金屬的防護（課件）-高二化學（人教版2019選擇性必修1）

走進奇妙的化學世界2022-2023選擇性必修1第四章·化學反應與電能第三節(jié)

金屬的腐蝕與防護千年不銹之謎1965年冬天，在湖北省望山楚墓群中，出土了傳說中的越王勾踐劍。越王勾踐劍的含銅量約為80%-83%、含錫量約為16%-17%。該劍出土時插在髹漆的木質劍鞘內。這座墓葬深埋在數(shù)米的地下，墓室四周用白膏泥填塞，其下部采用的還是經(jīng)過人工淘洗過的白膏泥，致密性更好。加上墓坑上部填土夯實，墓室?guī)缀醭闪艘粋€密閉的空間。墓處在現(xiàn)代荊州附近的漳河二干渠上，地下水位較高，該墓的墓室曾經(jīng)長期被地下水浸泡，地下水酸堿性不大，基本上為中性，這從該墓出土的大量精美的漆木器保存情況較好而得到證實。讓人驚奇的是，這把青銅寶劍穿越了兩千多年的歷史長河，但劍身幾乎不見銹斑。它千年不銹的原因到底是什么呢？

學習

目標第2課時金屬的防護PART01PART02了解金屬腐蝕及其危害了解金屬防護的方法，特別是電化學防護的方法【科學探究】不同條件下鐵釘（潔凈無銹）的腐蝕鐵釘被腐蝕最快因沒有O2，較長時間鐵釘未被腐蝕鐵釘被腐蝕因沒有O2，鐵釘未被腐蝕因沒有O2，H2O鐵釘未被腐蝕觀察下列金屬防護的方法，并解釋防止金屬腐蝕的原因?！舅伎肌坎讳P鋼1.改變金屬的組成結構，使其具有較強的抗腐蝕性能。在金屬中添加其他金屬或非金屬可以制成性能優(yōu)異的合金。例如：在鋼鐵中加入一定比例的鉻和鎳，改變鋼鐵內部的組成和結構，可極大程度地提高鋼鐵抗腐蝕性能，這就是常見的“不銹鋼”(合金)。健身器材刷油漆以防銹某些工具的“機械轉動部位”選用油脂來防銹，為什么不能用油漆烤藍涂機油烤漆涂凡士林鍍鋅鍍鉻2.在金屬表面覆蓋保護層：噴油漆、涂油脂、表面鈍化、電鍍等。通過化學反應在鐵制品表面生成一層致密的氧化物薄膜(如烤藍)烤藍發(fā)簪所謂烤藍是鋼鐵零件表面處理的一種防腐蝕的工藝。其原理就是在鋼鐵表面生成一定厚度和強度的致密的氧化層，成分主要是Fe3O4

金屬的防護1、目的：防止金屬被氧化2、依據(jù)：依據(jù)金屬腐蝕的化學反應原理和腐蝕類型來確定金屬防護的方法〖思考與討論〗鑒于金屬發(fā)生腐蝕的原因，我們可以從哪些方面設想解決問題的思路？思路一：直接隔離

即可選用適當?shù)牟牧鲜菇饘倥c空氣或其他腐蝕性試劑隔離開，以阻止金屬的腐蝕。1、給金屬穿上“保護膜”-在金屬表面覆蓋保護層例如：①噴涂漆；②涂油脂；③表面鈍化；④電鍍(在鋼鐵表面形成鉻等耐腐蝕性較強的金屬鍍層)等。(1)在鋼鐵表面涂礦物性油脂、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等物質。(2)用電鍍的方法，在鋼鐵制品表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬，如鋅、錫、鉻、鎳等。(3)工業(yè)上常利用一些溶液的氧化作用，在機器零件、精密儀器、槍炮等鋼鐵制件的表面上形成一層致密的黑色的四氧化三鐵薄膜。(4)利用陽極氧化處理鋁制品的表面，使之形成致密的氧化膜而鈍化。(5)采用離子注入、表面滲鍍等方式在金屬表面可以形成穩(wěn)定的鈍化膜。思路二：改變本質即改變金屬的內部組成結構，使其具有較強的抗腐蝕性能。2、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)異的合金。例如：在鋼鐵中加入一定比例的鉻和鎳(如14%～8%Cr，7%～9%Ni)，改變鋼鐵內部的組成和結構，可極大程度地提高鋼鐵抗腐蝕性能，這就是常見的“不銹鋼”(合金)。思路三：因勢利導電化學腐蝕還是用電化學方法來解決，不回避金屬與氧化劑的直接接觸，采用還原性更強的物質或其他替代方式來滿足氧化劑對電子的需求，從而保護主體金屬構件免受腐蝕。3、電化學防護法(1)電化學保護法——犧牲陽極的陰極保護法①原理：應用原電池原理；②要求：被保護金屬作正極，另一活潑性較強的金屬作負極。(1)犧牲陽極的陰極保護法找替罪“陽”船身上裝鋅塊形成原電池反應時，讓被保護金屬作正極，不反應，起到保護作用；而活潑金屬作負極，參加反應受到腐蝕。這種保護法犧牲了陽極（原電池負極），保護了陰極（原電池的正極）。＋e－－A—Fe

Zn—NaCl溶液實驗4-4（1）Fe作保護電極，Zn作輔助電極，以經(jīng)過酸化的3%NaCl溶液作電解質溶液，按圖所示連接好裝置。觀察電流表指針的變化，以及燒杯中兩個電極附近發(fā)生的現(xiàn)象。過一段時間，用膠頭滴管從和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變化？說明：Fe2+的檢驗：Fe2+與K3[Fe(CN)6]溶液(黃色)反應生成帶有特征藍色的鐵氰化亞鐵KFe[Fe(CN)6]沉淀。這是檢驗溶液中Fe2+的常用方法。實驗裝置電流表陽極陰極現(xiàn)象有關反應偏轉鋅片逐漸溶解鐵電極上有氣泡冒出Zn-2e-=Zn2＋2H＋＋2e=H2↑試管中滴入2滴K3[Fe(CN)6](鐵氰化鉀)溶液，無明顯變化，即溶液中無Fe2+結論：Fe電極被保護，不發(fā)生反應。Fe、Zn和經(jīng)過酸化的NaCl溶液構成原電池；Zn作負極被腐蝕，F(xiàn)e作正極被保護。實驗2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培養(yǎng)皿中，各滴入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均勻。取兩個2～3cm的鐵釘，用砂紙擦光。如圖(a)所示，將裹有鋅皮的鐵釘放入上述的一個培養(yǎng)皿中；如圖(b)所示，將纏有銅絲的鐵釘放入另一個培養(yǎng)皿中。觀察并解釋實驗現(xiàn)象。實驗現(xiàn)象：裹有鋅片的鐵釘，鋅片逐漸溶解，鐵釘附近溶液變紅色；實驗結論：鋅作負極，發(fā)生反應：Zn-2e-=Zn2+；鐵作正極，發(fā)生反應：O2+2H2O+4e-=4OH-鐵作正極，不反應，被保護(a)【實驗2】各滴入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液裹有鋅皮的鐵釘纏有銅絲的鐵釘現(xiàn)象a中鐵釘周圍溶液變紅b中鐵釘周圍生成藍色沉淀，銅絲周圍溶液變紅結論鐵作為負極時易被腐蝕，作為正極時不反應，未腐蝕正負極反應式？例1:相同材質的鐵在圖中四種情況下最不易被腐蝕的是(

)C1.表面鍍有保護金屬層的鐵片，當鍍層有破損時比普通鐵片更易腐蝕的是A.白鐵（鍍鋅鐵）B.馬口鐵（鍍錫鐵）C.鍍鎳鐵D.鍍銅鐵D2.下列不能用于金屬防腐處理的是（）A.涂油B.改變金屬內部結構C.鍍上一層耐腐蝕的金屬D.在海輪的船體上鑲銅塊D(2)電化學保護法——外加電流的陰極保護法常用于防止土壤、海水及河水中的金屬設備的腐蝕。①原理：應用電解池原理；②要求：將被保護金屬與電源的負極相連，作電解池的陰極，在外加直流電源的前提下使陰極得到保護。答：犧牲陽極法和外加電流法采用的輔助陽極，在電極上發(fā)生的反應類型是相同的，都是發(fā)生氧化反應。采用的輔助陽極在化學性質上要求是不同的，犧牲陽極法采用的輔助陽極金屬材料的活動性必須比被保護的金屬的活動性要強，外加電流法的輔助陽極只起導電作用，惰性電解和金屬均可作輔助陽極，但最好選用惰性電極。例2.下列關于如圖所示的實驗裝置的判斷中錯誤的是（）A.若X為碳棒，開關K置于A處可減緩鐵的腐蝕B.若X為鋅棒，開關K置于A或B處都可減緩鐵的腐蝕C.若X為鋅棒，開關K置于B處時，為犧牲陽極的陰極保護法D.若X為碳棒，開關K置于B處時，鐵電極上發(fā)生的反應為2H＋＋2e－=H2↑D4．其他方法1、根據(jù)不同的設計條件選用不同的金屬或非金屬材料；2、控制和改善環(huán)境介質因素(如選用緩蝕劑)等。3、金屬防護包括生產(chǎn)設計、選材、防腐措施、施工、監(jiān)測、管理和維護等環(huán)節(jié)，需要進行綜合評價和決策。防腐措施由好到壞的順序如下：外接電源的陰極保護法＞犧牲陽極的陰極保護法＞有一般防腐條件保護＞無防腐條件(1)外加電流法是將被保護金屬接在直流電源的正極。(

)(2)在船體外嵌入鋅塊,可以減緩船體的腐蝕,屬于犧牲陰極法。(

)(3)在潮濕空氣中,鋼鐵表面形成水膜,金屬發(fā)生的一定是吸氧腐蝕。(

)(4)在金屬表面覆蓋保護層，若保護層破損后，就完全失去了對金屬的保護作用。()(5)若在海輪外殼上附著一些銅塊，則可以減緩海輪外殼的腐蝕。()1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)×××××2.用“短線”將下列金屬的防護方法連線。(1)加保護層

A．鋼閘門與直流電源負極相連(2)犧牲陽極陰極保護法

B．電線外面包塑料法(3)外加電源的陰極保護法

C．普通鋼制鎳鉻鋼(4)改變內部結構

D．輪船外殼裝上鋅塊答案：(1)－B

(2)－D

(3)－A

(4)－C3．下列有關鋼鐵腐蝕與防護的說法正確的是(

)A．鋼管與電源正極連接，鋼管可被保護B．鐵遇冷濃硝酸表面鈍化，可保護內部不被腐蝕C．鋼管與銅管露天堆放在一起時，鋼管不易被腐蝕D．鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時，負極反應是Fe－3e－===Fe3＋B解析:鋼管與電源正極相連，則鋼管作陽極，發(fā)生氧化反應而被腐蝕，A項錯誤；鐵遇冷濃硝酸表面鈍化，在表面生成一層致密的氧化膜保護內部不被腐蝕，B項正確；鋼管與銅管露天堆放在一起，形成原電池時鋼管作負極，發(fā)生氧化反應而被腐蝕，C項錯誤；鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時，負極反應式為：Fe－2e－===Fe2＋，D項錯誤。4．下列