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高二化學 選擇性必修一
第四章 化學反應與電能
金屬的腐蝕
與防護
金屬材料在我們的日常生活中具有舉足輕重的作用。如果保護不當，他們會變成什么模樣呢？
生
銹
4.3 金屬的腐蝕與防護
【新課導入】
金屬生銹會對人類帶來巨大的損失，你知道金屬腐蝕有哪些危害嗎？你知道金屬生銹的原因嗎？我們該采取什么措施防止金屬生銹呢？
①機器設備、儀器、儀表的精度和靈敏度降低，直至報廢。
②飛機的某一零部件破損而造成墜毀；
③橋梁、建筑物的金屬構架強度降低而造成塌陷；
④地下金屬管道破裂而發生泄漏；
⑤輪船的船體損壞等。
金屬腐蝕的危害
4.3 金屬的腐蝕與防護
1、什么是金屬腐蝕？
金屬或合金與周圍的氣體或液體發生氧化還原反應而引起損耗的現象。
2、金屬腐蝕的種類有哪些？
由于與金屬接觸的氣體或液體物質不同，發生腐蝕的情況也不同，
一般可分為化學腐蝕和電化學腐蝕。
思考與討論
4.3 金屬的腐蝕與防護
鐵銹主要成分：Fe2O3 xH2O
0
Fe
+3
Fe2O3 xH2O
金屬原子失去電子，被氧化。 M - ne- = Mn+
金屬腐蝕的實質是什么？
4.3 金屬的腐蝕與防護
銅綠主要成分：Cu2(OH)2 CO3
0
Cu
+2
Cu2(OH)2 CO3
1、化學腐蝕：金屬與其表面接觸的一些物質（如O2、Cl2、SO2）直接反應而引起的腐蝕。
家用燃氣灶的中心部位
很容易生銹
食品罐頭放在南極80多年
卻很少生銹
溫度對化學腐蝕的影響較為明顯。
一、金屬腐蝕
4.3 金屬的腐蝕與防護
2、電化學腐蝕：當不純的金屬與電解質溶液接觸時會發生原電池反應，比較活潑的金屬發生氧化還原反應而被腐蝕。
在潮濕的空氣中，鋼鐵表面吸附了一薄層水膜。水膜中溶有O2、CO2、SO2等氣體，這樣在鋼鐵表面形成了一層電解質溶液的薄膜，它跟鋼鐵中的鐵和少量的單質碳構成無數微小的原電池。
①鋼鐵的成分：
鐵碳合金
②鋼鐵所處的環境：
潮濕的空氣
4.3 金屬的腐蝕與防護
一、金屬腐蝕
1、析氫腐蝕
在酸性環境中，由于鋼鐵在腐蝕過程中不斷有H2放出，所以叫做析氫腐蝕。
負極：
正極：
Fe-2e-=Fe2+
2H++2e-=H2↑
Fe + 2H+ ＝ Fe2+ + H2↑
總反應：
水膜酸性較強
4.3 金屬的腐蝕與防護
二、鋼鐵的腐蝕
O2 +4e +2H2O=4OH
2Fe+O2 +2H2O=2Fe(OH)2
4Fe(OH)2 +O2 +2H2O=4Fe(OH)3
2Fe 4e =2Fe2+
2、吸氧腐蝕
水膜酸性很弱或呈中性
在鋼鐵表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧氣，此時會發生吸氧腐蝕。
負極：
正極：
總反應：
后續反應：
4.3 金屬的腐蝕與防護
2Fe(OH)3 == Fe2O3·xH2O+(3-x) H2O
二、鋼鐵的腐蝕
實驗探究
【實驗4-3】
（1）將經過酸洗除銹的鐵釘用飽和食鹽水浸泡一下，放入圖4-21所示的具支試管中。幾分鐘后，觀察導管中水柱的變化，解釋引起這種變化的原因。
（2）取兩支試管，分別放入兩顆鋅粒和等體積、等濃度的稀鹽酸，觀察現象。然后，向其中一支試管中滴加1～2滴硫酸銅溶液，再觀察現象。解釋產生不同現象的原因。
圖4-21 鐵釘的吸氧腐蝕實驗
4.3 金屬的腐蝕與防護
析氫腐蝕 吸氧腐蝕
條件
電極反應 負極Fe
正極C
總反應 進一步反應
聯系 水膜呈較強酸性
水膜呈中性或弱酸性
Fe-2e-=Fe2+
2Fe-4e-=2Fe2+
O2+2H2O+4e-=4OH-
2H++2e－=H2↑
2H++Fe=Fe2++H2↑
2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2
2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
兩種腐蝕取決于金屬表面電解質溶液的酸堿性，但以吸氧腐蝕為主(pH≥5.6時)，若pH<5.6時則為析氫腐蝕。
析氫腐蝕與吸氧腐蝕比較
類型 化學腐蝕 電化學腐蝕
發生的條件
電流
本質
相互關系 金屬與接觸物直接反應
不純金屬或合金與電解質溶液形成原電池
無電流產生
有電流產生
金屬被腐蝕
較活潑金屬被腐蝕
兩者往往同時發生，但以電化腐蝕為主。電化學腐蝕速率比化學腐蝕大得多。
化學腐蝕與電化學腐蝕比較
4.3 金屬的腐蝕與防護
思考討論
我國因金屬腐蝕造成的損失占國民生產總值(GNP)的2% ～ 4%，鋼鐵因腐蝕而報廢的數量約占鋼鐵當年產量的25%-30%。全世界每年因為金屬腐蝕造成的直接經濟損失約達7000億美元，是地震、水災、臺風等自然災害造成損失總和的6倍。
面對金屬腐蝕危害的事實，你了解哪些金屬防護的方法？根據金屬腐蝕實質，你能提出金屬的防護方法嗎？
4 . 24
世界腐蝕日
切斷原電池反應
給予金屬電子
改變金屬材料組成
在金屬表面覆蓋保護層
金屬的防護方法
4.3 金屬的腐蝕與防護
1. 改變金屬材料的組成
如普通鋼中加入鎳、鉻等制成不銹鋼產品，鈦合金不僅具有優異的抗腐蝕性，
還具有良好的生物相容性。
鈦合金髖關節
4.3 金屬的腐蝕與防護
三、金屬的防護
2. 在金屬表面覆蓋保護層
4.3 金屬的腐蝕與防護
三、金屬的防護
噴漆
搪瓷
包裹塑料
涂礦物性油脂
搪瓷是將無機玻璃質材料通過熔融凝于基體金屬上并與金屬牢固結合在一起的一種復合材料。
鍍鉻
2. 在金屬表面覆蓋保護層
4.3 金屬的腐蝕與防護
三、金屬的防護
發藍處理
發藍是鋼鐵零件表面處理的一種防腐蝕的工藝。其原理就是在鋼鐵表面生成一定厚度和強度的致密的氧化層，成分主要是Fe3O4。
利用陽極氧化處理鋁制品的表面，使之形成致密的氧化膜而鈍化。
采用離子注入，表面滲鍍等方式在金屬表面形成穩定的鈍化膜。
3. 電化學保護法
4.3 金屬的腐蝕與防護
三、金屬的防護
鋼閘門
(陰極)
海水
鋅板
(犧牲陽極)
(1)、犧牲陽極法—— 原理
原電池
犧牲鋅塊來保護鋼閘門，鋅塊必須定期更換
極：比被保護金屬活潑的金屬；
極：被保護的金屬設備。
負
正
e-
e-
Zn
應用：鍋爐內壁、船舶外殼、鋼鐵閘門安裝鎂合金或鋅塊。
經過酸化的
3％NaCl溶液
Zn
A
Fe
（1）以Fe作保護電極，Zn作輔助電極，以經過酸化的3%NaCl溶液作電解質溶液，按圖所示連接好裝置。觀察電流表指針的變化，以及燒杯中兩個電極附近發生的現象。
過一段時間，用膠頭滴管從Fe電極區域取少量溶液于試管中，再向試管中滴入2滴K3[Fe(CN)6]（鐵氰化鉀）溶液， 觀察試管中溶液顏色變化？
實驗探究
【實驗4-4】
4.3 金屬的腐蝕與防護
實驗探究
【實驗4-4】
實驗裝置 電流表 陽極（負極） 陰極（正極）
現象
有關反應
偏轉
鋅片逐漸溶解
鐵電極上有氣泡冒出
Zn-2e-=Zn2＋
2H＋＋2e=H2↑
試管中滴入2滴K3[Fe(CN)6] 溶液，無明顯變化，即溶液中無Fe2+
結論：Fe電極被保護，不發生反應。Fe、Zn和經過酸化的NaCl溶液構成原電池；Zn作負極被腐蝕，Fe作正極被保護。
4.3 金屬的腐蝕與防護
（2）將1g瓊脂加入250 mL燒杯中，再加入50 mL飽和食鹽水和150 mL水。攪拌、加熱煮沸，使瓊脂溶解。稍冷后，趁熱把瓊脂溶液分別倒入兩個培養皿中，各滴入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均勻。取兩個2～3 cm的鐵釘，用砂紙擦光。
如圖(a)所示，將裹有鋅皮的鐵釘放入上述的一個培養皿中；如圖(b)所示，將纏有銅絲的鐵釘放入另一個培養皿中。觀察并解釋實驗現象。
a
b
4.3 金屬的腐蝕與防護
實驗探究
【實驗4-4】
實驗現象：裹有鋅片的鐵釘，鋅片逐漸溶解， 鐵釘附近溶液變紅色；
實驗現象：裹有銅絲的鐵釘，鐵釘逐漸溶解，鐵釘附近溶液有藍色沉淀生成；
實驗結論：
鋅作負極：Zn-2e-=Zn2+
鐵作正極：O2+2H2O+4e-=4OH-
鐵作正極，不反應，被保護
實驗結論：
鐵作負極：Fe-2e-=Fe2+
銅作正極：O2+2H2O+4e-=4OH-
鐵作負極，發生氧化反應，被腐蝕
a
b
4.3 金屬的腐蝕與防護
實驗探究
【實驗4-4】
鋼閘門
(陰極)
海水
輔助陽極
(不溶性)
e-
NaCl溶液
陰極
Fe
+
-
A
陽極
C
電解池
極：被保護的金屬設備；
極：惰性金屬或石墨。
陰
陽
- +
e
(2)、外加電流法—— 原理
e
4.3 金屬的腐蝕與防護
應用：鋼鐵閘門，高壓線鐵架，地下管道連接直流電源的負極。
3. 電化學保護法
三、金屬的防護
犧牲陽極法 外加電流法
原理
保護方法
保護電流
注意事項
電化學保護法的對比
原電池
電解池
使被保護的金屬與比
它活潑的金屬接觸，被保
護的金屬做正極。
使被保護的金屬與電源
負極接觸，被保護的金屬做
陰極。
較小
較大
負極（陽極）材料
需要定期更換
輔助陽極
需要定期檢查
4.3 金屬的腐蝕與防護
1．電解的腐蝕>原電池引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕
2．原電池引起的腐蝕：兩極材料的活動性差別越大，氧化還原反應的
速率越快，活潑金屬被腐蝕的速度越快。
3．同一金屬不同電解質溶液：強電解質>弱電解質>非電解質
4．同一金屬相同電解質溶液來說，電解質溶液濃度越大，腐蝕越快．
5. 同一金屬在相同電解質溶液中：
電解池的陽極＞原電池的負極＞化學腐蝕＞原電池的正極＞電解池的陰極
四、（拓展）金屬腐蝕快慢的一般規律
4.3 金屬的腐蝕與防護
下列各情況，在其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是： 。
(5)>(2)>(1)>(3)>(4)
下列裝置中Zn片腐蝕速率由慢到快的是： 。
(4)>(2)>(1)>(3)

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