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高二化学 选择性必修一
第四章 化学反应与电能
金属的腐蚀
与防护
金属材料在我们的日常生活中具有举足轻重的作用。如果保护不当，他们会变成什么模样呢？
生
锈
4.3 金属的腐蚀与防护
【新课导入】
金属生锈会对人类带来巨大的损失，你知道金属腐蚀有哪些危害吗？你知道金属生锈的原因吗？我们该采取什么措施防止金属生锈呢？
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。
金属腐蚀的危害
4.3 金属的腐蚀与防护
1、什么是金属腐蚀？
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。
2、金属腐蚀的种类有哪些？
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。
思考与讨论
4.3 金属的腐蚀与防护
铁锈主要成分：Fe2O3 xH2O
0
Fe
+3
Fe2O3 xH2O
金属原子失去电子，被氧化。 M - ne- = Mn+
金属腐蚀的实质是什么？
4.3 金属的腐蚀与防护
铜绿主要成分：Cu2(OH)2 CO3
0
Cu
+2
Cu2(OH)2 CO3
1、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。
家用燃气灶的中心部位
很容易生锈
食品罐头放在南极80多年
却很少生锈
温度对化学腐蚀的影响较为明显。
一、金属腐蚀
4.3 金属的腐蚀与防护
2、电化学腐蚀：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。
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。
①钢铁的成分：
铁碳合金
②钢铁所处的环境：
潮湿的空气
4.3 金属的腐蚀与防护
一、金属腐蚀
1、析氢腐蚀
在酸性环境中，由于钢铁在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫做析氢腐蚀。
负极：
正极：
Fe-2e-=Fe2+
2H++2e-=H2↑
Fe + 2H+ ＝ Fe2+ + H2↑
总反应：
水膜酸性较强
4.3 金属的腐蚀与防护
二、钢铁的腐蚀
O2 +4e +2H2O=4OH
2Fe+O2 +2H2O=2Fe(OH)2
4Fe(OH)2 +O2 +2H2O=4Fe(OH)3
2Fe 4e =2Fe2+
2、吸氧腐蚀
水膜酸性很弱或呈中性
在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，此时会发生吸氧腐蚀。
负极：
正极：
总反应：
后续反应：
4.3 金属的腐蚀与防护
2Fe(OH)3 == Fe2O3·xH2O+(3-x) H2O
二、钢铁的腐蚀
实验探究
【实验4-3】
（1）将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入图4-21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。
（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。
图4-21 铁钉的吸氧腐蚀实验
4.3 金属的腐蚀与防护
析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件
电极反应 负极Fe
正极C
总反应 进一步反应
联系 水膜呈较强酸性
水膜呈中性或弱酸性
Fe-2e-=Fe2+
2Fe-4e-=2Fe2+
O2+2H2O+4e-=4OH-
2H++2e－=H2↑
2H++Fe=Fe2++H2↑
2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2
2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
两种腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，但以吸氧腐蚀为主(pH≥5.6时)，若pH<5.6时则为析氢腐蚀。
析氢腐蚀与吸氧腐蚀比较
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
发生的条件
电流
本质
相互关系 金属与接触物直接反应
不纯金属或合金与电解质溶液形成原电池
无电流产生
有电流产生
金属被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
两者往往同时发生，但以电化腐蚀为主。电化学腐蚀速率比化学腐蚀大得多。
化学腐蚀与电化学腐蚀比较
4.3 金属的腐蚀与防护
思考讨论
我国因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值(GNP)的2% ～ 4%，钢铁因腐蚀而报废的数量约占钢铁当年产量的25%-30%。全世界每年因为金属腐蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元，是地震、水灾、台风等自然灾害造成损失总和的6倍。
面对金属腐蚀危害的事实，你了解哪些金属防护的方法？根据金属腐蚀实质，你能提出金属的防护方法吗？
4 . 24
世界腐蚀日
切断原电池反应
给予金属电子
改变金属材料组成
在金属表面覆盖保护层
金属的防护方法
4.3 金属的腐蚀与防护
1. 改变金属材料的组成
如普通钢中加入镍、铬等制成不锈钢产品，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。
钛合金髋关节
4.3 金属的腐蚀与防护
三、金属的防护
2. 在金属表面覆盖保护层
4.3 金属的腐蚀与防护
三、金属的防护
喷漆
搪瓷
包裹塑料
涂矿物性油脂
搪瓷是将无机玻璃质材料通过熔融凝于基体金属上并与金属牢固结合在一起的一种复合材料。
镀铬
2. 在金属表面覆盖保护层
4.3 金属的腐蚀与防护
三、金属的防护
发蓝处理
发蓝是钢铁零件表面处理的一种防腐蚀的工艺。其原理就是在钢铁表面生成一定厚度和强度的致密的氧化层，成分主要是Fe3O4。
利用阳极氧化处理铝制品的表面，使之形成致密的氧化膜而钝化。
采用离子注入，表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。
3. 电化学保护法
4.3 金属的腐蚀与防护
三、金属的防护
钢闸门
(阴极)
海水
锌板
(牺牲阳极)
(1)、牺牲阳极法—— 原理
原电池
牺牲锌块来保护钢闸门，锌块必须定期更换
极：比被保护金属活泼的金属；
极：被保护的金属设备。
负
正
e-
e-
Zn
应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块。
经过酸化的
3％NaCl溶液
Zn
A
Fe
（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？
实验探究
【实验4-4】
4.3 金属的腐蚀与防护
实验探究
【实验4-4】
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。
4.3 金属的腐蚀与防护
（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。
a
b
4.3 金属的腐蚀与防护
实验探究
【实验4-4】
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
a
b
4.3 金属的腐蚀与防护
实验探究
【实验4-4】
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
电解池
极：被保护的金属设备；
极：惰性金属或石墨。
阴
阳
- +
e
(2)、外加电流法—— 原理
e
4.3 金属的腐蚀与防护
应用：钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极。
3. 电化学保护法
三、金属的防护
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
4.3 金属的腐蚀与防护
1．电解的腐蚀>原电池引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀
2．原电池引起的腐蚀：两极材料的活动性差别越大，氧化还原反应的
速率越快，活泼金属被腐蚀的速度越快。
3．同一金属不同电解质溶液：强电解质>弱电解质>非电解质
4．同一金属相同电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快．
5. 同一金属在相同电解质溶液中：
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
四、（拓展）金属腐蚀快慢的一般规律
4.3 金属的腐蚀与防护
下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是： 。
(5)>(2)>(1)>(3)>(4)
下列装置中Zn片腐蚀速率由慢到快的是： 。
(4)>(2)>(1)>(3)

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