金属的腐蚀与防护学案。

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第三单元　金属的腐蚀与防护

[目标要求]　1.能解释金属发生电化学腐蚀的原因。2.认识金属腐蚀的危害，了解金属防护的方法。
一、金属的电化学腐蚀
1．金属的腐蚀
(1)金属腐蚀的概念：金属的腐蚀指的是金属或合金跟周围环境中接触到的物质发生化学反应被氧化而腐蚀损耗的现象。
(2)金属腐蚀后的特征
金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能等方面都发生一定的变化。
(3)金属腐蚀的本质
金属腐蚀的本质是金属原子失去电子变成阳离子的过程。也就是说，金属腐蚀的本质是金属发生了氧化反应。
(4)金属腐蚀的类型
由于与金属接触的介质不同，发生腐蚀的情况也不同，一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
①化学腐蚀
金属与其他物质(如O2、Cl2、SO2等)直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀。
②电化学腐蚀
不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。
2．电化学腐蚀
(1)实验探究
a　b

实验步骤：向铁粉中加入少量的炭粉，混合均匀后，撒入内壁分别用氯化钠溶液和稀醋酸润湿过的两支具支试管(分别标记为a、b)中。几分钟后，打开止水夹，观察、比较导管中水柱(在水中滴加几滴红墨水)的变化和试管中的现象。
实验现象：两支具支试管中都有红色铁锈产生，a装置导管内水柱上升，b装置导管内水柱低于小试管液面。
实验结论：装置a的导管中水柱上升，说明大试管内气体体积减小，a装置中有气体参加反应，由于是空气中的气体，故是氧气，发生吸氧腐蚀；装置b的导管中水柱下降，说明大试管内有气体生成，根据有铁和醋酸存在，生成的气体是氢气，发生析氢腐蚀。a、b装置构成原电池，a中氧气所发生的反应类似于氢氧燃料电池的反应。
(2)原理分析
①通常情况下，在潮湿的空气中，钢铁表面凝结了一层溶解有氧气的水膜，它与钢铁中的碳和铁形成了原电池。这些微小的原电池遍布钢铁表面。
Fe为负极，碳为正极，溶有O2的水膜为电解质溶液。
负极：2Fe－4e－===2Fe2＋(氧化反应)
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(还原反应)
总反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，
Fe(OH)3脱去一部分水生成的Fe2O3nH2O就为铁锈的主要成分。所以实验a具支试管中O2减少，压强减小，导管中水面上升。因此铁在这种环境中被腐蚀称为吸氧腐蚀，钢铁的这种腐蚀还是占主要的。
②如果钢铁表面水膜的酸性较强(如在某些化工厂附近的酸性气氛中)，此时，正极就会析出氢气。其电极反应如下：
负极：Fe－2e－===Fe2＋(氧化反应)
正极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
总反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
如果钢铁表面水膜的酸性较弱，随着氢气的析出，水膜的pH上升，Fe2＋与OH－结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2继续与空气中的O2作用，生成Fe(OH)3，进而形成铁锈，这种形成铁锈的方式叫析氢腐蚀。
总之无论是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀，作为负极的铁都不断地被氧化，且金属腐蚀主要是电化学腐蚀，而电化学腐蚀中吸氧腐蚀又是主要的。
二、金属的电化学防护
1．金属防护原理
金属材料大多易被腐蚀，所以要从金属腐蚀的化学反应原理和金属腐蚀的类型来考虑金属防护的方法。
2．金属防护的措施
(1)表面覆盖保护层
①将电解质溶液改为非电解质，如涂上油漆、矿物性油脂等；②镀上一层纯金属(锌、锡、铬、镍)以改变电极。如：表层镀锌的镀锌铁(俗称白铁皮)破损后，铁为正极，不腐蚀；锌为负极，被腐蚀，可以不断补充锌，保护铁，延长钢铁的使用期。而表层镀锡的镀锡铁(俗称马口铁)，价格虽比镀锌铁低，但表层磨损后，锡为正极，铁为负极，加快了钢铁的腐蚀。此外，还可将铁钝化使之表面形成一层致密的Fe3O4氧化膜。
(2)电化学保护法：
①牺牲阳极的阴极保护法
这种方法通常是在被保护的钢铁设备(如锅炉的内壁、船舶的外壳等)上装上若干锌块，作原电池的负极(阳极)，不断遭受腐蚀，定期拆换，而作为正极(阴极)的钢铁设备就被保护了下来。
②外加电流的阴极保护法
这种方法是将被保护的钢铁设备(如钢闸门)作阴极，用惰性电极作辅助阳极，两者均存在于电解质溶液中，接上外接直流电源。通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面产生负电荷(电子)的积累，抑制了钢铁发生失去电子的作用(氧化反应)，从而防止了钢铁的腐蚀。
(3)用改变金属组成和结构的方法防止金属腐蚀。如铁与铬、镍形成不锈钢。jaB88.COm

知识点一　金属的腐蚀
1．关于金属腐蚀的叙述中，正确的是()
A．金属被腐蚀的本质是M＋nH2O===M(OH)n＋n2H2↑
B．马口铁(镀锡铁)镀层破损后被腐蚀时，首先是镀层被氧化
C．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀
答案　C
解析　金属腐蚀的本质主要是金属原子失电子被氧化，腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，外因是金属与空气、水和其他腐蚀性的物质相接触，腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。A中金属腐蚀的本质应包括化学腐蚀和电化学腐蚀，为M－ne－===Mn＋；B选项中Sn、Fe构成电化学腐蚀，主要是Fe－2e－===Fe2＋，铁先被腐蚀。常温下，空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，难以和非金属氧化剂(Cl2、S)等反应，发生化学腐蚀。
2．钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2。以下说法正确的是()
A．负极发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋
B．正极发生的反应为2H2O＋O2＋2e－===4OH－
C．原电池是将电能转变为化学能的装置
D．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
答案　A
解析　由原电池反应式知负极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极的电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，所以A对B错；原电池是将化学能转化为电能的装置，C错；根据原电池原理，钢柱在空气与水交界处更容易腐蚀，D错。
2．如图所示水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：
(1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于________腐蚀。
(2)若试管内液面上升，则原溶液呈________________性，发生________腐蚀，电极反应式：负极：___________________________________________________________________，
正极：___________________________________________________________________。
(3)若试管内液面下降，则原溶液呈______性，发生________腐蚀。电极反应式：负极________________________________________________________________________，
正极：___________________________________________________________________。
答案　(1)电化学　(2)弱酸性或中　吸氧　2Fe－4e－===2Fe2＋　O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(3)较强的酸　析氢　Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑
解析　根据原电池的构成条件：有两种不同的材料(Fe为负极，碳为正极)，有电解质溶液，形成闭合回路，可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件、原理及结果可知：试管内液面上升，说明试管内压强减小，试管内气体被吸收所致，是铁钉吸氧腐蚀的结果，据此写出电极反应式；试管内液面下降，说明试管内气体压强变大，试管内产生了新气体所致，是铁钉的析氢腐蚀的结果，据此写出电极反应式。
知识点二　金属的防护
3．下列各种方法中，能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是()
①金属表面涂抹油漆　②改变金属内部结构　③保持金属表面清洁干燥　④金属表面进行电镀　⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜
A．①②③④　B．①③④⑤　
C．①②④⑤D．全部
答案　D
解析　金属的腐蚀主要是电化学腐蚀，题目中①③④⑤中的方法都可以起到避免金属和电解质溶液接触形成原电池的目的；②中如在金属中加入某些其他元素改变金属内部结构也可以起到防腐蚀的效果。
4．下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是()
A．纯银器的表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗
B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层不能对铁制品起保护作用
C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法
D．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
答案　D
解析　纯银器的表面在空气中易生成硫化物失去光泽；当镀锡铁制品镀层破损时，由于铁比锡活泼，形成原电池时，铁作原电池的负极，加快铁的腐蚀；锌比铁活泼，当在海轮外壳上连接锌块后，锌失电子而海轮外壳被保护；要采用电解原理保护金属，应将金属与电源的负极相连，即作电解池的阴极。
练基础落实

1．以下防腐措施中，属于电化学保护法的是()
A．用氧化剂使金属表面生成致密稳定的氧化物保护膜
B．在金属中加入一些铬或者镍制成合金
C．在轮船的船壳水线以下部分，装上一锌锭
D．在金属表面喷漆
答案　C
解析　在轮船的船壳水线以下部分，装上锌能形成铁锌原电池，锌为负极，被腐蚀，铁被保护。
2．铜制品上的铝质铆钉，在潮湿空气中易发生腐蚀的主要原因可描述为()
A．形成原电池，铝作负极
B．形成原电池，铜作负极
C．形成原电池时，电流由铝经导线流向铜
D．铝质铆钉发生了化学腐蚀
答案　A
解析　金属铝发生的是电化学腐蚀，铝比铜活泼，故金属铝是负极，电流的流动方向与电子的流动方向恰好相反，应是由铜经导线流向铝。
3．钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2。以下说法正确的是()
A．负极发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋
B．正极发生的反应为2H2O＋O2＋2e－===4OH－
C．原电池是将电能转化为化学能的装置
D．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
答案　A
解析　由原电池反应式知：负极为Fe－2e－===Fe2＋，正极为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，所以A对、B错；原电池是将化学能转化为电能的装置，C错；根据原电池原理，钢柱在空气与水交界处更容易腐蚀，D错。
练方法技巧
4.如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是()
A．生铁块中的碳是原电池的正极
B．红墨水柱两边的液面变为左低右高
C．两试管中相同的电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋
D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
答案　B
解析　本题考查了电化学腐蚀中的析氢腐蚀和吸氧腐蚀，解答时注意电解质的酸碱性。a为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b中酸性较强，发生析氢腐蚀，有氢气放出，气体压强增大，所以红墨水柱两边的液面变为左高右低，故B项错。
5．为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩里保存相同的一段时间。下列对实验结束时现象的描述不正确的是()
A．装置Ⅰ左侧的液面一定会下降
B．左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低
C．装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重
D．装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀
答案　B
解析　装置Ⅰ中铁钉处于盐酸的蒸气中，被侵蚀而释放出H2，使左侧液面下降，右侧液面上升；装置Ⅱ中铁钉同样处于盐酸的蒸气中，不同的是悬挂铁的金属丝由铁丝换成了铜丝，由于Fe比Cu活泼，在这种氛围中构成的原电池会加速铁钉的侵蚀而放出更多的H2，使左侧液面下降得更多，右侧液面上升得更多；装置Ⅲ中虽然悬挂铁钉的还是铜丝，但由于浓硫酸有吸水性而无挥发性，使铁钉处于一种较为干燥的空气中，因而在短时间内几乎没有被侵蚀。
练综合拓展
6．如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：
序号内容实验现象
1常温下将铁丝放在干燥空气中一个月干燥的铁丝表面依然光亮
2常温下将铁丝放在潮湿空气中一小时铁丝表面依然光亮
3常温下将铁丝放在潮湿的空气中一个月铁丝表面已变得灰暗
4将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时铁丝表面略显灰暗
5将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时铁丝表面已变得灰暗
6将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时铁丝表面灰暗程度比实验5严重
回答以下问题：
(1)上述实验中发生了电化学腐蚀的是(填实验序号)________；在电化学腐蚀中，负极反应是________；正极反应是________；
(2)由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
(3)为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是
________________________________________________________________________
______________________________________________________________(答两种方法)。
答案　(1)3、4、5、6
Fe－2e－===Fe2＋(或2Fe－4e－===2Fe2＋)
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
(2)湿度、温度、O2的浓度、电解质的存在
(3)电镀、发蓝等表面覆盖保护层，牺牲阳极的阴极保护法等
解析　解答第(1)题应注意联系金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的区别，不纯的金属与电解质溶液接触，因发生原电池反应，较活泼的金属失电子而被氧化，分析题中实验可知，实验3、4、5、6发生了电化学腐蚀，其中负极反应是Fe－2e－===Fe2＋，正极反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
解答第(2)题时，对比实验1和3可得出湿度增大，可使铁锈蚀速率加快；对比实验3、4可知增大O2浓度可加快铁锈蚀的速率；对比实验4、5可知升高温度可加快铁锈蚀的速率；对比实验5、6可知电解质的存在会使铁锈蚀的速率加快。
第(3)题，为防止铁的锈蚀，根据铁锈蚀的类型，可采用牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法，还可把铁制成不锈钢(合金)、亦可采用喷油漆、涂油脂、电镀、表面钝化等方法使铁与空气、水等物质隔离，以防止金属腐蚀。

相关知识

金属的腐蚀和防护

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第三章探索生活材料
第二节金属的腐蚀和防护
知识要点：
1、金属的腐蚀是指_____________与_________________________________进行_________而腐蚀损耗的过程，其本质是___________________________________。一般可以分为____________和____________，前者指的是___________________________________________，后者指的是__________________________________________________，一般情况下，这两种腐蚀同时存在，只是__________。比___________要普遍得多。
2、以不纯的钢铁为例分析钢铁的腐蚀情况：
①吸氧腐蚀的实质是铁在_________的存在下被______氧化，这一腐蚀过程因吸收了______而被称为吸氧腐蚀。发生吸氧腐蚀的条件是__________________________，正极反应是_____________________，负极反应是_________________。
②吸氢腐蚀条件是______________________，正极反应是_____________，负极反应是_____________。
由以上分析可得知，钢铁要能发生腐蚀必须具备两个条件，即：____和____同时存在，缺一不可。
3、影响金属腐蚀的因素包括____________和______两个方面。就前者而言，金属越______，就越容易_____________________；后者包括_____和______等方面。
4、防止金属腐蚀的方法有_______________________、____________和____________。
课后作业：
1、下列各组金属均有导线相连，并插入对应的液体中，其中不能组成原电池的是
A．Zn∣H2SO4(稀)∣CB．Cu∣AgNO3(aq)∣Ag
C．Zn∣CCl4∣CuD．Fe∣H2SO4(稀)∣Cu
2、下列各组金属均有导线相连，并插入稀H2SO4液体中，其中铁被腐蚀由快到慢的顺序是
①Fe－Fe②Cu－Fe③Fe－Zn
A．②①③B．②③①C．③①②D．①②③
3、为了防止轮船的船体的腐蚀，应该在船壳下水线位置嵌入一定数量的
A．铜片B．锌片C．碳棒D．银片
4、埋在地下的自来水管，在下列情况下被腐蚀的速度最慢的是
A．在含有铁元素的较多的酸性土壤中
B．在潮湿、疏松的土壤中
C．在自来水的铁管上用导线连接一块锌片后，再埋入不透气的土壤中
D．在自来水的铁管上用导线连接一块铜片后，再埋入潮湿、疏松的土壤中
5、钢铁发生吸氧腐蚀的时候，发生还原反应的电极方程式是
A．Fe－2e－==Fe2+B．2H＋＋2e－==H2↑
C．4OH－－4e－==2H2O＋O2↑D．2H2O＋O2＋4e－==4OH－
6、实验室制备H2选择的最好方法是
A．纯锌与稀硫酸反应B．纯锌与稀硝酸反应
C．纯锌与浓盐酸反应D．粗锌（含铅、铜杂质）与稀硫酸反应
7、下列现象与电化学腐蚀无关的是
A．黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿
B．生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈
C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈
D．银质奖牌久置表面变暗
8、下列关于钢铁腐蚀的叙述正确的是
A．吸氧腐蚀时正极放出氧气B．析氢腐蚀时正极放出氢气
C．化学腐蚀速率超过电化学腐蚀速率D．析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍
9、近，科学家冶炼出了纯度高达99.9999%的铁，根据你的推测，下列性质它不可能具有的是
A．硬度比生铁低B．在潮湿的空气中放置不易生锈
C．在冷的浓硫酸中可以钝化D．与4mol/L盐酸反应的速率比生铁快
11、下列各种方法中：①金属表面涂抹油漆②改变金属内部结构③保持金属表面清洁干燥④在金属表面进行电镀⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜，能对金属起到防护或减缓腐蚀作用的是
A．①②③④B．①③④⑤C．①②④⑤D．全部

金属的电化学腐蚀与防护学案

第四节金属的电化学腐蚀与防护学案
学习目标：
1、了解金属腐蚀的危害及金属腐蚀的本质原因；
2、了解金属腐蚀的种类，发生腐蚀的反应式的书写；
3、掌握金属防护的方法。
学习重点、难点：金属的电化学腐蚀
学习过程：
一、金属的电化学腐蚀
1、金属的腐蚀是金属与周围的气体或者液体物质发生而引起损耗的现象。
一般可分为腐蚀和腐蚀。
化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体（如、、等）或非电解质液体
（如）等直接发生化学反应而引起的腐蚀。
如：钢管被原油中的腐蚀，温度越高，化学腐蚀越。
电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时。会发生反应，的金属失去电子而被。如在潮湿的空气中生锈。
两种腐蚀往往发生，但腐蚀更普遍，速度更快，危害更严重。
2、化学腐蚀与电化学腐蚀的共同点和不同点：
电化腐蚀化学腐蚀
条件不纯金属或合金与接触与直接接触
有无电流产生
本质较活泼的金属被氧化金属被氧化

3、电化学腐蚀(以钢铁为例)
（1）析氢腐蚀(酸性较强的溶液)
负极:
正极:
总方程式：
（2）吸氧腐蚀(中性或弱酸性溶液)
负极:
正极:
总方程式：
离子方程式：Fe2++2OH-=Fe(OH)2
Fe(OH)2继续与空气中的氧气作用：
铁锈的主要成分是，阻止钢铁继续腐蚀。（能、不能）
3、影响金属腐蚀快慢的因素
本性：（1）金属的活动性：金属越，越容易被腐蚀
（2）纯度：不纯的金属比纯金属跟腐蚀，如纯铁比钢腐蚀。（难、易）
电化学腐蚀：两电极活动性差别越大，氧化还原反应速率越，活泼金属被腐蚀得越快。
（3）氧化膜：如果金属被氧化形成致密的氧化膜，那么会保护内层金属，如、
如果金属被氧化形成疏松的氧化膜，那么不会保护内层金属，如
外因：介质：环境（腐蚀性气体，电解质溶液）
练习：1、如右图所示，铁处于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种不同的环境中，铁被腐蚀的速率由大到小的顺序是（填序号）。
2、下列各情况，Fe片被腐蚀由快到慢的是

二、金属的防护
1、金属的防护
覆盖保护膜（涂油漆，电镀，钝化等）
改变金属的内部结构（钢→不锈钢，在钢中加入镍和铬）
电化学保护
牺牲阳极阴极保护法（较活泼金属作极，钢铁作极被保护）
外加电流阴极保护法（外加电流，使钢铁被迫成为极受保护）
练习:如图所示,试管中的铁钉如果在酸性溶液或在食盐溶液中的腐蚀的现
象有何不同?
当堂达标练习：
1、下列有关纯铁的描述正确的是（）
A．熔点比生铁的低
B．与相同浓度的盐酸反应生成氢气的速率比生铁的快
C．在潮湿空气中比生铁容易被腐蚀
D．在冷的浓硫酸中可钝化
2、下列叙述中正确的是（）
①锌跟稀硫酸制取氢气，加入少量硫酸铜溶液能加快反应速率②镀层破坏后，白铁（镀锌的铁）比马口铁（镀锡的铁）更易腐蚀③钢铁表面常易锈蚀生成Fe2O3H2O
A.都正确B.①③C.①D.②③
3、下列事实不能用电化学原理解释的是（）
A.常温条件下，在空气中铝不容易被腐蚀
B.镀锌铁片比镀锡铁片更耐腐蚀
C.用锌与硫酸制氢气时，往硫酸中滴少量硫酸铜
D.远洋海轮的尾部装上一定数量的锌板
4、X、Y、Z、M代表四种金属，金属X和Y用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有氢气放出；若电解Y2+离子和Z2+离子共存的溶液时，Y先析出；又知M2+离子的氧化性强于Y2+离子。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为（）
A.XZYMB.XYZMC.MZXYD.XZMY
5、钢铁在锈蚀过程中，下列5种变化可能发生的是（）
①Fe由+2价转化为+3价②O2被还原③产生H2④Fe(OH)3失水形成Fe2O3H2O⑤杂质碳被氧化除去
A.①②B.③④C.①②③④D.①②③④⑤
6、如图所示的装置，在盛水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液。
（1）片刻后可看到悬吊的金属圈（填序号）
A.铁圈和银圈左右摇摆不定铁圈银圈
B.保持平衡状态不变
C.铁圈向下倾斜
D.银圈向下倾斜
（2）产生上述现象的原因是。

参考答案：1、D2、B3、A4、A5、C
6、（1）D（2）铁圈、银圈和硫酸铜溶液形成原电池，在正极银圈上有铜生成，质量增大，负极铁圈有损耗，质量减少。

《金属的腐蚀与防护教学》教学设计

《金属的腐蚀与防护教学》教学设计

一、学情分析

（一）教材分析

本课时内容是鲁科版选修教材《化学反应原理》第一章第3节第三课时，是在学生学习了电解原理和原电池原理的基础上展开的，教材重点介绍了金属电化学腐蚀（析氢腐蚀和吸氧腐蚀）的本质——金属表面形成了微型原电池，讲述了防护金属腐蚀的主要方法，并介绍了牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。不但运用原电池原理(牺牲阳极的阴极保护法)，也再次运用了电解原理(外加电流的阴极保护法)，加深了学生对化学能与电能相互转化的认识。

通过本节的学习能促进学生对金属腐蚀现象的进一步认识，金属发生腐蚀更多的是电化学腐蚀，利用原电池的原理分析钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀，提高知识的理解和运用。再利用电化学知识对金属进行防护，是对所学电知识的综合灵活的运用，学好本节将对前面所学的电解和原电池的知识起到巩固和提高的作用。

（二）学生分析

知识上：通过初中知识以及本章上两节内容的学习学生已经初步了解了金属发生腐蚀的一些条件，掌握了原电池和电解池的基本原理及金属的还原性与活泼性关系。

能力上：高二学生已经具备一定的实验设计观察能力、以及比较归纳能力。

心理上：由于本节内容紧密联系生活实际，学生有强烈的好奇心和求知欲，有利于新知识的学习，具备了主动探究的原动力。存在的问题是学生对知识的学习只注重表面现象，缺少生活经验，缺乏一定的深入理解和综合思维的能力。

二、目标分析

课标要求：能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，通过实验探究防止金属腐蚀的措施。

模块学习要求：

1.能简要说明金属发生电化学腐蚀的原理，认识金属腐蚀的危害。

2.知道要防止金属发生电化学腐蚀，关键在于阻止金属成为原电池的负极，避免它发生阳极氧化而溶解。

3.能列举防止金属腐蚀的主要措施

4.了解氧化还原反应在金属腐蚀与防护中的应用。

三．教学目标

知识与技能:

（1）认识金属腐蚀带来的危害，了解金属腐蚀的两种类型（化学腐蚀和电化学腐蚀）。

（2）理解钢铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀发生的条件及原理，会书写电极反应式和总反应式。

（3）认识常见的防止金属腐蚀的方法，能解释两种电化学防护方法的原理。

过程与方法：

①通过对钢铁发生吸氧腐蚀和析氢腐蚀对比实验的探究，学会设计控制单一变量进行对比实验以及对实验设计进行评价。

②通过实验探究的过程，进一步提高对实验现象的观察能力和分析能力。

情感态度价值观：

通过金属腐蚀对生产、生活的影响，切实感受金属及合金在国家建设及社会生活中的重要作用，形成爱护资源，科学利用资源的正确思想，感受化学对人类进步的意义。

四、教学重、难点及其突破策略

教学重点：金属的电化学腐蚀及金属的电化学防护原理

教学难点：金属发生析氢和吸氧腐蚀的原理

突破策略：通过对比实验探究，多媒体辅助教学等方式，让学生了解金属腐蚀的原理，强化巩固析氢腐蚀和吸氧腐蚀的具体过程，使学生明确析氢腐蚀和吸氧腐蚀的区别和联系，突破本节课的重难点。

五、教学流程：

知识复习→情景导入→目标展示→自主学习→实验探究→合作交流→达标测试→归纳总结

六、教学方法问题引导自主学习实验探究合作交流

七．教学环节设计

环节一：知识复习（2分钟）

教师质疑：上节课我们学习了原电池的有关知识，请大家思考一下两个问题

1、原电池的构成条件？2、原电池哪一极金属易被腐蚀？

学生思考回答：活泼性不同的两极；电解质溶液；闭合回路；（自发的氧化还原反应）。

在原电池反应中负极易被氧化而腐蚀。

【设计意图】回顾旧知，铺垫新内容。

环节二：情景导入目标展示（3分钟）

情景导入：多媒体展示（1）生活中常见金属腐蚀的图片；（2）金属腐蚀对人类生活和经济的影响。

教师：在生产和生活中，金属腐蚀所带来的损失非常严重。金属生产设备的腐蚀经常导致工厂停产，金属腐蚀还会使桥梁、建筑物等损坏甚至坍塌，许多场所的金属腐蚀还会导致火灾、爆炸等安全事故的发生。

学生：观看图片，聆听讲解。惊诧之余，体会感悟：金属腐蚀不可等闲视之！

【设计意图】创设情景，结合生活实际和触目惊心的数据，让学生对金属的腐蚀有直观的感受，产生浓厚的兴趣，进入新课的学习。

教师：这节课我们就一起来学习有关金属腐蚀和防护知识，本节课我们的学习目标如下，请大家快速浏览，了解我们本节课的任务。

教师多媒体展示教学目标：

1、了解金属腐蚀的本质及分类，特别是电化学腐蚀的原理

2、理解钢铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀发生的条件及原理，会书写电极反应式和总反应式

3、了解金属防护的方法，培养分析并解决生活中实际问题的能力

4、切实感受金属及合金在国家建设及社会生活中的重要作用，形成爱护资源，科学利用资源的正确思想

学生：浏览标题，明确学习目标。宏观把握，联想质疑。

【设计意图】让学生整体把握本节内容的同时，控制信息的接受范围，随时排除干扰性知识。

环节三：自主学习（3分钟）

过渡：据报道，全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约占生产总值的2%-4%,超过地震、水灾、台风等自然灾害造成损失的总和。据统计，2014年因金属的腐蚀在我国至少造成6700亿人民币的损失。面对这样惊人的数据和金属腐蚀危害事实，大家有没有想过，什么是金属的腐蚀？金属腐蚀的实质是什么？金属腐蚀现象的发生可能有哪些方式？

多媒体呈现问题1：什么是金属的腐蚀？金属腐蚀的实质是什么？金属腐蚀现象的发生可能有哪些方式？

教师：请大家结合氧化还原反应知识和教材P27第二段思考以上问题。

学生：阅读课本、思考回答

金属腐蚀是金属表面因发生氧化反应而遭到破坏。

化学腐蚀（表面与周围物质发生化学反应）

电化学腐蚀（因电化学作用而发生的腐蚀）

板书：三、金属的腐蚀与防护

1.金属腐蚀的方式：化学腐蚀

电化学腐蚀

学生：识记、会判别两种腐蚀方式。

【设计意图】引导学生认识金属腐蚀的实质是发生了氧化反应，通过讨论腐蚀的方式能与新学内容联系起来，让学生先从概念上认识金属腐蚀的实质，下面再进行实验探究、具体认知。

环节四：实验探究（15分钟）

过渡：我们已经知道，钢铁生锈是铁与空气中的氧气以及水蒸气反应的结果。那么，空气中的氧气和水是怎样使钢铁生锈的呢？下面我们通过实验进行探究有关金属电化学腐蚀的原理。

多媒体呈现问题2：钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，钢铁在干燥的空气中不易生锈，而在潮湿的环境里或湿度较大的环境里长期放置，常易生锈变红，原因是什么？电化学腐蚀的原理是什么？

探究实验：

向铁粉中加入少量的炭粉，混合均匀后，撒入内壁分别用稀盐酸和氯化钠润湿过的两支试管分别标记为a、b中，按下图装置好仪器。

金属的腐蚀与防护教学设计

教师：请同学们阅读教材P27-28了解金属电化学腐蚀原理。根据课前准备组装仪器，混合并加入药品稍后观察实现现象。

学生：阅读教材自学有关金属电化学腐蚀的原理，动手实验：混合并加入药品后观察、比较导管中水柱（在水中滴加几滴红墨水）的变化和试管中的现象。

教师：请大家结合实验现象思考以下问题

思考1：导管中的水柱变化说明什么问题？

思考2：向铁粉中加入炭粉的作用是什么？

学生：（思考后回答）

水柱液面升高，说明试管内有气体消耗，压强减小

水柱液面降低，说明试管内有气体生成，压强增大

碳粉做正极与铁形成原电池，加速铁被腐蚀。

教师：请大家根据原电池原理和阅读自学结果，写出电极反应式及电池反应方程式。

学生：完成以下问题（两名同学上板板演）

a装置中：负极：正极：，

电池反应：，

a装置中进一步反应：，

b装置中:负极：正极：，

电池反应：。

结论：中性或酸性很弱或碱性条件下，易发生腐蚀。

当钢铁处于酸性气氛中时，易发生腐蚀；

析氢腐蚀和吸氧腐蚀都属于腐蚀。

板书：2.金属的电化学腐蚀

析氢腐蚀（酸性）

吸氧腐蚀（中性或弱酸性）

金属的电化学腐蚀与防护

《金属的电化学腐蚀与防护》

一、选择题
1.为了防止钢铁锈蚀，下列防护方法中正确的是
A.在精密机床的铁床上安装铜螺钉
B.在排放海水的钢铁阀门上用导线连接一块石墨，一同浸入海水中
C.在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里
D.在地下输油的铸铁管上接直流电源的负极
2.以下现象与电化学腐蚀无关的是
A.黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿
B.生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈
C.铁制器件附有铜制配件，在接触处易生铁锈
D.银制奖牌久置后表面变暗
3.埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下被腐蚀的速度最慢的是
A.在含铁元素较多的酸性土壤中B.在潮湿疏松透气的土壤中
C.在干燥致密不透气的土壤中D.含碳粒较多、潮湿透气的中性土壤中
4.下列各方法中能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是
①金属表面涂抹油漆②改变金属的内部结构③保持金属表面清洁干燥④在金属表面进行电镀⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜
A．①②③④B．①③④⑤C．①②④⑤D．全部
5.下列对金属及其制品的防护措施中，错误的是
A.铁锅用完后，用水刷去其表面的油污，置于潮湿处
B.通过特殊工艺，增加铝制品表面的氧化膜
C.对于易生锈的铁制品要定期刷防护漆
D.把Cr、Ni等金属加入到普通钢里制成不锈钢
6.为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩里保存一星期后，下列对实验结束时现象描述不正确的是
A．装置Ⅰ左侧的液面一定会上升
B．左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低
C．装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重
D．装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀
7.下列关于金属腐蚀正确的是：
A.金属在潮湿的空气中腐蚀的实质是：M+nH2O===M(OH)n+n/2H2↑
B.金属的化学腐蚀的实质是：M–ne-＝Mn+　，电子直接转移给氧化剂
C.金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行
D.在潮湿的中性环境中，金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
8.随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提上议事日程，其首要原因是
A．利用电池外壳的金属材料
B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
C．不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品
D．回收其中石墨电极
9.将金属A和金属B分别放入稀H2SO4中均有氢气生成．若将金属A和金属B相连后投入稀H2SO4中发现A被腐蚀；B未被腐蚀．关于B的叙述正确的是
A．金属活动性A＞B
B．还原性B＞A
C．在后者装置中金属A发生还原反应，金属B发生氧化反应
D．金属B的表面上明显有气泡产生，金属A表面无明显现象
10.铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，锌片是
A．阴极　B．正极C．阳极　D．负极
11.下列叙述中不正确的是
A．金属的电化腐蚀比化学腐蚀普遍B．钢铁在干燥空气里不易腐蚀
C．用铝质铆钉铆接铁板，铁板易被腐蚀D．原电池中电子由正极流入负极
12.分别放置在图所示装置(都盛有0.1molL－1的H2SO4溶液)中的四个相同的纯锌片，腐蚀最快的是
　
13.下列过程中，需要通电后才能进行的是
①电离②电解③电镀④电泳⑤电化腐蚀
A．①②③B．②③④C．②④⑤D．全部
14.用下列实验装置进行的实验中，能达到相应实验目的的是

A.装置甲：防止铁钉生锈B.装置乙：除去乙烯中混有的乙炔
C.装置丙：验证HCl气体在水中的溶解性D.装置丁：实验室制取乙酸乙酯
15.在通常条件下，下列各组物质的性质排列正确的是
①熔点：钾钠合金钾钠②沸点：己烷戊烷2-甲基丁烷
③密度：苯水1,1,2,2-四溴乙烷④硬度：镁铝镁铝合金
⑤在潮湿空气中铁的腐蚀速率：生铁纯铁铁锌合金
A．①②③④⑤B．①③④⑤C．③④⑤D．以上组合均不正确
16.下列叙述的方法不正确的是
A．金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍B．用铝质铆钉铆接铁板，铁板易被腐蚀
C．钢铁在干燥空气中不易被腐蚀D．用牺牲锌块的方法来保护船身
17.钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为：2Fe＋2H2O＋O2=2Fe2＋＋4OH－。以下说法正确的是
A负极发生的反应为：Fe－2e－＝Fe2＋
B正极发生的反应为：2H2O＋O2＋2e－＝4OH－
C原电池是将电能转变为化学能的装置
D钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
18.家用铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是
A．4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3B．2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2
C．2H2O+O2+=4D．Fe－3e=Fe3+
19.为了避免青铜器生成铜绿，以下方法正确的是
A．将青铜器放在银质托盘上
B．将青铜器与直流电源的正极相连
C．将青铜器保存在潮湿的空气中
D．在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜
20.下列叙述不正确的是
A．钢铁在干燥的空气中不易被腐蚀
B．可以用船尾连锌块的方法来保护船身
C．金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍
D．用铝质铆钉铆接铁板，铁板易被腐蚀
二、填空题
21.银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成了硫化银（Ag2S）。有人设计用原电池的原理进行“抛光”，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银恢复光泽，且不会损失。试回答：
⑴食盐的作用是______________________。
⑵在此原电池反应中，负极发生的电极反应为__________________________________，正极发生的电极反应为__________________________________。
⑶反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，溶液中发生的反应为2Al3++3S2-+6H2O==2Al(OH)↓+3H2S↑，则原电池总反应方程式为____________________________________________。
22.在长期的生产实践中，人类对各种金属器件的防锈问题已找到一些理想的措施，例如：
⑴农机具采用；⑵地下输油管道采用；
⑶远洋巨轮船体采用；
⑷大型水库的钢铁闸门采用。
三、问答题
23.埋在地下的钢铁管道容易腐蚀而损坏，其原因在哪里？应采取何种措施保护埋在地下的管道？

答案

一、选择题
12345678910
CDDCDABBDBADD
11121314151617181920
CCBACABADDD
二、填空题
21.（1）食盐溶于水形成电解质溶液。
（2）Al-3e-==Al3+，Ag2S+2e-==2Ag+S2-。
（3）3Ag2S+2Al+6H2O==6Ag+2Al(OH)3+3H2S↑
22.⑴保持表面光洁、干燥，涂矿物油⑵涂防锈油漆
⑶焊接比铁更活泼的金属⑷外加直流电源阴极保护法
三、问答题
23.地下钢铁管道容易腐蚀的原因是发生电化学腐蚀。可在管道外壁涂沥青保护层，使钢铁管道跟周围电解质溶液隔离开来，破坏原电池形成的条件，从而使地下钢铁管道得到保护。另外，可把比Fe更活泼的Zn联结在钢铁管道，Zn作为原电池的负极被腐蚀，而钢铁管道则被保护。