第二節(jié)金屬的腐蝕和防護

1、化學(xué)與生活,新課標(biāo)人教版選修2,2024年2月29日星期四,第三章 探索生活材料,第二節(jié) 金屬的腐蝕和防護,2007年8月1日，美國明尼蘇達州一座跨越密西西比河的大橋發(fā)生坍塌。事故造成6人死亡。,,2007年9月1日，在巴基斯坦卡拉奇，人們在圍觀坍塌的大橋。當(dāng)天，卡拉奇的一座公路大橋發(fā)生坍塌，導(dǎo)致至少4人喪生，受困人數(shù)不明。,,資料：,中國航天工業(yè)總公司第三十一研究所近日公布了一組數(shù)據(jù)： 全球每年鋼鐵腐蝕的

2、經(jīng)濟損失約10000億美元，占各國國民生產(chǎn)總值GNP的2%~4%，在美國，每年因鋼鐵腐蝕造成的損失就占國內(nèi)生產(chǎn)總值的3%，大約三分之一的化學(xué)設(shè)備因局部腐蝕而停工。我國鋼鐵腐蝕經(jīng)濟損失高達2800億人民幣，約占國民生產(chǎn)總值GNP的4%，每年約有30%的鋼鐵因腐蝕而報廢。腐蝕給人類造成的損失是驚人的,第二節(jié) 金屬的腐蝕和防護,金屬的腐蝕現(xiàn)象非常普遍：,1、鋼鐵生銹：鐵銹的主要成分：Fe2O3·XH2O2、銅器表面生成銅綠：銅

3、綠的主要成分：Cu2(OH)2CO3,金屬腐蝕的不利后果有哪些？,見教材P49圖片,一.金屬的腐蝕,（1）定義:,金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過程.,（2）本質(zhì):,金屬失去電子被氧化。,一.金屬的腐蝕,金屬的腐蝕,,化學(xué)腐蝕,電化學(xué)腐蝕,,定義:,原理:,影響因素:,金屬跟氧化劑直接發(fā)生氧化還原反應(yīng),金屬和接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕,,金屬活潑性,金屬所處環(huán)境的溫度,氧化劑濃度,（3）類型:,

4、1、化學(xué)腐蝕,金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕,原理：,氧化還原反應(yīng),例如：,鐵與氯氣直接反應(yīng),鋼管被原油中的含硫化合物腐蝕,一般情況下，溫度越高，金屬腐蝕越快。,2、電化學(xué)腐蝕,不純的金屬(或合金)跟電解質(zhì)溶液接觸時，會發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失去電子而被氧化的反應(yīng),原理：,原電池反應(yīng),本質(zhì)：,氧化還原反應(yīng),例如：,鋼鐵在潮濕的空氣中被腐蝕,定義：,怎么才能構(gòu)成一個原電池？,形成原電池　的條件,能發(fā)生自發(fā)的氧

5、化還原反應(yīng),有電解質(zhì)溶液,活動性不同的兩極,,形成閉合電路,復(fù)習(xí),H2SO4溶液,總反應(yīng)：,2H++2e-=H2↑,Zn－2e-=Zn2+,Zn+2H+=Zn2++H2↑,Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑,(離子方程式）,（化學(xué)方程式）,電極反應(yīng),正極：,負極：,（氧化反應(yīng)）,（還原反應(yīng)）,,原電池復(fù)習(xí):,,植物油,CaCl2固體,NaCl溶液,CH3COOH溶液,煮沸后迅速冷卻的蒸溜水,相當(dāng)長時間，鐵丁未被腐蝕,有氣體產(chǎn)生，反應(yīng)速

6、度快,鐵丁漸漸生銹,無現(xiàn)象,由于無氧和水，鐵釘不被腐蝕,上層植物油，下層煮沸后迅速冷卻的蒸溜水,無現(xiàn)象,無現(xiàn)象,由于無水，鐵釘不被腐蝕,鐵釘被腐蝕,鐵釘被腐蝕最快,由于無氧，較長時間鐵釘不被腐蝕,由于無氧，鐵釘不被腐蝕,不同條件下鐵釘?shù)匿P蝕,總結(jié)：,鐵釘遇到強酸或有O2、H2O存在的條件下，均可被腐蝕。遇到電解質(zhì)時，一般腐蝕速度更快。,科學(xué)探究,,電化學(xué)腐蝕,（1）原理：原電池反應(yīng),在電解質(zhì)溶液中，較活潑金屬失去電子而被腐蝕，較不活潑金

7、屬或非金屬得到電子的氧化還原反應(yīng)。,——鋼鐵腐蝕的主要原因,討論：鋼鐵的腐蝕,鋼鐵在潮濕的空氣中更容易腐蝕,原因：,水電離出少量的H+和OH-，同時空氣中溶解CO2的水分酸性增強（形成電解質(zhì)溶液）,Fe和C構(gòu)成原電池的兩極,Fe：負極,C：正極,電解質(zhì)：,鋼鐵的吸氧腐蝕示意圖,,金屬腐蝕知識,中性溶液或酸性很弱,鋼鐵的析氫腐蝕示意圖,,金屬腐蝕知識,酸性較強,中性溶液或酸性很弱——吸氧腐蝕（鋼鐵腐蝕的主要情況）,2H2O+O2+4e

8、 =4OH－,Fe－2e=Fe2+,,（2）類型之一：,2H+ + 2e=H2↑,酸性較強——析氫腐蝕,,Fe－2e=Fe2+,（2）類型之二：,Fe2O3 · nH2O,（鐵銹）,通常兩種腐蝕同時存在，但以后者更普遍。,2H++2e-=H2↑,O2+2H2O+4e-=4OH-,Fe+2H+=Fe2++ H2 ↑,2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2,4Fe(O

9、H)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,,,,,,1．銅制品上的鋁質(zhì)鉚釘，在潮濕空氣中易腐蝕的原因可描述為（ ）． 　A．形成原電池時鋁作負極 　 B．形成原電池時銅作負極 　C．形成原電池時，電流由鋁經(jīng)導(dǎo)線流向銅 　D．鋁鉚釘發(fā)生了化學(xué)腐蝕,2．以下現(xiàn)象與電化腐蝕無關(guān)的是（ ）． 　A．黃銅（銅鋅合金）制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠 　B．生鐵比軟鐵蕊（幾乎是純鐵）容易生銹

10、　C．鐵質(zhì)器件附著銅質(zhì)配件，在接觸處易生鐵銹 　 D．銀質(zhì)獎牌久置后表面變暗,練 習(xí),A,D,思考與交流,仔細觀察圖3-16，討論自行車的不同部件如鏈條、鋼圈、支架和齒輪等分別采取了什么防銹措施。,主要采取在金屬構(gòu)件的表面上加防護層的方法。如在鏈條和齒輪上涂機油；在車架和擋泥板上烤一層漆；將車座彈簧用一層“烤藍”（四氧化三鐵保護層）保護；將車把、鋼圈和車輻條進行電鍍（車把、鋼圈一般采用三層電鍍：底層鍍銅、中間鍍鎳、表層鍍鉻，

11、車輻條表面一般鍍鋅）等等。另外用不銹鋼制作車輻條，用鋁合金代替鋼鐵制作一些構(gòu)件等也是防止自行車的金屬構(gòu)件生銹的常用方法。,二、金屬的防護,1.影響金屬腐蝕的因素（1）金屬的本性：金屬越活潑，就越容易失去電子而被腐蝕，如果金屬中能導(dǎo)電的雜質(zhì)不如該金屬活潑，則容易形成原電池而使金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕。（2） 介質(zhì)：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，都容易被腐蝕。,二、金屬的防護,1、影響金屬腐蝕

12、的因素包括：金屬的 和 。,本性,介質(zhì),金屬越活潑越容易被腐蝕,金屬合金中活潑的金屬易腐蝕,例如：鋼鐵腐蝕,介質(zhì)對金屬腐蝕影響很大：,金屬在潮濕的空氣中、接觸腐蝕性氣體或電解質(zhì)溶液，都容易被腐蝕,小結(jié),思考與交流,1、請根據(jù)生活常識以及圖3-18總結(jié)金屬防護常用的方法，并解釋這些方法為什么可以達到防止金屬腐蝕的目的。2、你還知道哪些防止金屬腐蝕的方法？舉例說明。

13、,健身器材如何防銹？,刷油漆,衣架和電線如何防銹？,外面包上一層塑料層,某些工具的“機械傳動部位” ，能用油漆來防銹嗎？,不能用油漆來防銹，而是選用油脂,應(yīng)選用什么呢？,自行車如何防生銹？,是在金屬表面鍍上一層耐腐蝕的金屬，如自行車的鋼圈和車鈴是在鋼上鍍上一層既耐腐蝕又耐磨的Cr,自行車的車把、車輻條、鋼圈和車鈴防銹措施是什么？,船身如何防腐蝕的？,用犧牲鋅塊的方法來保護,船身上裝鋅塊,2.金屬的防護方法,（1）改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，

14、如：把鉻、鎳等合金元素加入普通鋼中制成不銹鋼。（2）在金屬表面覆蓋保護層，從而使金屬制品跟周圍介質(zhì)隔離開來，這是一種普遍采用的防護方法。如：涂油漆或油脂、噴漆或噴塑、覆蓋搪瓷或塑料等物質(zhì)；鍍Zn、鍍Sn、鍍Cr或Ni等, 這些物質(zhì)能氧化而形成一層致密的氧化膜。 （3）利用原電池的反應(yīng)原理，在要保護的金屬上連接一種比該金屬更易失去電子的金屬。,此外，減少腐蝕介質(zhì)的濃度，控制環(huán)境的溫度和濕度，在介質(zhì)中添加能降低腐蝕速率的物質(zhì)（成為緩蝕劑

15、）等都能減少和防止金屬腐蝕,二.金屬防護,2.金屬腐蝕的本質(zhì),金屬原子失去電子成為陽離子的過程,金屬越活潑，就越容易失去電子而被腐蝕，如果如果在要保護的金屬上連接一塊比該金屬更活潑的金屬或合金，當(dāng)形成原電池發(fā)生反應(yīng)時，更活潑的金屬失去電子發(fā)生反應(yīng)而使要保護的金屬得到了保護。,犧牲金屬保護法,,思考與交流,如何選用防銹方法,閱讀教材P52,各種防銹方法都有不同的保護作用、優(yōu)缺點和價格等。我們在決定使用哪種方法是，要考慮以下幾種因素：,1、

16、在什么場合使用？,2、外觀是否很重要？,3、使用期限要多久？,4、經(jīng)濟上是否合算？,結(jié)合教材P53表格,假如你是設(shè)計師，正計劃用鋼材建造一座大橋，并研究防止鋼橋生銹的方法。已知這座橋要使用許多年，而且建在風(fēng)景區(qū)內(nèi)。你有三個選擇：a.涂上油漆b.使用鍍鉻的鋼c.使用不銹鋼,你優(yōu)先選擇哪種方法，優(yōu)缺點是什么？,這三種防銹方法都有優(yōu)缺點,方法a（涂油漆）的優(yōu)點是成本低，缺點是油漆層容易脫落，保護作用一般，不太適合大橋要使用多年的要求，而

17、且也不適合在風(fēng)景區(qū)使用。,方法b（使用鍍鉻的鋼）的優(yōu)點是保護作用優(yōu)良，外表美觀，適合在風(fēng)景區(qū)使用。缺點是成本高。,方法c（使用不銹鋼）的優(yōu)點是是保護作用優(yōu)良，外表美觀，缺點是成本較高，應(yīng)酌情考慮。,使用馬口鐵:在鐵皮鍍上千分之一厘米的錫,可隔絕空氣與水,使用不銹鋼,在金屬表面烤漆,,,,,,練 習(xí),1．下列方法可用于金屬防護的是（ ）①原電池反應(yīng) ②涂油漆 ③電鍍 ④置于干燥環(huán)境 A．①③④

18、 B．①②③ C．②③④ D．全部,D,2．有關(guān)金屬腐蝕的論述，正確的是（ ）． A．金屬的腐蝕一定伴有電流產(chǎn)生 B．Fe在干燥的氯氣里比在潮濕的空氣里更易被腐蝕 C．發(fā)生化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母g時較活潑的金屬總是 作正極而被腐蝕 D．發(fā)生電化腐蝕時都有能量的轉(zhuǎn)變，且被腐蝕的金屬 總是失電子,D,中性或堿性,吸氧,Fe–2e-＝Fe2+,

19、O2+2H2O+4e-＝4OH－,酸性,析氫,Fe–2e-＝Fe2+,2H++2e-＝H2↑,,,練 習(xí),3,如圖, 水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察：,（1）,若液面上升，則原溶液呈 性，發(fā)生

20、 腐蝕,電極反應(yīng)式為：負極： ,正極： ；,若液面下降，則原溶液呈 性，發(fā)生 腐蝕，電極反應(yīng)式為：負極： 正極：