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第三节 金属的腐蚀与防护
1. 能结合原电池原理尝试设计实验探究金属腐蚀的原理，培养创新意识、科学探究能力和科学态度；能结合实验现象从微观视角推测铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的本质，发展宏观辨识与微观探析、逻辑推理能力与模型认知素养。
2. 能结合原电池构成要素对比吸氧腐蚀和析氢腐蚀的异同，学会控制单一变量进行对比实验，认识电解质环境引起的正极反应不同，加深对变化观念的认识。
3. 能结合原电池和电解池原理，尝试设计金属防护的方法并评价防护效果，理解化学学科的社会价值。
4.通过对生产、生活中与金属的腐蚀与防护相关的实际问题的解释与解决，完善认识化学反应的角度，深刻理解物质变化和能量守恒，培养节约环保的意识，增强社会责任感。
素养目标
教学重点
教学难点
金属的电化学腐蚀原理及电化学防护原理。
金属的电化学腐蚀原理。
情境引入
有盐分的海水和空气会对航母船体造成腐蚀，因此船体的防腐处理非常重要。你知道采取何种措施能防止船体的腐蚀吗
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铁锈主要成分：
Fe2O3 xH2O
铜绿主要成分：
Cu2(OH)2 CO3
一、金属的腐蚀
1．金属腐蚀:金属或合金与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
2．实质:金属失电子变成阳离子，被氧化，其反应为：M - ne- === Mn+
3、特征：金属腐蚀后，在外形，色泽及机械性能方面会发生变化。
4、由于与金属接触的气体或液体物质不同，发生腐蚀的情况也不同，一般金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
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（一）化学腐蚀
1、定义：金属与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2、SO2等）直接反应而引起的腐蚀。
如：Fe与Cl2直接反应
输送原油的钢管在无水、
无氧的情况下被腐蚀而漏油
2、特点：无电流产生，受温度影响大,温度升高而腐蚀速率加快。例如：钢材在高温下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的一层氧化物。
家用燃气灶的中心部位很容易生锈
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（二）电化学腐蚀
1、定义：不纯的金属跟电解质溶液接触时，发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀
铜板上的铁铆钉生锈
潮湿环境中的铁制水管、轮船生锈
2、特点：有微弱的电流产生，最为普遍，危害大，腐蚀速率快。
化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，速率更快
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（三）钢铁电化学腐蚀
1）析氢腐蚀
在酸性环境中，在腐蚀过程中不断有H2放出
（pH≤4.3）
负极（Fe）：
正极（C） ：
Fe - 2e- === Fe2+
2H+ + 2e- === H2↑
总反应：
Fe + 2H+ === Fe2+ + H2↑
实质
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2）吸氧腐蚀
钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气，此时就会发生吸氧腐蚀
负极（Fe）：
正极（C） ：
Fe - 2e- = Fe2+
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
总反应：
2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+2H2O+O2 = 4Fe(OH)3
Fe2O3 · xH2O
通常两种腐蚀同时存在，但吸氧腐蚀更普遍
主要原因：水膜一般不显强酸性；多数金属都可发生
【实验4-3】
(1)将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入下图所示的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化。
现象：导管中的水柱上升，铁钉生锈
实验结论：装置中Fe、C、饱和食盐水构成了Fe-C-饱和食盐水原电池，Fe作负极，C作正极，饱和食盐水作电解质溶液，由于NaCl溶液呈中性，发生吸氧腐蚀
【实验4-3】
（2）取两支试管，分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸，观察现象。然后，向其中一支试管中滴加1～2滴硫酸铜溶液，再观察现象。
现象：均有气泡，且滴加CuSO4试管产生气泡速率更快
实验结论：滴加硫酸铜溶液后，装置中Zn、Cu、稀盐酸构成了Zn-Cu-稀盐酸原电池，能加快反应速率，Zn作负极，Cu作正极，稀盐酸作电解质溶液，由于稀盐酸呈酸性，发生析氢腐蚀
知识拓展
在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：
电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞防腐措施的腐蚀
快 阳极 负极 普通化学腐蚀 正极 阴极 慢
影响金属化学腐
蚀速率的因素：
①本性：金属越活泼，越易被腐蚀；
②温度：环境温度越高，腐蚀速率越快；
③浓度：氧化剂浓度越大，腐蚀速率越快；
④活泼性：活泼性差别越大，腐蚀速率越快。
根据金属腐蚀的实质，你能提出金属的防护方法吗？
金属防护的本质：阻止 M-ne-=Mn+ 的发生
思考角度
切断原电池反应
给予电子
改变金属材料组成
在金属表面覆盖保护层
思考与讨论
烤蓝
烤漆
镀铬
覆盖塑料
涂凡士林
镀锌
涂机油
二、金属的防护
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1、改变金属的内部组织结构
2、在金属表面覆盖保护层
在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。
制成不锈钢
钛合金
抗腐蚀性，生物相容性
①喷涂油漆、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料②电镀(在钢铁表面形成铬等耐腐蚀性较强的金属镀层)③发蓝处理④致密的氧化膜⑤钝化膜
负极 ：
正极 ：
应用 ：
锅炉内壁、
船舶外壳安装镁合金或锌块
原理：
原电池原理
被保护的金属
更活泼金属
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3、电化学保护法
1）牺牲阳极法
船身上装锌块
用牺牲锌块的方法来保护船身
【实验4-4】
（1）以Fe作保护电极，Zn作辅助电极，以经过酸化的3%NaCl溶液作电解质溶液，按图所示连接好装置。观察电流表指针的变化，以及烧杯中两个电极附近发生的现象。
过一段时间，用胶头滴管从Fe电极区域取少量溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6]（铁氰化钾）溶液， 观察试管中溶液颜色变化？
资料卡片: Fe2+检验：Fe2+与K3[Fe(CN)6] (黄色)反应生成KFe[Fe(CN)6]沉淀(带有特征蓝色)。
实验装置 电流表 阳极 阴极
现象
有关反应
——
指针偏转
逐渐溶解
Zn-2e-=Zn2+
质量不变；加入铁氰化钾溶液，无变化
O2+4e-+4H+=2H2O
结论：Fe、Zn和经过酸化的NaCl溶液构成原电池；该装置中铁未被腐蚀
【实验4-4】
（2）将1g琼脂加入250 mL烧杯中，再加入50 mL饱和食盐水和150 mL水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。稍冷后，趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中，各滴入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀。取两个2～3 cm的铁钉，用砂纸擦光。
如图(a)所示，将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养皿中；如图(b)所示，将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中。观察并解释实验现象。
现象：靠近锌皮处颜色无变化，靠近裸露的铁钉处出现红色
解释：形成原电池，Zn作阳极(负极)，被腐蚀；铁作阴极(正极)，铁被保护
现象：靠近铜丝处出现红色，靠近裸露的铁钉处出现蓝色
解释：构成原电池：
铁作阳极(负极),被腐蚀；铜作阴极(正极)。
阳极上发生Fe-2e- =Fe2+
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2）外加电流法
原理：调整外加电压，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零。
原理：
电解池原理
阴极 ：
阳极 ：
被保护的金属
辅助电极（不溶性）
应用：钢铁闸门，地下管道连接电源负极
1、牺牲阳极法、外加电流法都要采用辅助阳极，两种方法中辅助阳极发生的反应类型是否相同？
牺牲阳极法：辅助阳极金属材料活动性必须比被保护的金属的活动性要强。
相同，都是发生氧化反应。
2、对于用作辅助阳极的金属的化学性质各有什么要求？
外加电流法：辅助阳极只起导电作用，惰性电极和金属均可作辅助阳极，但最好选用惰性电极。
思考与讨论
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金属的腐蚀与防护
金属的腐蚀
金属的防护
化学腐蚀
金属表面覆盖保护层
电化学腐蚀
改变金属材料的组成
电化学保护法
1）牺牲阳极法
2）外加电流法
1）析氢腐蚀
2）吸氧腐蚀
课堂小结
1、下列各情况下，其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是 。
(5)
(2)
(1)
(3)
(4)
练习与应用
2、下列关于金属腐蚀的说法正确的是 (　　)
A．合金都比纯金属易被腐蚀
B．金属化学腐蚀的实质是：M－ne－=Mn＋，电子直接转移给氧化剂
C．金属的电化学腐蚀必须在酸性条件下进行
D．在潮湿的环境中，金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀
E．镀锌铁皮的镀层损坏后，铁更容易被腐蚀
B
练习与应用
3、下列各种镀有金属保护层的铁板，镀层破损后在相同的环境中，铁板最易被腐蚀的是 (　　)
A．镀锌铁(白铁)　 B．镀锡铁(马口铁)
C．镀铜铁 D．镀银铁
D
练习与应用

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