1、铁锈斑斑,四川省宜宾市城区的南门大桥,钢铁生锈造成大桥断裂！,断裂,2005年3月13日凌晨,贵州省安顺市体校宿舍内一楼梯垮塌,15岁的击剑队员姚某从梯架上摔下,送医院后抢救无效不幸死亡。原因是锈蚀楼梯跨塌。,金属腐蚀,铜器表面生成一层薄薄的铜绿 铜绿的主要成分是:,Cu2(OH)2CO3,第三章 探索生活材料 第二节 金属的腐蚀和防护,1、金属材料是现代物质文明的基础,国家大剧院,虎门大桥,一、金属防腐蚀的意义,2、金属防腐蚀的意义,锈蚀的大桥,锈蚀的闸门,锈蚀的轮船,锈蚀的楼梯,链接,2、金属防腐蚀的意义,全世界每年因腐蚀而损失的金属材料超过1亿t。我国每年因腐蚀而造成的经济损失高达数百亿
2、元。,1984年1月，美联合碳化公司开设在印度的农药厂，因设备腐蚀引起毒气异氰酸甲酯泄漏，造成2500多人死亡，几万人双目失明，因此，金属防腐蚀非常重要。,二、金属为什么易被腐蚀,铁,铁锈 铁矿石,还原反应,炼铁,氧化反应,生锈,1、概念,金属腐蚀的实质：,金属原子失去电子被氧化的过程,1.定义：指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。,一、金属的腐蚀,(1)化学腐蚀 金属跟接触到的物质 (如O2、Cl2 、SO2等) 直 接发生化学反应而引起的腐蚀。,2.分类：,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，而右边的食品罐头放在南极80多年了，却很少生锈
3、,升温可加快金属腐蚀,温度对化学腐蚀的影响：,升温加快金属腐蚀 降温减慢金属腐蚀,思考与交流：,铁钉锈蚀的可能条件假设： 只与水接触，不与空气接触 不与水接触，只与空气接触 既与水接触，又与空气接触 既与NaCl溶液接触，又与空气接触 既与CH3COOH溶液接触，又与空气接触,不纯的金属（或合金）跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，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。,（2）电化学腐蚀,海边的铁制品比较容易生锈，为什么？,原电池反应可加快金属腐蚀,化学腐蚀与电化学腐蚀的差异,铁与酸反应，铁被腐蚀。 腐蚀速率较慢。,铁作负极被腐蚀 腐蚀速率较快。,原电池的形成条件:,(1)
4、活泼性不同的两种金属（或金属与石 墨）构成两个电极,(2)电解质溶液,(3)构成闭合电路,复习,(4)自发的氧化还原反应,Zn,Cu,H+,SO42-,H+,Zn2+,+,还原反应 2H+2e=H2,氧化反应 Zn-2e=Zn2 +,原电池,发生_反应的是_极（电极消耗） 发生_反应的是_极（电极放出气体或析出金属）,原电池正负极的判断,根据金属的活泼性判断,根据电极反应来判断,活泼金属做_极, 不活泼金属(或可导电的非金属）做_极,还原,负,正,负,正,氧化,钢铁的电化学腐蚀：潮湿空气中吸附了一层薄薄的水膜，由于溶解了CO2而形成了电解质溶液,若电解质溶液酸性较强,负极：，电极反应式：,正极
5、：，电极反应式：,总反应式：,Fe - 2e- Fe2+,2H+ + 2e- H2,Fe + 2H+ Fe2+ + H2,铁,碳,析氢腐蚀,(pH4.3 ),负极：，电极反应式：,正极：，电极反应式：,总反应式：,2Fe - 4e- 2Fe2+,2H2O + O2 + 4e- 4 OH-,2Fe+ 2H2O + O2 2 Fe(OH)2,铁,碳,若电解质溶液酸性较弱或呈中性,吸氧腐蚀,钢铁的吸氧腐蚀,事例：铁钉生锈,分析：运用原电池原理分析钢铁腐蚀,钢铁腐蚀的电极反应：,Fe（-）: 2Fe 4e- 2Fe2+,C（+）: 2H2O + O2 + 4e- 4OH-,总反应：,进一步氧化:,析氢
6、腐蚀与吸氧腐蚀(以Fe为例),O2+2H2O + 4e- = 4OH-,2H+ + 2e- = H2,析氢腐蚀: Fe + 2H+ = Fe2+ + H2,Fe - 2e- = Fe2+,吸氧腐蚀: 2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2,电化学腐蚀,水膜酸性较强 （pH4.3）,水膜酸性很弱 或中性,注意： （1）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断被腐蚀。而不活泼的金属（或非金属或其它杂质）则被保护。 （2）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。 （3）原电池反应能加快金属腐蚀,两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍,相互
7、联系,较活泼金属被氧化,金属被氧化,本质,有微弱电流产生,无电流产生,现象,不纯金属或合金 跟电解质溶液及 氧化剂(O2)接触,金属跟具有氧化性 的物质直接接触,条件,电化学腐蚀,化学腐蚀,化学腐蚀与电化学腐蚀的比较,金属腐蚀小结,定义： 指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。 实质：金属原子失去电子被氧化的过程。分类： 化学腐蚀 电化学腐蚀,析氢腐蚀 吸氧腐蚀,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，据70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的1/3，至于因设备腐蚀损坏而引起的停工减产、产品质量下降、
8、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。,二、金属的防护,(一)影响金属腐蚀的因素：(二) 金属在什么条件下容易被腐蚀？,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，都容易被腐蚀,思考:,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: 改变金属的内部组织结构， 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,2.在金属表面覆盖保护层，使它与_、_等物质_。,（三）金
9、属的防护方法 :,1.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(氧化成致密的氧化膜)、搪瓷、包塑料等方法。,空气,水,隔离,如：将Cr、Ni等金属加进钢里制成不锈钢,船身如何防腐蚀的？,用牺牲锌块的方法来保护,船身上装锌块,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铁管道的腐蚀，镁块要定期更换,3.金属的电化学防护,原理：在被保护的金属上连接比该金属_， 此金属作_极反应受到腐蚀，被保护的金属作_极， 不反应，起到保护作用。,更活泼的金属,负,正,做负极材料常用的有_,镁、铝、锌,利用原电池原理来减少金属腐蚀的方法。,外加电流的阴极保护法,阴极：被保护
10、金属,阳极：不溶性电极,被保护金属接通直流电源负极,思考题,、轮船在海水中航行驶比在河水中行驶易腐蚀，为什么？,3.金属的电化学防护,1.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 ( ) A在潮湿疏松的土壤中； B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； D在含碳较多的潮湿透气的中性土壤,C,课堂练习:,2.下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是：_,(4) (2) (1) (3),(1)、改变金属的内部组织结构，如 (2)、在金属表面覆盖保护层，如(3)、电化学保护法 （消除引起金属发生电化腐蚀的原电池反应的方法） 在要保护的金
11、属上连接比该金属更活泼的金属或合金,不锈钢,覆盖油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化成致密的气化膜等,(三)金属防护的方法,知识总结,P52请你当设计师，假设用钢材在杭州西湖内建造能使用20年左右的一座大桥，有三种防锈措施供选择，你认为各种方法有什么优、缺点？你优先选择哪种方法？理由是什么？ （1）涂上油漆 （2）使用镀铬的钢 （3）使用不锈钢,思考与交流: 如何选用防锈方法-请你决策,涂油漆的优点是成本较低，缺点是油漆层容易脱落，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。,使用镀铬的钢的优点是保护作用优良，外表美观，适合在风景区使用。,使用不锈钢的用点是保护作用
12、优异，外表美观，但成本较高，应酌情考虑。,思考与交流: 如何选用防锈方法-请你决策,钢铁在酸性环境腐蚀示意图,钢铁在碱性或中性环境腐蚀示意图,知识点: 金属的电化学腐蚀原理， 金属防护的常用方法和意义,3. 有人设计以Pt和Zn为电极材料，埋入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浓度的溶解氧、H+和Zn2+进行工作。它的两极电极反应式分别为： 、 。负极：Zn-2e- = Zn2+ ,正极：2H2O+O2+4e- = 4OH-,课堂练习:,4、 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Fe(OH)3失水的产物），试用有关的电极反应式，离子方程式和
13、化学方程式表示Fe(OH)3的生成 （1）负极_ ； （2）正极_ ； （3）离子方程式_； （4）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,课堂练习:,5在装有水的容器中，用棉线悬挂一个在水中保持平衡的金属棒，该棒由铁和铜焊接而成，棉线系在两种金属接缝处（如图），再向水中加入少量CuSO4，经过一段时间应看到的现象是 ( ) A铁端将附着铜增重下沉； B铜端将附着铜增重下沉； C铁端将变细减重上升； D
14、铜端粗细不变将下沉,BC,课堂练习:,(1)、若液面上升，则溶液呈_性，电极反应式为：负极： _, 正极：_,6、如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：,(2)、若液面下降，则溶液呈_性，电极反应式为： 负极：_ 正极：_,弱酸性或中性,2Fe - 4e-2Fe2+,O2+2H2O+4e-4OH,较强酸性,Fe - 2e-Fe2+,2H+2e-H2,7.把a、b、c、d四块金属片浸入稀酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、d相连时，a为负极；c、d相连时，电子由c到d；a、c相连时，c极上产生大量气泡；b、d相连时，b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：（ ） A.a
15、bcd 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：（ ） A.2H+ + 2e- = H2 B.Fe 2+ + 2e- = Fe C.2H2O + O2 + 4e- = 4OH - D. Fe 3+ + e- = Fe 2+,B,C,科学探究,(实验需要在一周前开始做)：将5颗洁净无锈的铁钉分别放入以下5支试管中 A盛有经煮沸迅速冷却的蒸馏水，铁钉被浸没，再加植物油 B盛干燥剂CaCl2，试管口塞一团棉花，并塞上塞子。 C 加入蒸馏水，铁钉被浸没一半 D 盛NaCl溶液，铁钉被浸没一半。 E盛CH3COOH溶液，铁钉被浸没一半。 分时间段观察。
16、,实验方案,实验探究报告,E 、D 、C、B 或 A,钢铁的两种环境下的腐蚀比较,Fe2O3 nH2O,（铁锈）,通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。,条件,较强酸性。,中性 酸性很弱,电极反应,负极Fe(- ),Fe-2e=Fe2+,2Fe-4e=2Fe2+,正极C(+),2H+2e=H2,O2+2H2O+4e=4OH-,总反应:,Fe+2H+=Fe2+H2,2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,联系,生成铁锈：,水膜呈_,水膜呈_或_,自行车如何防生锈？,是在金属表面镀上一层耐腐蚀的金属，如自行车的钢圈和车铃是在钢上镀上一层既耐腐蚀又耐磨的Cr,自行车的车把、车辐条、钢圈和车铃防锈措施是什么？,交流研讨,1、自行车在月球会不会生锈？ 2、深圳和敦煌哪个地区的钢铁更容易生锈些？ 3、谈谈自行车的防护措施，哪些方法可以防止 金属的腐蚀？ （内因、外因）,自行车金属部件的腐蚀是由于暴露在空气中的金属与水、氧气发生了化学反应的缘故。,健身器材如何防锈？,刷油漆,1、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金属腐蚀的目的？,思考与交流,衣架和电线如何防锈？,外面包上一层塑料层,某些工具的“机械传动部位” ，能用油漆来防锈吗？,不能用油漆来防锈，而是选用油脂,应选用什么呢？,
