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第四章 化学反应与电能
第三节 金属的腐蚀与防护
课前导入
金属腐蚀现象在生产生活中普遍存在。
金属的腐蚀
①机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，直至报废。
②飞机的某一零部件破损而造成坠毁；
③桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成塌陷；
④地下金属管道破裂而发生泄漏；
⑤轮船的船体损坏等。
金属腐蚀有哪些危害？
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。
金属的腐蚀
金属原子
金属阳离子
失去e－
M －ne－＝Mn＋
1.什么是金属腐蚀？
2.金属腐蚀的本质是什么？
金属腐蚀是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。
3.金属腐蚀的种类有哪些？
金属的腐蚀
金属的腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
吸氧腐蚀(水膜呈中性或酸性较弱）
析氢腐蚀(水膜呈酸性)
原电池反应
与氧化剂直接接触反应
由于与金属接触的气体或液体不同，发生腐蚀的情况也不同，所以金属的腐蚀一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
金属的腐蚀
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。
1.化学腐蚀
2.电化学腐蚀
当不纯的金属与电解质溶液接触时发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。
钢铁在潮湿空气中容易生锈
钢铁
Fe、C
水膜
电解质溶液
CO2、SO2、H2S
在钢铁表面形成无数微小原电池
金属的腐蚀
两种腐蚀的判断方法
①看金属：纯金属发生化学腐蚀
②看接触物：非电解质发生化学腐蚀，电解质溶液发生电化学腐蚀
金属腐蚀类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
定义 纯金属与接触到的物质直接反应 不纯的金属在潮湿的空气或电解质溶液中形成原电池，发生氧化还原反应
现象 金属被腐蚀 较活泼金属被腐蚀
区别 无电流产生 有微弱电流产生
实质与联系 ①实质：都是金属原子失去电子被氧化而损耗； ②化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍 M – ne- → Mn+
金属的腐蚀
取两支试管，分别加入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸。向左边的试管中滴加1~2滴硫酸铜溶液，观察现象。解释产生不同现象的原因。
结论：电化学腐蚀比化学腐蚀的速率大。
锌和稀盐酸
锌和稀盐酸
CuSO4
化学腐蚀
电化学腐蚀
金属的腐蚀
根据电解质溶液性质不同分为：析氢腐蚀和吸氧腐蚀
Fe + 2H+ =Fe2+ + H2↑
总反应：
2H++ 2e- =H2 ↑
正极：
负极：
Fe - 2e- = Fe2+
H+
酸性较强水膜或电解质溶液
Fe负极材料
负极反应物
C正极材料
（1）析氢腐蚀
金属的腐蚀
如果钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气，此时就会发生吸氧腐蚀。钢铁等金属的腐蚀主要是吸氧腐蚀。
（2）吸氧腐蚀
酸性很弱或中性的电解质溶液
正极反应物
负极材料
负极反应物
正极材料
总反应：2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)2
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
Fe - 2e- = Fe2+
负极：
正极：
后续反应：
4Fe(OH)2+ O2+2H2O =4Fe(OH)3
2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O
金属的腐蚀
金属的防护
发蓝处理
涂机油
喷漆
镀锌
不锈钢
金属的防护主要是从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。
金属的防护
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。
不锈钢
含铬、镍等合金元素
钛合金
抗腐蚀性，生物相容性
发蓝处理
使铁制品生成致密的四氧化三铁薄膜
包裹塑料
搪瓷
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。
白铁皮：薄钢板表面镀上一层锌
马口铁：薄钢板表面镀上一层锡
破损时，锌作负极而被腐蚀
破损时，铁作负极而被腐蚀
金属活动性：Zn > Fe > Sn
金属的防护
【实验】在含NaCl的琼脂溶液中滴入5~6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀后倒入两个培养皿中。分别将裹有锌皮的铁钉和缠有铜丝的铁钉放入两个培养皿中，观察并解释实验现象。
PS：Fe2+与K3[Fe(CN)6]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。
金属的防护
金属的防护
裹有锌皮的铁钉
缠有铜丝的铁钉
锌作负极：
2Zn－4e－＝2Zn2＋
铁作正极：
O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
铁作负极：
2Fe－4e－＝2Fe2＋
铜作正极：
O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
通过实验我们知道，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。
金属的防护
(1)牺牲阳极法
原理 ________原理
电极 要求 被保护的金属作___极，
活泼性更强的金属作___极
应用
原电池
正
负
找替罪“阳”
船舶外壳安装锌块
被保护金属作为正极（阴极）
活泼金属作为负极（阳极）
金属的腐蚀
被保护金属作为阴极
惰性电极作为辅助阳极
外接直流电源
（2）外加电流法
原理 ________原理
电极 要求 被保护的金属作___极，
与电源的___极相连
应用
电解池
阳
负
地下管道连接电源负极
金属的防护
下图各烧杯中盛有稀盐酸，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序是怎样的？
①
②
③
④
⑤
⑥
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
＞
＞
＞
＞
金属活动性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快
牺牲阳极法
外加电流法
腐蚀由快到慢：①②③④⑤⑥
随堂训练
1.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
随堂训练
3.如图所示水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：
(1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于________腐蚀。
(2)若试管内液面上升，则溶液呈 性，发生_______腐蚀，电极反应式：负极： _____________________，
正极：____________________________。
(3)若试管内液面下降，则原溶液呈___________性，发生______腐蚀。电极反应式：负极：___________________，
正极：___________________。
电化学
弱酸、中、碱
吸氧
2Fe－4e－=2Fe2＋
O2＋2H2O＋4e－=4OH－　
较强的酸
析氢
Fe－2e－=Fe2＋
2H＋＋2e－=H2↑
随堂训练
4.相同材质的铁在图中四种情况下最不易被腐蚀的是 (　 )
C
随堂训练
5.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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