2020年高中化学 第04章 电化学基础

2020年高中化学 第04章 电化学基础

‎4-4 金属的电化学腐蚀与防护 教学目标 ‎1．了解金属腐蚀的种类，探究金属发生电化学腐蚀的原因 ‎2．掌握化学腐蚀和电化学腐蚀的区别。‎ ‎3．认识金属腐蚀的危害及防腐措施，感受化学对人类生产和生活的影响。‎ ‎4.进一步学会对比、比较认识事物的科学方法和假设验证探究的思维方式，辩证的认识外因条件对化学变化的影响。‎ 教学重点：‎ 吸氧腐蚀、析氢腐蚀的原理 教学难点：‎ 吸氧腐蚀、析氢腐蚀的原理 教学过程：‎ ‎【投影】常见的金属腐蚀现象：‎ ‎【导课】金属腐蚀的现象非常普遍，像金属制成的日用品、生产工具、机器部件、海轮的船壳等，如保养不好，都会腐蚀，从而造成大量金属的损耗。至于因设备腐蚀损坏而引起停工减产、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，那就更无法估计了。因此，了解金属腐蚀的原因，掌握防护的方法，是具有十分重要的意义的。‎ ‎【板书】 第二节 金属的腐蚀与防护 一、金属腐蚀 ‎【阅读】回答什么是金属腐蚀？‎ ‎【板书】金属腐蚀：金属（或合金）跟周围接触到的气体（或液体）反应而腐蚀损耗的过程。‎ ‎【讲述】 金属的化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。‎ 例如：铁在高温下与氧气直接化合而被腐蚀，在工业生产中氯气跟铁或与其他金属化合使金属锈蚀。特点：反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。‎ 8‎ ‎【板书】1、 化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。特点：反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。‎ ‎【讲述】温度对化学腐蚀的影响：‎ ‎【科学探究】不同条件下铁钉的锈蚀 注意：①光亮铁钉浸没在菜油之中；②光亮铁钉半浸半露在菜油中；③光亮铁钉完全浸没在食盐水中；④光亮铁钉完全浸没在酸性溶液中或碱性溶液中。学生分别观察并写出报告以培养学生的观察与描述能力。教师不但要给学生出题目，还要发挥点拨作用，提出注意点：①观察的一周中不要振荡试管，否则会破坏生锈的界面；②把各人设置的具体条件和的状况详尽记录在案，以利分析和归纳，写出高质量的家庭探究报告。‎ 实验方案 记录 结论 ‎【总结】铁钉生锈的条件：铁钉含杂质、与电解质溶液接触。‎ ‎【思考】绝大多数钢铁生锈是否是化学腐蚀？为什么？‎ ‎【板书】2、电化学腐蚀 ‎【讲解】由于金属和液态介质(常为水溶液)构成微小的原电池而发生金属腐蚀的过程.电化学腐蚀是金属腐蚀的主要形式.例如:钢铁在潮湿的空气中生锈就是电化学腐蚀造成的.‎ ‎【板书】 电化学腐蚀 ：不纯的金属或合金与电解质溶液接触，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀。‎ ‎【共同分析】形成原电池的原因。‎ ‎【板书】‎ ‎【投影】钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀：‎ 8‎ ‎【讲解】 吸氧腐蚀与析氢腐蚀：发生条件、正负极反应、总反应。‎ ‎【板书】‎ 分类 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强（弱酸）‎ 水膜酸性较弱或呈中性 负极反应 Fe –2e === Fe2+‎ ‎2Fe –4e === 2 Fe2+‎ 正极反应 ‎2H+ + 2e === H2‎ ‎2H2O + O2 + 4e－ == 4OH-‎ 总反应 Fe + 2H+ == Fe2+ + H2‎ ‎2Fe + 2H2O + O2 == 2Fe(OH)2‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎4Fe(OH)2 + 2H2O + O2= 4Fe(OH)3‎ ‎ Fe2O3.xH2O ‎ ‎ 次要 主要 ‎【归纳与交流】化学腐蚀与电化腐蚀的对比。‎ ‎【板书】3、化学腐蚀与电化腐蚀的对比 ‎（1）本质：金属原子失电子而被氧化 M – ne == Mn+‎ ‎ (2) ‎ ‎（3）   相互关系：往往同时发生，电化腐蚀要比化学腐蚀普遍得多。‎ ‎【小结】略 ‎【课堂练习】‎ ‎1．把a、b、c、d4块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连可以组成几个原电池。若a、b相连时a为负极；c、d相连时电流由d到c；a、c相连时c极上产生大量气泡；b、d相连时b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>c>d>b)‎ ‎2．烧过菜的铁锅未及时洗去含有NaCl的残液，过一段时间便出现红棕色的铁锈斑点，已知该锈斑为Fe(OH)3‎ 8‎ 失水的产物。表示Fe(OH)3生成的电极反应式、离子方程式和化学方程式分别为；（1）负极 ， 正极 ；（2） ；（3） 。（Fe-2e=Fe2+ ,2H2O+O2+4e=4OH-,） (Fe2++2OH-=Fe(OH)2；4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3) ‎ ‎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： 。（正极：Zn-2e=Zn2+ ,负极：2H2O+O2+4e=4OH-,）‎ ‎【过渡】金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能等方面都将发生变化，会使机器设备、仪器、仪表的精密度和灵敏度降低，影响使用以至报废，甚至发生严重事故。每年由于钢铁生锈会使我国损失大约100～150亿元。在英国，每90秒钟就有1吨钢被锈蚀掉。因此防止金属腐蚀有很重要的意义。‎ ‎【板书】二、金属的防护 ‎【思考与交流】讨论自行车不同构件的防锈措施：‎ ‎【复习】电化学腐蚀的实质，写出两极反应方程式（析氢和吸氧）。‎ ‎【思考】影响金属腐蚀的因素有那些？（阅读P56 最后一自然段）‎ ‎【练习】‎ ‎1、影响金属腐蚀的因素有＿＿和＿＿两个，就金属本身来说金属越＿＿，金属越易被 腐蚀，金属中含杂质越＿＿，金属越易被腐蚀；介质对金属腐蚀影响也很大，如果金属在＿＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿，金属越易被腐蚀。‎ ‎【思考】海水中的金属为何容易被腐蚀？（提示：电解质溶液）‎ ‎【讨论】要想减少或避免电化学腐蚀，我们应该采取什么措施？‎ ① 对金属做必要的精炼，以减少其中能导电的不活泼杂质。‎ ② 对机器、仪表及时保养，减少金属与腐蚀性气体、电解质溶液、潮湿气体的接触。‎ ③ 根据用途不同采取不同的方法使金属与造成发生的介质隔离，如涂油脂、喷漆、镀层、表面钝化等。‎ 8‎ ② 选用适宜的金属或非金属制成耐腐蚀的合金，如炼制不锈钢、耐酸钢等。‎ ③ 采用电化学防护方法，如在钢铁的船体上焊接上较活泼的金属锌。‎ ‎【投影】常见金属防腐蚀方法：‎ ‎ ‎ ‎【板书】1、物理方法 ‎【讲述】以上投影中方法都是物理方法。刚才同学们回答时已提到电化学防护方法。‎ ‎【投影】两种电化学防护方法 ‎【讲述】金属腐蚀本质就是金属失电子而被氧化的过程。金属越活泼，金属越易被腐蚀。因此在金属铁上连接一块比它更活泼的金属，发生原电池反应时，失电子的为活泼的金属，而铁被保护。‎ ‎【探究活动1】 决策——采用哪种防锈方法 ‎1镀铝后涂漆 2镀锌后涂漆 3镀镉后涂漆 4镀铬 5镀锡 6喷砂清理后涂漆 7一般清理后涂漆 8在锈上涂漆 上图对不同防锈方法的效果进行了比较，同时也粗略给出了这些方法的成本。‎ ‎【问题】采用哪种方法来保护铁不生锈，仔细考虑成本与效果。‎ ‎（1）房子上的铸铁檐槽（2）海边码头上的钢轨（3）铁的徽章（4）放电熨斗的支架（5）钢刀片（6）铁钥匙（7）儿童游戏场中秋千的钢架 ‎1至7中，要求针对所给出的不同情况，去决定应分别采用哪种防锈方法。这项工作最好在小组中进行。有一些做决定时应考虑的因素：‎ 8‎ ‎●物品需要保存多长时间?很明显，如果物品只需保存很短的时间，就没有必要去考虑给它一个长久的保护。‎ ‎● 物品将用在哪里?如果物品主要用于室外，它就需要较好地进行保护。‎ ‎● 物品是干什么用的?物品用途不同，保护方法也不同。例如，物品要接受高温，就不能用油漆进行保护。‎ ‎● 物品外观重要吗?某些保护方法也是为了装饰外观用的。例如，镀铬。‎ ‎【探究活动2】决策——怎样保护通向学校的小桥 假设你为地方政府的架桥部门工作，你要在一条河上修一座供人行走的小桥，有了这座桥，孩子们就可以从住宅区通过小河到学校上学了。这座桥要用铁建造，你要决定采用什么样的保护方法来防止它生锈．这座桥需要保存16年，因为16年后学校就要搬到另一个新的地方。‎ 有四种防锈措施供选择：‎ 选择1 不防锈，不采取防锈措施的桥，10年后必须进行更换，否则会由于锈蚀而发生危险。‎ 选择2 在对桥进行一般性清理后，涂上油漆．这种保护措施需要每3年重新进行一次。‎ 选择3 用喷砂清理法对桥清理后，涂上油漆。这种保护措施需要每6年重新进行一次。‎ 选择4 将桥喷砂清理后，镀上锌再涂上漆。这种保护措施能使桥保存18年。‎ 下面给出了以上四种选择的成本。‎ 表： 四种选择的成本 ‎【问题】 （1）计算每个选择从桥建造开始，16年所花的费用（包括建造费和维修保护费）（ 2）采用哪个选择？‎ ‎【讨论】‎ 8‎ ‎ 1．只有钢铁才能生锈，很多其他的金属，如铝和铜，几乎完全不发生锈蚀．可是为什么我们用钢铁比用其他金属多呢?‎ ‎2．假如有人发明了一种又便宜、又简单的方法，使锈永远不可能发生．显然这一发 明会带来很大的益处，你认为它也可能带来坏处吗?‎ ‎3．汽车排气系统受锈的影响很严重。一辆车，由普通钢制造的排气系统价值960元，由于生锈的原因，它使用大约2年就需要更换。对同一辆车，如果买一个由不锈钢制造的排气系统，受锈的影响就会减少，并且可以使用6年，不锈钢排气系统价值1900元。 从长远考虑，是普通钢排气系统便宜，还是不锈钢排气系统便宜?解释你的回答。‎ ‎4．在英国才有不到10％的汽车拥有者购买不锈钢排气系统。请你评论一下这个事实。‎ ‎【课堂练习】‎ ‎1．解释下列现象并写出有关原电池的电极反应：‎ ‎（1）马口铁（镀Sn铁皮）做的罐头，打开后为什么极易生锈？‎ ‎（2）自来水管（镀Zn铁管）和白铁皮做的提桶，为什么不易生锈？‎ ‎（3）轮船船壳的水线以下部分，为什么要装上一定数量Zn块？‎ ‎2．桥梁上钢结构接头处须用铆钉连结，以下三种铆钉，选用何种为好？‎ ‎（1）铝铆钉 （2）铜铆钉 （3）钢铆钉 ‎3．下列各烧杯中盛有海水，依次插入：‎ ‎（1）Fe片；（2）Cu、Fe导线相连；（3）Sn、Fe导线相连；（4）Zn、Fe导线相连；（5）Al、Fe导线相连；铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是：＿＿＿＿＿＿＿＿＿。‎ 参考答案：1、略2、（3）3、（2）＞（3）＞（1）＞（4）＞（5）‎ 板书设计：‎ 第二节 金属的腐蚀与防护 一、金属腐蚀 金属（或合金）跟周围接触到的气体（或液体）反应而腐蚀损耗的过程。‎ ‎1、 化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。特点：反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。‎ ‎2、电化学腐蚀 不纯的金属或合金与电解质溶液接触，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀。‎ 8‎ ‎ ‎ 分类 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强（弱酸）‎ 水膜酸性较弱或呈中性 负极反应 Fe –2e === Fe2+‎ ‎2Fe –4e === 2 Fe2+‎ 正极反应 ‎2H+ + 2e === H2‎ ‎2H2O + O2 + 4e－ == 4OH－‎ 总反应 Fe + 2H+ == Fe2+ + H2‎ ‎2Fe + 2H2O + O2 == 2Fe(OH)2‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎4Fe(OH)2 + 2H2O + O2= 4Fe(OH)3‎ ‎ Fe2O3.xH2O ‎ ‎ 次要 主要 ‎3、化学腐蚀与电化腐蚀的对比 ‎（1）本质：金属原子失电子而被氧化 M – ne == Mn+‎ ‎ （3）‎ 二、金属的防护 ‎1、物理方法 ‎2、电化学法 8‎