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第四章 化学反应与电能 第三节
金属的腐蚀
钢铁生锈
金属的腐蚀在生活中非常普遍
铜器生锈
主要成分：Fe2O3 · xH2O
铜绿的主要成分：Cu2(OH)2CO3
【资料】——金属的腐蚀的危害
面对这样惊人的数据和金属腐蚀危害事实，大家有没有想过，铁怎么会被腐蚀？怎样防腐？
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。
1、什么是金属的腐蚀？
2、金属腐蚀的实质是什么？
3、一般金属的腐蚀可分为几种？各有什么特点？
【自主学习-P107】
是指金属或合金跟接触的气体或液体发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。
M-ne- =Mn+
化学腐蚀
电化学腐蚀
一、金属的腐蚀
2. 本质：
1. 定义：
金属或合金跟接触的气体或液体发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。
其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。
M－ne－ = Mn+
金属跟接触到的干燥气体（如O2、Cl2、SO2等）或非电解质液体（如石油）等直接发生化学反应而引起的腐蚀。
（1）化学腐蚀：
3、分类
输送原油的钢管在无水、
无氧的情况下被腐蚀而漏油
Fe
Fe2O3·xH2O
0
+3
（2）电化学腐蚀：
不纯的金属跟电解质溶液接触时，发生原电池反应而引起的腐蚀。
请比较下列Fe腐蚀速率的快慢？
铁与酸反应，
铁被腐蚀。
铁与碳形成原电池铁作负极被腐蚀。
较慢 较快
铜板上的铁铆钉生锈
潮湿环境中的铁制水管、轮船生锈
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
通常情况下，两者同时存在，以电化学腐蚀为主
【探究1】潮湿环境中钢铁生锈原理探究
实验操作
实验现象
实验结论
盐酸浸泡过的铁钉
装置中铁、碳和盐酸构成原电池，
铁钉发生析氢腐蚀腐蚀
导管中有水柱下降，铁钉表面有铁锈生成
条件：水膜酸性较强
正极： 2H++ 2e- =H2 ↑
负极： Fe - 2e- = Fe2+
总反应：Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 ↑
实验操作
实验现象
实验结论
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
导管中有水柱上升，铁钉表面有铁锈生成
【实验4-3】潮湿环境中钢铁生锈原理探究
负极：2Fe - 4e- = 2Fe2+
正极：O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
总反应： 2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)2
条件:弱酸性或中性或碱性
或2Fe- 4e- +4OH- =2Fe(OH)2
装置中进一步反应：
4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O =4 Fe(OH)3
2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x) H2O
2H＋ + 2e = H2↑
想一想：为什么钢铁吸附的水膜呈现不同性质的时候，正极的电极反应不同？
pH=2.0、3.0、3.5：
pH=4.0：
O2 + 4e + 4H+ = 2H2O
（析氢腐蚀）
（吸氧腐蚀）
写出pH＝2.0～3.5和4.0时发生的主要正极反应。
【创新实验】不同pH下，试管中气体压强随时间变化情况
析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件
电极反应 负极Fe(-)
正极C(+)
总反应
联系 水膜呈强酸性
水膜呈弱酸性或中性或碱性
Fe-2e-=Fe2+
2Fe- 4e- = 2Fe2+或
O2+2H2O+4e- =4OH-
2H++2e－=H2↑
2H++Fe=Fe2++H2 ↑
2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
金属的腐蚀以电化学腐蚀为主，
电化学腐蚀又以吸氧腐蚀为主。
钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较
2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x) H2O
2Fe- 4e-+4OH- =2Fe(OH)2
1、下列关于金属腐蚀的说法正确的是 (　　)
A．合金都比纯金属易被腐蚀
B．金属化学腐蚀的实质是：M－ne－=Mn＋，电子直接转移给氧化剂
C．金属的电化学腐蚀必须在酸性条件下进行
D．在潮湿的环境中，金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀
E．镀锌铁皮的镀层损坏后，铁更容易被腐蚀
B
探究一：镀锌铁皮和镀锡铁皮哪个更易被腐蚀？为什么？
探究二：纯锌和粗锌哪个更易和酸反应？如果向溶液中再加入硫酸铜又会什么现象？
【巩固练习】
2．某学生为研究金属腐蚀的条件，用金属丝把三根大小相同的铁钉分别固定在如图所示的三个装置中，放置一星期后观察现象，下列描述错误的是 (　　)
A．装置Ⅰ的U形管铁钉一侧的液面一定会上升
B．装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重
C．比较U形管铁钉一侧的液面：装置Ⅰ比装置Ⅱ的低
D．装置Ⅲ中的铁钉几乎没有被腐蚀
C
3、利用下图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，
密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是 (　 )
A. a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀
B. 一段时间后，a管液面高于b管液面
C. a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小
D. a、b两处具有相同的电极反应式：
Fe－2e－=Fe2＋
C
在酸性(较强)条件下：发生析氢腐蚀；
在中性(碱性或极弱的酸性)条件下发生吸氧腐蚀。
金属的防护
1965年冬天，在湖北省望山楚墓群中，出土了传说中的越王勾践剑。这把青铜宝剑穿越了两千多年的历史长河，但剑身几乎不见锈斑。它千年不锈的原因是什么呢？
越王勾践剑的含铜量约为80%-83%、含锡量约为16%-17%。该剑出土时插在髹漆的木质剑鞘内。这座墓葬深埋在数米的地下，墓室四周用白膏泥填塞，白膏泥致密性更好。
烤蓝
涂机油
烤漆
涂凡士林
镀锌
镀铬
讨论自行车不同构件的防锈措施？
覆盖塑料
1、改变金属的内部组织结构，如
2、在金属表面覆盖保护层
不锈钢
二、金属的防护
3、电化学保护法
例如：①喷涂漆；②涂油脂；③表面钝化；④烧蓝（致密的Fe3O4膜；⑤电镀(在钢铁表面形成铬等耐腐蚀性较强的金属镀层)等。
喷漆
镀铬
搪瓷
发蓝处理
制成不锈钢
原理：应用原电池原理，让被保护金属作正极，另找一种活泼性较强的金属作负极
牺牲阳极的阴极保护法示意图
用牺牲锌块的方法来保护船身
船身上装锌块
（1）牺牲阳极的阴极保护法
实验4-4
（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？
说明：Fe2+的检验：Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液(黄色)反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁KFe[Fe(CN)6]沉淀。这是检验溶液中Fe2+的常用方法。
实验装置 电流表 阳极 阴极
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↑
【现象】试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6] (铁氰化钾)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。
(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。
实验4-4
裹有锌片的铁钉，锌片逐渐溶解，铁钉附近溶液变红色；
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；铜丝周围溶液变红
实验结论：
锌作负极，发生反应：
Zn-2e-=Zn2+；
铁作正极，发生反应：
O2+2H2O+4e-=4OH-
铁作正极，不反应，被保护
实验结论：
铁作负极，发生反应：Fe-2e-=Fe2+；
铜作正极，发生反应：
O2+2H2O+4e-=4OH-
Fe2+与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀
铁作负极，发生氧化反应，被腐蚀
实验现象：
实验现象：
例1、相同材质的铁在图中四种情况下最不易被腐蚀的是
( 　 )
C
将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。
主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。
辅助阳极
（不溶性）
（2）外加电流的阴极保护法
外加电流的阴极保护法示意图
- +
答：牺牲阳极法和外加电流法采用的辅助阳极，在电极上发生的反应类型是相同的，都是发生氧化反应。
采用的辅助阳极在化学性质上要求是不同的，牺牲阳极法采用的辅助阳极金属材料的活动性必须比被保护的金属的活动性要强，外加电流法的辅助阳极只起导电作用，惰性电解和金属均可作辅助阳极，但最好选用惰性电极。
例2、支撑海港码头基础的钢管桩, 常用外加电流的阴极保护法进行防腐, 工作原理如图所示, 其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是（ ）
A ．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
C
迁移
保护电流应根据环境（pH值，离子浓度，温度）变化
4．其他方法
（1）根据不同的设计条件选用不同的金属或非金属材料；
（2）控制和改善环境介质因素(如选用缓蚀剂)等。
（3）金属防护包括生产设计、选材、防腐措施、施工、监测、管理和维护等环节，需要进行综合评价和决策。
例3、下列各情况下，其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是
。
(5)
(2)
(1)
(3)
(4)
【规律】金属的腐蚀快慢和金属的防护方法的优劣
（1）各种腐蚀的程度由大到小依次排列为：
同一种金属的腐蚀：在强电解质中 弱电解质中 非电解质中
>
>
(2)各种防腐蚀措施由好到差的顺序为：
例4、下列各种镀有金属保护层的铁板，镀层破损后在相同的环境中，铁板最易被腐蚀的是 (　　)
A．镀锌铁(白铁)　 B．镀锡铁(马口铁)
C．镀铜铁 D．镀银铁
D

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