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(共25张PPT)
第三节
金属的腐蚀与防护
1999年5月9日，在中国驻南联盟大使馆遭北约轰炸后的第二天，菲律宾海军“马德雷山”号登陆舰以所谓“技术故障搁浅”为由，在南海仁爱礁非法“坐滩”，并派出士兵轮班进驻，图谋“实际控制”。
金属腐蚀的现象普遍存在，常常是自发进行的。
资料：我国每年因为金属腐蚀所造成的经济损失约占国民生产总值的5%，全世界每年因生锈损失的钢铁约占世界钢铁年产量的1/4，超过每年各项大灾（火灾、风灾及地震等）损失的总和。
因此，了解金属腐蚀的原因，并采取有效措施防止金属腐蚀具有重要意义。
学习目标
1.通过查阅金属腐蚀的资料等活动，认识金属腐蚀的严重性及危害性；能用电化学原理解释金属腐蚀的现象，进一步增强社会责任感。
2.通过钢铁腐蚀的实验，了解金属腐蚀的本质；能书写钢铁腐蚀的电极反应及总反应；能根据电化学原理选择并设计金属防护的措施。
思考1：金属腐蚀的本质是什么？
Fe2O3·XH2O
Fe→
0 +3
金属原子失去电子被氧化的过程。
M - ne- = Mn+
思考2：钢铁在什么条件下易生锈？
探究1：钢铁在潮湿的空气中易生锈的原理
钢铁
潮湿空气
水膜
CO2、 SO2、H2S
电解质溶液（H+)
铁
C
无数微小
原电池
钢铁在这过程发生了电化学腐蚀。
根据电解质溶液的酸碱性的不同钢铁的电化学腐蚀可分为两种：
析氢腐蚀和吸氧腐蚀
探究2：钢铁的电化学腐蚀
探究2-1：如下图，模拟探究钢铁在海水中的腐蚀情况,观察电流表指针有无偏转？
2分钟后用胶头滴管分别从铁、碳电极附近吸取少量液体于a、b两试管中，
再向a试管中加入几滴K3[Fe(CN)6]（铁氰化钾）溶液，向b试管中加入几滴
酚酞溶液，观察现象
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A
Fe C
饱和食盐水
资料卡片：Fe2+与K3[Fe(CN)6]（铁氰化钾）溶液(黄色)反应生成 KFe[Fe(CN)6]沉淀（带有特征蓝色）。这是检验溶液中Fe2+的常用方法。
（-） （+）
Fe-2e-=Fe2+
O2+2H2O+4e-=4OH-
吸氧腐蚀
探究2-2 ：课本P112 【实验4-3 】
实验操作 实验现象 实验解释
导管中液面上升
装置中铁、碳、饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀，导致压强变小
(1)将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入下图所示的具支试管中。
几分钟后，观察导管中水柱的变化。解释引起这种变化的原因。
思考：暖贴的发热原理是什么？
探究2：钢铁的电化学腐蚀
探究2-3：如下图，观察现象,写出电极反应式。
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A
Fe C
稀H2SO4
（-） （+）
Fe-2e-=Fe2+
2H＋＋2e = H2↑
析氢腐蚀
钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较
析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 水膜呈较强 性 水膜呈 性
电极反应
联系
负极Fe(- )
Fe-2e-=Fe2+
正极C(+)
2H++2e-=H2↑
总反应:
Fe+2H+=Fe2++H2↑
酸
其他
中
Fe-2e-=Fe2+
O2+2H2O+4e-=4OH-
2Fe-4e-=2Fe2+
2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2
Fe2O3 · nH2O
(铁锈)
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
通常两种腐蚀同时存在，但吸氧腐蚀更普遍。
（一般情况下水膜酸性不强）
2H＋ + 2e = H2↑
pH=2.0、3.0、3.5
pH=4.0
O2 + 4e + 4H+=2H2O
（析氢腐蚀）
（吸氧腐蚀）
实验2-4：利用下图装置探究钢铁在不同pH的醋酸溶液中的电化学腐蚀。
写出pH＝2.0～3.5和4.0时发生的正极电极反应式。
结论：钢铁在酸性较强的环境中主要发生 腐蚀，在酸性较弱环境主要发生 腐蚀。
O2+2H2O+4e-=4OH-(中性）
析氢
吸氧
1.如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是
A.生铁块中的碳是原电池的正极
B.红墨水水柱两边的液面变为左低右高
C.两试管中相同的电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋
D.a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
√
应用体验
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
条件
有无电流产生
本质
联系
金属接触到的干燥气体（O2、Cl2、
SO2等）或非电解质液体
不纯的金属与电解质溶液接触
无
有微弱电流
金属原子失去电子而被氧化的过程
两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀普遍的多，腐蚀速度也快得多。
思考：运输原油、天然气的钢管往往由于内壁腐蚀而造成原油、天然气泄漏，原油、
天然气中既没有水，也没有氧气，为什么钢铁也会腐蚀？
输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀。
一、金属的腐蚀
1.化学腐蚀：
影响因素：
金属与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2、SO2等）直接反应而引起的腐蚀
温度对化学腐蚀的影响很大。
例如：钢材在高温下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的一层氧化物。
实验操作 实验现象 实验解释
两只试管均有气泡产生，且①试管中产生气泡的速率更快
Zn置换出Cu，Zn、Cu、稀盐酸构成原电池，形成电化学腐蚀，能加快反应速率
探究2-5：金属的电化学腐蚀和化学腐蚀 课本P112 【实验4-3 】
(2)取两支试管，分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸，观察现象。然后，向其
中一支试管中滴加1～2滴硫酸铜溶液，再观察现象。解释产生不同现象的原因。
思考：在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢有何规律？
电化学腐蚀＞化学腐蚀
思考：根据金属腐蚀的实质，你能提出金属的防护方法吗？
金属腐蚀的实质是金属原子失去电子被氧化的过程。
M - ne- = Mn+
防护方法就是避免金属失去电子
思考角度
切断原电池反应
给予金属电子
改变金属材料的组成
在金属表面覆盖保护层
二、金属的防护
钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性，还具有良好的生物相容性。
如把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢产品。
1.改变金属材料的组成
在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。
2、在金属表面覆盖保护层
在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。
非金属保护层
金属保护层
发蓝处理
钝化处理
表面喷涂油漆/油脂，覆盖搪瓷、塑料等
电镀：表面镀上一层
锌、锡、铬、镍等金属
化学方法：生成致密的四氧化三铁薄膜.
阳极氧化：使铝制品形成致密的氧化膜
以上方法都可以切断原电池反应保护金属
（1）Fe作保护电极，Zn作辅助电极，以经过酸化的3%NaCl溶液作电解质溶液，按图所示连接好装置。观察电流表指针的变化，以及烧杯中两个电极附近发生的现象。过一段时间，用胶头滴管从和Fe 电极区域取少量溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6] (铁氰化钾)溶液， 观察试管中溶液颜色变化？
探究3-1：课本P114【实验4-4 】
实验装置 电流表 负极 正极
现象
有关反应 ————
指针偏转
锌逐渐溶解
加入铁氰化钾溶液，
无蓝色沉淀生成
Zn-2e-=Zn2+
O2+4e-+4H+=2H2O
在电化学上，把凡是失去电子发生氧化反应的一极叫阳极；
得到电子发生还原反应的一极叫阴极。
结论：牺牲锌（阳极）保护铁（阴极）
（-） （+）
（阳） （阴）
探究3-2：课本P114【实验4-4 】
(2)将1 g琼脂加入250 mL烧杯中，再加入50 mL饱和食盐水和150 mL水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。稍冷后，趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中，各滴入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀。取两个2～3 cm的铁钉，用砂纸擦光。如图(a)所示，将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养皿中；如图(b)所示，将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中。观察并解释实验现象。
装置 （a） （b）
现象
解释
靠近锌皮处颜色无变化，裸露的铁钉处出现红色
靠近铜丝处出现红色，裸露的铁钉处出现蓝色
Zn(-)：
Fe(+) :
Zn-2e-=Zn2+
O2+2H2O+4e-=4OH-
Fe(-)：
Cu(+) :
Fe-2e-=Fe2+
O2+2H2O+4e-=4OH-
铁作正极，不反应，被保护
铁作负极，发生氧化反应，被腐蚀
3、电化学保护法
（1）牺牲阳极法
负极 ：
正极 ：
应用 ：
锅炉内壁、船舶外壳安装镁合金或锌块
被保护的金属
更活泼金属
原理：
利用“ 原理”保护 极金属
原电池
正
找替罪“阳”
锌块必须定期更换
3、电化学保护法
（2）外加电流法
外加电流法是把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者均放在电解质溶液（如海水）里，外接直流电源。通电后，调整外加电压，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面的腐蚀电流降至零或接近等于零。在这个系统中，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护。
阴极 ：
阳极 ：
应用 ：
原理：
电解池原理
钢铁闸门，地下管道等
连接电源负极
被保护的金属
辅助电极（不溶性）
牺牲阳极法和外加电流法的比较
牺牲阳极法 外加电流法
原理
保护方法
保护电流
注意事项
原电池
电解池
使被保护的金属与比它活泼的金属接触，被保护的金属做正极
使被保护的金属与电源负极接触，被保护的金属做阴极
较小
较大
负极（阳极）材料需要定期更换
辅助阳极（惰性）需要定期检查
（可调）
2.下列对如图所示的实验装置的判断错误的是
A.若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀
B.若X为锌棒，开关K置于A或B处均可减缓铁的
腐蚀
C.若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极法
D.若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H＋＋2e－
= H2↑
√
应用体验
Fe-2e-=Fe2+
金属的腐蚀与防护
金属的腐蚀
金属的防护
化学腐蚀
电化学腐蚀
金属表面覆盖保护层
改变金属材料的组成
电化学保护法
1）牺牲阳极法
2）外加电流法
1）析氢腐蚀
2）吸氧腐蚀
课堂小结
巩固练习：如图所示，各烧杯中均盛的是海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为(　　)
A．②①③④⑤⑥
B．⑤④③①②⑥
C．⑤④②①③⑥
D．⑤③②④①⑥
C
化学腐蚀
+ -
- +
- +
阴 阳
阳 阴
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极>电解池的阴极。
规律：在同一电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序为：
归纳总结
金属腐蚀快慢的判断方法
(1)在同一电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序为电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极>电解池的阴极。
(2)同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液。
(3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。
(4)金属活动性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快。

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