范文一:金属的腐蚀和防护
金属的腐蚀和防护
1. 金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变为金属阳离子,金属发生氧化反应。 2. 金属腐蚀的类型
(1)
(2)
3. (1)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法 — 原电池原理 a .负极:比被保护金属活泼的金属; b .正极:被保护的金属设备。
②外加电流的阴极保护法 — 电解原理 a .阴极:被保护的金属设备; b .阳极:惰性金属或石墨。
(2)改变金属的内部结构,如制成合金、不锈钢等。
(3)加防护层,如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
例题
1. (2010年高考北京卷 ) 下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是 ( ) A .钢管与电源正极连接,钢管可被保护
B .铁遇冷浓硝酸表面钝化,可保护内部不被腐蚀 C .钢管与铜管露天堆放在一起时,钢管不易被腐蚀
D .钢铁发生析氢腐蚀时,负极反应是 Fe -3e -===Fe3+
2. (2011年江苏南京高二检测 ) 下列各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时,由快到慢的顺序是 ( )
A . 4>2>1>3>5>6 B . 4>6>2>1>3>5 C . 5>4>2>3>1>6 D . 6>3>5>2>4>1 3. (2011年广东佛山调研 ) 钢铁的锈蚀过程中,下列五种变化可能发生的是 ( )
① Fe 由+2价转化为+3价 ② O 2被还原 ③ H +
被还原 ④有 Fe 2O 3·x H 2O 生成 ⑤杂质碳被氧化除去 A .①② B .③④ C .①②③④ D .①②③④⑤
4. (1)将铜棒与锌棒用导线连接,分别插入盛有:①硫酸溶液,②硫酸铜溶液,③硫酸钠溶液的三个烧杯中,此时,铜片 上发生的主要反应是:
① ________________________________________________________________________, ② ________________________________________________________________________, ③ ________________________________________________________________________。 (2)铜制品在经常下酸雨的地区电化学腐蚀严重。写出此电化学腐蚀的电极反应式:
正极:________________________________________________________________________, 负极:________________________________________________________________________。
(3)将表面去掉氧化膜的镁片和铝片用带电流表的导线相连,插入盛有烧碱溶液的烧杯中,此时发现电流计指针偏转,判断 此原电池的正、负极,并写出电极反应式和总反应式。 正极 ________,电极反应式:
________________________________________________________________________; 负极 ________,电极反应式:
________________________________________________________________________; 总反应式:
________________________________________________________________________。 练习
1. (2011年长春高二检测 ) 下列各变化中属于原电池反应的是 ( ) A .在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护层 B .镀锌铁表面有划损时,也能阻止铁被氧化
C .红热的铁丝与冷水接触,表面形成蓝黑色保护层 D .浓硝酸比稀硝酸更能氧化金属铜
2. (2009年高考广东卷 ) 出土的锡青铜 (铜锡合金 ) 文物常有 Cu 2(OH)3Cl 覆盖在其表面。下列说法正确的是 (双选 )( ) A .锡青铜的熔点比纯铜高
B .在自然环境中,锡青铜中的锡对铜起保护作用 C .锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快
D .生成 Cu 2(OH)3Cl 覆盖物是电化学腐蚀过程,但不是化学反应过程 3. (2011年湖北黄冈调研 ) 相同材质的铁在图中的四种情形下最不 .
易被腐蚀的是 (
)
4.某课外小组学生研究金属腐蚀的条件和速率,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,再放在玻 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 .装置Ⅰ的左侧液面比装置Ⅱ的左侧液面低 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
5. (2011年河南平顶山高二检测 ) 目前,脱氧保鲜剂已广泛用于食品保鲜、粮食及药材防虫、防霉等领域。含铁脱氧剂利用 铁易被氧化的性质,完全吸收包装内的氧,从而对包装内的物品起到防氧化作用。当脱氧剂变成红棕色时,则失效。下表 是一种含铁脱氧保鲜剂的配方:
下列反应式中与铁脱氧原理无关的是 ( A . Fe -2e -===Fe2+
B . C +O 2===CO2
C . 4Fe(OH)2+O 2+2H 2O===4Fe(OH)3 D . 2Fe(OH)3===Fe2O 3+3H 2O
6.镀锌铁在发生析氢腐蚀时,若有 0.2 mol电子发生转移,下列说法正确的是 ( )
①有 5.6 g金属被腐蚀 ②有 6.5 g金属被腐蚀 ③在标准状况下有 2.24 L气体放出 ④在标准状况下有 1.12 L气体放出 A .①② B.①④ C .②③ D.③④ 8.
某课外活动小组,将剪下的一块镀锌铁放入试剂瓶中,并滴入少量食盐水将其浸湿,再加数滴酚酞溶液,按如图装置进行 实验,数分钟后观察,下列现象不 . 可能出现的是 ( ) A .乙中导气管中产生气泡 B .乙中导气管里形成一段水柱 C .金属片剪口处溶液变红 D .锌被腐蚀
7. (2009年高考上海卷 ) 如图装置中, U 型管内为红墨水, 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 8. (2009年高考北京卷 ) 下列叙述不 .
正确的是 ( ) A .铁表面镀锌,铁作阳极
B .船底镶嵌锌块,锌作负极,以防船体被腐蚀
C .钢铁吸氧腐蚀的正极反应:O 2+2H 2O +4e -===4OH-
D .工业上电解饱和食盐水的阳极反应:2Cl --2e -
===Cl2↑
9.潜艇的金属外壳浸在海水中,在海水和空气的作用下会被腐蚀。
(1)若海水呈中性,一艘钢制外壳的潜艇在海水中发生腐蚀的电极反应式为:
正极:________________________________________________________________________, 负极:________________________________________________________________________。 (2)为有效地保护潜艇,下列措施中最好的是 ________A.采用纯铁制造潜艇外壳 B .采用耐腐蚀的合金制造潜艇外壳 C .在潜艇外壳上涂一层油
D .在潜艇外壳上装一定数量的锌块
10.金属由于其优良的物理化学性能,在工农业生产以及国防中大量使用。钢铁是应用最广的金属材料,但是钢铁材料的 腐蚀也使我们损失惨重。因此对其的防护是十分必要的。防止或减少钢铁的腐蚀有多种方法:如制成耐腐蚀合金、表面 “烤蓝”、电镀另一种金属以及电化学保护等方法。
(1)钢铁的腐蚀主要是吸氧腐蚀,请写出钢铁吸氧腐蚀的电极反应: 负极:__________________;正极:__________________。
(2)合金的性能各种各样,人们根据需要生产出种类繁多的合金材料。
请 回 答 :① 作 为 建 筑 材 料 的 铝 合 金 利 用 了 该 合 金 的 哪 些 特 性 (至 少 回 答 两 点 ) ? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
②由于人体摄入较多的 Al ,对人的健康有害,所以现在不主张使用铝制炊具。你认为生产炊具使用材料最好是 ________, 理由是 ________________________________________________________________________。
(3)钢铁表面常电镀一层 Cr 而达到防腐蚀的目的,这是由于 Cr 具有优良的抗腐蚀性能所决定的。
请回答:电镀过程中,阴极是 ________,电解质一定含有 ________离子,阳极材料是 ________;电镀 Cr 时,不能使用
CrO 2-4或 Cr 2O 2-
7
作 为 镀 液 , 请 说 明 原 因 :________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
11.铁生锈是比较常见的现象,某实验小组为研究铁生锈的条件,设计了以下快速、易行的方法:
首先检查制取氧气装置的气密性,然后按图连接好装置,点燃酒精灯给药品加热,持续 3分钟左右,观察到的实验现象 为:①直形导管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗,发生锈蚀;②直形导管中干燥的铁丝表面依然光亮,没有 发生锈蚀;③烧杯中潮湿的铁丝表面依然光亮。
试回答以下问题:
(1)由于与金属接触的介质不同,金属腐蚀分成不同类型,本实验中铁生锈属于 ________。
(2)仪器 A 的名称为 ________,其中装的药品可以是 ________,其作用是 ________。
(3)由实验可知,该类铁生锈的条件为 ________________________________________________________________________。 决定铁生锈快慢的一个重要因素是 ________________________________________________________________________。 12.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:
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 ) 。
范文二:金属的腐蚀和防护
《金属的腐蚀和防护》教学设计
一、 教材分析和设计思想
本教学设计紧扣教材,以科学知识为基础,以日常生活中的问题为起点。通过科学实验,初步解决金属腐蚀和防护的实际问题。同时,充分发挥学生的主体作用,通过对金属腐蚀这一重大课题的讨论和决策,培养学生形成从科学、技术、社会、经济多角度综合的思维方法。
这些知识和方法的介绍,意在培养鼓励学生学习化学,并让学生体会化学知识在实际生活中的广泛的应用。通过对决策的选择,让学生有获得成功的感觉。 二、 教学目标
1.理解金属腐蚀和防护的基本原理。
2.通过小组合作,设计并完成金属腐蚀实验,学习对照实验的科学方法。
3.通过将金属防护的各种方法用于实际问题的解决,提高综合分析问题的能力,认识影响决策的多重因素与体验科学决策的重要性。
4.感悟金属腐蚀的两面性,树立趋利避害的意识。
三、教学过程
[[导入新课]同学们好!今天我们一起来学习金属的腐蚀与防护(板书)。
请看:校园内的铁的锈蚀现象比比皆是。除了铁锈蚀以外,其它金属在一定环境下也会发生侵蚀。
在所有金属腐蚀中,钢铁腐蚀现象最为严重。在英国,每90秒钟就有1吨钢被锈蚀;我国每年由于钢铁生锈造成的经济损失大约在100~150亿元。
[设问]钢铁为什么会生锈?怎样减小金属腐蚀?有没有永不腐蚀的金属材料?这样好吗?下面,我们一起来探讨。
[板书]一、金属腐蚀
大家知道,炼铁是把铁矿石中的铁还原出来,而铁生锈是把单质的铁氧化成铁的氧化物。
[板书]金属腐蚀的本质:M-ne→Mn+ 金属因失电子而腐蚀。
[设问]金属为何失电子?如何失电子?
这是因为游离态的金属单质或合金在与周围的气体或液体在一定条件下发生化学反应而失电子,所以根据条件的不同,金属腐蚀可分为:
[板书]金属腐蚀的分类:化学腐蚀和电化腐蚀。 化学腐蚀是指金属直接与物质接触发生化学反应。例如铁在纯氧或氯气中的燃烧。金被王水溶液等。 电化腐蚀是原电池反应,较活泼的金属失去了电子而被腐蚀。例如钢铁腐蚀主要是电化腐蚀。
下面,我们重点来学习电化腐蚀。
[板书]二.电化腐蚀
[问题解决] 先请同学来回答:原电池构成的条件?
[学生回答]原电池构成的三个条件:活泼性不同两个电极;电解质溶液;构成回路或直接接触。
我们还是以钢铁腐蚀为例。请看PPT4.
钢铁是铁碳合金,也就是在潮湿的空气里,钢铁的表面可形成了一层电解质溶液的薄膜。铁跟钢铁里的少量碳在钢铁制品表面形成了无数微小的原电池,加快了钢铁的腐蚀。根据电解质的性质不同,钢铁腐蚀可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
[学生实验]PPT5仪器和药品:硫酸铜溶液、稀硫酸溶液、铜丝、铜片、锌粒、锌片、水槽等。
要求:
1.设计与完成锌的化学腐蚀实验。
2.设计与完成锌的电化腐蚀实验。
3.设计实验比较两种腐蚀的现象。
[学生互评]实验交流与点评。
[教师演示并点评]对照实验比较电化腐蚀和化学腐蚀。
一般情况下,化学腐蚀和电化腐蚀是相伴随的,但是电化腐蚀更普遍,而且加快金属的腐蚀速率。两者反应的机理不同,在电化腐蚀中还会有微弱的电流产生。对照实验是一种重要的科学实验方法。下面的实验也用了类似的方法。
请同学们观看课外实验照片。(铁钉生铁条件的探究)
这个实验即告诉我们铁钉生铁的二个必备条件,同时也提示我们如何来防护金属?
[板书]三.金属腐蚀的防护—有关决策的讨论
[问题]结合内因和外因两因素来考虑,常用有哪些金属的防护方法?联系身边实际举例说明。请同学举手回答。
[学生回答]
[教师归纳]总结大家回答,有以下几个方法:1.改变金属的内部结构。举例:不锈钢。在钢里加入了不易腐蚀的铬或镍等金属。
2.在金属表面覆盖保护层
a.用油脂覆盖 这不是一个很有效的方法,因为油脂会很快被蹭掉。
b.用油漆覆盖 油漆能够阻止水和空气与金属接触。但是,一旦油漆损坏或脱落,金属就要开始生锈。
如果油漆发生了脱落,就必须给金属再次涂漆。如果漆涂在真正清洁的表面,它会保留较长的时间。任何水的遗迹、油的遗迹、锈的遗迹都容易使油漆发生脱落。在涂漆前清洁金属表面的最好方法是喷砂清理。
c.用塑料覆盖 电线经常采用这种方法进行保护。
d.用金属覆盖 铁可以被涂上或镀上一层其他的金属,来防止生锈。 如果被镀上的这种金属比铁稳定,它就能够像漆的涂层一样,保护铁使它不致生锈。电镀还经常被用作装饰,例如,在铁上镀铬,就会使铁看上去很光亮。
3.电化学保护⑴牺牲性保护:某些金属像锌和铝,比铁要活泼。如果在铁上覆盖一层像锌这样的活泼金属,铁就可以获得极好的防锈层。氧气更易与锌发生反应,从而停止与铁反应.由于锌牺牲了自己去保护铁,所以被称为牺牲性涂层.采用这种方法,即使锌层的一部分脱落了,铁仍然会得到保护。如果铁上镀的是一层比自己稳定的金属,像锡或铬,那么当发生同样的脱落情况时,这些金属就会失去对铁的保护作用,铁便会生锈。
⑵外接直流电源阴极保护法。
[设问]金属腐蚀的分类有两种,而金属防护有很多不同的方法。那么,我们碰到具体的物品时,应该采用哪种方法效果更好?如何来作决策?
[学习分组]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。
请大家思考:(1)校园里的铁栅栏(2)儿童游戏场中秋千的钢架(3)铁的徽章
(4)放电熨斗的支架(5)钢刀片(6)家用菜刀(7)东海大桥的海里钢柱桥墩
分组讨论:第一组第1-3题;第二组第2-4题;第三组第3-5题;第四组第4-6题;第五组第7题。东海大桥要做到100年不大修,海里桥墩的防腐蚀设计至关重要。请第五组多提宝贵意见。
[学生回答,教师点评]做决策时应考虑的因素:
●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。
[板书]四.金属腐蚀的两面性
金属腐蚀会造成很大经济浪费,我们要防护,但有时却可以利用。
通过加速金属腐蚀,用来加工金属零件。例如,工业上,利用金属腐蚀的加工技术来制作电路板。
在日常生活中,我们使用铁粉系列的“热袋”、“暖宝宝”来提供热量;“驱痛灵”来治疗颈椎、腰椎等疾病。
今年冬天送什么?我给大家送“宝宝”------暖宝宝。
[教师演示]暖宝宝的成份有:1.还原铁粉;2.吸附剂硅藻土焦炭粉;3.食盐和水;4.氧气。请大家分析暖宝宝取暖的原理。
[问题提示]1.吸附水分和氧气;2.除了能吸附水外,还能与铁粉形成原电池,作为正极;3.提供形成原电池时必须的电解质溶液;4.与铁粉反应放出热量取暖。
[小结]
[作业]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。
5.根据本课提供的热袋的原料,寻找最佳的配方和合适的材料,制作一个热袋,并参加评比。
教学反思:
1. 教学思想上有了新的突破。由原先的基础性知识和拓展性知识相结合,到现在的课堂中更多体现了研究性学习过程。
2. 教学方法:以前是教师引导,学生讨论。现在是以学生为本,更多
的放给学生进行自评、互评,在与教师的点拨中领会各种内容。 3. 教学内容上了也有很大改变。当初考虑二附中学生实际,加上了拓
展性内容的深入学习,以体现学生的特色。现在,讨论的内容是由学生生活实际作铺垫,解决学生身边的实际问题,当场享受合作与成功的幸福。
4. 教学媒体可谓发现了翻天覆地的变化。随着科学技术的不断发展,
从以前的胶片、实物投影到现在的PPT软件和各种各样的化学教学软件和课件,丰富了学生的视角,也是课堂气氛更加活跃,有关的化学实验现象明显和具有清晰的可观赏性。
5. 由于教学目标的改变,教学效果也达到了不同的变化。由原先的一
维目标,改成现在的三维目标,特别是突出德育功能在化学教学中挖掘和渗透,目前也是理科德育课题的很好的一个范例。
范文三:金属的腐蚀和防护教学设计
《化学反应原理》第一章 第三节 金属的腐蚀与防护
教
学
设
计
烟台中英文学校吕超军
第3节 化学能转化为电能——电池
金属的腐蚀与防护教学设计
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节内容,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,并具体地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,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:通过对比实验探究探究(苏教版课本实验),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已被氧化而腐蚀。
【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)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。
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 (5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国内生产总值的2%-4%,超过地震、水灾、台风等自然灾害造成损失的总和。以我国为例,金属的腐蚀在2013年至少造成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第二段自主思考以上问题。
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,空气中的氧气和水式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,撒入内壁分别用氯化钠和稀醋酸润湿过的两支试管分别标记为a、b中,按右图1-28装置好仪器。
教师:下面我来组装实验装置,请同学们阅读教材P27-28了解金属电化学腐蚀原理。稍后观察实现现象。(根据课前准备组装仪器)
学生:阅读教材自学有关金属电化学腐蚀的原理
教师:(学生阅读完教材后,打开止水夹)下面请大家观察该实验的现象。
学生: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:,
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
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)
归纳总结:多媒体展示析氢腐蚀和吸氧腐蚀对比表格
深对析氢腐蚀和吸氧腐蚀的认识,从而解决本节课的重点和难点。
环节五:合作交流 (10分钟)
过渡:我们了解了金属腐蚀的原理,那么如何防止金属被腐蚀呢?
多媒体呈现问题3:请根据生活常识以及金属被腐蚀的原理,联系原电池和电解的原理,讨论金属的防护措施主要有哪些?
提示:可以从以下几方面探讨(1)增强金属本身的抗蚀性;(2)阻止其发生原电池反应;(3)应用电化学原理(原电池原理、电解原理)。
教师:请大家根据以上提示,结合教材P29-P30,小组合作交流,归纳总结。
学生:阅读教材,小组交流,归纳总结
教师:找一小组展示合作交流结果,根据小组讨论交流结果,归纳总结。
板书:3.金属的防护方法
(1)覆盖保护层 (涂油漆、电镀、钝化)
( 2)电化学保护 ①牺牲阳极保护法——原电池原理
②外加电流阴极保护法——电解池原理
【设计意图】通过合作交流的提示使学生明确讨论交流的方向,使学生学会多角度分析问题的方法,培养分析问题、解决问题的能力。
环节六:达标测试 (5分钟)
1.下列事实中,与电化学腐蚀无关的是( )
A.埋在潮湿土壤里的铁管比埋在干燥土壤里的铁管更易被腐蚀
B.为保护海轮的船壳,常在船壳上镶入锌块
C.在空气中,金属银的表面生成一层黑色物质
D.镀银的铁制品,镀层部分受损后,露出的铁表面易被腐蚀
2.下列关于铁析氢腐蚀的说法正确的是( )
A.铁为正极 B.炭为正极
C.溶液中氢离子浓度不变 D.此腐蚀在任何溶液中都发生
3.关于铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀的下列说法中,不正确的是 ( )
A.正极电极反应式为:2H++2e-===H2↑
B.此过程中还涉及到反应:
4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3
C.此过程中铜并不被腐蚀
D.此过程中电子从Fe移向Cu
4.如图装置中,U型管内为红墨水,a、b试管内分别盛有食盐水和盐酸,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
5.下列金属防护的方法不正确的是 ( )
A.对健身器材涂油漆以防止生锈
B.马口铁(镀锡铁)镀层破损后被腐蚀时,首先是镀层被氧化,继续保护铁
C.用牺牲锌块的方法来保护船身
D.自行车的钢圈上镀上一层Cr防锈
【设计意图】检测本节课教学目标的达成情况
1题落实目标1 2、3、4题落实目标2 5题落实目标3
环节七:归纳总结 (2分钟)
教师引导:同学们,通过本节课的学习,在知识上你有哪些收获?我们运用了哪些解决问题的方法?通过本节学习你受到什么启发?
学生:结合板书总结学习收获 (找一名同学总结)
教师补充归纳:这一节课我们主要学习了金属腐蚀的两个基本类型——化学腐蚀和电化学腐蚀,了解了析氢腐蚀与吸氧腐蚀,重点认识了生活中最为普遍的吸氧腐蚀原理。 最后,我们还结合生产生活实际,进一步了解了金属的电化学防护2种方法。
【设计意图】引导学生自主总结,既调动了学生的积极性体现了学生的主体地位,又锻炼了学生的总结把握知识的能力和表达能力。
八.板书设计
三.金属的腐蚀和防护
1.金属的腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
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)
3.金属的防护方法
(1)覆盖保护层
(2)电化学保护
①牺牲阳极保护法——原电池原理 ②外加电流阴极保护法——电解池原理
范文四:原电池 金属的腐蚀和防护
原电池 金属的腐蚀和防护
考纲解读
基础再现. 思考提醒
一、原电池
1.概念:把能的装置.
3.构成条件
(1)两个 (2)将电极插入中.
(3)用导线连接电极构成(4)能自发进行
二、化学电源
1.一次电池
(1)碱性锌锰干电池
负极反应:
________________________________________________________________________;
--正极反应:2MnO 2+2H 2O +2e ===2MnOOH+2OH ;
总反应式:Zn +2MnO 2+2H 2O===2MnOOH+Zn(OH)2。
(2)锌银电池
负极反应:
________________________________________________________________________;
--正极反应:Ag 2O +H 2O +2e ===2Ag+2OH ;
总反应式:Zn +Ag 2O +H 2O===Zn(OH)2+2Ag 。
2.二次电池(可充电,可多次重复使用)
如铅蓄电池:H 2SO 4作电解质溶液
负极反应:
________________________________________________________________________;
-+-正极反应:PbO 2+2e +4H +SO 24===PbSO4+2H 2O ;
总反应式:Pb +PbO 2+2H 2SO
4 充电 4+2H 2O 。
3.燃料电池
(1)氢氧燃料电池
①用酸性电解质时:
负极:
________________________________________________________________________; 正极:
________________________________________________________________________;
1总反应:H 22===H2O 。 2
②用NaOH 等碱性溶液时:
负极:
________________________________________________________________________; 正极:
________________________________________________________________________;
1总反应:H 22===H2O 。 2
(2)CH4燃料电池:电解质为KOH
负极:
________________________________________________________________________; 正极:
________________________________________________________________________; 总反应:CH 4+2O 2+2KOH===K2CO 3+3H 2O 。
三、金属的腐蚀与防护
1.金属腐蚀的定义金属与周围的气体或液体物质发生耗的现象。
2.金属腐蚀的实质
金属 电子被 。
3.金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀:金属直接跟周围的物质接触发生化学反应。
(2)电化学腐蚀:当两种金属相接触且又同时暴露在潮湿空气里或与电解质溶液接触时,由于形成 而腐蚀。电化学腐蚀很普遍。
5. 金属的防护 (1)加防护层
如在金属表面加上耐腐蚀的油漆、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料、橡胶及电镀、喷镀或表面钝化等方法。
(2)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法。如在船舶的外壳装上锌块:锌作原电池的 极(阳极) ,铁作为原电池的 极(阴极) 。
②外加电流的阴极保护法。如钢闸门被保护:阳极为惰性电极(如石墨) ,与电源正极相连;阴极为 ,与电源负极相连。
聚焦考点 典例剖析
考点1原电池工作原理
1. 原理图示
负极: ( 反应 )
正极: ( 反应)
总反应方程式:
外电路:电子从负极流向正极,电流从正极流向负极
内电路:阴离子移向负极,阳离子移向正极
2. 原电池的正负极的判断:
①根据电子流动方向判断。在原电池中,电子流出的一极是负极;电子流入的一极是正极。 ②根据两极材料判断。一般活泼性较强的金属为负极;活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
③根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
④根据原电池两极发生的变化来判断。负极发生氧化反应;正极发生还原反应。 ⑤根据现象判断。溶解的一极为负极,质量增加或放出气体的一极为正极。
典例研析:
例1(2013·陕西第一次联考·11)镁一过氧化氢燃料电池具有比能量高、安全方便等优点,其总反应为Mg+H2O 2+H2SO 4==MgSO4+2H2O ,结构示意图如图所示。下列关于该电池的叙述正确的是
A .电池内部可以使用MnO 2作填料
B .电流工作时,H +向Mg 电极移动
C 电池工作时,正极的电板反应式为Mg —2e — Mg2+
D .电池工作时,电解质溶液的pH 将不断变大
答案:D
解析:A 根据总反应Mg+H2O 2+H2SO 4==MgSO4+2H2O 可知电池中有双氧水,加入MnO 2作填料,能使双氧水加速分解,所以不能用MnO 2作填料故B 错误;B 电池工作时,H +向正极移动,Mg 失电子为负极,故B 错误;C 根据总反应Mg+H2O 2+H2SO 4==MgSO4+2H2O 则负极是金属镁失电子发生氧化反应,故C 错误; D根据总反应电池工作是,消耗硫酸,溶液中H +浓度减小,所以电解质溶液的PH 将不断变大,故正确
易错警示:
变式训练 1. 日本茨城大学研制了一种新型的质子交换膜二甲醚燃料电池(DDFC),该电池有较高的安全性。电池总反应为:CH OCH +3O ===2CO+3H O ,电池示意如图,下列说法不33222
正确的是( )
A .a 极为电池的负极
B .电池工作时电流由b 极沿导线经灯泡再到a 极
C .电池正极的电极反应为: 4H + + O 2 + 4e - === 2H 2O
D .电池工作时,1mol 二甲醚被氧化时就有6mol 电子转移
答案:D
解析:在燃料电池中燃料做负极故A 正确, 电流由正极流向负极故B 正确, 由题可知为酸性条件故C 正确,1mol 二甲醚被氧化时就有12mol 电子转移故D 错误
易错警示:
考点2、原电池电极反应式的书写与化学电源
一般来讲,书写原电池的电极反应式应注意如下四点:
1、准确判断原电池的正负极
一般而言,较活泼的金属成为原电池的负极,但不是绝对的。
如将镁铝合金放入6mol/L的NaOH 溶液中构成原电池时,尽管镁比铝活泼,但镁不和NaOH 溶液反应,所以铝成为负极。
2、高度注意电解质的酸碱性
在正、负极上发生的电极反应不是孤立的,它往往与电解质溶液紧密联系。如氢—氧燃料电池有酸式和碱式两种,在酸溶液中负极反应式为:2H 2==4H+ +4e-正极反应式为:O 2+4H+ +4e-==2H2O;
。如是在碱溶液中,则不可能有H +出现,在酸溶液中,也不可能出现OH -
3、牢牢抓住总的反应方程式
从理论上讲,任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。而两个电极反应相加即得总的反应方程式。所以,对于一个陌生的原电池,只要知道总反应方程式和其中的一个电极反应式,即可迅速写出另一个电极反应式。
4、不能忽视电子转移数相等
在同一个原电池中,负极失去的电子数必等于正极得到的电子数,所以在书写电极反应式时,要注意电荷守恒。这样可以避免由电极反应式写总反应方程式,或由总反应方程式改写成电极反应式所带来的失误,同时,也可避免在有关计算中产生误差。
典例研析:
例2.(2011·福建理综,11) 研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料,以LiOH 为电解质,使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是( )
A .水既是氧化剂又是溶剂
B .放电时正极上有氢气生成
C .放电时OH -向正极移动
D .总反应为2Li +2H 2O===2LiOH+H 2↑
答案:C
解析:根据题给信息知锂水电池的总反应为
2Li +2H 2O===2LiOH+H 2↑,D 正确;在反应中氢元素的化合价降低,因此H 2O 作氧化剂,同时又起到溶剂的作用,A 正确;放电时正极反应为2H 2O +2e -===2OH-+H 2↑,B 正确;正极周围聚集大量OH -,因此溶液中的阳离子Li +向
+-正极移动,负极周围聚集大量Li ,因此溶液中的阴离子OH 向负极移动,C 错
误。
易错警示:
变式训练 2.(2011·安徽理综,12) 研究人员最近发明了一种“水”电池,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电,在海水中电池总反应可表示为5MnO 2+2Ag +2NaCl===Na2Mn 5O 10+2AgCl
下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是( )
A .正极反应式:Ag +Cl --e -===AgCl
B .每生成1 mol Na2Mn 5O 10转移2 mol电子
+C .Na 不断向“水”电池的负极移动
D .AgCl 是还原产物
答案: B
解析:本题综合考查原电池和氧化还原反应的相关知识。 正极反应该得电子,因此A 错;原电池中电解质溶液中的阳离子应该向正极移动,C 错;Ag 是反应的还原剂,因此AgCl 是氧化产物,D
错易错警示:
考点3原电池原理在化工、农业生产及科研中的应用。
1.比较不同金属的活动性强弱
根据原电池原理可知,在原电池反应过程中,一般活动性强的金属作负极,而活动性弱的金属(或碳棒) 作正极.若有两种金属A 和B ,用导线将A 和B 连接后,插入到稀硫酸中,一段时间后,若观察到A 极溶解,而B 极上有气体放出,说明在原电池工作过程中,A 被氧化成阳离子而失去电子作负极,B 作正极,则金属A 的金属活动性比B 强.
2.加快化学反应速率
由于原电池将氧化还原反应拆成两个半反应且有电流产生,因而反应速率加快. 如Zn 与稀H 2SO 4反应制氢气时,可向溶液中滴加少量CuSO 4溶液,形成Cu -Zn
原电池,加快反应进行.
3.用于金属的防护
要保护一个铁制闸门,可用导线将其与一锌块相连,使锌作原电池的负极,铁制闸门作正极.
4.设计制作化学电源
设计原电池时要紧扣构成原电池的条件.
(1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应;
(2)电极材料的选择
在原电池中,选择还原性较强的物质作为负极;氧化性较强的物质作为正极。并且,原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应。
(3)电解质溶液的选择
电解质溶液一般要能够与负极发生反应,或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气) 。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥) ,则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。如在铜—锌—硫酸构成的原电池中,负极金属锌浸泡在含有Zn 2+的电解质溶液中,而正极铜浸泡在含有Cu 2+的溶液中。
典例研析:
例3.有A 、B 、C 、D 四种金属。将A 与B 用导线连接起来,浸入电解质溶液中,B 不易腐蚀。将A 、D 分别投入等浓度盐酸中,D 比A 反应剧烈。将铜浸入B 的盐溶液里,无明显变化。如果把铜浸入C 的盐溶液里,有金属C 析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是( )
A .D 、C 、A 、B B .D 、A 、B 、C
C .D 、B 、A 、C D .B 、A 、D 、C
答案:B
解析:A 、B 形成原电池,B 不易腐蚀,则A 为负极,B 为正极,活泼性:A>B;
A 、D 放入HCl 中,D 比A 反应剧烈,则活泼性:D>A;Cu 不能置换B 而Cu 能置换C ,则活泼性:B>Cu>C。总的活泼性:D>A>B>C。
易错警示:
变式训练 3.(2011·吉林模拟) 依据氧化还原反应:2Ag +(aq)+Cu(s)===Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如下图所示。
请回答下列问题:
(1)电极X 的材料是______;电解质溶液Y 是_______
(2)银电极为电池的________极,发生的电极反应为___________________ X 电极上发生的电极反应为___________________________
(3)外电路中的电子是从________电极流向________电极。
答案.(1)铜 AgNO 3溶液
(2)正 Ag ++e -===Ag(或2Ag ++2e -===2Ag)
Cu -2e -===Cu2+
(3)铜 银
解析:由反应 2Ag (aq)+Cu(s)===Cu2(aq)+2Ag(s)可知铜做负极, 故X 的++
材料是铜. 电解质溶液有Ag +则只能为AgNO 3溶液, 根据总反应分别写出正极Ag ++e -===Ag 负极Cu -2e -===Cu2+ 电子流向由负极(铜) 流向正极( 银) 易错警示:
高考真题 随堂演练
1. (2012·四川). 一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪,负极上的反应为:CH 3CH 2OH – 4e- + H2O = CH3COOH + 4H+。下列有关说法正确的是
A .检测时,电解质溶液中的H +向负极移动
B .若有0.4mol 电子转移,则在标准状况下消耗4.48L 氧气
C .电池反应的化学方程式为:CH 3CH 2OH + O2 = CH3COOH + H2O
D .正极上发生的反应为:O 2 + 4e- + 2H2O = 4OH-
2. (2013·新课标II 卷)11.―ZEBRA‖蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是( )
A. 电池反应中有NaCl 生成
B. 电池的总反应是金属钠还原三价铝离子
C. 正极反应为:NiCl 2+2e-=Ni+2Cl-
D. 钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
3. (2013·大纲卷)9、电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr 2O 72)时,以铁板作阴、阳-
极,处理过程中存在反应Cr 2O 72+6Fe 2+14H
++2Cr 3+6Fe 3+7H 2O ,最后Cr 3以+++Cr(OH)3形式除去,下列说法不正确的是 ( )
A. 阳极反应为Fe -2e
-Fe 2 B. 电解过程中溶液pH 不会变化 +
C. 过程中有Fe(OH)3沉淀生成 D.电路中每转移12 mol电子,最多有1
mol Cr2O 72-被还原
4 [2013·重庆卷·8] 合金是建造航空母舰的主体材料。
(1)航母升降机可由铝合金制造。
①铝元素在周期表中的位置为____________。工业炼铝的原料由铝土矿提取而得,提取过程中通入的气体为________。
②Al -Mg 合金焊接前用NaOH 溶液处理Al 2O 3膜,其化学方程式为
________________________________________________________________________。
焊接过程中使用的保护气为________(填化学式) 。
(2)航母舰体材料为合金钢。
①舰体在海水中发生的电化学腐蚀主要为________。
②航母用钢可由低硅生铁冶炼而成,则在炼铁过程中为降低硅含量需加入的物质为________。
(3)航母螺旋桨主要用铜合金制造。
①80.0 g CuAl 合金用酸完全溶解后,加入过量氨水,过滤得白色沉淀39.0 g ,则合金中Cu 的质量分数为___________________________________________。
②为分析某铜合金的成分,用酸将其完全溶解后,用NaOH 溶液调节pH ,当pH =3.4时开始出现沉淀,分别在pH 为7.0、8.0时过滤沉淀。结合图中信息推断该合金中除铜外一定含有________。
能效达标训练
一选择题
1【2012·安徽】某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时,现断开K 2,闭合K 1,两极均有气泡产生;一段时间后,断开K 1,闭合K 2,发现电流表指针偏转,下列有关描述正确的是
A .断开K 2,闭合K 1时,总反应的离子方程式为:2H ++2Cl—
B .断开K 2,闭合K 1时,石墨电极附近溶液变红 Cl 2↑+H2↑
C .断开K 1,闭合K 2时,铜电极上的电极反应为:Cl 2+2e—=2Cl —
D .断开K 1,闭合K 2时,石墨电极作正极
2【2012·福建卷·9】将下图所示实验装置的K 闭合,下列判断正确的是(
)
A .Cu 电极上发生还原反应
B .电子沿Zn →a →b →Cu 路径流动
C .片刻后甲池中c(SO42-) 增大
D .片刻后可观察到滤纸b 点变红色
3【2013·福建莆田一模·5】下列说法正确的是
A .镀锌铁的镀层破损后,镀层仍然对铁起保护作用
B .SiO 2不溶于强酸和强碱,可用于制光导纤维
C .C12与SO 2使品红溶液褪色的原理相同
D .常温下浓硫酸与铝不反应,可用铝槽车运输
4.(2011·课标全国卷,11) 铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应为Fe +Ni 2O 3+3H 2O===Fe(OH)2+2Ni(OH)2
下列有关该电池的说法不正确的是( )
A .电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni 2O 3、负极为Fe
B .电池放电时,负极反应为Fe +2OH --2e -===Fe(OH)2
C .电池充电过程中,阴极附近溶液的pH 降低
D .电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH --2e -===Ni2O 3+3H 2O
5(2013·安徽卷)10.热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl 混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为:PbSO 4+2LiCl+Ca = CaCl 2+Li2SO 4+Pb。下列有关说法正确的是
A .正极反应式:Ca + 2Cl--2e - = CaCl2
B .放电过程中,Li +向负极移动
C .每转移0.1mol 电子,理论上生成20.7 g Pb
D .常温时,在正负极间接上电流表或检流计,指针不偏转
6.氢氧燃料电池以KOH 溶液为电解质溶液,下列有关该电池的叙述不正确的是.
( )
A .正极反应式为:O 2+2H 2O +4e -===4OH-
B .工作一段时间后,电解液中KOH 的物质的量浓度不变
C .该燃料电池的总反应方程式为:2H 2+O 2===2H2O
D .用该电池电解CuCl 2溶液,产生2.24 L Cl2(标准状况) 时,有0.2 mol电子转移
7(2013·西安五校联考·12)用Na 2SO 3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫,将所得的混合液进行电解循环再生,这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如下图所示,则下列有关说法中不正确的是 ...
A .X 为直流电源的负极,Y 为直流电源的正极
B .阳极区pH 增大
C .图中的b>a
D .该过程中的产品主要为H 2SO 4和H 2
二非选择题
8.高铁电池是一种新型可充电电池,与普通电池相比,该电池能较长时间保持
稳定的放电电压。高铁电池的总反应为:
放电3Zn +2K 2FeO 4+8H 2O=====充电3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH 。
请回答下列问题:
(1)高铁电池的负极材料是________。[来源:学|科|网]
(2)放电时,正极发生________(填“氧化”或“还原”) 反应;已知负极反应为Zn -2e -+2OH -===Zn(OH)2,则正极反应为__________________________________________________。
(3)放电时,________(填“正”或“负”) 极附近溶液的碱性增强。
9.近几年开发的甲醇燃料电池采用铂作电极催化剂,电池中的质子交换
膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下:
请回答下列问题:
(1)Pt(a)电极是电池的________极,电极反应式为
________________________________ Pt(b)电极发生________反应(填“氧化”或“还原”) ,电极反应式为
__________________________________。
(2)电池的总反应方程式为
_______________________________________________。
(3)如果该电池工作时电路中通过2 mol 电子,则消耗的CH 3OH 有
________mol。
10.Li-SOCl 2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳,电解液是LiAlCl 4-SOCl 2。电池的总反应可表示为:4Li +2SOCl 2===4LiCl+S +SO 2。
请回答下列问题:
(1)电池的负极材料为_______,发生的电极反应为__________________。
(2)电池正极发生的电极反应为_______________________________。
(3)SOCl2易挥发,实验室中常用NaOH 溶液吸收SOCl 2,有Na 2SO 3和NaCl 生成。如果把少量水滴到SOCl 2中,实验现象是___________________________,
反应的化学方程式为_____________________________________。
(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行,原因是________________。 11 [2013·新课标全国卷Ⅱ·36] [化学——选修2:化学与技术]锌锰电池(俗称干电池) 在生活中的用量很大。两种锌锰电池的构造如图0所示。
两种干电池的构造示意图
图0
回答下列问题:
(1)普通锌锰电池放电时发生的主要反应为:
Zn +2NH 4Cl +2MnO 2===Zn(NH3) 2Cl 2+2MnOOH
①该电池中,负极材料主要是________,电解质的主要成分是________,正极发生的主要反应是__________________________________________________。
②与普通锌锰电池相比,碱性锌锰电池的优点及其理由是
________________________________________________________________________。
(2)下图表示回收利用废旧普通锌锰电池的一种工艺(不考虑废旧电池中实际存在的少量其他金属) 。
①图b 中产物的化学式分别为A___ _____,B______________________。
②操作a 中得到熔块的主要成分是K 2MnO 4。操作b 中,绿色的K 2MnO 4溶液反应后生成紫色溶液和一种黑褐色固体,该反应的离子方程式为
______________________________。
③采用惰性电极电解K 2MnO 4溶液也能得到化合物D ,则阴极处得到的主要物质是________(填化学式) 。
高考真题 随堂演练
1 【答案】:C
【解析】:该燃料电池的电极反应式分别为正极:O 2 + 4e- +4H+ =2H2O ,负极:CH 3CH 2OH – 4e- + H2O = CH3COOH + 4H+,电解质溶液中的H +应向正极移动(正极带负电),A 不正确;根据正极反应式,若有0.4mol 电子转移,则在标准状况下消耗2.24 L 氧气,B 不正确;将正负极电极反应式叠加得CH 3CH 2OH + O2 = CH3COOH + H2O ,C 正确;根据正极反应式可知,
2【解析】选B 。
【解析】 金属钠失电子变为钠离子,故有氯化钠生成,A 项正确;电池的总反应应该是金属钠还原Ni 2+,B 项错误;正极反应为Ni 2+得电子生成金属镍,C 项 正确;钠离子导体可以传导钠离子,故钠离子可以在两极间移动,D 项正
3【答案】B 。
【解析】由题干信息可知其反应原理为:阳极(Fe ):Fe ―2e—=Fe 2+;阴极(Fe ):2H ++2e -=H 2↑,因H +不断在阴极上得电子成为H 2而析出,且Cr 2O 72-与Fe 2+的反应也在消耗H +,使得溶液由酸性变为中性,再由中性变为碱性,Cr 3++3OH —=Cr(OH)3↓,
Fe+3OH —=Fe(OH)3所以A 、C 项正确,B 项不正确。D 项由阴阳反应及总反应知,电路中电路3+
中每转移12 mol电子,则生成6 molFe2+,所以有1 mol Cr2O 7被还原,D 正确 2-
4 [答案] (1)①第三周期第ⅢA 族 CO2
②Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O Ar(其他合理答案均可)
(2)①吸氧腐蚀 ②CaCO3或CaO
(3)①83.1% ②Al 、Ni
【解析】(1)①Al 的核外电子层数为3,最外层电子数为3,因此位于周期表中第三周期第ⅢA 族;工业冶炼铝的原料是Al2O3,由铝土矿中提取Al2O3的方法一般是将铝土矿溶于NaOH 溶液,使Al 转化为AlO2-,然后通入CO2气体使AlO2-转化为A l (OH) 3沉淀,然后再将A l (OH) 3沉淀加热即可得到Al2O3。②在焊接过程中为防止Al 、Mg 等金属发生氧化反应,需在Ar 等惰性气体保护下焊接。
(2)①舰体的主要成分为钢铁(含少量碳的铁碳合金),因此在海水中因形成原电池发生吸氧腐蚀;②冶炼过程可加入CaCO3或CaO 与硅形成硅酸盐,作为炉渣除去从而降低硅含量。(3)①Cu2+在过量氨水中易形成络离子,因此得到39.0g 白色沉淀为A l (OH) 3沉淀,利用原子守恒可知80.0gCu-Al 合金中含有m(Al)=27g ·mol-1×39.0g/78g·mol-1=13.5g ,故该合金中铜的质量分数为
(80.0g-13.5g )/80.0g=83.1%;②利用图示,结合题中信息可知开始出现沉淀为A l (OH ) 3、pH=8.0时过滤除去Ni(OH)2,因此该铜合金中还含有Al 、Ni
能效达标训练答案
1答案:D
【解析】本题考查原电池及电解池工作原理,旨在考查考生对知识的综合应用能力。 断开K2,闭合K1时,装置为电解池,两极均有气泡产生,则反应为
--2Cl +2H 2O ====== H 2↑+2OH +Cl 2↑,石墨为阳极,铜为阴极,因此石墨电极处产生
-Cl 2,在铜电极处产生H2,附近产生OH ,溶液变红,故A 、B 两项均错误;断开K1、闭
合K2时,为原电池反应,铜电极反应为H 2-2e -+2OH - = 2H 2O ,为负极,而石墨电极
-反应为Cl 2+2e - = 2Cl ,为正极,故C 项错误,D 项正确
答案:A
将装置中K 闭合,该装置构成原电池,其中Zn 电极上发生氧化反应,为负极,Cu 电极上发生还原反应,为正极,故A 项正确;电子沿Zn →a ,在a 上溶液中的H +得到电子,在b 上溶液中的OH -失去电子,电子不能直接由a →b ,故B 项错误;该装置工作过程中,甲、
-+乙两烧杯中的SO 2
4的浓度都不改变,只是盐桥中的Cl 和K 分别向甲、乙两烧杯中移动,
故C 项错误;b 接电源正极为阳极,在此极溶液中的OH -失去电子,c (OH-) 减小,c (H+) 增大,b 处滤纸不能变红色,故D 项错误。
3答案:A
解析:Fe 与Zn 形成原电池时Fe 作正极被保护,所以镀锌铁的镀层破损后,镀层仍然对铁起保护作用,故A 正确;SiO 2溶于强碱,SiO 2晶体具有导光性,可用于制光导纤维,故B 错误;Cl 2与水反应生成HClO 的具有强氧化性,能使品红褪色,SO 2没有强氧化性,使品红褪色发生的是非氧化性漂白,故C 错误;常温下浓硫酸与铝发生钝化,在铝的表面形成致密的氧化膜,阻止反应进一步发生,所以可用铝槽车运输,故D 错误;故选A .
4.答案:C
解析:由铁镍蓄电池放电时的产物全部是碱可知,电解液为碱性溶液,放电时负极发生氧化反应,正极发生还原反应,故Fe 为负极,Ni 2O 3为正极,A 正确;放电时,Fe 失电子被氧化,负极反应为Fe +2OH --2e -===Fe(OH)2,B 正确;充电时,阴极发生还原反应,电极反应为Fe(OH)2+2e -===Fe+2OH -,pH 增大,C 错误;充电时,阳极发生氧化反应,电极反应为2Ni(OH)2+2OH --2e -===Ni2O 3+3H 2O ,D 正确。]
5答案:D
解析:A 、正极发生还原反应,故为PbSO 4+2e -===Pb+SO 42-错误;B 、放电
过程为原电池,阳离子向正极移动,错误;C 、每转移0.1mol 电子,生成0.05molPb ,为10.35g ,错误;D 常温下,电解质不能融化,不能形成原电池,故指针不偏转,正确。
6答案 B
解析 由于燃料电池的总反应式就是燃料燃烧时的化学方程式,所以该燃料电池的总反应式为:2H 2+O 2===2H2O ;由于水的生成,导致电解液中KOH 的物质
的量浓度减小;在KOH 做电解液时,正极反应:O 2+2H 2O +4e -===4OH-,根据电
子转移相等知,当电解CuCl 2溶液产生0.1 mol Cl 2时,电池中转移电子0.2 mol 。
7
8 解析 电池的负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应。由高铁电池放电时总反应方程式可知,负极材料应为作还原剂的Zn 。由电池的总反应方--程式-负极反应式=正极反应式可知,正极反应式为FeO 2
4+3e +
4H 2O===Fe(OH)3+5OH -,正极生成了OH -,碱性增强。
答案 (1)Zn
---(2)还原 FeO 2
4+3e +4H 2O===Fe(OH)3+5OH
(3)正
9解析 从示意图中可以看出电极Pt(a)原料是CH 3OH 和水,反应后产物为CO 2和H +,CH 3OH 中碳元素化合价为-2,CO 2中碳元素化合价为+4,说明Pt(a)电极上CH 3OH 失去电子,电极Pt(a)是负极,则电极Pt(b)是正极,Pt(b)电极原料是O 2和H +,反应后的产物为H 2O ,氧元素化合价由0→-2,发生还原反应,因为电解质溶液是稀H 2SO 4,可以写出电池总反应式为2CH 3OH +3O 2===2CO2+4H 2O ,再写出较为简单的正极反应式:3O 2+12e -+12H +===6H2O ,用总反应式减去正极反应式即可得到负极反应式为:2CH 3OH +2H 2O -12e -===2CO2↑+12H +。
答案 (1)负 2CH 3OH +2H 2O -12e -=2CO 2↑+12H + 3O 2+12H ++12e -===6HO 2
(2)2CH3OH +3O 2===2CO2+4H 2O
1(3)3
10
11[答案] (1)①Zn NH 4Cl
-MnO 2+NH +4+e ===MnOOH+NH 3
②碱性电池不易发生电解质的泄漏,因为消耗的负极改装在电池的内部;碱性电池使用寿命较长,因为金属材料在碱性电解质中比在酸性电解质中的稳定性提高(答对一条即可)
(2)①ZnCl 2 NH 4Cl
2---②3MnO 24+2CO 2===2MnO4+MnO 2↓+2CO 3
③H 2
[解析] (1)①结合普通电池的主要反应可知,负极材料为Zn ,正极MnO 2得电子形成MnOOH ,电解质溶液即是NH 4Cl 。②普通干电池的负极即是外壳,容易漏液;碱性锌锰干电池的金属外壳在碱性条件下稳定性增强,使用寿命延长。(2)①黑色固体混合物即是ZnCl 2、NH 4Cl 、MnOOH ,可溶性物质ZnCl 2、NH 4Cl 在加热过程中,NH 4Cl 分解,直接得到固体A 为ZnCl 2,分解产生的NH 3、HCl 冷却重新化合成NH 4Cl 。②K 2MnO 4反应得到紫色溶液即是KMnO 4溶液,黑色固体即是MnO 2,即+6价Mn 发生歧化反应,配平该反应即可。③阴极处为阳离子H +放电得到H 2。
范文五:金属的腐蚀和防护教案
第二节 金属腐蚀和防护
许昌市第三高级中学 魏瑞萍
【教学目标】
1.能描述金属腐蚀的化学原理,知道金属防护的常用方法,认识防止金属腐蚀的重要意义。
2.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;
3.参与试验探究观察铁生锈及析氢腐蚀吸氧腐蚀的过程,体会动手试验自己获得铁的性质的知识的成功愉悦,保持学习的兴趣;
【教学重点】金属的电化学腐蚀
【教学难点】电化学原理
【教学方法】实验探究、师生共议、归纳总结。
【教学过程】
【引入】【板书】 第四节 金属的腐蚀
【板书】一、金属腐蚀:
【讲述】以上两个案例都是金属腐蚀造成的,我们以前接触过金属腐蚀的,曾经探讨过铁钉在什么条件下最容易受到腐蚀,我们来设计实验来研究一下钢铁腐蚀的条件,提示大家我们可以利用对比、比较的方法设计实验,我这里提供的实验用品有:铁钉、煮沸过的水(除O2)、干燥剂(CaCl2)、植物油、试管、橡胶塞,还有食盐溶液和醋酸溶液。我们可以设计出至少五种实验方案来探究铁钉在什么条件下会锈蚀,什么条件下锈蚀的速度会加快。
注意在设计实验的时候将方案用到的物品填在学案相对应位置。
【实验设计】(学生自主设计)(由学生讲述设计的实验)
【现象】 单独与水或空气接触的铁钉不易腐蚀,但是与水和空气同时接触的铁钉,出现明显的锈蚀。与食盐溶液接触的铁钉和与醋酸接触的铁钉锈蚀的更加明显。
【板书】三、铁钉生锈的条件:潮湿的空气;加速锈蚀的原因,有电解质溶液。
【提问】铁作为我们常见的金属,我们看到的这个现象就是腐蚀现象,那么什么是金属腐蚀?它的定义,本质,分类分别是什么呢?
【投影】金属腐蚀:指金属(或合金)跟周围接触到的气体(或液体)发生化学反应而引起损耗的过程。
本质:金属原子失去电子被氧化。
【讨论】我们刚才做的实验中给予铁钉了不同环境,也造成了不同程度的腐蚀,那么你们能感觉到这些腐蚀有什么明显的不同吗?
【讲述】如果我将铁钉在空气中灼烧,就是直接接触空气,例如有的地方的洒铁花,印度帕博尔的毒气泄漏事故中钢铁和氯原子的直接反应导致阀门腐蚀。这样的腐蚀叫做金属的化学腐蚀,铁在干燥的空气中是腐蚀速度很慢的,而我们做的铁钉锈蚀条件中接触水和空气,接触食盐溶液和醋酸溶液的腐蚀很快,为什么呢?这就是第二类腐蚀,金属的电化学腐蚀。展示电化学腐蚀的定义。
【投影】实验探究2,探究初中锌粒和稀硫酸反应,如果加入铜片会有什么现象。
【学生讲述】本来在锌粒上面的气泡,因为接触了铜片,立刻铜片上会有大量的氢气泡冒出,也相当于加快了锌粒的腐蚀。
【动画模拟】探讨回忆原电池的原理,指出铁钉其实是铁碳合金,含2~4%的碳,这样就组成了铁碳原电池,动画模拟讨论铁碳在酸性条件下和中性及弱酸性条件下的反应。
实验探究3:钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
负极(Fe): Fe - 2e- = Fe2+
正极 (C): 2H++2e-=H2↑(析氢腐蚀)
2H2O + O2 + 4e- = 4OH-(吸氧腐蚀)
铁锈的生成:Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3
生成的Fe(OH)3,失水生成Fe2O3·xH2O就是铁锈 。
【讲述】吸氢我们可以通过试验来验证一下铁钉是否发生吸氧腐蚀,我们来看这个试验装置:p85
【试验现象和结论】水柱上升,说明发生了吸氧腐蚀。
【讲述】另外,我们还注意到,电化学腐蚀现象在生活中更为普遍而且腐蚀速率
更快,所以金属的腐蚀以电化学腐蚀为主。
【讲述】注:金属的腐蚀以电化学腐蚀同时发生,但以电化学腐蚀为主
【问题】中国南方地区钢铁腐蚀会更严重一些,在北极和沙漠地区腐蚀都不是很严重,根据腐蚀的条件,我们可以发现吸氧腐蚀会更普遍一些,但是在空气污染日益严重的今天,空气中的汽车尾气造成各地酸雨频现,就形成了析氢腐蚀,加快了腐蚀的进程。
在铁钉的锈蚀条件中我们刚好看到这样的现象,在酸性条件下铁钉腐蚀的最厉害,在中性强电解质溶液中比在水这种弱碱性溶液中腐蚀的严重一些。
【讲述】我们认识到金属的腐蚀的危害,那么你能找出下面这些图片中金属是如何进行防腐处理的吗?
【板书】金属的防护
【课堂小结】
这节课我们通过试验探究了金属腐蚀的本质、条件、原因和影响腐蚀速率的因素,其中需要注意的是,金属的腐蚀有化学腐蚀和电化学腐蚀两种,但是以电化学腐蚀为主,电化学腐蚀又包括吸氢腐蚀和吸氧腐蚀两种。同时又了解了基本的几种金属防护的方法,相信我们自己在以后的生活中会更加注意为金属穿上一件战衣,别让他们赤裸的和肮脏的空气,酸性的雨水战斗,那样延长了无数钢铁战士的生命。
【随堂练习】
1、如图, 水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天观察:
(1)若液面上升,则溶液呈中性或弱酸性,发生吸氧腐蚀,电极
反应式为:负极: Fe–2e-=Fe2+ ,
正极:O2+2H2O+4e-=4OH-
(2)若液面下降,则溶液呈酸性性,发生析氢腐蚀,电极反应式
为:负极:Fe–2e-=Fe2+正极:2H++2e-=H2↑
2、2000年5月,保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝:铜铸的牛首、猴首和虎首,普通铜器时间稍久容易出现铜绿,其主要成分是[Cu2(OH)2CO3]这三件1760年铜铸的国宝在240 年后看上去仍然熠熠生辉不生锈,下列对起原因的分析,最可能的是( )
A、它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金;
B、环境污染日趋严重,它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去;
C、铜的金属活动性比氢小,因此不宜被氧化;
D、它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金;
【板书设计】第二节 金属的腐蚀
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。
金属腐蚀的本质:金属原子失电子而被氧化
M – ne == Mn+
二、金属腐蚀的危害
三、金属腐蚀的条件:
1、潮湿的空气
2、接触腐蚀性物质
3、温度
四、金属腐蚀的原因:
1、化学腐蚀:金属直接与接触到的物质直接发生化学反应,这样引起的腐蚀为~
2
、电化学腐蚀:不纯的金属(或合金)与电解质溶液接触时,会发生原电
池反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化,这种腐蚀成为电化学腐蚀。
负极(Fe): Fe - 2e- = Fe2+
正极 (C): 2H++2e-=H2↑(析氢腐蚀)
2H2O + O2 + 4e- = 4OH-(吸氧腐蚀)
总方程式:(析氢腐蚀)Fe+2H+=H2↑+Fe2+
(吸氧腐蚀)Fe+2H2O + O2=Fe(OH)2
Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 铁锈的生成
Fe2O3·xH2O就是铁锈
注:铁锈疏松,会加剧内部钢铁的腐蚀
3、相互关系:往往同时发生,但电化腐蚀要比化学腐蚀普遍得多。
五、电化学腐蚀速率的影响因素:
1、在较强电解质溶液中腐蚀速率更快
2、金属性质越活泼,腐蚀速率越快