4.3金屬的腐蝕與防護(hù)-（導(dǎo)學(xué)案）高二化學(xué)（人教版2019選擇性必修1）（原卷版）

第四章《化學(xué)反應(yīng)與電能》導(dǎo)學(xué)案第三節(jié)金屬的腐蝕與防護(hù)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.理解和掌握金屬腐蝕的基本原理，包括電化學(xué)腐蝕過(guò)程和影響因素，如濕度、溫度、電解質(zhì)溶液等；2.應(yīng)用所學(xué)的金屬腐蝕知識(shí)，對(duì)實(shí)際金屬腐蝕問(wèn)題進(jìn)行分析和解決；3.能夠根據(jù)不同金屬和環(huán)境選擇適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)方法，如涂層、干燥、陰極保護(hù)等，并能夠正確操作金屬防護(hù)實(shí)驗(yàn)。【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】重點(diǎn):金屬的電化學(xué)腐蝕及電化學(xué)防護(hù)原理。難點(diǎn):鋼鐵的析氫、吸氧腐蝕【課前檢測(cè)】【檢測(cè)1】下列“鐵釘鍍銅”實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)正確的是A． B．C． D．【檢測(cè)2】用鉑電極電解下列物質(zhì)的溶液，當(dāng)耗電量相同時(shí)，陰極和陽(yáng)極上同時(shí)都有氣體產(chǎn)生，且溶液的pH下降的是A．H2SO4 B．CuSO4 C．HCl D．KCl【課中探究】情境導(dǎo)入：生活中的金屬腐蝕金屬腐蝕的現(xiàn)象普遍存在，常常是自發(fā)進(jìn)行的。比如我們會(huì)看到有些橋梁金屬連接處會(huì)有鐵銹，還有工廠設(shè)備的靈敏度降低也是金屬環(huán)節(jié)生銹的原因，那么我們需要了解金屬腐蝕的原因，并采取有效措施防止金屬腐蝕具有重要意義。一、金屬的腐蝕活動(dòng)一、探究金屬腐蝕的本質(zhì)任務(wù)1：引導(dǎo)學(xué)生思考金屬腐蝕的條件及本質(zhì)【答題要點(diǎn)】1.定義：金屬或合金與周圍的氣體或液體發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起的金屬損耗的現(xiàn)象；由于接觸的氣體或液體情況不同，發(fā)生的腐蝕也不同，一般可以分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。2.本質(zhì)：金屬原子失去電子被氧化的過(guò)程。M－ne－→Mn+3.化學(xué)腐蝕：金屬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?！咎崾尽坑绊懸蛩兀航饘俦旧硇再|(zhì)，受溫度影響很大；活動(dòng)二、鋼鐵的腐蝕任務(wù)1：分組討論電化學(xué)腐蝕的原理【過(guò)程設(shè)計(jì)】1.分析鋼鐵成分的構(gòu)成及腐蝕的環(huán)境條件：【答題要點(diǎn)】①鋼鐵是由鐵和少量的碳組成；②在潮濕的空氣里,鋼鐵的表面形成了一層溶液的薄膜。2.分組討論，鋼鐵在上述情況下能否構(gòu)成原電池？【答題要點(diǎn)】①電解質(zhì)溶液：潮濕的空氣里,鋼鐵的表面形成了一層的薄膜；②正負(fù)極：它和鋼鐵里的鐵和少量的碳恰好構(gòu)成了原電池。其中鐵是負(fù)極,碳是正極。任務(wù)2：分組討論鋼鐵的腐蝕【討論1】鋼鐵腐蝕——析氫腐蝕【答題要點(diǎn)】1.腐蝕環(huán)境：酸性條件；2.電極反應(yīng)式：負(fù)極（Fe）：Fe2e=Fe2+正極（C）：2H++2e=H2↑總反應(yīng)：Fe+2H+=Fe2++H2↑3.現(xiàn)象：在酸性環(huán)境中，由于在腐蝕過(guò)程中不斷有H2放出?！居懻?】鋼鐵腐蝕——吸氧腐蝕1.腐蝕環(huán)境：酸性很弱或呈中性；2.實(shí)驗(yàn)過(guò)程：老師演示鋼鐵吸氧腐蝕的實(shí)驗(yàn)①實(shí)驗(yàn)過(guò)程：②實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鐵釘表面有鐵銹生成，導(dǎo)管中的水柱液面上升。3.電極反應(yīng)式：在NaCl溶液（中性）環(huán)境下負(fù)極：Fe－2e－＝Fe2＋正極：O2＋4e－＋2H2O＝4OH－總反應(yīng)：2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2↓O2Fe(OH)3↓Fe2O3·xH2O任務(wù)3：總結(jié)化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的關(guān)系化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件金屬或合金與氧化劑直接接觸不純金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸電流無(wú)電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生現(xiàn)象金屬被腐蝕較活潑金屬被腐蝕本質(zhì)M?ne?=Mn+M?ne?=Mn+影響與氧化劑的氧化性及溫度等有關(guān)與電解質(zhì)溶液酸堿性及金屬活動(dòng)性有關(guān)聯(lián)系兩者往往同時(shí)發(fā)生，但電化學(xué)腐蝕更普遍。活動(dòng)三、新知應(yīng)用——比較鋅粒不同環(huán)境的反應(yīng)速率任務(wù)1：比較鋅粒的化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的速度【實(shí)驗(yàn)過(guò)程】1.實(shí)驗(yàn)藥品：Zn粒，CuSO4溶液,H2SO4溶液；2.實(shí)驗(yàn)裝置：試管1：Zn粒+H2SO4溶液；試管2：Zn粒+H2SO4溶液（少量CuSO4溶液）3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：加入硫酸銅溶液的試管中的鋅粒表面產(chǎn)生氣泡更多，反應(yīng)速率更快。任務(wù)2：金屬腐蝕快慢的判斷【老師總結(jié)】電解原理(陽(yáng)極腐蝕)＞原電池原理(負(fù)極腐蝕)＞化學(xué)腐蝕＞有防護(hù)措施的腐蝕【對(duì)應(yīng)訓(xùn)練1】下列關(guān)于電化學(xué)腐蝕、防護(hù)與利用的說(shuō)法中，不正確的是A．圖1銅板打上鐵鉚釘后，銅板不易被腐蝕B．圖2暖氣片表面刷油漆可防止金屬腐蝕C．圖3連接鋅棒后，鐵管道發(fā)生D．圖4連接廢鐵后，電子由廢鐵流向陽(yáng)極【對(duì)應(yīng)訓(xùn)練2】用如下裝置進(jìn)行鐵的電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)。下列說(shuō)法正確的是一段時(shí)間后，左側(cè)試管發(fā)熱，導(dǎo)管口有氣泡產(chǎn)生。A．鐵發(fā)生的電極反應(yīng)：B．鐵腐蝕過(guò)程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能C．炭粉的存在對(duì)鐵腐蝕的速率無(wú)影響D．導(dǎo)管口產(chǎn)生氣泡證明鐵發(fā)生了析氫腐蝕二、金屬的防護(hù)活動(dòng)一、引導(dǎo)學(xué)生討論生活中的金屬防護(hù)方法任務(wù)1：生活中常見(jiàn)的金屬防護(hù)【學(xué)生討論】金屬的防護(hù)主要是從金屬、與金屬接觸的物質(zhì)及兩者反應(yīng)的條件等方面來(lái)考慮的。涂漆保護(hù)：給金屬表面涂上油漆，可以有效地防止金屬腐蝕。例如，家具、門窗、欄桿等金屬制品的表面通常會(huì)涂上油漆，以延長(zhǎng)其使用壽命。塑料保護(hù)：使用塑料薄膜或套子將金屬制品包裹起來(lái)，可以有效地防止金屬腐蝕。例如，一些容易受到腐蝕的金屬制品，如管道、電線等，可以使用塑料保護(hù)套進(jìn)行保護(hù)。任務(wù)2：總結(jié)金屬腐蝕方法【答題要點(diǎn)】1.改變金屬材料的組成：在金屬中添加其他金屬或非金屬可以制成性能優(yōu)異合金。2.在金屬表面覆蓋保護(hù)層：在金屬表面覆蓋致密的保護(hù)層，將金屬制品與周圍物質(zhì)隔開(kāi)。（1）非金屬保護(hù)層在鋼鐵制品的表面噴涂油漆、礦物性油脂或覆蓋搪瓷、塑料等；（2）金屬保護(hù)層用電鍍等方法在鋼鐵表面鍍上一層鋅、錫、鉻、鎳等金屬；活動(dòng)二、電化學(xué)腐蝕的學(xué)習(xí)任務(wù)1：學(xué)習(xí)電化學(xué)保護(hù)法（對(duì)比學(xué)習(xí)兩種電化學(xué)保護(hù)方法的原理、區(qū)別、應(yīng)用）【問(wèn)題】生活中在鍋爐內(nèi)壁、船體外殼上裝上鎂合金或鋅塊用來(lái)保護(hù)金屬，思考討論這是什么原理？【答題要點(diǎn)】1.犧牲陽(yáng)極法①原理——原電池原理：正極：被保護(hù)金屬負(fù)極：活潑金屬→需要定期更換任務(wù)2：自主學(xué)習(xí)—模擬船體外殼上裝上鋅塊用來(lái)保護(hù)金屬【實(shí)驗(yàn)操作】以Fe作保護(hù)電極，以Zn作輔助電極，以經(jīng)過(guò)酸化的3%NaC1溶液作電解質(zhì)溶液，實(shí)驗(yàn)裝置如下：【實(shí)驗(yàn)要求1】觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，填寫實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表格：實(shí)驗(yàn)裝置電流表陽(yáng)極陰極現(xiàn)象指針偏轉(zhuǎn)逐漸溶解質(zhì)量不變，無(wú)氣泡產(chǎn)生，加入鐵氰化鉀溶液，無(wú)變化有關(guān)反應(yīng)——Zn2e=Zn2+O2+4e+4H+=H2O【實(shí)驗(yàn)要求2】過(guò)一段時(shí)間，用膠頭滴管從Fe電極區(qū)域取少量溶液于試管中，再向試管中滴入2滴K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液，觀察試管中溶液顏色的變化?！敬痤}要點(diǎn)】Fe2+的檢驗(yàn)：Fe2+與K3[Fe(CN)6]溶液(黃色)反應(yīng)生成KFe[Fe(CN)6]沉淀(帶有特征藍(lán)色)。這是檢驗(yàn)溶液中Fe2+的常用方法。任務(wù)3：引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論【答題要點(diǎn)】Fe、Zn和經(jīng)過(guò)酸化的NaCl溶液構(gòu)成原電池；該裝置中鐵未被腐蝕任務(wù)4：引導(dǎo)學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作【實(shí)驗(yàn)裝置】實(shí)驗(yàn)過(guò)程：將1g瓊脂加入250mL燒杯中，再加入50mL飽和食鹽水和150mL水。攪拌、加熱煮沸，使瓊脂溶解。稍冷后，趁熱把瓊脂溶液分別倒入兩個(gè)培養(yǎng)皿中。如圖：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：圖1：靠近鋅皮處顏色無(wú)變化，靠近裸露在外的鐵釘處出現(xiàn)紅色；圖2：靠近銅絲處出現(xiàn)紅色，靠近裸露在外的鐵釘處出現(xiàn)藍(lán)色【提問(wèn)】分組討論，總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因?！敬痤}要點(diǎn)】圖1:構(gòu)成原電池反應(yīng)，Zn作陽(yáng)極(負(fù)極)鐵作陰極(正極),鋅被腐蝕，鐵被保護(hù)。圖2：構(gòu)成原電池應(yīng)，鐵作陽(yáng)極(負(fù)極),銅作陰極(正極),鐵被腐蝕，陽(yáng)極上發(fā)生Fe2e=Fe2+,Fe2+與K3[Fe(CN)6]溶液反應(yīng)生成KFe[Fe(CN)6]藍(lán)色沉淀。2.外加電流法任務(wù)1：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)外加電流的裝置保護(hù)陰極材料【答題要點(diǎn)】1.裝置設(shè)計(jì)：①電極設(shè)計(jì)—外加電流法是把被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備作為陰極，用惰性電極作為輔助陽(yáng)極；②電解質(zhì)溶液—兩者均放在電解質(zhì)溶液(如海水)，外接直流電源。2.實(shí)驗(yàn)操作：調(diào)整外加電壓，強(qiáng)制電子流向被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備，使鋼鐵表面腐蝕電流降至零或接近零。在這個(gè)系統(tǒng)中，鋼鐵設(shè)備被迫成為陰極而受到保護(hù)。3.原理應(yīng)用：該法常用來(lái)保護(hù)土壤、海水中的金屬設(shè)備?！緦?duì)應(yīng)練習(xí)3】下列鐵制品防護(hù)的裝置或方法中，不正確的是A．外加電流B．犧牲陽(yáng)極C．表面鍍銅D．制成不銹鋼A．A B．B C．C D．D【對(duì)應(yīng)練習(xí)4】下列關(guān)于金屬保護(hù)的說(shuō)法不正確的是A．圖1是犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法，圖2是外加電流的陰極保護(hù)法B．鋼閘門均為電子輸入的一端C．鋅和高硅鑄鐵處的電極反應(yīng)均為還原反應(yīng)D．鋼閘門處發(fā)生放電的主要微粒不相同【對(duì)應(yīng)練習(xí)5】下列關(guān)于電化學(xué)腐蝕、防護(hù)與利用的說(shuō)法中，正確的是A．銅板打上鐵鉚釘后，銅板更易被腐蝕B．暖氣片表面刷油漆可防止金屬腐蝕C．連接鋅棒后，電子由鐵管道流向鋅D．陰極的電極反應(yīng)式為Fe–2e=Fe2+A．A B．B C．C D．D三、金屬的腐蝕防護(hù)課堂總結(jié)課后作業(yè)練習(xí)【例1】鐵片鍍銅實(shí)驗(yàn)中（裝置如下圖所示），為提高電鍍效果，電鍍前鐵片需依次用NaOH溶液、稀鹽酸和水洗滌。下列說(shuō)法不正確的是A．稀鹽酸的主要作用是除去鐵銹B．a(chǎn)接電源正極，b接電源負(fù)極C．電鍍過(guò)程中c(Cu2+)基本保持不變D．陰極發(fā)生反應(yīng)：Cu2+＋2e–=Cu【例2】下列實(shí)驗(yàn)裝置(部分夾持裝置已略去)可以達(dá)到對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖茿．測(cè)定鋅與稀硫酸反應(yīng)速率 B．測(cè)定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱C．比較AgCl和溶解度大小 D．探究鐵的析氫腐蝕【例3】化學(xué)小組研究金屬的電化學(xué)腐蝕，實(shí)驗(yàn)如下：序號(hào)實(shí)驗(yàn)Ⅰ實(shí)驗(yàn)Ⅱ?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象鐵釘周邊出現(xiàn)_________色鋅片周邊未見(jiàn)明顯變化鐵釘周邊出現(xiàn)藍(lán)色銅片周邊略顯紅色下列說(shuō)法不正確的是A．實(shí)驗(yàn)Ⅰ中鐵釘周邊出現(xiàn)紅色B．實(shí)驗(yàn)I中負(fù)極的電極反應(yīng)式：C．實(shí)驗(yàn)Ⅱ中正極的電極反應(yīng)式：D．對(duì)比實(shí)驗(yàn)I、Ⅱ可知，生活中鍍鋅鐵板比鍍銅鐵板在鍍層破損后更耐腐蝕【例3】下列鐵制品防護(hù)的裝置或方法中，不正確的是A．外加電流B．犧牲陽(yáng)極C．表面鍍銅D．制成不銹鋼A．A B．B C．C D．D【例4】以下現(xiàn)象與電化學(xué)腐蝕無(wú)關(guān)的是A．生鐵比純鐵容易生銹B．銀質(zhì)物品久置表面變暗C．鐵質(zhì)器件附有銅質(zhì)配件，在接觸處易生鐵銹D．黃銅(銅鋅合金)制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠【例5】下列關(guān)于金屬保護(hù)的說(shuō)法不正確的是A．圖1是犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法，圖2是外加電流的陰極保護(hù)法B．鋼閘門均為電子輸入的一端C．鋅和高硅鑄鐵處的電極反應(yīng)均為還原反應(yīng)D．鋼閘門處發(fā)生放電的主要微粒不相同【例6】下列敘述錯(cuò)誤的是A．生鐵中含有碳，抗腐蝕能力比純鐵弱B．用錫焊接的鐵質(zhì)器件，焊接處易生銹C．在鐵制品上鍍銅時(shí)，鍍件為陽(yáng)極，銅鹽溶液為電鍍液D．鐵管上鑲嵌鋅塊，鐵管不易被腐蝕【例7】實(shí)驗(yàn)小組研究金屬電化學(xué)腐蝕，實(shí)驗(yàn)如下：序號(hào)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)Ⅰ鐵釘表面及周邊未見(jiàn)明顯變化鐵釘周邊零星、隨機(jī)出現(xiàn)極少量紅色和藍(lán)色區(qū)域，有少量紅棕色鐵銹生成實(shí)驗(yàn)Ⅱ鐵釘周邊出現(xiàn)紅色區(qū)域，未見(jiàn)藍(lán)色