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金属腐蚀与防护


§1.3 化学能转化为电能——电池
三 、金属的腐蚀与防护

(一) 金属的腐蚀
1. 定义: 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。
化学腐蚀

2. 分类:
电化学腐蚀

3. 实质: 金属原子

失e氧化反应

金属阳离子
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(1) 化学腐蚀
金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、 SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发 生化学反应而引起的腐蚀。

(2) 电化学腐蚀
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。

(二)金属电化学腐蚀的原理

① 吸氧腐蚀(水膜呈碱性、中性或酸性很弱)

钢铁的吸氧腐蚀示意图

②析氢腐蚀 (水膜呈酸性)

钢铁的析氢腐蚀示意图

例1:埋在地下的输油铸铁管道,在下列各种情况 下,被腐蚀速度最慢的是 ( ) 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. 在含碳粒较多、潮湿透气的土壤中 例2:家用炒菜锅用水清洗放置后,出现红棕色的锈 斑。在此变化过程中不可能发生的化学反应是 A. 4Fe(OH)2+2H2O+O2 = 4Fe(OH)3 B. 2Fe+2H2O+O2 = 2Fe(OH)2 C. 正极反应:2H2O+O2+4eˉ→4OHˉ D. 负极反应:Fe→Fe3++3eˉ

吸氧腐蚀 发生 钢铁表面吸附的水膜中溶有 O2 并呈极弱酸性或中性,反 条件
应中 O2得电子被还原为OHˉ 负 极

析氢腐蚀
钢铁表面吸附的水 膜呈现较强酸性。 反应时有H2析出。

2Fe→2Fe2++4eO2+2H2O+4e-→4OHˉ

Fe→Fe2++2e-

电极 正 反应 极

2H++2e-→H2↑

总 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 Fe+2H+=Fe2++ H2 ↑ 反 4Fe(OH) +2H O+O =4Fe(OH) 2 2 2 3 应

联系 通常两种腐蚀同时存在,后者(吸氧腐蚀)更普遍

金属的化学腐蚀与电化学腐蚀
金属腐蚀 的实质 种类 金属原子失去电子被氧化而消耗的过程:

M→Mn+ +ne化学腐蚀 电化学腐蚀

金 属 的 腐 蚀

金属和其它物质直接接 不纯金属或合金发生原电池 原理 触发生氧化还原反应而 反应,使较活泼的金属失电 引起的腐蚀 子被氧化而引起的腐蚀 直接发生氧化还原反应 区别 发生原电池反应

腐蚀过程无电流产生
金属被腐蚀

有电流产生
较活泼金属被腐蚀

联系

往往同时发生,但电化学腐蚀更普 遍,速率更快。

(三)金属的防护措施
1.改变金属的内部结构,使金属性质改 变,成为合金。 2. 在金属表面覆盖一层保护层

使 用 不 锈 钢

使用马口铁:在铁皮镀上千分之一 厘米的锡,可隔绝空气与水

在 金 属 表 面 烤 漆

交流· 研讨

不同金属镀层对金属的保护作用一 样吗?

如果分别在铁制品表面镀上锌保护层 和锡保护层,请根据三种金属的原子失 电子能力的大小分析:当镀层局部破损 时,锌镀层和锡镀层还能对铁制品起保 护作用吗?

3. 电化学保护法

牺 牲 阳 极 保 护 法

牺牲阳极的阴极保护法示意图

2. 外加电流法

辅助阳极 (不溶性)

外加电流的阴极保护法示意图

小结
金属防护的几种重要方法

①在金属表面覆盖保护层。 ②改变金属内部的组织结构,制成合金。 ③电化学保护法,即将金属作为原电池的 正极或电解池的阴极而受到保护。
外加电源在金属表面形成保护膜

例3: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. 将青铜器保存在干燥的环境中 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

课堂练习
例:下列各情况,在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是
(5) (2) (1) (3) (4)

金属腐蚀快慢的比较

电解原理引起的腐蚀>原电池原理引 起的腐蚀>化学腐蚀>应用原电池原 理有保护的腐蚀>应用电解池原理有 保护的腐蚀

随堂演练
1.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 Fe2O3· 2O xH A.都正确 B.①③ C.① D.②③

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

CLASS IS OVER! THANK YOU!



3.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H2, ④Fe(OH)3失水形成Fe2O3· 2O,⑤杂质碳被氧化除 H A.①② C.①②③④ B.③④ D.①②③④⑤

1.下列事实不能用电化学原理解释的是( A ) A. 铝片不需要特殊的保护方法。 B. 炒过菜的铁锅未清洗易生锈。 C. 轮船水线以下的船壳上镶有一定数量的锌。 D. 镀锌铁比镀锡铁耐腐蚀。


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