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课时3 金属腐蚀的应用
金属的腐蚀与防护
化学 高二上学期
血管支架
任务一：探究“暖宝宝”的发热原理
【分组讨论】
1.“暖宝宝”在发热过程中，其主要成分分别起什么作用？
2.“暖宝宝”使用时为什么要去掉外包装？
空气
暖宝宝是怎么发热的？
铁与氧气反应放热，但是在自然条件下很慢。当空气中的氧气通过微孔透气膜进入后，铁做负极，活性炭粉做正极，盐的加入则增强了混合物的导电性，形成了无数个微小的原电池，加快反应速率，反应放出的热量使暖贴发热。
负极反应：
正极反应：
总反应：
Fe - 2e- == Fe2+
O2 + 4e- + 2H2O == 4OH-
2Fe + O2 + 2H2O == 2Fe(OH)2
任务一：探究“暖宝宝”的发热原理
3.为什么“暖宝宝”使用后会变得较硬？使用前后“暖宝宝”的成分有何变化？
【思考】
1.为什么“暖宝宝”能较持久而又稳定地提供热量？
蛭石做良好的隔热保温材料，吸水性树脂能吸收自身重量的数百倍或上千倍的水分子，以维持持久反应。
4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O = 4 Fe(OH)3
2Fe(OH)3=Fe2O3·nH2O+(3- n) H2O
反应后的成分主要为炭粉、氯化钠固体、三氧化二铁固体以及含镁和铝的盐，因而变得较硬。
2.“暖宝宝使用的是双层包装。外层由不透气的明胶层制成，内层由微孔透气膜制成，为什么要这样设计？
放热时间的长短和温度高低是通过透气膜的透氧速率进行控制的。
任务一：探究“暖宝宝”的发热原理
【结论】“暖宝宝”的发热原理
①铁与氧气的反应为 反应;
放热
②铁粉、活性炭和离子导体(食盐溶于水)构成 ,加快了反应速率。
原电池
③矿物材料蛭石来保温。放热的时间和温度可以通过透气膜的透氧速率进行控制。
【评价1】
利用铁锈蚀原理测定空气中氧气的含量。脱氧剂的主要成分为铁粉、少量活性炭和少量氯化钠等。
【实验过程】
①取一个容积为150 mL的集气瓶,再取一个量筒,量取100 mL水。
②在室温下,将足量的脱氧剂悬吊在橡皮塞反面,再将橡皮塞旋紧在集气瓶口,然后将导管插入量筒内(如图所示)。
?
一段时间后观察到的现象:　　　　　　　　　　　 ,这是因为　 。?
③当量筒内水面高度不再变化,且温度恢复至室温时,读出水面在73 mL刻度处。
【实验结果】该实验测得空气中氧气的体积分数是　　　　　　　。?
量筒内的液面下降,部分水从量筒进入集气瓶
铁粉锈蚀消耗了集气瓶内的部分氧气,导致集气瓶内压强小于外界大气压
18%
任务二：探究银器的腐蚀与复原
任务二：探究银器的腐蚀与复原
【问题1】长期佩戴的银饰为什么会发黑？黑色物质是什么？
常见的黑色含银化合物：Ag2O 、Ag2S
【资料卡片】
银饰会与空气中的含硫化合物发生反应；人体皮肤蛋白质中含有硫元素，也会参与这一过程。
任务二：探究银器的腐蚀与复原
【问题2】银饰复原实验的原理是什么？
铝、锡
Ag2O 、Ag2S
食盐水、小苏打
原电池
负极—
正极—
离子导体—
书写电极方程式
电化学腐蚀
Al - 3e- == Al3+
Sn - 2e- == Sn2+
Ag2O + H2O + 2e-==2Ag + 2OH-
Ag2S + 2e-==2Ag + S2-
当银饰复原结束后，该装置还能否对Ag进行防腐蚀的保护？
任务三：应用微电解技术处理废水
工业废水中含有重金属盐、有机污染物、无机物等，成分复杂，多数有剧毒，在生物体内有一定的累计作用，如果直接排放，会对环境、人类生产生活造成极大的危害。
微电解技术
向废水中加入铁粉、碳粉
Fe－2e－= Fe2＋
O2＋2H2O＋4e－= 4OH－
2H＋＋2e－=H2↑
（酸性条件）
（碱性或中性条件）
负极：
正极：
新生成的电极反应产物具有很高的反应活性，能与废水中的某些污染物发生氧化还原反应，从而达到去除污染物的目的
任务三：应用微电解技术处理废水
电镀行业产生的酸性含铬Cr(VI)废水对环境有污染，可采用该处理：
①
焦炭-铁屑
②
碱
酸性
含铬废水
( )
Cr2O72?
?
Cr3+
负极：
Fe－2e－＝Fe2＋
正极：
2H＋＋2e－＝H2↑
Cr2O72?
?
＋6e－+14H+＝2Cr3++7H2O
Cr2O72?
?
＋6Fe2＋+14H+＝2Cr3++7H2O+6Fe3+
Cr(OH)3↓
Fe(OH)3↓
任务三：应用微电解技术处理废水
Cr2O72?
?
＋6Fe2＋+14H+＝2Cr3++7H2O+6Fe3+
橙色
利用色度传感器测吸光度
任务三：应用微电解技术处理废水
最佳铁碳比实验结果
实验现象
Fe:C
起始浓度（mg/ml)
净化后吸光度
净化后的浓度（mg/ml)
浓度变化量（mg/ml)
去除率
1:1
1
0.8278
0.33
0.67
67.0%
1:2
1
0.9039
0.38
0.62
62.0%
1:3
1
1.1648
0.52
0.48
48.0%
2:1
1
0.8913
0.37
0.63
63.0%
3:1
1
1.2006
0.54
0.46
46.0%
结论：对模拟废水净化效果最好的铁碳比为1：1
实验数据
任务三：应用微电解技术处理废水
实验组 ：10g铁粉、10g碳粉做正负极材料、2mg/mL重铬酸钾溶液模拟废水60mL、pH=2
对照组1: 10g铁粉、2mg/mL重铬酸钾溶液模拟废水60mL、pH=2
对照组2： 10g碳粉、2mg/mL重铬酸钾溶液模拟废水60mL、pH=2
实验组
对照组1
对照组2
实验组别
起始浓度C0/(mg/mL)
净化后吸光度A/(L·g-1·cm-1)
净化后浓度C/(mg/mL)
浓度变化?C/(mg/mL)
去除率
实验组
2
0.8052
0.32
1.7mg/mL
85%
对照组1
2
3.6497
1.91
0.18mg/mL
9%
对照组2
2
3.3524
1.75
0.31mg/mL
15.5%
去除率=初始浓度?净化后浓度初始浓度·100％
?
结论：实验组的去除率远远高于对照组1和对照组2的去除率，说明微电解法处理污水的效果最佳，构成铁碳微电池能够大大提高废水离子的去除率。此外，对照组2的去除率要高于对照组1去除率，说明通过活性炭的吸附作用来净化污水的效果要好于利用铁与氢离子的置换反应生成的Fe2+的还原作用来净化污水的效果。
任务三：应用微电解技术处理废水
【评价2】
铁碳微电解技术是利用原电池原理处理酸性污水的一种工艺，装置如图所示。若上端开口关闭，可得到强还原性的H·(氢原子)；若上端开口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性的·OH(羟基自由基)。下列说法正确的是(　　)
A．无论是否鼓入空气，负极的电极反应式均为Fe－3e－===?Fe3＋
B．鼓入空气时，每生成1 mol·OH有2 mol电子发生转移
C．不鼓入空气时，正极的电极反应式为H＋＋ e－===H·
D．处理含有草酸（H2C2O4）的污水时，上端开口应关闭
C
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