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1、第四章 电化学基础 第四节 金属的电化学腐蚀与防护 金属腐蚀 我国作为世界上钢铁产量最多的国家（2005年全国生 产钢材37117.02万吨） ，每年被腐蚀的铁占到我国钢 铁年产量的十分之一，因为金属腐蚀而造成的损失占 到国内生产总值的2%4%；约合人民币：3000亿元（ 2005年我国国内生产总值将达15万亿元） 。 根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成的经 济损失大致为该国国民生产总值的4%左右。 另据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火 灾、风灾和地震（平均值）损失的总和，在这里还不 包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接 损失。 金属腐蚀的主要害处，不仅在于金属本身
2、的损失， 更严重的是金属制品结构损坏所造成的损失比金属 本身要大到无法估量。 腐蚀不仅造成经济损失，也经常对安全构成威胁。 国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因 某一零部件破裂而坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而塌 陷；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸；化 工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染；管道 和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体 如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工作人员和 附近居民的生命安全。 金属腐蚀的本质 【问题讨论1】我们通常使用的金属是纯金属 么？成分如何？ 【问题讨论2】你了解铁锈、铜锈的主要成分么？ 【问题探究3】用氧化还原的观点看，金属腐蚀的本质是
3、什么？ 铁锈成分：Fe2O3xH2O铜绿成分：Cu2(OH)2CO3 纯金属、合金 。 如：钢铁（Fe、C等）；铜合金：(Cu、Zn、Sn等） 金属腐蚀的本质 2、金属腐蚀的条件： 1、金属腐蚀的本质： M - ne- = Mn+ （失电子，被氧化） 金属或合金与接触的气体或液体物质 发生氧化还原反应而腐蚀损耗的现象。 金属腐蚀的分类 1、化学腐蚀 ： 石油管道内壁被原油中的 含硫化合物严重腐蚀 在南极存放80多年的 食品罐头，很少生锈 家用燃气灶的 中心部位很容易生锈 【问题讨论】以上事实，说明化学腐蚀受什么因素影响较大？ 【金属+气体或非电解质 】 金属的化学腐蚀 金属跟接触到的干燥气体(
4、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 例如： 铁与氯气直接反应而腐蚀； 钢管被原油中的含硫化合物腐蚀等 化学腐蚀的速度随着温度的升高而加 快 三、金属腐蚀的分类 2、电化学腐蚀 ： 【不纯金属+电解质溶液 】 【思考】为什么钢铁在干燥的空气中不易生锈，在潮湿空气中却易生锈？ 金属的电化学腐蚀 不纯的金属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，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。 例如钢铁在潮湿的环境中生锈 常见的电化学腐蚀种类 1. 析氢腐蚀 2. 吸氧腐蚀 活动与探究 P91 向铁粉中加入少量的炭粉，混合 均匀后，撒入内壁
5、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，按图1-28装置好 仪器。几分钟后，打开止水夹， 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。 实验现象 ： 装置a中的导管中水柱上升，装置b中的导管 中水柱下降。 思考：导管中的水柱变化说明什么问题？ 讨论，小结： 装置a中的导管中水柱上升，说明大试管内气体压强 减小， a装置中有气体参加反应。 装置b中的导管中水柱下降，说明大试管内气体生成 。 思考：向铁粉中加入炭粉的作用是什么？ 在a装置中铁、炭、氯化钠溶液及b装置中铁、炭 、醋酸均构成原电池，能加快化学反应速率。 学生活动 请大家根据原电池原理，写出
6、电极反应式及电池反应 方程式。 a装置中：负极： Fe - 2e- = Fe2+ 正极： O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- 电池反应： 2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)2 分析：中性或酸性很弱或碱性条件下，易发生吸氧腐蚀 。 4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O =4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O+(3-n) H2O a装置中： 进一步反应： 正极： 2H+ 2e- =H2 负极： Fe - 2e- = Fe2+ b装置中: 电池反应： Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 分析：当钢铁处于酸性气氛中时，易发生析氢腐蚀； 析氢腐蚀和吸氧腐蚀都属于
7、电化学腐蚀。 钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较 Fe2O3 nH2O （铁锈） 通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。 析氢腐蚀吸氧腐蚀 条件 水膜呈酸性。水膜呈中性或酸性很弱或碱性 。 电极反应 负极Fe(- )Fe-2e-=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+ 正极C(+)2H+2e-=H2O2+2H2O+4e-=4OH- 总反应: Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 联系 化学腐蚀与电化腐蚀的比较: 化学腐蚀蚀电电化腐蚀蚀 条件 现现象 本质质 联联系 金属跟非金属单质单质 直 接接触 不纯
8、纯金属或合金 跟电电解质质溶液接触 无电电流产产生有微弱电电流产产生 金属被氧化较较活泼泼金属被氧化 两者往往同时发时发 生，电电化腐蚀蚀更普遍 交流与讨论 铁生锈除了必须有空气及水的参与外，还受其他一些因素 的影响。请解释下列有关铁生锈现象的原因。 1.相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更容易被腐蚀。 因为海水中含有较多的氯化钠等盐类，导电能力比内河 的水更强，而在电解质溶液中，电化学腐蚀更容易进行 。 2. 1910年遗留在南极的食品罐头盒，其表面至今很少有 铁锈出现。 是由于南极的温度常年在0以下，说明在较高温度下 ，腐蚀更易进行。 交流与讨论 3.用于连接铜板的铁螺丝容易生锈。 是由于铁
9、与铜及空气中的水蒸汽构成了原电池，铁作原 电池的负极，因此铁易被腐蚀而生锈。 4.当化工厂派出的废气为酸性气体时,工厂附近的铁制品 容易生锈。 说明铁制品在酸性条件下比在中性条件下更容易被腐蚀 。 下列各情况下，其中Fe片腐蚀由快 到慢的顺序是 。(5)(2) (1)(3)(4) 结论 判断金属腐蚀快慢的规律 电解池的阳极原电池的负极化学腐蚀原电池的正 极电解池的阴极 1、电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学 腐蚀防腐措施的腐蚀 2、对同一种金属来说，腐蚀的快慢： 强电解质溶液 弱电解质溶液 非电解质溶液 请大家根据铁生锈的原理，思考 应采取什么措施防止铁生锈？ 交流与讨论 请大家阅
10、读课本92-93 金属的防护 健身器材刷油漆 电线外面包塑料餐具做成不锈钢 转动部位涂油脂 金属的防护 烤蓝 涂机油 烤漆 涂凡士林 镀锌 镀铬 原理 ： 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。 1.牺牲阳极保护法 金属的电化学保护 牺牲阳极的阴极保护法示意图 船舶、输水管道装上（连上）Zn块或Mg合金 2.外加电流法 将被保护金属与另一附加电极作为电解池的 两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流 电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止 土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。 辅助阳极 （不溶性 ） 外加电流的阴极保护法示意图 除此以外还有其
11、它防护方法？ 金属防护的几种重要方法 在金属表面覆盖保护层。 改变金属内部的组织结构，制成合金。 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。 小结 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； （ D ） 课堂练习 探究一：镀锌铁皮和镀锡铁皮哪个更易被腐 蚀？为什么？ 探究二、纯锌和粗锌哪个更易和酸反应？如 果向酸中再加入硫酸铜又会什么现象？
