金属的腐蚀和防护

1、思考：考古发掘中经常会发现大型的青铜器皿，但罕有大型的铁器被挖掘出来，这是为什么呢？ 指金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而被腐蚀消耗的现象。金属的腐蚀：金属的腐蚀： 金属的腐蚀在每时每地每个行业部门以金属的腐蚀在每时每地每个行业部门以不同形式不同速度进行着，造成设备、工不同形式不同速度进行着，造成设备、工厂的停产、报废、事故、环境的污染、生厂的停产、报废、事故、环境的污染、生命的伤亡，巨大的经济损失。世界上许多命的伤亡，巨大的经济损失。世界上许多重大油气输送管道、储桶、化工厂爆炸事重大油气输送管道、储桶、化工厂爆炸事故大多是由腐蚀造成。据报道，全世界每故大多是由腐蚀造成。据报道，全世界

2、每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约达年因金属腐蚀造成的直接经济损失约达70007000亿美元，我国因金属腐蚀造成的损失亿美元，我国因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值的占国民生产总值的4%4%金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护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的过程金属原子失去电子变成阳离子的过程: M-ne-=Mn+ 已知在自然条件下，铁腐蚀后变成铁锈（Fe2O3.nH2O),铜腐蚀后变成铜绿（Cu2CO3(OH)2)。以铁为例，举例说明在哪些条件下铁会腐蚀？金属腐蚀的类型金属腐蚀的类型（1）化学腐蚀）化学腐蚀定义：金属跟其它物质直接接触发生化学反应而引起定义：金属跟其它物

3、质直接接触发生化学反应而引起的腐蚀。例如：铁丝在氧气中燃烧，铜丝在氯气中燃的腐蚀。例如：铁丝在氧气中燃烧，铜丝在氯气中燃烧，铁跟盐酸和稀硫酸的反应等。烧，铁跟盐酸和稀硫酸的反应等。（2）电化学腐蚀）电化学腐蚀定义：不纯的金属或合金跟电解质溶液接触时，定义：不纯的金属或合金跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化的腐蚀。氧化的腐蚀。探究一：电化学腐蚀的类型ANaCl正极正极: O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-负极：负极： Fe - 2e- = Fe2+溶液反应：溶液反应： Fe2+ 2OH- =Fe(OH)24Fe(O

4、H)2 +O2 + 2H2O =4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O+(3-n) H2OACH3COOH请写出相应的电极反应式请写出相应的电极反应式:负极：负极： Fe - 2e- = Fe2+正极：正极： 2H+ 2e- =H2吸氧腐蚀吸氧腐蚀析氢腐蚀析氢腐蚀 析氢腐蚀析氢腐蚀 吸氧腐蚀吸氧腐蚀电压电压 条件条件 正极正极 负极负极 溶液溶液 什么时候发生析氢腐蚀，什么时候发生析氢腐蚀，什么时候发生吸氧腐蚀呢？什么时候发生吸氧腐蚀呢？ 2H+ 2e- =H2 O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- Fe - 2e- = Fe2+ Fe2+ 2OH- =Fe(OH)24

5、Fe(OH)2 +O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O+(3-n) H2O水膜酸性较强水膜酸性较强水膜酸性很弱或中性，碱性水膜酸性很弱或中性，碱性0.204V 1.433V 每延长大桥年寿命，将产生每延长大桥年寿命，将产生至少个亿的经济效益至少个亿的经济效益 金属防腐金属防腐的方法的方法 改变金属内部的组成结构，将金属改变金属内部的组成结构，将金属制制成合金成合金，增强抗腐蚀能力。，增强抗腐蚀能力。电化学电化学保护法：利用电解池反应将需保护法：利用电解池反应将需要保护的金属作为电解池的要保护的金属作为电解池的阴极阴极而受到而受到保护或者利用原电池反应将

6、需要保护的保护或者利用原电池反应将需要保护的金属作为电池的金属作为电池的正极正极而受到保护。而受到保护。在金属表面在金属表面覆盖保护覆盖保护层层，使金属和周围物，使金属和周围物质隔离开来。质隔离开来。涂油，电镀涂油，电镀发黑，发蓝发黑，发蓝 特殊的杭州湾的海潮有极强的腐蚀性，按原来的预特殊的杭州湾的海潮有极强的腐蚀性，按原来的预计，用计，用2 2公分厚度的钢管桩根本用不上公分厚度的钢管桩根本用不上100100年。国外一个年。国外一个有着上百年造桥历史的著名公司的专业人员建议将厚度从有着上百年造桥历史的著名公司的专业人员建议将厚度从2 2公分增加到公分增加到4 4公分，但同时也意味着钢管桩的成本

7、将随公分，但同时也意味着钢管桩的成本将随之翻倍，代价太大。又是专家的研讨和不停试验，结果是，之翻倍，代价太大。又是专家的研讨和不停试验，结果是，钢管桩的厚度不变，采用耐腐蚀的环氧钢筋和阻止钢筋腐钢管桩的厚度不变，采用耐腐蚀的环氧钢筋和阻止钢筋腐蚀的阻锈剂，为钢管桩工程质量系上蚀的阻锈剂，为钢管桩工程质量系上“保险索保险索”。大桥还在国内首次采用大桥还在国内首次采用熔融结合环氧粉末涂层熔融结合环氧粉末涂层新技新技术材料、外挂术材料、外挂锌铝锌铝合金块的合金块的牺牲阳极牺牲阳极阴性保护法等阴性保护法等措施，措施， 2、牺牲阳极的阴极保护法：、牺牲阳极的阴极保护法：3、外加电源的阴极保护法：、外加电

8、源的阴极保护法：辅助阳极辅助阳极（不溶性）（不溶性）例：例：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)金属的金属的电化学防护电化学防护小结小结 在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐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 防腐措施由好到差的顺序如下：防腐措施由好到差的顺序如下：外接电源的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法外接电源的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法一般防腐条件保护无防腐条件

9、一般防腐条件保护无防腐条件改变金属的内部组织结构改变金属的内部组织结构 防腐防腐 2000年年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3000多万港多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首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，其主要成分和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是是Cu2(OH)2CO3这三件这三件1760年铜铸的国宝在年铜铸的国宝在240 年后看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，最可能的是能的是（ D ）A.C.铜的金属活动

10、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；B.D.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；环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；酸雨溶解洗去；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；练练 习习 宝剑的成分是青铜，也就是铜锡合金。锡是一种抗锈能力很强的金属，因此青铜的抗蚀防锈本领，自然要比铁器高明得多。不过更主要的，还在于这些宝剑的表面都曾被作过特殊的处理。 越王勾践剑剑身上的黑色菱形格子花纹及黑色剑格，是经过硫化处理的，这是用硫或硫化物和剑的表层金属发生化学

11、作用后形成的，检测时还发现有一些别的元素，这种处理，不但使宝剑美观，同时也大大增强了宝剑的抗蚀防锈能力。 1把铁钉和碳棒用铜线连接后，浸入把铁钉和碳棒用铜线连接后，浸入0.1molL的的NaCl溶液中，可能发生的现象为溶液中，可能发生的现象为 A碳棒上放出氯气碳棒上放出氯气 B碳棒附近产生碳棒附近产生OH- C碳棒上放出碳棒上放出O2 D铁钉上放出铁钉上放出H2 2下列事实与电化腐蚀无关的是下列事实与电化腐蚀无关的是 A纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量硫酸铜溶液纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量硫酸铜溶液 后速率加快后速率加快B为保护海船的螺旋浆和船壳，往往在螺旋浆和为保护海船的螺旋浆和船壳，往往在螺旋

12、浆和船壳上镶入锌块船壳上镶入锌块 C在空气中金属银的表面生成一层黑色物质在空气中金属银的表面生成一层黑色物质 D镀银的铁制品，镀层部分受损后，露出的铁表镀银的铁制品，镀层部分受损后，露出的铁表面暴露在潮湿空气中更易腐蚀面暴露在潮湿空气中更易腐蚀 市场上出售的市场上出售的“热敷袋热敷袋”其主要成分是铁其主要成分是铁屑、碳粉木屑和少量氯化钠、水等。热敷屑、碳粉木屑和少量氯化钠、水等。热敷袋应用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启袋应用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量. .使用完后，会发现有大量铁锈存在使用完后，会发现有大量铁锈存在.

13、.请回答请回答下列问题：下列问题：（1 1）热敷袋使用时，为什么能放出热量？）热敷袋使用时，为什么能放出热量？（2 2）碳粉的主要作用是什么？氯化钠起了）碳粉的主要作用是什么？氯化钠起了什么作用？什么作用？（3 3）试写出有关的电极反应式和化学方程）试写出有关的电极反应式和化学方程式式 。3钢铁发生腐蚀时，正极上发生的反应为钢铁发生腐蚀时，正极上发生的反应为 A2Fe - 4e - = 2Fe2+B2Fe2+ + 4e - = 2FeC2H2O + O2 + 4e -= 4OH-DFe3+e - = Fe2+c4.下图各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时，由快到下图各容器中盛有海水，铁在其中被腐

14、蚀时，由快到慢的顺序是慢的顺序是 A4213 B2134 C4231 D3241 练习练习分析下图，哪些是原电池分析下图，哪些是原电池哪些是电解池哪些是电解池1、3、56、72. 在标准状况下，用铂电极电解在标准状况下，用铂电极电解CuSO4溶液，溶液，当阴极产生当阴极产生6.4g铜时，阳极放出的气体是（铜时，阳极放出的气体是（ ） A、1.12L H2 B、1.12L O2 C、2.24L H2 D、2.24LO2B3.在铜的精炼过程在铜的精炼过程 中，下列说法错误的是（中，下列说法错误的是（ ）A、阳极是粗铜，其中的锌、银等杂质均、阳极是粗铜，其中的锌、银等杂质均 失电子被氧化失电子被氧化

15、B、阴极上首先析出铜、阴极上首先析出铜C、粗铜不断溶解、粗铜不断溶解D、电解溶液为硫酸酸化的硫酸铜溶液、电解溶液为硫酸酸化的硫酸铜溶液D 4. 在外界提供相同电量的条件下，在外界提供相同电量的条件下，Cu2+或或Ag+分别按分别按Cu2+2e-=Cu和和Ag+e-=Ag在电极上放在电极上放电，其析出铜的的质量为电，其析出铜的的质量为1.92 g，则析出银的质量为，则析出银的质量为（ ）A、1.62 g B、6.48 g C、3.24 g D、12.96 gB 5. 将分别盛有熔融将分别盛有熔融KCl、MgCl2、Al2O3的三个的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出电解槽串联，在一

16、定条件下通电一段时间后，析出K、Mg、Al的物质的量之比为（的物质的量之比为（ ）A、1:2:3 B、3:2:1 C、6:3:1 D、6:3:2D6、写出下列装置的电极反应，并判断、写出下列装置的电极反应，并判断A、B、C溶液溶液PH值的变化。值的变化。 A BCCuSO4AgNO3AgNO3NaHSO4AgCuCuCPtPtAgFeD负极负极正极正极7 7. .右图中右图中x x、y y分别是直分别是直流电源的两极流电源的两极, ,通电后发通电后发现现a a极板质量增加极板质量增加,b,b极板极板处有无色无臭气体放出处有无色无臭气体放出, ,符合这一情况的符合这一情况的A 阴极保护的种类阴极

17、保护的种类阴极保护大致分为牺牲阳极法和外加电流法两种。阴极保护大致分为牺牲阳极法和外加电流法两种。1、 牺牲阳极是由一种比被保护金属电位更负的金属或牺牲阳极是由一种比被保护金属电位更负的金属或合金与被保护的金属电连接所构成。在电解液中，牺合金与被保护的金属电连接所构成。在电解液中，牺牲阳极因较活泼而优先溶解，释放出电流供被保护金牲阳极因较活泼而优先溶解，释放出电流供被保护金属阴极极化，实现保护。牺牲阳极法的优点在于安装属阴极极化，实现保护。牺牲阳极法的优点在于安装施工简便，对临近金属结构的影响极小，运行成本低，施工简便，对临近金属结构的影响极小，运行成本低，可实现零费用维护，一次投资，长期受益

18、。可实现零费用维护，一次投资，长期受益。 2、 强制电流法（外加电流法）是由外部的直流电源直强制电流法（外加电流法）是由外部的直流电源直接向被保护金属通以阴极电流，使之阴极极化，达到接向被保护金属通以阴极电流，使之阴极极化，达到阴极保护的目的。强制电流法在实施大范围野外阴极阴极保护的目的。强制电流法在实施大范围野外阴极保护时比较经济。但对附近金属结构的影响较大，需保护时比较经济。但对附近金属结构的影响较大，需要有专人管理维护，需要有稳定可靠的不间断电源。要有专人管理维护，需要有稳定可靠的不间断电源。故不适合用于市区内的地下结构的阴极保护。故不适合用于市区内的地下结构的阴极保护。年月，宁波科鑫腐蚀控制工程有限公司应用超大型管道多层环氧粉末一次性喷涂施工工艺，完成了第一根涂层钢管桩，为钢管桩年寿命提供了保障。同