4.2钢铁的电化腐蚀和电化学保护

1、一、金属的电化学腐蚀一、金属的电化学腐蚀金属阳离子金属阳离子失失e-氧化反应氧化反应（三）金属腐蚀的类型（三）金属腐蚀的类型化学腐蚀化学腐蚀电化腐蚀电化腐蚀金属原子金属原子（二）金属腐蚀的本质：（二）金属腐蚀的本质：（一）金属腐蚀：（一）金属腐蚀：是指金属或合金跟接触的气体或液体发生氧化是指金属或合金跟接触的气体或液体发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。还原反应而腐蚀损耗的过程。金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀2021-12-202一、金属的腐蚀一、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化学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

2、子的过程（发生氧化反应）。M - ne- = Mn+问题引导下的再学习3、金属腐蚀的类型有哪些？金属跟接触到的干燥气体（如SO2、Cl2、O2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。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氧化。化学腐蚀：电化学腐蚀：根据与金属接触的介质不同金属的腐蚀以电化学腐蚀为主问题引导下的再学习 金属腐蚀的主要害处，金属腐蚀的主要害处，不仅在不仅在于金属本身的损失，于金属本身的损失，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。本身要大到无法估量。 腐蚀不仅造成经

3、济损失，也经常对安全构成威胁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某一零部件破裂而坠毁坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而；桥梁因钢梁产生裂缝而塌塌陷陷；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸爆炸；化；化工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染污染；管道；管道和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体如如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工作人员和等的泄漏，更会危及工作人员和附近

4、居民的附近居民的生命安全生命安全。 面对这样惊人的数据和金属腐蚀危害面对这样惊人的数据和金属腐蚀危害事实，大家有没有想过，事实，大家有没有想过，铁怎么会被铁怎么会被腐蚀？怎样防腐？腐蚀？怎样防腐？问题讨论问题讨论钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，它钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，它们在什么条件下易生锈？们在什么条件下易生锈？电化学保护电化学保护原电池原电池电解池电解池概概念念能量能量转化转化借助借助氧化还氧化还原反应原反应而产而产生生的装的装置置。借助借助引引起起氧化还原氧化还原反应反应的装置的装置化学能化学能 转化转化为为电能电能电能电能转化为转化为化学能化学能复习：原电池复习：原电池构成原电

5、池的条件是什么？构成原电池的条件是什么？ （1 1）必须自发进行氧化还原反应必须自发进行氧化还原反应 （3 3）两个电极必须插入两个电极必须插入电解质溶液中电解质溶液中或或熔融熔融 的电解质中的电解质中；（4 4）两个电极必须两个电极必须相连相连并形成并形成闭合回路闭合回路。（2 2）必须有必须有两种活泼性不同的两种活泼性不同的导电材料（一种是导电材料（一种是金属，另一种是能导电的金属、非金属、化合物）金属，另一种是能导电的金属、非金属、化合物）作电极；作电极；把把化学能化学能转化为转化为电能电能的装置。的装置。比较项目比较项目正极正极负极负极电子流动方向电子流动方向电子流入电子流入电子流出电

6、子流出金属活泼性金属活泼性相对不活泼相对不活泼相对活泼相对活泼电极反应电极反应 Nm+ + me- = N(还原反应还原反应)M - ne- = Mn+(氧化反应氧化反应) 电极质量变化电极质量变化增大或不变增大或不变一般：减小一般：减小离子移动方向离子移动方向阳离子阳离子移向该极移向该极阴离子阴离子移向该极移向该极电极反应：电极反应：原电池：原电池：负氧正还负氧正还电解池：电解池：阳氧阴还阳氧阴还 M-ne=Mn+产生电流产生电流失失e沿导线转移沿导线转移 Nm+me=N负负极极正正极极阴离子阴离子阳离子阳离子ee综述1 1、负极失电子发生氧化反应；溶液中氧化性、负极失电子发生氧化反应；溶液

7、中氧化性较强的微粒在正极上得电子发生还原反应；较强的微粒在正极上得电子发生还原反应；2 2、电子由负极流向正极，电流方向是由正极、电子由负极流向正极，电流方向是由正极流到负极（外电路）。流到负极（外电路）。原电池原理的应用原电池原理的应用(2)比较金属的活泼性；比较金属的活泼性；构建原电池，测出正负极，负极金属活泼性构建原电池，测出正负极，负极金属活泼性 正极正极(3)加快某些化学反应的反应速率；加快某些化学反应的反应速率；(1)制做化学电源；制做化学电源；(4)金属腐蚀的原理及金属腐蚀的防护。金属腐蚀的原理及金属腐蚀的防护。锌和稀硫酸反应制氢气时，滴几滴硫酸铜溶锌和稀硫酸反应制氢气时，滴几滴

8、硫酸铜溶液可加快反应速率液可加快反应速率一、金属的电化学腐蚀一、金属的电化学腐蚀（一）金属腐蚀（一）金属腐蚀1.1.概念：概念：金属或合金与周围接触到的气体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或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。的过程。2.2.金属腐蚀的本质金属腐蚀的本质金属原子失去电子变成阳离子金属原子失去电子变成阳离子而损耗而损耗3.3.金属腐蚀的分类：金属腐蚀的分类：化学腐蚀和电化学腐蚀化学腐蚀和电化学腐蚀绝大多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀绝大多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀腐蚀比较项目比较项目化学腐蚀化学腐蚀

9、电化学腐蚀电化学腐蚀发生条件发生条件共同点共同点是否构成原电池是否构成原电池有无电流有无电流实质实质化学腐蚀化学腐蚀与与电电化学腐蚀化学腐蚀的比较的比较电化学电化学腐蚀腐蚀比比化学腐蚀化学腐蚀普遍得多普遍得多金属跟接触到的物质金属跟接触到的物质直接发生化学反应直接发生化学反应不纯金属跟接触的电解不纯金属跟接触的电解质溶液发生原电池反应质溶液发生原电池反应无电流无电流无原电池无原电池构成无数微小原电池构成无数微小原电池有弱电流有弱电流金属被腐蚀金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀金属原子失去电子变成阳离子而损耗金属原子失去电子变成阳离子而损耗请大家根据下图，写出电极反应式请大家根据下图，写

10、出电极反应式及及原电池反应方程原电池反应方程式。式。负极：负极：2Fe - 4e = 2Fe2+正极：正极： O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-电池反应：电池反应： 2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)2分析：分析：中性中性或或酸性很弱酸性很弱或或碱性碱性条件下，易发生条件下，易发生吸氧腐蚀吸氧腐蚀。4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O 4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3 Fe2O3nH2O+(3-n) H2O进一步反应：进一步反应：正极：正极： 2H+ 2e- =H2 负极：负极： Fe - 2e- = Fe2+请看右图请看右图:电池反应：电池反应： Fe + 2H+ =F

11、e2+ + H2 分析：当钢铁处于分析：当钢铁处于酸性酸性气氛中时，易发生气氛中时，易发生析氢腐蚀析氢腐蚀；析氢腐蚀析氢腐蚀和和吸氧腐蚀吸氧腐蚀都都属于属于电化学腐蚀电化学腐蚀。钢铁的电化学腐蚀钢铁的电化学腐蚀比较项目比较项目析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀发生条件发生条件电电极极反反应应负极负极正极正极总反应总反应钢铁表面吸附的水膜酸钢铁表面吸附的水膜酸性较強时性较強时Fe - 2e- = Fe2+2H+ + 2e- = H2Fe+ 2H+ = Fe2+ H2钢铁表面吸附的水膜酸钢铁表面吸附的水膜酸性较弱或呈中性时性较弱或呈中性时Fe - 2e- = Fe2+O22H2O4e-=4OH-4F

12、e(OH)2 +O2+2H2O=4Fe(OH)34Fe(OH)3Fe2O3xH2O(铁锈铁锈)+(3-x)H2O吸氧吸氧腐蚀腐蚀比比析氢析氢腐蚀腐蚀普遍得多普遍得多 2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)2比较金属腐蚀的快慢比较金属腐蚀的快慢例例. .下列各情况，在其中下列各情况，在其中FeFe片腐蚀由快到慢的顺序片腐蚀由快到慢的顺序是是(2)(1)(3)原电池的负极原电池的负极 自然条件下的腐蚀自然条件下的腐蚀 原电池的正极原电池的正极金属的防护金属的防护方方 法：法：1.1.改变金属的内部组织结构（如制不锈钢）改变金属的内部组织结构（如制不锈钢）2.2.在金属表面覆盖保护层：在金属表面

13、覆盖保护层：（1）在表面刷一层油漆；）在表面刷一层油漆；（2）在表面涂上机油；）在表面涂上机油；（3）在表面镀一层其他耐腐蚀金属；）在表面镀一层其他耐腐蚀金属；（4）在表面烧制搪瓷）在表面烧制搪瓷 ；（5）使金属表面形成致密的氧化膜）使金属表面形成致密的氧化膜 。3 3. .电化学保护法电化学保护法 ：（1）牺牲阳极的阴极保护法）牺牲阳极的阴极保护法 （2）外加电流的阴极保护法）外加电流的阴极保护法 原理原理 ：形成原电池反应时，让形成原电池反应时，让被保护金属被保护金属做做正正极极，不反应，起到保护作用；而，不反应，起到保护作用；而活泼金活泼金属做负极，反应，受到腐蚀属做负极，反应，受到腐蚀

14、。1.1.牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法金属的电化学保护金属的电化学保护 牺牲阳极牺牲阳极的的阴极保护法阴极保护法示意图示意图2.2.外加电流法外加电流法 将将被保护金属被保护金属与另一与另一附加电极附加电极作为电解池的作为电解池的两个极，使两个极，使被保护的金属被保护的金属作为作为阴极阴极，在外加直流，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。土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。辅助阳极辅助阳极（不溶性）（不溶性）外加电流外加电流的的阴极保护法阴极保护法示意图示意图课堂练习课堂练习1、如图、如图, 水槽中试管内有一

15、枚铁钉，放置数天观察：水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：（1）若液面上升，则溶液呈若液面上升，则溶液呈 性，发生性，发生 腐蚀腐蚀,电极反应式为：负极：电极反应式为：负极： ,正极：正极：若液面下降，则溶液呈若液面下降，则溶液呈 性，发生腐蚀，电极反应式为：性，发生腐蚀，电极反应式为：负极：负极： 正极：正极： 。（2）中性或碱性中性或碱性 吸氧吸氧Fe2e-Fe2+O2+2H2O+4e-4OH酸性酸性析氢析氢Fe2e-Fe2+2H+2e-H2 2 2、20002000年年5 5月，保利集团在香港拍卖会上花费月，保利集团在香港拍卖会上花费30003000多多万港币购回在火烧圆明园时流失的国

16、宝：铜铸的牛首、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，其主要成分是要成分是CuCu2 2(OH)(OH)2 2COCO3 3 这三件这三件17601760年铜铸的国宝在年铜铸的国宝在240 240 年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因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；、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、环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；洗去；C、铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；、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；、它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；（ D ）课堂练习课堂练习3.下列各情况，在其中下列各情况，在其中Fe片腐蚀由片腐蚀由快快到到慢慢的顺序是的顺序是(5) (2) (1) (3) (4)课堂练习课堂练