金属腐蚀及防腐 2

1、金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护问题讨论问题讨论钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，若在潮湿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期放置，常易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？生锈变红，原因是什么？活动与探究活动与探究向铁粉中加入少量的炭粉，混合均匀后，撒入内壁分别用向铁粉中加入少量的炭粉，混合均匀后，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标记为润湿过的两支试管分别标记为a a、b b中，按中，按图图1-281-28装置好仪器。几分钟后，打开止水夹，观察、比较装置好仪器。几分钟后，打开止水夹，观察、比较导管中水柱（在

2、水中滴加几滴红墨水）的变化和试管中的导管中水柱（在水中滴加几滴红墨水）的变化和试管中的现象。现象。氯化钠氯化钠稀醋酸稀醋酸装置装置a a中的导管中水柱上升，装置中的导管中水柱上升，装置b b中的导管中水柱下中的导管中水柱下降降【小结小结】装置装置a a中的导管中水柱上升，说明大试管内气体压强减小，中的导管中水柱上升，说明大试管内气体压强减小， a 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 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 a装置中铁、炭、氯化钠溶液及

3、装置中铁、炭、氯化钠溶液及b b装置中装置中铁、炭、醋酸均构成原电池，能加快化学铁、炭、醋酸均构成原电池，能加快化学反应速率。反应速率。学生活动学生活动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。NaCl溶液4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O =4

4、Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O+(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。CH3COOH溶液中钢铁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，但以后者更普遍。通常两种腐蚀同时存在

5、，但以后者更普遍。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联系联系化学腐蚀与电化腐蚀化学腐蚀与电化腐蚀金属的腐蚀金属的腐蚀 金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学反应而金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损

6、耗的过程，即为金属的腐蚀。其本质是金属原子失去电腐蚀损耗的过程，即为金属的腐蚀。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。子被氧化的过程。M - ne- = Mn+ 你能解释你能解释以下现象以下现象吗？吗？ A 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 B 生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈 C C 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。 D D. .相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更容易被腐蚀相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更容易被腐蚀E E. .当化工厂当化工厂排排出的废气为酸性气体时出的废气为

7、酸性气体时, ,工厂附近工厂附近的铁制品容易生锈。的铁制品容易生锈。钢铁腐蚀的防护：钢铁腐蚀的防护：1 1、改变金属的内部组织结构：如将改变金属的内部组织结构：如将CrCr、NiNi等金属加进等金属加进钢里制成合金钢。钢里制成合金钢。2.2.金属表面覆盖保护层金属表面覆盖保护层3.3.电化学保护法电化学保护法原理：原理：如油漆、油脂等，电镀（如油漆、油脂等，电镀（Zn,CrZn,Cr等易氧化形成致密的氧化等易氧化形成致密的氧化物薄膜）作保护层。物薄膜）作保护层。隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。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原理原

8、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极正极，不反，不反应，起到保护作用；而应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀活泼金属反应受到腐蚀。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 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两个极，作为电解池的两个极，使使被保护的金属被保护的金属作为作为阴极阴极，在外加直流电的作用下使阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。的腐蚀。辅助阳极（辅

9、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正极或电化学保护法，即将金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护。电解池的阴极而受到保护。 小结小结钢铁在潮湿空气中容易被腐蚀，其中正极是钢铁在潮湿空气中容易被腐蚀，其中正极是 （写名称），在潮湿的中性环境中的正极反应（写名称），在潮湿的中性环境中的正极反应是是 ， 画一个牺牲阳极的阴极保护法装置，以防止钢铁被腐蚀。画一个牺

10、牲阳极的阴极保护法装置，以防止钢铁被腐蚀。碳碳 O2 + 4e- + 2 H2O = 4OH-1 1、牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法形成原电池反应时，形成原电池反应时，被保护金属做正极，被保护金属做正极，不反应，起到不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。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下列各情况，在其中下列各情况，在其中Fe片

11、腐蚀由快到慢的顺序是片腐蚀由快到慢的顺序是(5)(2)(1)(3)(4) 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化学腐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护法有一外接电源的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法有一般防腐条件的腐蚀无防腐条件的腐蚀般防腐条件的腐蚀无防腐条件的腐蚀小结小结例8、以铁为阳极、铜为阴极，对足量的NaOH溶液进行电解，一段时间后得到2molFe(OH)3沉

12、淀，此时消耗水的物质的量共为( )A2mol B3mol C4mol D5molD搅棒 1在玻璃容器中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。上层在玻璃容器中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。上层为为NaI溶液，下层为溶液，下层为CCl4。在上层在上层NaI溶液中插入两根石墨电极溶液中插入两根石墨电极，容器中还放有一根环形玻璃搅拌棒，可以上下搅动液体，装，容器中还放有一根环形玻璃搅拌棒，可以上下搅动液体，装置如图。据实验回答：置如图。据实验回答：（1）接通直流电源后，阳极和阴极附近有何现象？）接通直流电源后，阳极和阴极附近有何现象？（2）阳极的电极反应式是）阳极的电极反应式是 阴极的电极反应式是阴极

13、的电极反应式是 （3）停止通电，取出电极，用搅棒上下搅）停止通电，取出电极，用搅棒上下搅动。静置后液体又分为两层，上层动。静置后液体又分为两层，上层 色色,下层下层 色。搅拌后两层液体发生颜色变色。搅拌后两层液体发生颜色变化的原因是：化的原因是：阳极周围的液体阳极周围的液体呈棕色，呈棕色，且颜色由浅变深且颜色由浅变深阴极上有气泡产生。阴极上有气泡产生。2I- - 2e- = I22H+ +2e- = H2无无紫红紫红I2在在CCl4中溶解度大于在水中的溶解度，中溶解度大于在水中的溶解度，所以绝大多数所以绝大多数I2都转移到都转移到CCl4中。中。1、工业上处理含、工业上处理含Cr2O72的酸性

14、工业废水用以的酸性工业废水用以下方法：下方法：往工业废水中加入适量的往工业废水中加入适量的NaCl，搅拌均匀；搅拌均匀；用用Fe为电极进行电解，经过一为电极进行电解，经过一段时间有段时间有Cr(OH)3和和Fe(OH)3沉淀产生；沉淀产生；过过滤回收沉淀，废水达到排放标准。试回答：滤回收沉淀，废水达到排放标准。试回答：练习练习(1)电解时的电极反应：阳极电解时的电极反应：阳极_，阴极阴极_ 。(2)Cr2O72转变成转变成Cr3+的离子反应方程式：的离子反应方程式：(3)电解过程电解过程Cr(OH)3和和Fe(OH)3沉淀是怎样产生的沉淀是怎样产生的?(4)能否用能否用Cu电极来代替电极来代替

15、Fe电极电极?_简述理由。简述理由。Fe - 2e- = Fe2+2H+2e-=H2Cr2O72-+6Fe2+ +14 H+=2Cr3+ +6Fe3+7H2OCr2O72-与与Fe2+反应消耗反应消耗H+、电解过程中产生了、电解过程中产生了OH ,使溶液酸性使溶液酸性逐渐减弱、碱性逐渐增强，逐渐减弱、碱性逐渐增强， 从而使从而使Cr3+ 、Fe3+沉淀。沉淀。不能。用不能。用Cu电极代替电极代替Fe,不能产生还原性的不能产生还原性的Fe2+, Cr2O72不能被还不能被还原为原为Cr3+ (2007年山东卷)工业上对海水资源综合开发利用的部分工艺流程如图所示。(1)电解饱和食盐水常用离子膜电解槽和隔膜电解槽。离子膜和隔膜均允许通过的分子或离子是_。电解槽中的阳极材料为_。(2)本工艺流程中先后制得Br2、CaSO4和Mg(OH)2，能否按Br2、Mg(OH)2、CaSO4顺序制备？_原因是 。(3)溴单