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第四节 金属的电化学腐蚀与防护


金属的腐蚀:金属与周围的气体或者液体物质发生氧 化还原反应而引起损耗的现象。 1、金属腐蚀的实质: M -ne-= Mn+

2、金属腐蚀的类型

化学腐蚀:金属表面与介质(如气体或非电解质液体等) 因发生化学作用而引起的腐蚀,称为化学腐蚀。化学腐 蚀作用进行时无电流产生。
电化学腐蚀:金属表面与介质(如潮湿空气或电解质溶 液

等),因形成微电池,金属作为阳极发生氧化而使金 属发生腐蚀。这种由于电化学作用引起的腐蚀称为电化 学腐蚀。

3、化学腐蚀与电化学腐蚀的关系

化学腐蚀
条 件 有无电流 产生 本 质 相互关系 金属与氧化剂直接 接触

电化学腐蚀
不纯金属或合金与氧 化剂接触 反应过程中有电 流的产生 较活泼金属被氧化 过程

反应过程中没有 电流产生
金属被氧化过程

M -ne-= Mn+

两者往往同时发生

例:铜制品上的铝质铆钉,在潮湿空气中易腐蚀的原因 可描述为 ( A ) A.形成原电池时铝作负极 B.形成原电池时铜作负极 C.形成原电池时,电流由铝经导线流向铜 D.铝铆钉发生了化学腐蚀
例:以下现象与电化腐蚀无关的是 ( D ) A.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿 B.生铁比软铁蕊(几乎是纯铁)容易生锈 C.铁质器件附着铜质配件,在接触处易生铁锈 D.银质奖牌久置后表面变暗

4、钢铁的电化学腐蚀

(1)、析氢腐蚀 (酸性较强的溶液) 负极: Fe–2e-=Fe2+ ( 氧化 反应) 正极: 2H++2e-=H2↑ ( 还原 反应) 总反应式: 2H++Fe=H2↑+ Fe2+ 。

(2)、吸氧腐蚀 (中性或弱酸性溶液) Fe–2e-=Fe2+ 负极: ( 氧化 反应) 正极:O2+2H2O+4e-=4OH- ( 还原 反应) 总反应式: O2+2H2O+2Fe=2Fe(OH)。 2 Fe(OH)2 继续与空气中的 O2 作用,生成 Fe(OH)3: 化学反应方程式: O2+2H2O+4Fe(OH)2=4Fe(OH)3 。 Fe(OH)3 脱去一部分水就生成 Fe2O3· 2O,它就是铁 xH 锈的主要成分。铁锈比较疏松,不能阻止钢铁继续腐 蚀。

例:铁棒与石墨棒用导线连接后,浸入0.01mol/L的食 盐溶液中,可能出现的现象是 ( B ) A.铁棒附近产生OH- B.铁棒被腐蚀 C.石墨棒上放出Cl2 D.石墨棒上放出O2
例:家用炒菜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 ( D ) A.4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3↓ B.2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2↓ C.2H2O+O2+4e-=4OH- D.Fe-3e-=Fe3+

5、影响金属腐蚀快慢的因素 金属的本性:金属越活泼,就越容易失去电子而被腐蚀, 如果金属中能导电的杂质不如该金属活泼,则容易形成 原电池而使金属发生电化学腐蚀。 介质:介质对金属腐蚀的影响也很大,如果金属在潮湿 的空气中、接触腐蚀性气体或电解质溶液,都容易被腐 蚀。

6、金属防腐蚀的方法 (1)非金属防腐:在金属表面涂上油漆、搪瓷、塑料、 沥青等,将金属与腐蚀介质隔开。 (2)金属保护层:在需保护的金属表面用电镀或化学 镀的方法镀上Au,Ag,Ni,Cr,Zn,Sn等金属,保护 内层不被腐蚀。 (3)加缓蚀剂:在可能组成原电池的体系中加缓蚀剂, 改变介质的性质,降低腐蚀速度。 (4)制成耐蚀合金:在炼制金属时加入其它组分,提 高耐蚀能力。如在炼钢时加入Mn,Cr等元素。 (5)电化学保护。

金属的电化学防护

a.牺牲阳极的阴极保护法:将被保护的金属如 Fe 作阴 极,较活泼的金属如 Zn 作牺牲性阳极。阳极腐蚀后定 期更换。

b.外加电流的阴极保护法:外加电源组成一个电解池, 将被保护金属作阴极,不溶性辅助电极作阳极。

c.钝化阳极保护法:用外接电源,将被保护金属接阳极, 在一定的介质和外电压作用下,使阳极钝化。

思考与交流:如图,水槽中试管内有 一枚铁钉,放置数天观察: 中性或碱性

若液面上升,则溶液呈

性,发生 2+ 吸氧 腐蚀,电极反应式为:负极:Fe–2e =Fe ,
酸性

正极: O2+2H2O+4e-=4OH- ; 若液面下降,则溶液呈 发生 析氢 2H++2e-=H2↑ 。 正极: 性, Fe–2e-=Fe2+ 腐蚀,电极反应式为:负极: ;

例:分别放置在图所示装置(都盛有0.1 mol· -1的H2SO4 L 溶液)中的四个相同的纯锌片,腐蚀最快的是 ( C )

例: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 腐蚀,能表示其原 理的反应方程式为 ; (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 。

下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是 ( ) A、纯银器表面在空气中渐渐变暗是因为发生了化学腐 蚀 B、当镀锡铁制品的镀层破损时,锡层仍能对铁制品起 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

下列关于铜电极的叙述不正确的是 ( ) A.在镀件上电镀铜时,用金属铜做阳极 B.在电镀池中,电镀液浓度几乎不变 C.用电解法精炼铜时粗铜做阴极 D.电解饱和食盐水时,阳极为石墨电极,阴极为 铜电极能使溶液PH值增大

将镁片、铝片平行插入到一定浓度的NaOH溶液中, 用导线连接成闭合回路,该装置在工作时,下列叙述正 确的是 ( ) A、所使用的铝片表面的氧化膜可不必用砂纸打磨 B、由于镁比铝活泼,整个反应过程中镁失去电子被 氧化成Mg2+ C、铝是电池负极,开始工作时溶液中会立即有白色 沉淀生成 D、该装置的内、外电路中,均是电子的定向移动形 成电流

在一定温度下有:a盐酸;b硫酸;c醋酸三种溶液。 (1)当三种酸的物质的量浓度相同时,c(H+)由大到小的顺序 是__________________。 (2)同体积,同物质的量浓度的三种酸,用相同浓度的NaOH溶 液中和,需要NaOH溶液的体积的大小关系是__________。 (3)若三者c(H+)相同时,它们的物质的量浓度由大到小的顺 序是_______________。 (4)当三者c(H+)和体积都相同时,分别加入足量的镁,生成 的氢气在相同状况下的体积大小关系是______________。 (5)当pH相同、体积相同时,分别加入形状完全相同的锌粒, 若产生相同状况下相同体积的H2,反应所需时间的长短关系是 ___________________。 (6)将pH相同的三种酸均加水稀释至原来的100倍后,pH的大 小关系是__________。

铁是人体必须的微量元素,治疗缺铁性贫血的常见方法 是服用补铁药物。“速力菲”(主要成分:琥珀酸亚铁, 呈暗黄色)是市场上一种常见的补铁药物。该药品不溶 于水但能溶于人体中的胃酸,好学同学为了检测“速力 菲”药片中Fe2+的存在,设计并进行了如下实验:

试回答下列问题: (1)检验Fe3+的离子方程式是_________________。 (2)试剂①是_________,试剂②是_______,加入新制氯水后, 氯水参加的离子反应方程式是_________。 (3)加入试剂②后溶液中颜色由淡黄色转变为淡红色是因为 _____________,写出+2价铁在酸性介质中在空气中转化为+3价 铁的离子方程式______________。 (4)好学同学猜想血红色溶液变为无色溶液的原因是溶液中的 +3价铁被还原为+2价铁,你认为该同学的猜想是否合理? ________。若你认为不合理,请你提出你的猜想:(若你认为合 理,后面的提问不要作答)______;再根据你的猜想设计一个简 单的实验加以验证________________________________。

(1)Fe3++3SCN-——Fe(SCN)3 (2)稀盐酸 KSCN溶液 2Fe2++Cl2——2Fe3++2Cl(3)部分Fe3+转化为Fe3+ 4Fe2++O2+4H+—— 4Fe3++2H2O (4)不合理 猜想SCN-被过量的氯水氧化 在颜色后的溶液中 加入FeCl3溶液,仍不变成红色(或在褪色后的溶液中加入 KSCN溶液,变红色)


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