化學(xué)人教版（2023）選擇性必修第一冊 4.3.1金屬的腐蝕課件(共34張PPT)

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第四章化學(xué)反應(yīng)與電能

第三節(jié)金屬的腐蝕與防護(hù)

第一課時金屬的腐蝕

金屬腐蝕，無處不在?。。?/p>

金屬腐蝕

我國作為世界上鋼鐵產(chǎn)量最多的國家（2023年全國生產(chǎn)鋼材37117.02萬噸），每年被腐蝕的鐵占到我國鋼鐵年產(chǎn)量的十分之一，因金屬腐蝕而造成的損失占到國內(nèi)生產(chǎn)總值的2%~4%；

（中國統(tǒng)計(jì)局：2023年我國國內(nèi)生產(chǎn)總值達(dá)158526億元）。

另據(jù)國外統(tǒng)計(jì)，金屬腐蝕的年損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水災(zāi)、火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)和地震（平均值）損失的總和，在這里還不包括由于腐蝕導(dǎo)致的停工、減產(chǎn)和爆炸等造成的間接損失。

閱讀：

金屬腐蝕的主要害處，不僅在于金屬本身的損失，更嚴(yán)重的是金屬制品結(jié)構(gòu)損壞所造成的損失比金屬本身要大到無法估量。

腐蝕不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，也經(jīng)常對安全構(gòu)成威脅。

國內(nèi)外都曾發(fā)生過許多災(zāi)難性腐蝕事故，如飛機(jī)因某一零部件破裂而墜毀；橋梁因鋼梁產(chǎn)生裂縫而塌陷；油管因穿孔或裂縫而漏油，引起著火爆炸；化工廠中儲酸槽穿孔泄漏，造成重大環(huán)境污染；管道和設(shè)備跑、冒、滴、漏，破壞生產(chǎn)環(huán)境，有毒氣體如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更會危及工作人員和附近居民的生命安全。

看后：你有何感想？

面對這樣驚人的數(shù)據(jù)和金屬腐蝕危害事實(shí)，同學(xué)們有沒有想過，金屬怎樣被腐蝕？怎樣防止金屬被腐蝕？

盡管鐵鏈曾經(jīng)承載著巨大的力量，但是經(jīng)不住時間的考驗(yàn)和風(fēng)雨的洗禮，如今面目全非不堪重負(fù)。今天我們從化學(xué)角度認(rèn)識它腐蝕的原因。

一、金屬的腐蝕

(1)概念：金屬或合金與周圍的氣體或液體發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。

1．金屬腐蝕

(4)由于與金屬接觸的氣體或液體物質(zhì)不同，發(fā)生腐蝕的情況也不同，發(fā)生腐蝕的情況也不同，一般金屬腐蝕可分為兩類：

(2)本質(zhì)：金屬原子失去電子變?yōu)殛栯x子,金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。

(3)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.

①化學(xué)腐蝕：

金屬與其表面接觸的一些物質(zhì)(如O2、Cl2、SO2等)直接反應(yīng)而引起的腐蝕。例如：鐵與氯氣直接反應(yīng)而腐蝕；輸油、輸氣的鋼管被原油、天然氣中的含硫化合物腐。

特點(diǎn)：無電流產(chǎn)生，溫度對化學(xué)腐蝕的影響很大,腐蝕的速率隨溫度升高而加快。例如：鋼材在高溫下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4組成的一層氧化物。

②電化學(xué)腐蝕：

當(dāng)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)，比較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕。例如：鋼鐵制品在潮濕空氣中的銹蝕就是電化學(xué)腐蝕。

特點(diǎn)：有微弱的電流產(chǎn)生。

特別提醒金屬腐蝕過程中，電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕同時發(fā)生，但絕大多數(shù)屬于電化學(xué)腐蝕，且比化學(xué)腐蝕的速率大得多。

化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的對比

化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕

條件

現(xiàn)象

本質(zhì)

影響因素

聯(lián)系金屬跟干燥氣體或非電解質(zhì)液體直接接觸

不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸

無電流產(chǎn)生

有微弱電流產(chǎn)生

金屬被氧化

較活潑金屬被氧化

與接觸物質(zhì)的氧化性及溫度有關(guān)

與電解質(zhì)溶液的酸堿性及金屬活性有關(guān)

兩者往往同時發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍

鋼鐵在干燥的空氣里長時間不易被腐蝕,但在潮濕的空氣里卻很快被腐蝕,這是什么原因呢

思考與討論

在潮濕的空氣里,鋼鐵表面吸附了一層薄薄的水膜。水中溶有O2、CO2、SO2等氣體，這樣在鋼鐵表面形成了一層電解質(zhì)溶液的薄膜,它跟鋼鐵里的鐵和少量的碳構(gòu)成無數(shù)微小的原電池。

2．鋼鐵的電化學(xué)腐蝕

(1)鋼鐵的電化學(xué)腐蝕的分類:

由于條件不同，根據(jù)鋼鐵表面水膜的酸性強(qiáng)弱鋼鐵腐蝕可分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕兩種類型。

鋼鐵的析氫腐蝕（水膜酸性較強(qiáng)）

負(fù)極：Fe－2e－=Fe2+

正極：2H++2e－=H2↑

總反應(yīng)：Fe+2H+=Fe2++H2↑

金屬表面的電解質(zhì)溶液酸性較強(qiáng)，腐蝕過程中有H2放出，如右圖所示。

電極反應(yīng)如下：

鋼鐵的吸氧腐蝕（水膜酸性很弱或中性）

負(fù)極：2Fe-4e=2Fe2+

正極：O2+2H2O+4e=4OH－

總反應(yīng)：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2

后續(xù)反應(yīng)：4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3

鐵銹的形成過程：

Fe2O3·XH2O

鋼鐵表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性時，溶解的氧氣參加電極反應(yīng)，發(fā)生吸氧腐蝕。如右圖所示。

電極反應(yīng)如下：

Fe2O3·xH2O

脫去一部分水

點(diǎn)撥：(1)化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕往往同時發(fā)生，只是電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍，速率也大得多危害更大。

(2)析氫腐蝕和吸氧腐蝕取決于金屬表面電解質(zhì)溶液的酸堿性，實(shí)際情況中以吸氧腐蝕為主。

(3)鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕或吸氧腐蝕時，負(fù)極都是鐵，失電子生成Fe2＋，而非Fe3＋。

析氫腐蝕和吸氧腐蝕都屬于電化學(xué)腐蝕

鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較

Fe2O3·nH2O

（鐵銹）

通常兩種腐蝕同時存在，但以后者更普遍。

析氫腐蝕

吸氧腐蝕

條件

水膜呈酸性

水膜呈中性或酸性很弱

電極反應(yīng)

負(fù)極Fe(-)

Fe-2e=Fe2+

2Fe-4e=2Fe2+

正極C(+)

2H2O+2e－=H2↑+2OH－

O2+2H2O+4e=4OH-

總反應(yīng):

Fe+2H2O==Fe(OH)2+H2↑

2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3

聯(lián)系

注：1、只有位于金屬活動性順序中氫前的金屬才可能發(fā)生析氫

腐蝕，氫后的金屬不能發(fā)生

2、氫前和氫后的金屬都可發(fā)生吸氧腐蝕

3、吸氧腐蝕是金屬腐蝕的主要形式，主要原因有兩個，

第一：水膜一般不顯強(qiáng)酸性；第二：多數(shù)金屬都可發(fā)生

(1)實(shí)驗(yàn)1：將經(jīng)過酸洗除銹的鐵釘用飽和食鹽水浸泡一下，放入下圖所示的具支試管中。幾分鐘后，觀察導(dǎo)管中水柱的變化。

實(shí)驗(yàn)4－3

現(xiàn)象及原因：實(shí)驗(yàn)1中導(dǎo)管中的水柱上升，鐵釘生銹。說明該過程鐵釘被腐蝕。鐵釘發(fā)生的是吸氧腐蝕。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：裝置中Fe、C、飽和食鹽水構(gòu)成了Fe-C-飽和食鹽水原電池，F(xiàn)e作負(fù)極，C作正極，飽和食鹽水作電解質(zhì)溶液，由于NaCl溶液呈中性，發(fā)生吸氧腐蝕

(2)實(shí)驗(yàn)2:取兩支試管，分別放入兩顆鋅粒和等體積、等濃度的稀鹽酸，觀察現(xiàn)象。然后，向其中一支試管中滴加1～2滴硫酸銅溶液，再觀察現(xiàn)象。

現(xiàn)象及原因：開始時試管中均有無色氣體產(chǎn)生，且兩支試管中產(chǎn)生氣泡的速率相等；滴加硫酸銅溶液后①試管產(chǎn)生氣體的速率明顯加快。原因是鋅置換出銅后構(gòu)成了銅鋅原電池，鋅作負(fù)極，腐蝕速率加快。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：滴加硫酸銅溶液后，裝置中Zn、Cu、稀鹽酸構(gòu)成了Zn-Cu-稀鹽酸原電池，Zn作負(fù)極，Cu作正極，稀鹽酸作電解質(zhì)溶液，由于稀鹽酸呈酸性，發(fā)生析氫腐蝕

思考與討論

請解釋下列有關(guān)鐵腐蝕現(xiàn)象的原因。

1.灶臺上炒菜的鐵鍋放置后什么位置容易生銹，為什么？

炒菜的鐵鍋有殘存的氯化鈉，放置后水滴容易聚集到鍋底，與水接觸的界面構(gòu)成吸氧腐蝕，形成鐵銹。

2.用于連接銅板的鐵螺絲容易生銹。

是由于鐵與銅吸收空氣中的水蒸汽形成水膜構(gòu)成了原電池，較活潑的鐵作原電池的負(fù)極，因此鐵易被腐蝕而生銹。

影響金屬化學(xué)腐蝕速率的因素：

①本性：金屬越活潑，越易被腐蝕；

②溫度：環(huán)境溫度越高，腐蝕速率越快；

③濃度：氧化劑濃度越大，腐蝕速率越快。

金屬腐蝕快慢的規(guī)律

1．無論哪種類型的金屬腐蝕，其本質(zhì)都是金屬被氧化的過程。由于鋼鐵制品通常所處的外部環(huán)境干燥程度較低，氧氣的存在又非常廣泛，在相同條件下，原電池反應(yīng)比一般的氧化還原反應(yīng)速率快，因此，在鋼鐵的腐蝕類型中主要是電化學(xué)腐蝕，其次是化學(xué)腐蝕。但是，鋼鐵的腐蝕類型并不單一，一般是電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕并存，只是有主次之分罷了。

2．電化學(xué)腐蝕過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是原電池反應(yīng)，有電流產(chǎn)生。

3．影響金屬腐蝕的因素包括金屬的本性和介質(zhì)兩個方面。就金屬本性來說，金屬越活潑，就越容易失去電子而被腐蝕。介質(zhì)對金屬腐蝕的影響也很大，如果金屬在潮濕的空氣中，接觸腐蝕性氣體或電解質(zhì)溶液，較容易被腐蝕。

(1)與構(gòu)成微電池兩極的材料有關(guān)。兩極材料的活動性差別越大，氧化還原反應(yīng)的速率越快，活潑金屬被腐蝕的速度越快。

(2)在同一電解質(zhì)溶液中：電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防腐措施的腐蝕。

(3)同一種金屬在相同濃度不同介質(zhì)中：在強(qiáng)電解質(zhì)中>弱電解質(zhì)中>非電解質(zhì)中

(3)有無保護(hù)措施的腐蝕快慢順序：無保護(hù)措施的金屬腐蝕>有一定保護(hù)措施的金屬腐蝕>犧牲陽極的陰極保護(hù)法引起的金屬腐蝕>有外加電流的陰極保護(hù)法引起的金屬腐蝕。

(4)對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕速率越快。

注意：在鋼鐵的腐蝕過程中，其電化學(xué)腐蝕更嚴(yán)重，在電化學(xué)腐蝕中，吸氧腐蝕更普遍。

4．判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律

下列各情況下，其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是。

(5)

(2)

(1)

(3)

(4)

注意：原電池正極、電解池陰極受到保護(hù)。

結(jié)論：在同一電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下：

電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學(xué)腐蝕＞防腐措施的腐蝕

下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時間后腐蝕速率由慢到快的順序是

(4)

(2)

(1)

(3)

(1)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物。()

(2)銅在酸性較強(qiáng)的溶液中均可發(fā)生析氫腐蝕。()

(3)鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時,負(fù)極鐵失去電子生成Fe3+。()

(4)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣。()

(5)鍍銅鐵制品鍍層受損后,鐵制品比鍍銅前更容易生銹。()

1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)

√

×

×

×

×

2．如圖所示，各燒杯中均盛的是海水，鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的順序?yàn)?)

A．②①③④⑤⑥

B．⑤④③①②⑥

C．⑤④②①③⑥

D．⑤③②④①⑥

解析:②③④均為原電池，③中Fe為正極，被保護(hù)；②④中Fe為負(fù)極，均被腐蝕，但Fe和Cu的金屬活動性差別大于Fe和Sn的，故FeCu原電池中Fe被腐蝕的較快。⑤是Fe接電源正極作陽極，Cu接電源負(fù)極作陰極的電解腐蝕，加快了Fe的腐蝕。⑥是Fe接電源負(fù)極作陰極，Cu接電源正極作陽極的電解腐蝕，防止了Fe的腐蝕。根據(jù)以上分析可知鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的順序?yàn)棰?gt;④>②>①>③>⑥。

C

3．下列有關(guān)金屬腐蝕的說法中正確的是()

A．金屬腐蝕指不純金屬與接觸到的電解質(zhì)溶液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而損耗的過程

B．電化學(xué)腐蝕指在外加電流的作用下不純金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而損耗的過程C．鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕，負(fù)極吸收氧氣，產(chǎn)物最終轉(zhuǎn)化為鐵銹

D．金屬的電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕本質(zhì)相同，但電化學(xué)腐蝕伴有電流產(chǎn)生

D

解析:金屬腐蝕的本質(zhì)，主要是金屬原子失電子被氧化，腐蝕的內(nèi)因是金屬的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，外因是金屬與空氣、水和其他腐蝕性的物質(zhì)接觸，腐蝕主要包括化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，所以A錯誤；電化學(xué)腐蝕指不純金屬與電解質(zhì)溶液接觸時發(fā)生原電池反應(yīng)而損耗的過程，不需要外加電流，所以B錯誤；鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕，正極吸收氧氣，而不是負(fù)極吸收氧氣，所以C錯誤。

4．下列敘述錯誤的是()

A．原電池工作時的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)

B．在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽極

C．鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時，表面水膜的pH增大

D．電解精煉銅時，同一時間內(nèi)陽極溶解銅的質(zhì)量與陰極析出銅的質(zhì)量一樣多

D

解析:原電池工作時，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，A正確；依據(jù)電鍍原理可知，鍍層金屬做陽極，在鍍件上電鍍鋅，則鋅作陽極，B正確；鋼鐵表面發(fā)生吸氧腐蝕時，正極上的電極反應(yīng)式為2H2O＋O2＋4e－===4OH－，即鋼鐵表面水膜的pH增大，C正確；電解精煉銅時，因?yàn)榇帚~含有雜質(zhì)，所以開始通電一段時間后，陽極溶解的銅的質(zhì)量比陰極析出的銅的質(zhì)量少，D錯誤。

5.下列關(guān)于電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕的說法正確的是()

A.電化學(xué)腐蝕沒有發(fā)生氧化還原反應(yīng)

B.化學(xué)腐蝕發(fā)生氧化還原反應(yīng)

C.電化學(xué)腐蝕沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng),化學(xué)腐蝕發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

D.電化學(xué)腐蝕有電子轉(zhuǎn)移,化學(xué)腐蝕沒有電子轉(zhuǎn)移

B

解析:電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕實(shí)質(zhì)一樣,兩者都發(fā)生氧化還原反應(yīng),都是金屬失電子,被氧化,但電化學(xué)腐蝕構(gòu)成原電池,有電流產(chǎn)生,而化學(xué)腐蝕沒有產(chǎn)生電流。

6.將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤