高中鲁科版化学1.3 《化学能转化为电能-电池》课件 第2课时选修4

欢迎进入化学课堂 第2课时金属的腐蚀与防护 1 了解金属腐蚀的种类 能解释金属发生电化学腐蚀的原因 2 认识金属腐蚀的危害 知道防止金属腐蚀的方法 课程标准导航 有 吸氧 析氢 无 氧化 牺牲阳极 外加电流 想一想化学腐蚀和电化学腐蚀哪一种更易使金属腐蚀 提示 电化学腐蚀 因电化学腐蚀的反应速率快 1 下列说法不正确的是 A 电化学腐蚀比化学腐蚀普遍B 钢铁发生吸氧腐蚀时负极反应为 Fe 3e Fe3 C 钢铁在干燥的环境中不易被腐蚀D 镀锌铁比镀锡铁耐用 解析 选B 单质铁无论是做原电池的负极 还是做电解池的阳极 都是失电子生成Fe2 而不是Fe3 2 埋在地下的自来水铁管 在下列情况下被腐蚀的速率最慢的是 A 在含有铁元素较多的酸性土壤中B 在潮湿 疏松的土壤中C 在自来水的铁管上用导线连接一块锌块后 再埋入不透气的土壤中D 在自来水铁管上用导线连接铜块后 再埋入潮湿 疏松的土壤中 解析 选C 从三个角度考虑 1 土壤中是否有与铁直接反应的物质 2 水分充分 氧气充足的土壤易导致铁管生锈 3 铁做原电池的负极 3 下列防腐措施中 属于电化学保护法的是 A 用氧化剂使金属表面生成致密稳定的氧化物保护膜B 在金属中加入一些铬或镍制成金属合金C 在轮船的船壳水线以下部分 装上一定数量的锌锭D 金属表面喷漆 解析 选C 锌的活动性强于铁 形成原电池时锌做负极先被腐蚀使船体得到保护 探究导引1化学腐蚀与电化学腐蚀的本质是什么 提示 金属的腐蚀包括化学腐蚀与电化学腐蚀 无论是化学腐蚀还是电化学腐蚀 它们的本质都是相同的 即金属失去电子发生氧化反应 可表示为M ne Mn 探究导引2铁锈的形成过程是怎样的 要点归纳1 化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 2 钢铁析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较 特别提醒注意从溶液的酸碱性判断电化学腐蚀的类型 酸性电解质发生析氢腐蚀 碱性或中性电解质发生吸氧腐蚀 即时应用1 2012 郑州高二质检 如图装置中 U形管内为红墨水 a b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液 呈酸性 各加入生铁块 放置一段时间 下列有关描述错误的是 A 生铁块中的碳是原电池的正极B 红墨水柱两边的液面变为左低右高C 两试管中相同的电极反应式是 Fe 2e Fe2 D a试管中发生了吸氧腐蚀 b试管中发生了析氢腐蚀 解析 选B 本题考查金属的电化学腐蚀 解题时首先注意a b两支试管内由于溶液酸碱性不同发生不同类型的电化学反应 再依据相关反应式进行判断 生铁块中的铁比含有的碳活泼 在形成的原电池中充当负极 电极反应为Fe 2e Fe2 碳充当正极 在发生吸氧腐蚀时电极反应为O2 2H2O 4e 4OH 在发生析氢腐蚀时电极反应为2H 2e H2 故A C正确 a试管中盛装NaCl溶液为中性环境 故生铁块发生吸氧腐蚀 氧气被消耗 试管内气体压强降低 b试管内盛装NH4Cl溶液 酸性较强 发生析氢腐蚀 产生H2 试管内气体压强增大 故红墨水柱两边的液面应左高右低 故B错 D对 探究导引3金属腐蚀快慢判断的方法主要有哪些 提示 金属腐蚀快慢的判断方法主要有 一是与电解质溶液有关 金属在电解质溶液中的腐蚀要快于在非电解质溶液中的腐蚀 在强电解质溶液中的腐蚀一般也要快于在弱电解质溶液中的腐蚀 同一电解质溶液中 浓度越大 腐蚀越快 二是对于同一金属而言 电化学腐蚀要快于化学腐蚀 更快于有防护措施的腐蚀 探究导引4对于金属的防护应从哪几个方面考虑 提示 对于金属的防护 可以从两个方面考虑 一是金属本身 二是介质 在金属表面覆盖保护层 改变金属内部组织结构 保持金属表面干燥 与更活泼的金属相连的牺牲阳极的阴极保护法 外加电源的阴极保护法等都能起到金属防护的目的 要点归纳1 金属腐蚀的快慢规律 1 在同一电解质溶液中 金属腐蚀由快到慢的顺序为 电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 应用原电池原理有保护措施的腐蚀 应用电解池原理有保护措施的腐蚀 或电解池阳极 原电池负极 化学腐蚀 原电池正极 电解池阴极 2 同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为 强电解质溶液中的腐蚀 弱电解质溶液中的腐蚀 非电解质溶液中的腐蚀 3 对于活动性不同的两种金属 活动性差别越大 氧化还原反应速率越快 活泼金属腐蚀越快 4 对于同一种电解质溶液 电解质溶液浓度越大 金属腐蚀越快 除钝化外 5 纯度越高的金属 腐蚀的速率越慢 纯金属几乎不腐蚀 2 金属的防护措施生产上常用的一些防护方法 1 改变金属的内部组织结构 例如 把铬 镍等加入普通钢里制成不锈钢 就大大地增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力 2 在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖致密的保护层 从而使金属制品跟周围物质隔离开来 这是一种普遍采用的防护方法 3 电化学保护法 用锌块形成原电池 牺牲锌 负极 保护铁 正极 习惯上叫做牺牲阳极的阴极保护法 如船壳上打上锌块 钢铁外接电源负极形成电解池 使之成为阴极而被保护 习惯上叫做外加电流的阴极保护法 如钢闸门接低压直流电负极 石墨接电源正极做阳极 浸入水中 就防护效果而方言 法优于 法 即时应用2 以下几种情况下的铁钉 腐蚀最明显的是 A 将铁钉投入浓硝酸中B 涂有油脂的铁钉露置在潮湿的空气中C 将铁钉放入注有食盐水的试管中 使铁钉和空气及食盐水接触D 将铁钉和锌片连接后放入试管中 注入自来水浸没铁钉和锌片 解析 选C A选项 铁在浓硝酸中被钝化生成致密的氧化膜 防止了反应的进一步进行 B选项 由于油脂的作用使铁与空气及水相隔 所以不易腐蚀 C选项 构成了电化学腐蚀 且在液面处由于铁与空气及水充分接触 腐蚀最严重 D选项 锌比铁活泼 所以形成原电池后 铁为正极受到了保护 不易被腐蚀 3 下列说法正确的是 A 轮船吃水线以下的船壳表面装一定数量的锌块 可有效地保护船体B 将生锈的铁器经盐酸酸洗后 可不再采取特别的保护措施C 马口铁 镀锡铁 和白铁皮 镀锌铁 一样 镀层破损后均不易腐蚀D 将要保护的金属与电源的正极相连可以达到保护金属的目的 解析 选A A选项 通过构成锌铁原电池 使锌为负极参加反应 从而保证了船体不被腐蚀 B选项 并未改变铁生锈的条件 C选项 镀层一旦破损 分别形成了锡铁 锌铁原电池 前者铁反应保护锡 后者锌反应保护铁 D选项 金属与电源的正极相连只能加快金属的腐蚀 已知电极材料 铁 铜 银 石墨 锌 铝 电解质溶液 氯化铜溶液 硫酸铁溶液 盐酸 按要求回答下列问题 1 电工操作上规定 不能把铜导线和铝导线连接在一起使用 原因 2 有M N两种纯金属分别与稀盐酸反应 产生氢气速率相近 请设计一个实验证明M N两种金属的活泼性 3 请运用原电池原理设计实验 证明氧化性Fe3 Cu2 请画出实验装置图并写出电极反应式 思路点拨 判断能否构成原电池或设计原电池时要注意构成原电池的三个条件 活泼性不同的两个电极 电解质溶液 闭合回路 解析 1 铜导线和铝导线连接在一起使用 接头处会在潮湿的空气中形成原电池而腐蚀 2 当活动性不同的金属组成原电池时 相对活泼金属失电子 在相对不活泼金属上氢离子得电子 析出氢气 所以将M N两种纯金属以及稀盐酸设计成原电池 有气泡逸出的是较不活泼的金属 另一极即是活泼的金属 3 首先将已知反应Cu 2Fe3 Cu2 2Fe2 拆成两个半反应 即失电子和得电子的反应 Cu 2e Cu2 2Fe3 2e 2Fe2 然后结合原电池的电极反应特点分析可知 该电池的负极应为铜棒 正极要保证Fe3 得到负极失去的电子 一般用不能还原Fe3 的材料 如铂或石墨等 电解质溶液只能用Fe2 SO4 3溶液 答案 1 二者连接在一起时 接头处会在潮湿的空气中形成原电池而腐蚀 2 将M N两种金属片用导线连接放入盐酸中组成原电池 有气泡逸出的是较不活泼的金属 另一极即是活泼的金属 装置如图 3 正极反应 2Fe3 2e 2Fe2 负极反应 Cu 2e Cu2 提示 若石墨电极改为铁电极 正极反应 2Fe3 2e 2Fe2 负极反应 Fe 2e Fe2 总反应为Fe 2Fe3 3Fe2 不能证明氧化性Fe3 Cu2 互动探究第 3 问中若石墨电极改为铁电极 还能否证明氧化性Fe3 Cu2 锂钴电池的能量密度远远超过其他材料电池 且其成本也低 对环境无污染 因此便于大量推广 锂钴电池的正极材料是Li0 5CoO2混以一定量导电添加物 例如碳 构成的混合导体 负极材料可插入锂的碳负极 例如LixC6 该电池无论放电还是充电 其过程就像锂离子在两个电极之间来回移动 故又称做摇椅式电池 锂钴电池充 放电时电池中的变化简单表示如下 其中表示充电过程阳极变化的是 填a b c d等符号 放电时两极的电极反应式为 负极 正极 解析 由d过程中负极材料变为Li 可知d表示负极变化过程 根据元素守恒和电子得失守恒 可确定负极反应为LixC6 xe C6 xLi 另外 要注意充 放电时电池中的变化 正极材料并没有出现 而出现了一种LiCoO2 即正极反应有新物质生成 再根据元素守恒和电荷守恒 即可确定正极反应为Li0 5CoO2 0 5Li 0 5e LiCoO2 充电时阳极失电子 发生氧化反应 故选a 答案 aLixC6 xe C6 xLi Li0 5CoO2 0 5Li 0 5e LiCoO2 名师点睛 做好此类题目 首先要具备准备从题给信息提取关键信息的能力 还要牢牢抓住电池的总反应式与各电极反应式之间的关系 面对复杂的问题 首先要理清思路 明确各电极所发生氧化还原反应的情况 电极材料的变化情况 其次要准确使用元素原子数目守恒 电子得失守恒等规律解题 经典案例 如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容 为研究铁锈蚀的影响因素 某同学做了如下探究实验 回答以下问题 1 上述实验中发生了电化学腐蚀的是 填实验序号 在电化学腐蚀中 负极反应是 正极反应是 2 由该实验可知 可以影响铁锈蚀速率的因素是 3 为防止铁的锈蚀 工业上普遍采用的方法是 答两种方法 解析 1 上述实验中3 4 5 6都发生了吸氧腐蚀 都属于电化学腐蚀 2 实验过程中改变的条件是温度 O2的浓度和反应介质 故影响铁锈蚀速率的因素是温度 O2的浓度和反应介质 3 为防止铁的锈蚀 工业上普遍采用的方法有 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法 改变金属的内部结构 使金属性质改变 成为耐腐蚀金属 如不锈钢等 加保护层 如采用喷油漆 涂油脂 电镀 喷镀或表面钝化等方法使金属与空气 水等物质隔离 以防金属氧化腐蚀 答案 1 3 4 5 6Fe 2e Fe2 O2 2H2O 4e 4OH 2 温度 O2的浓度 反应介质 3 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法 回答制不锈钢 加保护层等符合题意的都可以 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全