金属的电化学腐蚀与防护

1、第四节第四节 金属的电化学腐蚀与防护金属的电化学腐蚀与防护 因为金属腐蚀而使桥梁坍塌因为金属腐蚀而使桥梁坍塌 铜器生锈铜器生锈 铜器表面生成铜绿铜器表面生成铜绿 中国航天工业总公司第三十一研究所近日公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：布了一组数据： 全球每一分钟就有全球每一分钟就有1吨钢腐蚀成铁锈吨钢腐蚀成铁锈. 全球每年钢铁腐蚀的经济损失约全球每年钢铁腐蚀的经济损失约100000亿美亿美 元，占各国国民生产总值的元，占各国国民生产总值的2%4%，我国，我国 钢铁腐蚀经济损失高达钢铁腐蚀经济损失高达2800亿人民币，约占亿人民币，约占 国民生产总值的国民生产总值的4%，每年

2、约有，每年约有30%的钢铁的钢铁 因腐蚀而报废。腐蚀给人类造成的损失是惊因腐蚀而报废。腐蚀给人类造成的损失是惊 人的。人的。 金属被腐蚀后有什么危害？金属被腐蚀后有什么危害？ 思考与归纳：思考与归纳： 损耗金属损耗金属 损坏机械设备损坏机械设备 造成经济损失造成经济损失 造成严重事故造成严重事故 （6）金属腐蚀还可能造成环境污染。）金属腐蚀还可能造成环境污染。 （5）轮船船体损坏；）轮船船体损坏； （4）地下金属管道泄漏；）地下金属管道泄漏； （3）桥梁、建筑物强度降低而坍塌；）桥梁、建筑物强度降低而坍塌； （1）外形、色泽、机械性能发生变化；）外形、色泽、机械性能发生变化； (2)影响机器、

3、仪表设备精度和灵敏度，以至报废影响机器、仪表设备精度和灵敏度，以至报废 一、金属的腐蚀一、金属的腐蚀 1、什么是金属腐蚀？、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指金属或合金与周围接触到的气体或液体 进行化学反应而腐蚀损耗的过程。进行化学反应而腐蚀损耗的过程。 2、金属腐蚀的本质是什么、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是金属本身失去电子变成阳离子的过程 （发生氧化反应）。（发生氧化反应）。 M - ne- = Mn+ 3、金属腐蚀的类型有哪些？、金属腐蚀的类型有哪些？ 金属跟接触到的干燥气体（如金属跟接触到的干燥气体（如SO2、Cl2、 O2等）或非电

4、解质溶液（石油）等直接发生化等）或非电解质溶液（石油）等直接发生化 学反应而引起的腐蚀。学反应而引起的腐蚀。 不纯的金属与电解质溶液接触时，发生不纯的金属与电解质溶液接触时，发生 原电池反应，比较活泼的金属失去电子被原电池反应，比较活泼的金属失去电子被 氧化。氧化。 化学腐蚀：化学腐蚀： 电化学腐蚀：电化学腐蚀： 根据与金属接触的介质不同根据与金属接触的介质不同 化学腐蚀：化学腐蚀： 家用燃气灶的中心部位很容易生锈家用燃气灶的中心部位很容易生锈 食品罐头放在南极食品罐头放在南极80多多 年了，却很少生锈年了，却很少生锈 影响因素：影响因素： 金属越活泼，越易被腐蚀；金属越活泼，越易被腐蚀； 金

5、属所处的环境温度越高，腐蚀速率越快金属所处的环境温度越高，腐蚀速率越快 氧化剂浓度越大，腐蚀速率越快。氧化剂浓度越大，腐蚀速率越快。 科学探究科学探究 现有洁净无锈的铁钉，试管、植物油、现有洁净无锈的铁钉，试管、植物油、 NaCl溶液、溶液、CH3COOH溶液和煮沸后迅速溶液和煮沸后迅速 冷却的蒸馏水，你也可以选用其他物品，冷却的蒸馏水，你也可以选用其他物品， 设计实验探究铁钉锈蚀需要哪些条件，以设计实验探究铁钉锈蚀需要哪些条件，以 及在什么条件下锈蚀速率快。及在什么条件下锈蚀速率快。 不同条件下铁钉的腐蚀不同条件下铁钉的腐蚀 有气泡产有气泡产 生，反应生，反应 速率快速率快 相当长时相当长时

6、 间铁钉未间铁钉未 被腐蚀被腐蚀 铁钉被腐铁钉被腐 蚀最快蚀最快 由于无由于无O2， 较长时间较长时间 铁钉未被铁钉未被 腐蚀腐蚀 铁钉渐铁钉渐 渐生锈渐生锈 铁钉被铁钉被 腐蚀腐蚀 无现象无现象 由于无由于无O2， 铁钉未被铁钉未被 腐蚀腐蚀 无现象无现象 由于无由于无O2、 H2O铁钉铁钉 不能被腐不能被腐 蚀蚀 植植 物物 油油 钢铁在干燥的空气里长时间不易被钢铁在干燥的空气里长时间不易被 腐蚀腐蚀, ,但在潮湿的空气里却很快被腐但在潮湿的空气里却很快被腐 蚀蚀, ,这是什么原因呢这是什么原因呢? ? 在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一层薄薄在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一层薄薄 的水膜。

7、水膜中溶解有来自大气中的的水膜。水膜中溶解有来自大气中的CO2、SO2、 H2S等气体等气体 使水膜中含有一定量的使水膜中含有一定量的H + H2O + CO2 H2CO3 H + + HCO3 - H2O H + +OH- 这样在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄这样在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄 膜膜,它跟钢铁里的铁和少量的碳构成无数微小的原它跟钢铁里的铁和少量的碳构成无数微小的原 电池。电池。 钢铁的钢铁的析氢腐蚀析氢腐蚀示意图示意图钢铁的钢铁的吸氧腐蚀吸氧腐蚀示意图示意图 负极（负极（Fe）：）： Fe2e= Fe2+ 正极（正极（C）：）：水膜酸性较强水膜酸性较强 2H+2e =

8、H2 水膜酸性很弱或呈中性水膜酸性很弱或呈中性 2H2O+O2+4e = 4OH 电解质溶液电解质溶液 钢铁钢铁 其中铁作负极其中铁作负极, ,碳作正极碳作正极 钢铁腐蚀钢铁腐蚀 水膜呈水膜呈强酸性强酸性水膜呈水膜呈中性中性或或弱酸性弱酸性 Fe-2e-=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+ O2+2H2O+4e-=4OH- 2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2 Fe2O3 xH2O 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 金属的腐蚀以电化腐蚀为主，金属的腐蚀以电化腐蚀为主， 电化腐蚀又以吸氧腐蚀为主电化腐蚀又以吸氧腐蚀为主 2H+2e- =H2 2H+Fe=Fe2+H2 烧过菜

9、的铁锅如果未及时洗烧过菜的铁锅如果未及时洗 净（残液中含净（残液中含 NaCl），第二天），第二天 便出现红棕色锈斑（主要成分为便出现红棕色锈斑（主要成分为 Fe 2 O 3nH2O）。请问这种腐蚀是）。请问这种腐蚀是 化学腐蚀还是电化学腐蚀化学腐蚀还是电化学腐蚀?为什么为什么? 解析：属于电化学腐蚀。解析：属于电化学腐蚀。 因为铁锅是由生铁做成的因为铁锅是由生铁做成的,铁锅生锈是因铁锅生锈是因 为为Fe-C-NaCl形成原电池。铁作负极，失去电形成原电池。铁作负极，失去电 子变成亚铁离子，从而被腐蚀。子变成亚铁离子，从而被腐蚀。 实验实验4-3 几分钟后，装置中的导管中水柱上升。吸氧腐蚀几分

10、钟后，装置中的导管中水柱上升。吸氧腐蚀 若液面上升，则溶液呈若液面上升，则溶液呈 ， 发生发生 腐蚀腐蚀,电极反应式为：电极反应式为： 负极：负极： 正极：正极： 1.如图如图,水槽中试管内有一枚铁钉水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天观察：放置数天观察： (2)若液面下降，则溶液呈若液面下降，则溶液呈 ， 发生发生 腐蚀，电极反应式为：腐蚀，电极反应式为： 负极：负极： 正极：正极： 弱酸性或中性弱酸性或中性 吸氧吸氧 2Fe 4e 2Fe2+ O2+2H2O+4e 4OH 较强酸性较强酸性 析氢析氢 Fe 2e Fe2+ 2H+2e H2 知识总结知识总结 一、金属的电化学腐蚀一、金属的电化学

11、腐蚀 2、金属腐蚀的本质：、金属腐蚀的本质： 1、金属腐蚀：、金属腐蚀： M - ne = M n+ - 金属的腐蚀是指金属与周围接触到的气体或金属的腐蚀是指金属与周围接触到的气体或 液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象 3 种类种类 电化学腐蚀电化学腐蚀 (原电池、常见、有电流原电池、常见、有电流) 化学腐蚀化学腐蚀 (不多见、无电流不多见、无电流) 1铜制品上的铝质铆钉，在潮湿空气中易腐蚀的铜制品上的铝质铆钉，在潮湿空气中易腐蚀的 原因可描述为（原因可描述为（ ） A形成原电池时铝作负极形成原电池时铝作负极 B形成原电池时铜作负极形成原电池时铜作负极 C

12、形成原电池时，电流由铝经导线流向铜形成原电池时，电流由铝经导线流向铜 D铝铆钉发生了化学腐蚀铝铆钉发生了化学腐蚀 2以下现象与电化腐蚀无关的是（以下现象与电化腐蚀无关的是（ ） A黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿 B生铁比软铁蕊（几乎是纯铁）容易生锈生铁比软铁蕊（几乎是纯铁）容易生锈 C铁质器件附着铜质配件，在接触处易生铁锈铁质器件附着铜质配件，在接触处易生铁锈 D银质奖牌久置后表面变暗银质奖牌久置后表面变暗 练练 习习 A D 3、下列装置中四块相同的、下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时片，放置一段时 间后腐蚀速率由间后腐蚀速率由慢慢到到快快的

13、顺序是的顺序是 (4) (2) (1) (3) 影响金属腐蚀的因素：影响金属腐蚀的因素： 金属越活泼，就越容易金属越活泼，就越容易 失去电子而被腐蚀。失去电子而被腐蚀。如果金属中能导电的杂质如果金属中能导电的杂质 不如该金属活泼，则容易形成原电池而使金属不如该金属活泼，则容易形成原电池而使金属 发生电化学腐蚀。发生电化学腐蚀。 【思考与交流】【思考与交流】请根据生活常识以及下图请根据生活常识以及下图 总结金属防护常用的方法，并解释这些方法为总结金属防护常用的方法，并解释这些方法为 什么可以达到防止金属腐蚀的目的。什么可以达到防止金属腐蚀的目的。 1、金属的本性金属的本性： 遇潮湿空气、腐蚀性气

14、体、遇潮湿空气、腐蚀性气体、 电解质溶液，容易被腐蚀电解质溶液，容易被腐蚀 2 2、介质介质： 健身器材刷油漆以防锈健身器材刷油漆以防锈 衣架和电线的外面衣架和电线的外面 包上一层塑料层包上一层塑料层 某些工具的某些工具的“机机 械转动部位械转动部位”选选 用油脂来防锈用油脂来防锈 烤蓝烤蓝 涂机油涂机油 烤漆烤漆 涂凡士林涂凡士林 镀锌镀锌 镀铬镀铬 自行车的金属部件采用了什么样的防护措施自行车的金属部件采用了什么样的防护措施? 你还知道哪些防止金属腐蚀的方法？你还知道哪些防止金属腐蚀的方法？ 请举例说明。请举例说明。 制成不锈钢；或在金属表面镀一层比制成不锈钢；或在金属表面镀一层比 要保护

15、的金属更活泼的金属。要保护的金属更活泼的金属。 用牺牲锌块的方法来保护用牺牲锌块的方法来保护 船身，锌块必须定期更换船身，锌块必须定期更换 锌块锌块 用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁 管道的腐蚀，镁块必须定期更换管道的腐蚀，镁块必须定期更换 二、金属的防护二、金属的防护 1、在金属表面覆盖保护层：、在金属表面覆盖保护层：油、油漆、塑油、油漆、塑 料、搪瓷、镀一层金属料、搪瓷、镀一层金属 2、改变金属的内部组织结构：如制成合金、改变金属的内部组织结构：如制成合金 3、电化学保护法、电化学保护法 一一) )、原理：、原理： 防止金属失电子防止金属失电子 二二) )、方法

16、：、方法： （2）外加电流的阴极保护法）外加电流的阴极保护法 （1）牺牲阳极的阴极保护法）牺牲阳极的阴极保护法 （2）外加电流的阴）外加电流的阴 极保护法极保护法 辅助阳极辅助阳极 （不溶性）（不溶性） （1）牺牲阳极的）牺牲阳极的 阴极保护法阴极保护法 规律小结规律小结 在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规 律如下：律如下： 电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐 蚀蚀 化学腐蚀有防腐措施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：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外接电源的

17、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护法有一般防腐条件保护无防腐条件 练练 习习 1下列方法可用于金属防护的是（下列方法可用于金属防护的是（ ） 原电池反应原电池反应 涂油漆涂油漆 电镀电镀 置于干燥环境置于干燥环境 A B C D全部全部 D 2有关金属腐蚀的论述，正确的是（有关金属腐蚀的论述，正确的是（ ） A金属的腐蚀一定伴有电流产生金属的腐蚀一定伴有电流产生 BFe在干燥的氯气里比在潮湿的空气里更易在干燥的氯气里比在潮湿的空气里更易 被腐蚀被腐蚀 C发生化学能转变为电能的腐蚀时较活泼的发生化学能转变为电能的腐蚀时较活泼的 金属总是作正极而被腐蚀金属总是作正极而被腐蚀 D发生电化腐蚀时都有能量的转变，且被腐发生电化腐蚀时都有能量的转变，且被腐 蚀的金属总是失电子蚀的金属总是失电子 D 3 如图如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天 观察：观察： （1