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金屬的腐蝕與防護(hù)
第四章 化學(xué)反應(yīng)與電能
1.認(rèn)識金屬腐蝕的危害，能利用原電池原理解釋電化學(xué)腐蝕的原因。
2.能正確書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。
3.了解金屬腐蝕的防護(hù)方法。
經(jīng)濟(jì)
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年因金屬腐蝕而造成的損失
約占國民生產(chǎn)總值的3%~5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過各
項(xiàng)大災(zāi)損失的總和。
安全
腐蝕不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，也常造成安全
事故。如油管因裂縫而漏油，引起著火
爆炸；橋梁因鋼梁產(chǎn)生裂縫而塌陷等。
了解金屬腐蝕的原因，并采取有效措施防止金屬腐蝕具有重要意義。
一、金屬腐蝕
1.定義:金屬或合金與周圍的氣體或液體物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而
引起損耗的現(xiàn)象。
2.本質(zhì):M－ne－→Mn+
如Fe →Fe2O3 xH2O Cu→Cu2(OH)2 CO3
金屬腐蝕
化學(xué)腐蝕：
電化學(xué)腐蝕：
金屬跟其表面接觸到的一些物質(zhì)直接反應(yīng)
不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)會發(fā)生原電池反應(yīng)，較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕
無電流產(chǎn)生
有微弱電流產(chǎn)生
化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕同時(shí)發(fā)生，但電化學(xué)腐蝕更普遍
鋼鐵在干燥的空氣里長時(shí)間不易被腐蝕，但在潮濕的的空氣中
卻很快被腐蝕，這是什么原因呢？
酸性環(huán)境
Fe + 2H+ =Fe2+ + H2↑
總反應(yīng)：
2H++ 2e- =H2 ↑
正極：
負(fù)極：
Fe - 2e- = Fe2+
C正極材料
Fe負(fù)極材料
負(fù)極反應(yīng)物
酸性較強(qiáng)水膜或電解質(zhì)溶液
H+
鋼鐵析氫腐蝕
酸性很弱或中性環(huán)境
酸性很弱或中性的電解質(zhì)溶液
負(fù)極材料
負(fù)極反應(yīng)物
正極材料
正極反應(yīng)物
2Fe - 4e- = 2Fe2+
負(fù)極：
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
正極：
2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)2
總反應(yīng)：
4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O = 4 Fe(OH)3
2Fe(OH)3=Fe2O3·nH2O+(3-n) H2O
鋼鐵吸氧腐蝕
進(jìn)一步反應(yīng)：（記下來）
白色變?yōu)榛揖G色，后迅速變?yōu)榧t褐色
鐵銹的主要成分
條件 析氫腐蝕 水膜呈酸性(PH＜4)，且酸性較強(qiáng) 吸氧腐蝕
水膜呈中性或酸性很弱
電極 反應(yīng) 負(fù)極（Fe） 正極(Cu或C ) Fe -2e- = Fe2+ 2H+ + 2e－ = H2↑ 2Fe - 4e- = 2Fe2+
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
總反應(yīng) Fe + 2H+ = Fe2++ H2↑ 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2
生成鐵銹的反應(yīng) 4Fe(OH)2+2H2O+O2= 4Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O 聯(lián)系 通常兩種腐蝕同時(shí)存在，但吸氧腐蝕更普遍，且負(fù)極反應(yīng)相同 Fe2O3 · nH2O
【微點(diǎn)撥】通常情況下,潮濕空氣中水膜酸性較弱,發(fā)生的主要是吸氧腐蝕
氯化銨溶液(呈酸性)
若為堿性環(huán)境，仍發(fā)生吸氧腐蝕，負(fù)極：Fe -2e-+2OH- =Fe(OH)2
判斷方法：①看環(huán)境
②只有氫前金屬才會發(fā)生析氫腐蝕，氫前和氫后金屬都會發(fā)生吸氧腐蝕
【實(shí)驗(yàn)4-3】
（1）將經(jīng)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(dǎo)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(xiàn)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(xiàn)象。解釋產(chǎn)生不同現(xiàn)象的原因。
吸氧腐蝕，壓強(qiáng)減小，
滴加硫酸銅溶液的試管產(chǎn)生氣泡的速率快，Zn把Cu置換出來，構(gòu)成原電池，加快反應(yīng)速率
實(shí)驗(yàn)操作 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 實(shí)驗(yàn)解釋
導(dǎo)管中液面上升
Fe-C-NaCl構(gòu)成原電池，鐵釘發(fā)生吸氧腐蝕，導(dǎo)致壓強(qiáng)變小
兩只試管均冒出氣泡，且①試管中產(chǎn)生氣泡的速率更快
Zn置換出Cu，Zn-Cu-稀鹽酸構(gòu)成原電池，形成電化學(xué)腐蝕，加快反應(yīng)速率
1.結(jié)合圖像分析吸氧腐蝕
與析氫腐蝕時(shí)溶液的pH。
2. pH不同時(shí)，正極放電
物質(zhì)不同的原因。
交流討論：
酸性條件下析氫腐蝕與吸氧腐蝕同時(shí)發(fā)生；
pH在2.0~3.5時(shí)，主要發(fā)生
析氫腐蝕，pH≥4.0時(shí)主要發(fā)生吸氧腐蝕。
不同pH條件下體系壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化情況
水膜酸性較強(qiáng)，
c(H+)較大
氧化性
H+>O2
析氫腐蝕
2H++ 2e- = H2↑
水膜酸性較弱或呈
中性，c(H+)較小
氧化性
H+吸氧腐蝕
O2+2H2O+4e-=4OH-
或O2+4H++4e-=2H2O
濃度
性質(zhì)
反應(yīng)
影響
決定
①鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕或吸氧腐蝕時(shí)，負(fù)極Fe－2e－=Fe2＋
②只有位于金屬活動性順序中氫前的金屬才可能發(fā)生析氫腐蝕，
氫前和氫后的金屬都可發(fā)生吸氧腐蝕。
二、金屬防護(hù)
1.改變金屬材料的組成
在金屬中添加其他金屬或非金屬可以制成性能優(yōu)異的合金
把鉻、鎳等加入普通鋼中制成不銹鋼
鈦合金不僅具有優(yōu)異的抗腐蝕性，還具有良好的生物相容性。
2.在金屬表面覆蓋保護(hù)層
汽車表面噴涂油漆
覆蓋搪瓷
塑料包裹
電鍍
鋼鐵進(jìn)行發(fā)藍(lán)處理
鈍化處理等等
思考與討論
常用的白鐵皮是在薄鋼板表面鍍上一層鋅，罐裝食品用的馬口鐵是在薄鋼板表面鍍上一層錫。若上述兩種鋼鐵制品的表面出現(xiàn)破損時(shí)，請分析并說明白鐵皮、馬口鐵的腐蝕情況
金屬活潑性：Zn > Fe > Sn
白鐵皮：鋅為負(fù)極，鐵為正極被保護(hù)
馬口鐵：錫為正極，鐵為負(fù)極腐蝕加快
白鐵皮
負(fù)極：2Zn – 4e- = 2Zn2+
正極：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-
總反應(yīng)： 2Zn +O2 + 2H2O = 2Zn(OH)2
犧牲鋅保護(hù)鐵
馬口鐵
負(fù)極：2Fe – 4e- = 2Fe2+
正極：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-
總反應(yīng)： 2Fe +O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2
犧牲鐵保護(hù)錫
3、電化學(xué)防護(hù)：
①犧牲陽極法——原電池原理
負(fù)極：更活潑金屬
正極：被保護(hù)的金屬
應(yīng)用：鍋爐內(nèi)壁、船舶外殼安裝鎂合金或鋅塊
實(shí)驗(yàn)裝置 電流表 陽極 陰極
現(xiàn)象
有關(guān)反應(yīng) ——
Zn－2e- = Zn2＋
2H＋＋2e- = H2↑
偏轉(zhuǎn)
鋅片逐漸溶解
有氣泡產(chǎn)生,無藍(lán)色沉淀
Fe2+的檢驗(yàn)：Fe2+與K3[Fe(CN)6]溶液(黃色)反應(yīng)生成KFe[Fe(CN)6]沉淀(帶有特征藍(lán)色)。這是檢驗(yàn)溶液中Fe2+的常用方法。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 實(shí)驗(yàn)解釋及結(jié)論
鋅片逐漸溶解， 鐵釘附近溶液變紅
鋅作負(fù)極：Zn－2e- = Zn2+
鐵作正極：O2+2H2O+4e- =4OH-
鐵作正極，不反應(yīng)，被保護(hù)。
銅絲周圍變紅，鐵釘逐漸溶解，鐵釘附近溶液有藍(lán)色沉淀生成
鐵作負(fù)極：Fe－2e- = Fe2+
銅作正極：O2 +2H2O+4e- =4OH-
鐵作負(fù)極，被腐蝕。
3、電化學(xué)防護(hù)：①犧牲陽極法——原電池原理
3、電化學(xué)防護(hù)：②外加電流法——電解池原理
①原理——電解池原理：
陰極：被保護(hù)金屬
陽極：惰性電極作輔助陽極
海水
鋼閘門
e
e
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
被保護(hù)的陰極
輔助陽極
不溶性
②應(yīng)用：該法常用來保護(hù)土壤、海水中的金屬設(shè)備。
方法 犧牲陽極保護(hù)法 外加電流保護(hù)法
原理 原電池原理 電解原理
被保護(hù)金屬 正極（陰極） 陰極
構(gòu)成 被保護(hù)金屬、比被保護(hù)金屬活潑的金屬 被保護(hù)金屬、惰性電極及直流電源
優(yōu)、缺點(diǎn) 無需外加電源,但需要定期更換被腐蝕的金屬 無需更換金屬,但消耗電能
應(yīng)用 一些鋼鐵設(shè)備如鍋爐內(nèi)壁、船體外殼等裝上鎂合金或鋅塊 土壤、海水及水中的金屬設(shè)備
課堂小結(jié)
1、下圖各燒杯中盛有稀鹽酸，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序是怎樣的？
①
②
③
④
⑤
⑥
電解池的陽極
原電池的負(fù)極
化學(xué)腐蝕
原電池的正極
電解池的陰極
＞
＞
＞
＞
金屬活動性差別越大，活潑性強(qiáng)的金屬腐蝕越快
犧牲陽極法
外加電流法
腐蝕由快到慢：①②③④⑤⑥
金屬活動性順序：Zn＞Fe＞Sn＞Cu
防腐措施由好到壞的順序是：
外接電源的陰極保護(hù)法＞犧牲陽極的陰極保護(hù)法＞有一般防腐條件的腐蝕＞無防腐條件的腐蝕＞原電池的負(fù)極＞電解池的陽極
2．下列各種鍍有金屬保護(hù)層的鐵板，鍍層破損后在相同的環(huán)境中，鐵板最易被腐蝕的是 (　　)
A．鍍鋅鐵(白鐵)　　　　 B．鍍錫鐵(馬口鐵)
C．鍍銅鐵 D．鍍銀鐵
D
解析：鍍有金屬保護(hù)層的鐵板，在鍍層破損時(shí)，與周圍環(huán)境形成原電池。
A中鍍層破損時(shí)，鋅作負(fù)極，鐵作正極受到保護(hù)；
B、C、D中鍍層破損時(shí)，鐵均作負(fù)極而被腐蝕，且負(fù)極與正極金屬的活動性相差越大，負(fù)極被腐蝕的速率越快，
3．“暖寶寶”主要成分有鐵粉、水、食鹽、活性炭、吸水性樹脂等，工作時(shí)利用微孔透氧技術(shù)反應(yīng)發(fā)熱。下列說法錯誤的是 (　　)
A．發(fā)熱時(shí)鐵粉發(fā)生了吸氧腐蝕
B．食鹽作電解質(zhì)，活性炭為正極
C．工作時(shí)，吸水性樹脂可供水
D．暖寶寶可以重復(fù)使用
D
4、 錐形瓶內(nèi)壁用某溶液潤洗后，放入混合均勻的新制鐵粉和碳粉，塞緊瓶塞，同時(shí)測量錐形瓶內(nèi)壓強(qiáng)的變化如圖 1 所示。下列說法錯誤的是( ) 。
A． 0 ～ t1 時(shí)，鐵可能發(fā)生了析氫腐蝕
B． 鐵粉發(fā)生的反應(yīng)為: Fe － 3e = Fe3+
C． t1 ～ t2 時(shí)，鐵一定發(fā)生了吸氧腐蝕
D． 碳粉上發(fā)生了還原反應(yīng)
B
5 、“雪龍 2”號從深圳啟航，執(zhí)行中國第 36 次南極考察任務(wù)。下列有關(guān)科考船的說 法正確的是( ) 。
A． 外殼鑲嵌一些鉛塊可提高科考船的抗腐蝕能力
B． ?？科陂g可將電源正極與船體相連保護(hù)船體
C． 利用犧牲陽極的陰極保護(hù)法保護(hù)船體時(shí)，正極:O2 + 2H2O + 4e = 4OH－
D． 科考船只采用電化學(xué)保護(hù)法提高船體抗腐蝕能力
C
金屬的腐蝕與防護(hù)
金屬的腐蝕
金屬的防護(hù)
定義
本質(zhì)
分類
電化學(xué)腐蝕
化學(xué)腐蝕
吸氧腐蝕
析氫腐蝕
無電流產(chǎn)生
犧牲陽極法
外加電流法
改變金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)
在金屬表面覆蓋防護(hù)層
被保護(hù)金屬作原電池正極
被保護(hù)金屬作電解池陰極
制成合金等
涂油漆、電鍍等

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