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第四节 金属的电化学腐蚀与防护(人教版)


金属的腐蚀在生活中非常普遍
钢铁生锈

铜器生锈
铜 器 表 面 生 成 铜 绿

一、金属腐蚀概述 1、金属的腐蚀现象非常普遍 ①钢铁生锈: 铁锈的主要成分:Fe2O3· 2O XH ②铜器表面生成铜绿: 铜绿的主要成分:Cu2(OH)2CO3 2、金属腐蚀的危害性很大

? 中国航天工业总公司第三十一研究所近日公 布了一组数据: ? 全球每一分钟就有1吨钢腐蚀成铁锈. ? 全球每年钢铁腐蚀的经济损失约10000亿美 元,占各国国民生产总值GNP的2%~4%,在 美国,每年因钢铁腐蚀造成的损失就占国内 生产总值的3%,大约三分之一的化学设备因 局部腐蚀而停工。我国钢铁腐蚀经济损失高 达2800亿人民币,约占国民生产总值GNP的 4%,每年约有30%的钢铁因腐蚀而报废。腐 蚀给人类造成的损失是惊人的。

二、金属的腐蚀
1、什么是金属腐蚀?
指金属或合金与周围接触到的气体或
液体进行氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。

2、金属腐蚀的本质是什么?
是金属本身失去电子变成阳离子的过程 (发生氧化反应)。

M - ne- = Mn+

3、金属腐蚀的类型有哪些?
——根据与金属接触的介质不同

①化学腐蚀 (次要) 金属与接触到的“干燥气体(O2、Cl2、SO2 等)”或“非电解质液体”直接发生化学 反应而引起的腐蚀。它受温度影响大。 原理:金属与氧化剂直接反应 例如 钢管被原油中的含硫化合物腐蚀

铁与氯气直接反应

化学腐蚀:

升温可加快 金属腐蚀

家用燃气灶的中 心部位很容易生锈

食品罐头放在南 极80多年了,却很少 生锈

②电化学腐蚀

(主要)

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,较活泼的金属失去 电子而被氧化的反应。它受电解质影响大。 原理: 原电池反应 例如

钢铁在潮湿的空气中被腐蚀

海边的铁制品比较容易生锈。

实验

为什么钢铁在干燥的空气中不易生 锈,而在潮湿的空气中却易生锈呢?
潮湿空气

钢铁

水膜

CO2、 SO2、H2S

电解质溶液(H+) 原 铁 电
C


电解质溶液形成: H

2O

H++OHH++HCO3-

H2O+CO2

钢铁在这过程发生了电化学腐蚀。

水 膜

钢铁表面形成的微小原电池示意图 负极 :铁 正极:碳

电 解 质 溶 液

根据电解质溶液的酸碱性的不同电化 学腐蚀可分为两种。

钢铁腐蚀
析氢腐蚀
条件 电 负极 极 Fe(-) 反 正极 应 C(+) 水膜呈强酸性

吸氧腐蚀
水膜呈中性或弱酸性

Fe-2e-=Fe2+
2H++2e-=H2

2Fe-4e-=2Fe2+
O2+2H2O+4e-=4OH-

2H++Fe=Fe2++H2 2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2

总反应

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 Fe2O3 · nH2O

联系

金属的腐蚀以电化腐蚀为主, 电化腐蚀又以吸氧腐蚀为主(pH≥5.6时) 若pH<5.6时则为析氢腐蚀。

化学腐蚀与电化学腐蚀比较
类型 化学腐蚀

发生的 条件 电流
本质

金属与接触 物直接反应
无电流产生

电化学腐蚀 不纯金属或合 金与电解质溶 液形成原电池 有电流产生

相互 关系

较活泼金属 金属被腐蚀 被腐蚀 两者往往同时发生,但电化 腐蚀更普遍。

1.埋在地下的输油铸铁管道,在下列各种 情况下被腐蚀速率最慢的是 ( C ) A.在潮湿疏松的土壤中; B.在含铁元素较多的酸性土壤中; C.在干燥致密不透气的土壤中; D.在含碳较多的潮湿透气的中性土壤

2.下列现象与电化学腐蚀无关的是( D ) A.黄铜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.银质奖章久置表面变暗

3.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 弱酸性或中性 , 发生 吸氧 腐蚀,电极反应式为: 2Fe -4e-=2Fe2+ 负极: , O2+2H2O+4e-=4OH- 。 正极: (2)若液面下降,则溶液呈 较强酸性 , 发生 析氢 腐蚀,电极反应式为: 负极: , Fe - 2e-=Fe2+ 2H++2e-=H2↑ 正极: 。

三、金属的防护
(1)制成合金(不锈钢) ——改善金属的内部组织结构(内因) (2)在金属表面覆盖保护层 ——电镀、油漆、钝化等 (3)电化学保护法 ——牺牲阳极的阴极保护法、 外加直流电源的阴极保护法

牺牲阳极保护法:
形成原电池反应时,让被保护金属做正 极,不反应,起到保护作用;而活泼金属反 应受到腐蚀。(利用“原电池原理”)

正极 负极

外加电流的阴极保护法:

将被保护的钢铁设备(如钢闸门)做阴极, 用惰性电极做辅助阳极,在外加直流电作用下,电 子被迫流向被保护的钢铁设备,使钢铁表面的腐蚀 电流降至零或接近等于零。(利用“电解池原理”) 阴极 阳极
辅助阳极 (不溶性) 外加电流的阴极保护法示意图

[交流研讨] 自行车的金属部件采用了什么样的防护措施?
镀铬
烤蓝 烤漆

涂机油

涂凡士林

镀锌

规律

在同一电解质溶液中,金属腐蚀的快慢:

电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起
的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀

防腐措施由好到坏的顺序如下:
外接电源的阴极保护法>牺牲阳极的 阴极保护法>有一般防腐条件保护>无

防腐条件

4.下列装置中四块相同的Zn片,放置一段 时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是: (4)>(2)>(1)>(3) 。

5.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) 。

6、下列事实不能用电化学理论解释的是 B

A.轮船水线以下的船壳上装一定数量 的锌块 B.铝片不用特殊方法保护
C.纯锌与稀硫酸反应时,滴入少量硫 酸铜溶液后速率加快 D.镀锌铁比镀锡铁耐用

7、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+

8、铁棒与石墨棒用导线连接后浸入0.01
mol· -1的食盐溶液中,可能出现的现象是 L

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

B

9、表面镀有保护金属层的铁片,当镀层有 破损时比普通铁片更易腐蚀的是 D A.白铁(镀锌铁) B.马口铁(镀锡铁) C.镀镍铁 D.镀铜铁


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