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赵健
新人教版 化学 选择性必修1
化学反应原理
同学们好
欢迎来到化学课堂
meiyangyang8602
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meiyangyang8602
请你说说！
生活中常见的金属的腐蚀的现象
在日常生活中，我们经常见到钢铁制品生锈，铜制品长出铜绿，这就是金属腐蚀的现象。
铁锈主要成分：Fe2O3 xH2O
铜绿主要成分：Cu2(OH)2 CO3
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你知道金属锈蚀的原因是什么吗？
对此应采取怎样的防护措施？
Fe2O3·xH2O
(化合态)
Fe
(游离态)
0
+3
Cu2(OH)2CO3
(化合态)
Cu
(游离态)
0
+2
金属原子失去电子，被氧化 ( M - ne- = Mn+)
第三节
金属的腐蚀与防护
第四章 化学反应与电能
赵健
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你知道吗
金属腐蚀的危害
使桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成坍塌
机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，直至报废
使地下金属管道发生泄漏、轮船船体损坏等
01 金属的腐蚀
赵健
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金属的腐蚀
金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象
金属腐蚀的实质
金属原子失去电子，被氧化
M - ne- = Mn+
由于与金属接触的气体或液体物质不同，发生腐蚀的情况也不同，一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
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金属的腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
金属与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2、SO2）直接反应而引起的腐蚀。
高温条件被腐蚀的燃气灶
当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化还原反应而被腐蚀。
电化学腐蚀的过程是如何发生的呢？
赵健
02 电化学腐蚀
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电化学腐蚀
在潮湿的空气中，钢铁表面吸附了一薄层水膜。水膜中溶有O2、CO2、SO2等气体，这样在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜，它跟钢铁中的铁和少量的单质碳构成无数微小的原电池。
【实验4-3】将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入具支试管中。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
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电化学腐蚀
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电化学腐蚀
铁钉的吸氧腐蚀
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。
消耗的一定是氧气吗？
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用传感器测量铁钉腐蚀过程中密闭装置内氧气含量的变化
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电化学腐蚀
铁钉的吸氧腐蚀
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电化学腐蚀
铁钉的吸氧腐蚀
装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀腐蚀
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正极（C）：O2 + 4e + 2H2O = 4OH
总 反 应：2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2
后续反应：4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
负极（Fe）: Fe 2e = Fe2+
（吸氧腐蚀）
Fe2O3·xH2O
原电池原理分析钢铁是如何生锈的
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铁钉的吸氧腐蚀
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如果水膜酸性较强，会发生怎样的腐蚀呢？请你根据图示用电极反应来表达。
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铁钉的析氢腐蚀
（析氢腐蚀）
正极（C） : 2H+ + 2e H2↑
负极（Fe）: Fe 2e Fe2+
Fe + 2H+ ＝ Fe2+ + H2↑
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你知道吗
如果水膜酸性较弱时，会发生什么样的腐蚀？
【创新实验】不同pH下，试管中气体压强随时间变化情况
电脑
数据采集器
一定pH的
醋酸溶液
铁和炭粉
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）
浓度
性质
反应
影响
决定
水膜酸性较强
c(H+)较大
水膜酸性较弱或呈中性
c(H+)较小
氧化性
H+＞O2
析氢腐蚀
2H+ + 2e－ = H2↑
氧化性
H+＜O2
吸氧腐蚀
O2 + 4e－+ 2H2O = 4OH－
O2 + 4e + 4H+ = 2H2O
析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较
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【实验4-3】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。
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电化学腐蚀
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电化学腐蚀
化学腐蚀与电化学腐蚀的速率比较
实验现象
实验解释
两只试管均冒出气泡，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。
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化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
化学腐蚀 电化学腐蚀
条件
特征
速率
结果
金属与氧化性物质
直接接触
不纯金属与电解质溶液
及氧化剂接触
无电流产生
有微弱电流产生
金属被氧化
相对活泼的金属被氧化
小
大
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金属的腐蚀
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请你说说
根据金属腐蚀的实质，你能提出金属的防护方法吗？
金属防护的本质：阻止 M-ne-=Mn+ 的发生
思考角度
切断原电池反应
给予电子
改变金属材料组成
在金属表面覆盖保护层
03 金属的防护
赵健
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金属的防护
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改变金属材料组成
不锈钢盆
钛合金炒锅
不锈钢高压锅
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在金属表面覆盖保护层
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金属的防护
喷漆
镀铬
包裹塑料
搪瓷
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金属的防护
【思考与讨论】常用的白铁皮是在薄钢板表面镀上一层锌，罐装食品用的马口铁是在薄钢板表面镀上一层锡。若上述两种钢铁制品的表面出现破损时，请分析并说明白铁皮、马口铁的腐蚀情况。
＋
－
Zn
A
Fe
＋
－
Sn
A
Fe
e-
e-
我们知道，金属发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极（阳极）的金属被腐蚀，作为正极（阴极）的金属不被腐蚀。
经酸化的3％NaCl溶液
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金属的防护
【思考与讨论】常用的白铁皮是在薄钢板表面镀上一层锌，罐装食品用的马口铁是在薄钢板表面镀上一层锡。若上述两种钢铁制品的表面出现破损时，请分析并说明白铁皮、马口铁的腐蚀情况。
金属活泼性：Zn > Fe > Sn
镀层有破损
白铁
马口铁
锌为负极，铁为正极被保护
锡为正极，铁为负极腐蚀加快
04 电化学保护法
赵健
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电化学保护法
牺牲阳极法
形成原电池反应时，让被保护金属作正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属作负极，参加反应受到腐蚀。这种保护法牺牲了阳极(原电池负极)，保护了阴极(原电池的正极)
找替罪“阳”
牺牲锌块来保护钢闸门，锌块必须定期更换
钢闸门
(阴极)
海水
锌板
(牺牲阳极)
e-
e-
Zn
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电化学保护法
（1）以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？
实验4-4
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电化学保护法
牺牲阳极法
实验装置 电流表 阳极（负极） 阴极（正极）
现象
有关反应
偏转
锌片逐渐溶解
铁电极上有气泡冒出
Zn-2e-=Zn2＋
2H＋＋2e=H2↑
试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6] 溶液，无明显变化，即溶液中无Fe2+
结论：
Fe电极被保护，不发生反应。Fe、Zn和经过酸化的NaCl溶液构成原电池；Zn作负极被腐蚀，Fe作正极被保护。
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电化学保护法
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电化学保护法
牺牲阳极法
（2）将1g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。
实验4-4
a
b
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电化学保护法
牺牲阳极法
实验现象：裹有锌片的铁钉，锌片逐渐溶解， 铁钉附近溶液变红色；
实验现象：裹有铜丝的铁钉，铁钉逐渐溶解，铁钉附近溶液有蓝色沉淀生成；
实验结论：
锌作负极：Zn-2e-=Zn2+
铁作正极：O2+2H2O+4e-=4OH-
铁作正极，不反应，被保护
实验结论：
铁作负极：Fe-2e-=Fe2+
铜作正极：O2+2H2O+4e-=4OH-
铁作负极，发生氧化反应，被腐蚀
实验4-4
a
b
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请你思考回答！
想一想：为什么钢制管道的内部要镶嵌镁块？
＋
－
NaCl溶液
Mg
A
Fe
e-
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电化学保护法
外加电流法
外加电流法是把被保护的钢铁设备(如钢闸门)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，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护
钢闸门
(阴极)
海水
辅助阳极
(不溶性)
e-
NaCl溶液
阴极
Fe
+
-
A
阳极
C
- +
e
e
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钢闸门
(阴极)
海水
辅助阳极
(不溶性)
思考与讨论
牺牲阳极法和外加电流法都要采用辅助阳极，将被保护的金属作为阴极。在这两种方法中，辅助阳极发生的电极反应类型是否相同？对于用作辅助阳极的金属化学性质各有什么要求？
- +
e
e
钢闸门
(阴极)
海水
锌板
(牺牲阳极)
e-
e-
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牺牲阳极法 外加电流法
原理
保护方法
保护电流
注意事项
电化学保护法的对比
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
需要定期检查
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金属的防护
【总结】在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：
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练习
1、下面各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是 　 　.
⑤
④>②>①>③>⑤
电解池阳极腐蚀>原电池负极腐蚀>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极
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练习
2、下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(　　)
A、图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重
B、图b中，开关由M改置于N时，Cu－Zn合金的腐蚀速率减小
C、图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大
D、图d中，Zn－MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
B
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练习
3、相同材质的铁在图中四种情况下最不易被腐蚀的是 (　 )
C
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练习
4、下列关于如图所示的实验装置的判断中错误的是（ ）
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处都可减缓铁的腐蚀
C、若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法
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↑
D

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