第四节金属的电化学腐蚀与防护

1、第四章第四章 电化学基础电化学基础第四节第四节 金属的电化学腐蚀与防护金属的电化学腐蚀与防护金属腐蚀金属腐蚀 我国作为世界上钢铁产量最多的国家（我国作为世界上钢铁产量最多的国家（2009年全国生年全国生产钢材产钢材7.8亿吨）亿吨） ，每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年，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内生产总值的2%4%；约合人民币：；约合人民币：1万多亿元万多亿元（ 2009年我国国内生产总值将达年我国国内生产总值将达34万亿元）万亿元） 。 根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成的经根据各国

2、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济损失大致为该国国民生产总值的4%左右。左右。 另据国外统计，金属腐蚀的年损失另据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过远远超过水灾、火水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的灾、风灾和地震（平均值）损失的总和总和，在这里，在这里还不还不包括包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。损失。 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更严重的是金属制品结构损坏结构损坏所造成的损失比金属所造成的损失比金属本身要大到无法估量

3、。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

4、人员和等的泄漏，更会危及工作人员和附近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？ 试设计实验来试设计实验来证明你的结论。证明你的结论。钢铁及其制品等生锈的条件钢铁及其制品等生锈的条件实验结论：实验结论： 。钢铁及其制品等生锈的条件：氧气和水钢铁及其制品等生锈的条件：氧气和水问题讨论问题讨论钢铁及其制品通常为含碳的铁合

5、金，若钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，若在潮湿的环境里或湿度较大的环境里长在潮湿的环境里或湿度较大的环境里长期放置，常易生锈变红，原因是什么？期放置，常易生锈变红，原因是什么？活动与探究活动与探究 P91向铁粉中加入少量的炭粉，混合向铁粉中加入少量的炭粉，混合均匀后，撒入内壁分别用均匀后，撒入内壁分别用氯化钠氯化钠和和稀醋酸稀醋酸润湿过的两支试管分别润湿过的两支试管分别标记为标记为a a、b b中，按图中，按图1-281-28装置好装置好仪器。几分钟后，打开止水夹，仪器。几分钟后，打开止水夹，观察、比较导管中水柱（在水中观察、比较导管中水柱（在水中滴加几滴红墨水）的变化和试管滴加几滴红墨水）的

6、变化和试管中的现象。中的现象。实验现象：实验现象：装置装置a中的导管中水柱上升，装置中的导管中水柱上升，装置b中中的导管中水柱下降。的导管中水柱下降。思考：思考：导管中的水柱变化说明什么问题？导管中的水柱变化说明什么问题？讨论，小结：讨论，小结：装置装置a中的导管中水柱上升，说明大试管内气体压强中的导管中水柱上升，说明大试管内气体压强减小，减小， a装置中有气体参加反应。装置中有气体参加反应。装置装置b中的导管中水柱下降，说明大试管内气体生成中的导管中水柱下降，说明大试管内气体生成。思考思考：向铁粉中加入炭粉的作用是什么？向铁粉中加入炭粉的作用是什么？在在a装置中铁、炭、氯化钠溶液及装置中铁、

7、炭、氯化钠溶液及b装置中铁、炭、装置中铁、炭、醋酸均构成原电池，能加快化学反应速率。醋酸均构成原电池，能加快化学反应速率。请大家根据原电池原理，写出电极反应式请大家根据原电池原理，写出电极反应式及及电池反应电池反应方程式。方程式。a装置中：装置中：负极：负极： Fe - 2e- = Fe2+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=Fe2O

8、3nH2O+(3-n) H2Oa装置中：装置中：进一步反应：进一步反应：正极：正极： 2H+ 2e- =H2 负极：负极： Fe - 2e- = Fe2+b装置中装置中:电池反应：电池反应： Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 分析：当钢铁处于分析：当钢铁处于酸性酸性条件下条件下，易发生，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。知识总结知识总结金属阳离子金属阳离子失失e-氧化反应氧化反应3、金属腐蚀的类型、金属腐蚀的类型化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀（常见普遍）（常见普遍）一、金属腐蚀一、金属腐蚀金

9、属原子金属原子2、金属腐蚀的本质：、金属腐蚀的本质：1、金属腐蚀：、金属腐蚀：是指金属或合金跟接触的气体或液体发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。生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。化学腐蚀与电化腐蚀的比较化学腐蚀与电化腐蚀的比较:化学腐蚀化学腐蚀电化腐蚀电化腐蚀条件条件现象现象本质本质联系联系金属跟非金属单质直金属跟非金属单质直接接触接接触不纯金属或合金不纯金属或合金跟电解质溶液接触跟电解质溶液接触无电流产生无电流产生有有微弱电流微弱电流产生产生金属被氧化金属被氧化较活泼金属被氧化较活泼金属被氧化两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍钢铁

10、的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较Fe2O3 nH2O（铁锈铁锈）通常两种腐蚀同时存在，但以通常两种腐蚀同时存在，但以吸氧腐蚀吸氧腐蚀更普遍。更普遍。析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀条件条件水膜呈水膜呈酸性酸性。水膜呈水膜呈中性中性或或酸性很弱或碱性酸性很弱或碱性。电极反应电极反应负极负极Fe(- )Fe-2e-=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+正极正极C(+)2H+2e-=H2O2+2H2O+4e-=4OH-总反应总反应:Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3联系联系交流与讨论

11、交流与讨论铁生锈除了必须有空气及水的参与外，还受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其他一些因素的影响。请解释下列有关铁生锈现象的原因。锈现象的原因。1.相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更容相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更容易被腐蚀。易被腐蚀。因为海水中含有较多的氯化钠等盐类，导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，而在电能力比内河的水更强，而在电解质溶液电解质溶液中，电化学腐蚀更容易进行。中，电化学腐蚀更容易进行。交流与讨论交流与讨论2. 1910年遗留在南极的食品罐头盒，其表年遗留在南极的食品罐头盒，其表面至今很少有铁锈出现。面

12、至今很少有铁锈出现。是由于南极的温度常年在是由于南极的温度常年在0以下，说明以下，说明在较高在较高温度温度下，腐蚀更易进行。下，腐蚀更易进行。交流与讨论交流与讨论3.用于连接铜板的铁螺丝容易生锈。用于连接铜板的铁螺丝容易生锈。是由于铁与铜及空气中的水蒸汽构成了原是由于铁与铜及空气中的水蒸汽构成了原电池，铁作电池，铁作原电池的负极原电池的负极，因此铁易被腐，因此铁易被腐蚀而生锈。蚀而生锈。4.当化工厂排出的废气为酸性气体时当化工厂排出的废气为酸性气体时,工厂工厂附近的铁制品容易生锈。附近的铁制品容易生锈。说明铁制品在说明铁制品在酸性条件酸性条件下比在中性条件下下比在中性条件下更容易被腐蚀。更容易

13、被腐蚀。课堂练习课堂练习1、如图、如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，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 请大家根据铁生锈的原理，思考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？应采取

14、什么措施防止铁生锈？交流与讨论交流与讨论原理原理 ：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；而活泼金活泼金属反应受到腐蚀属反应受到腐蚀。1.1.牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法二、金属的电化学保护二、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

15、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金属防护的几种重要方法金属防护的几种重要方法在金属表面覆盖保护层。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。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。正极或电解池的阴极而受到保护。 小结小结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)课堂练习课堂练习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