1、铁锈斑斑铁锈斑斑 四川省宜宾市城区的南门大桥四川省宜宾市城区的南门大桥 钢铁钢铁生锈生锈造成大桥造成大桥断裂断裂！ 断裂断裂 铜器表面生成一层薄薄的铜器表面生成一层薄薄的铜绿铜绿铜绿的主要铜绿的主要 成分是成分是Cu2(OH)2CO3 第三章第三章 探索生活材料探索生活材料 第二节第二节 金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护 1.定义：指金属或合金与周围接触到的气体或定义：指金属或合金与周围接触到的气体或 液体进行液体进行化学反应化学反应而腐蚀损耗的过程。而腐蚀损耗的过程。 一、金属的腐蚀一、金属的腐蚀 (1)化学腐蚀化学腐蚀 金属跟接触到的物质金属跟接触到的物质 (如如O2、Cl2 、SO2等等
2、) 直直 接发生接发生化学反应化学反应而引起的腐蚀。而引起的腐蚀。 2.分类：分类： 化学腐蚀和电化学腐蚀 化学腐蚀和电化学腐蚀 左边家用燃气灶的中心部位很容易生锈，而右边的左边家用燃气灶的中心部位很容易生锈，而右边的 食品罐头放在南极食品罐头放在南极80多年了，却很少生锈多年了，却很少生锈 升温可加升温可加 快金属腐快金属腐 蚀蚀 温度对化学腐蚀的影响：温度对化学腐蚀的影响： 升温加快升温加快金属腐蚀金属腐蚀 降温减慢降温减慢金属腐蚀金属腐蚀 思考与交流：思考与交流： 铁钉锈蚀的可能条件假设：铁钉锈蚀的可能条件假设： 只只与与水水接触，接触，不不与与空气空气接触接触 不不与与水水接触，接触，
3、只只与与空气空气接触接触 既既与与水水接触，接触，又又与与空气空气接触接触 既既与与NaCl溶液接触，溶液接触，又又与与空气空气接触接触 既既与与CH3COOH溶液接触，溶液接触，又又与与空气空气接触接触 不纯的金属（或合金）跟电解质溶液接触时，不纯的金属（或合金）跟电解质溶液接触时， 会发生会发生原电池反应原电池反应，比较活泼的金属失去电子，比较活泼的金属失去电子 而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。 （2）电化学腐蚀）电化学腐蚀 海边的铁制品比较容易生锈，为什么？海边的铁制品比较容易生锈，为什么？ 原电池反原电池反 应可加快应可加快 金属腐蚀金属腐蚀 化学腐
4、蚀与电化学腐蚀的差异化学腐蚀与电化学腐蚀的差异 铁与酸反应，铁被腐蚀。铁与酸反应，铁被腐蚀。 腐蚀速率较慢。腐蚀速率较慢。 铁作负极被腐蚀铁作负极被腐蚀 腐蚀速率较快。腐蚀速率较快。 原电池的形成条件原电池的形成条件: (1)活泼性不同的两种金属（或金属与石活泼性不同的两种金属（或金属与石墨）墨） 构成两个电极构成两个电极 (2)电解质溶液电解质溶液 (3)构成闭合电路构成闭合电路 (4)自发的氧化还原反应自发的氧化还原反应 发生发生_反应的是反应的是_极（电极消耗）极（电极消耗） 发生发生_反应的是反应的是_极（电极放出气体极（电极放出气体 或析出金属）或析出金属） 原电池正负极的判断原电池
5、正负极的判断 根据金属的活泼性判断根据金属的活泼性判断 根据电极反应来判断根据电极反应来判断 活泼活泼金属做金属做_极极, 不活泼不活泼金属金属(或可导电的或可导电的 非金属）做非金属）做_极极 还原还原 负负 正正 负负 正正 氧化氧化 钢铁的电化学腐蚀：钢铁的电化学腐蚀：潮湿空气中吸附了一层薄薄潮湿空气中吸附了一层薄薄 的水膜，由于溶解了的水膜，由于溶解了CO2而形成了电解质溶液而形成了电解质溶液 若电解质溶液若电解质溶液酸性较强酸性较强 负极：，电极反应式：负极：，电极反应式： 正极：，电极反应式：正极：，电极反应式： 总反应式：总反应式： Fe - 2e- Fe2+ 2H+ + 2e-
6、 H2 Fe + 2H+ Fe2+ + H2 铁铁 碳碳 H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3- 析氢腐蚀析氢腐蚀 负极：，电极反应式：负极：，电极反应式： 正极：，电极反应式：正极：，电极反应式： 总反应式：总反应式： 2Fe - 4e- 2Fe2+ 2H2O + O2 + 4e- 4 OH- 2Fe+ 2H2O + O2 2 Fe(OH)2 铁铁 碳碳 若电解质溶液若电解质溶液酸性较弱或呈中性酸性较弱或呈中性 吸氧腐蚀吸氧腐蚀 注意：注意： （1）电化学腐蚀是通过构成无数微小的原）电化学腐蚀是通过构成无数微小的原 电池而发生的，作为负极的较活泼金属将不电池而发生的，作为负极的
7、较活泼金属将不 断被腐蚀。而不活泼的金属（或非金属或其断被腐蚀。而不活泼的金属（或非金属或其 它杂质）则被保护。它杂质）则被保护。 （2）电化学腐蚀，只有当金属跟电解质溶）电化学腐蚀，只有当金属跟电解质溶 液接触时，才会发生，并伴有微电流产生。液接触时，才会发生，并伴有微电流产生。 （3）原电池反应能加快金属腐蚀原电池反应能加快金属腐蚀 两者往往两者往往同时同时发生，电化学腐蚀更普遍发生，电化学腐蚀更普遍 相互相互 联系联系 较活泼较活泼金属被氧化金属被氧化 金属被氧化金属被氧化 本质本质 有有微弱电流微弱电流产生产生 无电流无电流产生产生 现象现象 不纯不纯金属或合金金属或合金 跟跟电解质溶
8、液电解质溶液及及 氧化剂氧化剂( (O2) )接触接触 金属跟具有氧化性金属跟具有氧化性 的物质直接接触的物质直接接触 条件条件 电化学腐蚀电化学腐蚀 化学腐蚀化学腐蚀 化学腐蚀与电化学腐蚀的比较化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 1.金属腐蚀的本质：金属腐蚀的本质： 金属原子金属原子 金属金属_，发生，发生_反应反应 氧化氧化 失去失去 e- 阳离子阳离子 2.金属腐蚀的分类金属腐蚀的分类 化学腐蚀化学腐蚀 电化腐蚀电化腐蚀 酸性环境酸性环境 中性或碱性环境中性或碱性环境 （普遍）（普遍） 小结：小结： 金属腐蚀的危害金属腐蚀的危害 金属的腐蚀对国民经济带来的损失是惊人的，金属的腐蚀对国民经济带来的
9、损失是惊人的， 据据70年代美国的一份统计报告，全世界每年由于腐年代美国的一份统计报告，全世界每年由于腐 蚀而报废的金属设备和材料，约相当于金属年产量蚀而报废的金属设备和材料，约相当于金属年产量 的的1/3，至于因设备腐蚀损坏而引起的停工减产、，至于因设备腐蚀损坏而引起的停工减产、 产品质量下降、污染环境、危害人体健康甚至造成产品质量下降、污染环境、危害人体健康甚至造成 严重事故的损失，就更无法估计了。当前，世界各严重事故的损失，就更无法估计了。当前，世界各 国都有许多优秀的科学家，从事金属腐蚀理论及防国都有许多优秀的科学家，从事金属腐蚀理论及防 护方法的研究工作。有志者可选择这方面的课题研护
10、方法的研究工作。有志者可选择这方面的课题研 究，一定会大有作为；一旦有新的突破，产生的经究，一定会大有作为；一旦有新的突破，产生的经 济效益和社会影响，必将是巨大的。济效益和社会影响，必将是巨大的。 二、金属的防护二、金属的防护 (一一)影响金属腐蚀的因素：影响金属腐蚀的因素： (二二) 金属在什么条件下容易被腐蚀？金属在什么条件下容易被腐蚀？ 金属的本性和介质金属的本性和介质 在潮湿的空气中、接触腐蚀性气体或电解质，在潮湿的空气中、接触腐蚀性气体或电解质， 都容易被腐蚀都容易被腐蚀 思考思考: 金属腐蚀的防护思路金属腐蚀的防护思路 主要从金属的本质和介质两方面考虑，如主要从金属的本质和介质两
11、方面考虑，如: 改变金属的内部组织结构，改变金属的内部组织结构， 在金属表面覆盖保护层等等在金属表面覆盖保护层等等 讨论自行车不同构件的防锈措施讨论自行车不同构件的防锈措施 2.在金属表面覆盖保护层，使它与在金属表面覆盖保护层，使它与_、 _等物质等物质_。 （三）金属的（三）金属的防护防护方法方法 : 1.改变金属的内部组织结构；改变金属的内部组织结构； 如：喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀、表面钝化如：喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀、表面钝化 (氧化成致密的氧化膜氧化成致密的氧化膜)、搪瓷、包塑料等方法。、搪瓷、包塑料等方法。 空气空气 水水 隔离隔离 如：将如：将Cr、Ni等金属加进钢里等金属加进
12、钢里制成不锈钢制成不锈钢 船身如何防腐蚀的？船身如何防腐蚀的？ 用牺牲锌块的方法来保护用牺牲锌块的方法来保护 船身上装锌块船身上装锌块 如何防止地下钢铁管道的腐蚀？如何防止地下钢铁管道的腐蚀？ 用牺牲镁块的方法来防止地下钢用牺牲镁块的方法来防止地下钢 铁管道的腐蚀，镁块要定期更换铁管道的腐蚀，镁块要定期更换 消除引起金属发生电化学腐蚀的原电池反应消除引起金属发生电化学腐蚀的原电池反应 3.金属的电化学防护金属的电化学防护 原理：原理：在被保护的金属上在被保护的金属上连接连接比该金属比该金属_， 此金属作此金属作_极反应受到腐蚀，极反应受到腐蚀，被保护的金属作被保护的金属作_极极， 不反应，起到
13、保护作用。不反应，起到保护作用。 更活泼的金属更活泼的金属 负负 正正 做负极材料常用的有做负极材料常用的有_ 镁、铝、锌镁、铝、锌 1.埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种 情况下被腐蚀速率最慢的是情况下被腐蚀速率最慢的是 ( ) A在潮湿疏松的土壤中；在潮湿疏松的土壤中； B在含铁元素较多的酸性土壤中；在含铁元素较多的酸性土壤中； C在干燥致密不透气的土壤中；在干燥致密不透气的土壤中； D在含碳较多的潮湿透气的中性土壤在含碳较多的潮湿透气的中性土壤 C 2.下列装置中四块相同的下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后片，放置一段时间后 腐蚀速率由腐蚀速率由
14、慢慢到到快快的顺序是：的顺序是：_ (4) (2) (1) (3) (1)、改变金属的内部组织结构，如、改变金属的内部组织结构，如 (2)、在金属表面覆盖保护层，如、在金属表面覆盖保护层，如 (3)、电化学保护法、电化学保护法 （消除引起金属发生电化腐蚀（消除引起金属发生电化腐蚀 的原电池反应的方法）的原电池反应的方法） 在要保护的金属上在要保护的金属上连接连接比该金属比该金属更活泼的金属更活泼的金属或或 合金合金 P57 不锈钢不锈钢 覆盖油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化覆盖油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化 成致密的气化膜等成致密的气化膜等 (三三)金属防护的方法金属防护的方法
15、知识总结知识总结 P58请你当设计师，假设用钢材在请你当设计师，假设用钢材在杭州西湖内杭州西湖内建建 造能使用造能使用20年左右年左右的一座大桥，有三种防锈的一座大桥，有三种防锈 措施供选择，你认为各种方法有什么优、缺措施供选择，你认为各种方法有什么优、缺 点？你优先选择哪种方法？理由是什么？点？你优先选择哪种方法？理由是什么？ （1）涂上油漆）涂上油漆 （2）使用镀铬的钢）使用镀铬的钢 （3）使用不锈钢）使用不锈钢 P57思考与交流思考与交流 如何选用防锈方法如何选用防锈方法-请你决策请你决策 涂油漆涂油漆的优点是成本较低，缺点是油漆层容易的优点是成本较低，缺点是油漆层容易 脱落，保护作用一
16、般，不太适合大桥要使用多脱落，保护作用一般，不太适合大桥要使用多 年的要求，而且也不适合在风景区使用。年的要求，而且也不适合在风景区使用。 使用镀铬的钢使用镀铬的钢的优点是保护作用优良，外表美的优点是保护作用优良，外表美 观，适合在风景区使用。观，适合在风景区使用。 使用不锈钢使用不锈钢的用点是保护作用优异，外表美的用点是保护作用优异，外表美 观，但成本较高，应酌情考虑。观，但成本较高，应酌情考虑。 钢铁在钢铁在酸性环境腐蚀酸性环境腐蚀示意图示意图 钢铁在钢铁在碱性或中性环境腐蚀碱性或中性环境腐蚀示意图示意图 知识点知识点: 金属的电化学腐蚀原理，金属的电化学腐蚀原理， 金属防护的常用方法和意
17、义金属防护的常用方法和意义 2. 有人设计以有人设计以Pt和和Zn为电极材料，埋入为电极材料，埋入 人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器 的能源。它依靠人体内血液种含有一定的能源。它依靠人体内血液种含有一定 浓度的溶解氧、浓度的溶解氧、H+和和Zn2+进行工作。它进行工作。它 的两极电极反应式分别的两极电极反应式分别 为：为： 、 。 （负极：（负极：Zn-2e-=Zn2+ , 正极：正极：2H2O+O2+4e-=4OH-,） 3、 烧过菜的铁锅未及时洗净，第二天便出现红棕烧过菜的铁锅未及时洗净，第二天便出现红棕 色锈斑（该锈斑为色锈斑（该锈斑为Fe(OH)3失
18、水的产物），试用有失水的产物），试用有 关的电极反应式，离子方程式和化学方程式表示关的电极反应式，离子方程式和化学方程式表示 Fe(OH)3的生成的生成 （1）负极）负极_； （2）正极）正极_； （3）离子方程式）离子方程式_； （4）化学方程式）化学方程式_ 2Fe4e-2Fe2+ 2H2O + O2 + 4e- 4 OH- 2Fe+ 2H2O + O2 2 Fe(OH)2 2Fe+ 2H2O + O2 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 5 5在装有水的容器中在装有水的容器中，用棉线悬挂一个在用棉线悬挂一个在 水中保持平衡的金属棒水中保持平衡的金属棒，
19、该棒由铁和铜焊该棒由铁和铜焊 接而成接而成，棉线系在两种金属接缝处棉线系在两种金属接缝处（如如 图图），再向水中加入少量再向水中加入少量CuSOCuSO4 4，经过一段经过一段 时间应看到的现象是时间应看到的现象是 ( ( ) ) A A铁端将附着铜增重下沉；铁端将附着铜增重下沉； B B铜端将附着铜增重下沉；铜端将附着铜增重下沉； C C铁端将变细减重上升；铁端将变细减重上升； D D铜端粗细不变将下沉铜端粗细不变将下沉 BC (1)、若液面上升，则溶液呈、若液面上升，则溶液呈_性，性， 电极反应式为：负极：电极反应式为：负极： _, 正极：正极：_ 6、如图、如图, 水槽中试管内有一枚铁水
20、槽中试管内有一枚铁 钉，放置数天观察：钉，放置数天观察： (2)、若液面下降，则溶液呈、若液面下降，则溶液呈_性，性， 电极反应式为：电极反应式为： 负极：负极：_ 正极：正极：_ 弱酸性或中性弱酸性或中性 2Fe - 4e-2Fe2+ O2+2H2O+4e-4OH 较强酸性较强酸性 Fe - 2e-Fe2+ 2H+2e-H2 7.把把a、b、c、d四块金属片浸入稀酸中，用导线两四块金属片浸入稀酸中，用导线两 两相连组成原电池。若两相连组成原电池。若a、d相连时，相连时，a为负极；为负极；c、 d相连时，电子由相连时，电子由c到到d；a、c相连时，相连时，c极上产生大极上产生大 量气泡；量气泡
21、；b、d相连时，相连时，b极上有大量气泡产生。则极上有大量气泡产生。则 四种金属的活动性顺序由强到弱为：（四种金属的活动性顺序由强到弱为：（ ） A.abcd B.acdb C. cabd D.bdca 8、钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是：、钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是： （ ） A.2H+ + 2e- = H2 B.Fe 2+ + 2e- = Fe C.2H2O + O2 + 4e- = 4OH - D. Fe 3+ + e- = Fe 2+ B C P55 科学探究科学探究 (实验需要在一周前开始做实验需要在一周前开始做)：将：将5颗洁净无锈的颗洁净无锈的 铁钉分
22、别放入以下铁钉分别放入以下5支试管中支试管中 A盛有经煮沸迅速冷却的蒸馏水，铁钉被浸没，盛有经煮沸迅速冷却的蒸馏水，铁钉被浸没， 再加植物油再加植物油 B盛干燥剂盛干燥剂CaCl2，试管口塞一团棉花，并塞上，试管口塞一团棉花，并塞上 塞子。塞子。 C 加入蒸馏水，铁钉被浸没一半加入蒸馏水，铁钉被浸没一半 D 盛盛NaCl溶液，铁钉被浸没一半。溶液，铁钉被浸没一半。 E盛盛CH3COOH溶液，铁钉被浸没一半。溶液，铁钉被浸没一半。 分时间段观察。分时间段观察。 实验方案实验方案 实验探究报告实验探究报告 实验方案实验方案 现象记录现象记录 结论结论 试管试管A 试管试管B 试管试管C 试管试管D
23、 试管试管E 锈蚀由快到慢的顺序为：锈蚀由快到慢的顺序为： E 、D 、C、B 或或 A 钢铁的两种环境下的腐蚀比较钢铁的两种环境下的腐蚀比较 （1） （2） Fe2O3 nH2O （铁锈铁锈） 通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。 条 件 条 件 较强较强酸性酸性。 中性中性 酸性很弱酸性很弱 电 极 反 应 电 极 反 应 负极负极Fe(- ) Fe-2e=Fe2+ 2Fe-4e=2Fe2+ 正极正极C(+) 2H+2e=H2 O2+2H2O+4e=4OH- 总反应总反应: Fe+2H+=Fe2+H2 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 4
24、Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 联 系 联 系 生成铁锈：生成铁锈： 水膜呈水膜呈_ 水膜呈水膜呈_或或_ 自行车如何防生锈？自行车如何防生锈？ 是是在金属表面在金属表面镀上一层耐腐蚀的金属，如自镀上一层耐腐蚀的金属，如自 行车的钢圈和车铃是在钢上行车的钢圈和车铃是在钢上镀镀上一层既耐腐上一层既耐腐 蚀又耐磨的蚀又耐磨的Cr 自行车的车把、自行车的车把、 车辐条、钢圈车辐条、钢圈 和车铃防锈措和车铃防锈措 施是什么？施是什么？ 健身器材如何防锈？健身器材如何防锈？ 刷油漆刷油漆 1、请根据以下的生活中的例子，总结金属防护常、请根据以下的生活中的例子，总结金属防护常 用的方法，并解释这些方法为什么可以达到防止用的方法，并解释这些方法为什么可以达到防止 金属腐蚀的目的？金属腐蚀的目的？ P57思考与交流思考与交流 衣架和电线如何防锈？衣架和电线如何防锈？ 外面包上一层塑料层外面包上一层塑料层 某些工具的“机械传动部位”某些工具的“机械传动部位” ，能用，能用 油漆来防锈吗？油漆来防锈吗？ 不能用油漆来防锈，而是选用油脂不能用油漆来防锈，而是选用油脂 应选用什么呢？应选用什么呢？
