下层层NaClNaCl溶液溶液相当长时相当长时间铁钉未间铁钉未被腐蚀被腐蚀由于无氧，由于无氧，较长时间较长时间铁钉不被铁钉不被腐蚀腐蚀 铁钉遇到强酸或有铁钉遇到强酸或有OO2 2、H H2 2OO存存在的条件下，均可被腐蚀。遇到在的条件下，均可被腐蚀。遇到电解质时，一般腐蚀速度更快。电解质时，一般腐蚀速度更快。铁钉锈蚀的条件是什么？铁钉锈蚀的条件是什么？( (原电池、常见、有电流原电池、常见、有电流) )P50P50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: :原电原电池反应可池反应可加快金属加快金属腐蚀腐蚀请比较下列现象的差异？请比较下列现象的差异？铁与酸反应，铁被腐铁与酸反应，铁被腐蚀。腐蚀速率较慢。蚀。腐蚀速率较慢。铁作负极被腐蚀铁作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)、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(4)(4)、一个自发进行的氧化还原反应、一个自发进行的氧化还原反应 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 请分别判断下列装置是否能构成原电池，并请分别判断下列装置是否能构成原电池，并说出理由。是原电池的指出正负极。说出理由。是原电池的指出正负极。ZnZnZnCuZnC 请分别判断下列装置是否能构成原电池，并请分别判断下列装置是否能构成原电池，并说出理由。是原电池的指出正负极。说出理由。是原电池的指出正负极。稀硫酸稀硫酸FeCu稀硫酸稀硫酸6CuZn5稀硫酸稀硫酸CFeAlMgNaOH溶液溶液AlMg稀硫酸稀硫酸 请分别判断下列装置是否能构成原电池，并请分别判断下列装置是否能构成原电池，并说出理由。是原电池的指出正负极。说出理由。是原电池的指出正负极。浓硝酸浓硝酸FeCu稀硫酸稀硫酸FeCu 请分别判断下列装置是否能构成原电池，并请分别判断下列装置是否能构成原电池，并说出理由。是原电池的指出正负极。说出理由。是原电池的指出正负极。ZnSO4溶液溶液12CuZn11NaCl溶液溶液CFe 请分别判断下列装置是否能构成原电池，并请分别判断下列装置是否能构成原电池，并说出理由。是原电池的指出正负极。说出理由。是原电池的指出正负极。钢铁的电化学腐蚀：钢铁的电化学腐蚀：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图示意图钢铁的电化学腐蚀：钢铁的电化学腐蚀：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蚀析氢腐蚀示意图示意图注意：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 x xH 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件条件较强较强酸性酸性。中性中性 酸性很弱酸性很弱电极反应电极反应负极负极Fe(-)Fe(-) Fe-2eFe-2e- -=Fe=Fe2+ 2+ 2Fe-4e2Fe-4e- -=2Fe=2Fe2+2+正极正极C(+)C(+)2H2H+ +2+2e- =H=H2 2O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e- -=4OH=4OH- -总反应总反应: :Fe+2HFe+2H+ +=Fe=Fe2+2+ +H2 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联系联系生成铁锈：生成铁锈：水膜呈水膜呈_水膜呈水膜呈 或或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 小结：小结：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）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？三三 、金属的、金属的防护防护方法方法 P51P51空气空气水水隔离隔离船身如何防腐蚀的？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，镁块要定期更换做负极材料常用的有做负极材料常用的有_镁、铝、锌镁、铝、锌P P5353请你当设计师，假设用钢材建造能使用请你当设计师，假设用钢材建造能使用2020年左右的一座大桥，年左右的一座大桥，有三种防锈措施供选择，你优先选择哪种方法？各种方法有有三种防锈措施供选择，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P52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在含碳较多的潮湿透气的中性土壤壤C 2 2在装有水的容器中，用棉线悬挂一个在水中保持平衡在装有水的容器中，用棉线悬挂一个在水中保持平衡的金属棒，该棒由铁和铜焊接而成，棉线系在两种金属接的金属棒，该棒由铁和铜焊接而成，棉线系在两种金属接缝处（如图），再向水中加入少量缝处（如图），再向水中加入少量CuSOCuSO4 4，经过一段时间，经过一段时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BC3 3、马口铁和白口铁一旦有划痕后，在潮湿的空气、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？中，谁被腐蚀的速度快？ ZnFe马口铁SnFe白口铁(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：_ _ 4 4、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 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
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