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第三节
金属的腐蚀与防护
铁锈主要成分：Fe2O3 xH2O
铜锈的主要成分铜绿：Cu2(OH)2 CO3
思考：结合金属腐蚀产物价态变化分析什么是金属的腐蚀？金属腐蚀的实质是什么？
生活中常见的金属腐蚀的现象
一、金属的腐蚀
定义：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。
（1）化学腐蚀
（2）电化学腐蚀
（更普遍且危害大）
1、金属腐蚀：
实质：发生氧化还原反应 M - ne- = M n+
2、金属腐蚀的类型：
与金属接触的气体或液体不同，腐蚀情况不同
金属与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2、SO2等）直接发生化学反应引起的腐蚀叫做化学腐蚀。
3、化学腐蚀
（2）原理：
（1）定义：
（3）影响因素：
金属跟氧化剂直接发生氧化还原反应。
金属越活泼，越易被腐蚀；
金属所处的环境温度越高，腐蚀速率越快
氧化剂浓度越大，腐蚀速率越快。
铁与氯气直接反应而腐蚀
输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀
4、电化学腐蚀
不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。
①不纯的金属（或合金）
②发生原电池反应
③负极金属失电子被氧化
（1）定义：
（2）形成条件：
想一想：钢铁在干燥的空气里长时间不易被腐蚀,但在潮湿的空气里却很快被腐蚀,这是什么原因呢
在潮湿的空气里，钢铁表面会形成一薄层水膜，空气中的CO2、SO2、H2S等物质溶解在其中形成电解质溶液。并与钢铁制品中的铁和少量单质碳构成无数微小的原电池。在这些原电池中，铁作负极,碳作正极。
①析氢腐蚀：水膜酸性较强时发生，在腐蚀过程中不断有H2放出
水膜酸性
电解质溶液
Fe
H+
电极反应式：
负极：
正极：
总反应：
Fe - 2e-＝ Fe2+（氧化反应）
2H++ 2e- ＝H2↑（还原反应）
Fe + 2H+ ＝ Fe2+ + H2↑
（3）钢铁电化学腐蚀的类型：
水膜酸性很弱或中性
电解质溶液
Fe
②吸氧腐蚀：水膜酸性很弱或呈中性时发生，在腐蚀过程中吸收O2
电极反应式：
负极：
正极：
总反应：
Fe - 2e-＝ Fe2+（氧化反应）
2H2O + O2 + 4e- ＝ 4OH-（还原反应）
2Fe + O2 + 2H2O ＝ 2Fe(OH)2
Fe(OH)2继续与空气中的O2作用，
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O ＝ 4Fe(OH)3
Fe2O3·xH2O
铁锈
脱水
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
钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较
水膜呈酸性
水膜酸性很弱或呈中性
2H +2e = H2
+
_
Fe-2e =Fe
2+
_
Fe-2e =Fe
2+
_
O2+2H2O+4e = 4OH
_
_
2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2
Fe+ 2H =
+
Fe + H2
2+
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
Fe2O3 · x H2O
通常两种腐蚀同时存在，但以吸氧腐蚀为主。
烧过菜的铁锅如果未及时洗净（残液中含 NaCl），第二天便出现红棕色锈斑（主要成分为Fe 2 O 3 xH2O）。请问这种腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀 为什么
解析：属于电化学腐蚀。
因为铁锅是由生铁做成的,铁锅生锈是因为Fe-C-NaCl形成原电池。铁作负极，失去电子变成亚铁离子，从而被腐蚀。
【实验4-3】
（1）将经过酸洗除锈的铁钉在饱和食盐水浸泡后放在如图所示的具支试管中，几分钟后观察导管中水柱的变化，解释原因。
实验现象：
几分钟后,装置中的导管中水柱上升
结论：说明装置中有气体参加反应。发生吸氧腐蚀。
【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。
实验现象：
刚开始产生气泡速率相同；之后加硫酸铜溶液的试管产生气泡速率加快。
结论：说明形成原电池能加快化学反应速率。电化学腐蚀比化学腐蚀速率大得多。
化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
化学腐蚀 电化学腐蚀
条件
现象
反应
影响因素
腐蚀快慢
相互关系
化学腐蚀和电化学腐蚀同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀。
而且电化学腐蚀比化学腐蚀速率大得多。
较活泼的金属被氧化
金属被氧化
有微弱的电流产生
不产生电流
不纯金属跟电解质溶液接触
金属跟接触的物质反应
随温度升高而加快
与原电池的组成有关
相同条件下较电化学腐蚀慢
较快
1、铜制品上的铝质铆钉，在潮湿空气中易腐蚀的原因可描述为（ ）
A．形成原电池时铝作负极
B．形成原电池时铜作负极
C．形成原电池时，电流由铝经导线流向铜
D．铝铆钉发生了化学腐蚀
2、以下现象与电化腐蚀无关的是（ ）
A．黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿
B．生铁比软铁蕊（几乎是纯铁）容易生锈
C．铁质器件附着铜质配件，在接触处易生铁锈
D．银质奖牌久置后表面变暗
A
D
二、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
把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢产品；
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
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。
在钢铁制品的表面喷涂油漆、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料等；
用电镀等方法在钢铁表面镀上一层锌、锡、铬、镍等金属；
（1）非金属保护层
（2）金属保护层
用化学方法在钢铁部件表面进行发蓝处理
(生成一层致密的四氧化三铁薄膜)
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也可以形成稳定的钝化膜。
（3）发蓝处理
（4）钝化处理
3、电化学防护
（1）牺牲阳极法
负极：活泼金属，
正极：被保护金属
牺牲阳极法通常是在被保护的钢铁设备上(如锅炉的内壁、船舶的外壳等)安装若干镁合金或锌块。镁、锌比铁活泼，它们就成为原电池的负极，不断遭受腐蚀(需要定期检查、更换),而作为正极的钢铁设备就被保护起来
原电池原理
实验4-4（1）
实验装置 电流表 阳极 阴极
现象
有关反应
指针偏转
逐渐溶解
质量不变，无气泡产生，
加入铁氰化钾溶液，无变化
Zn-2e-=Zn2+
O2+4e-+4H+=H2O
说明：Fe2+的检验：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。
结论：Fe、Zn和经过酸化的NaCl溶液构成原电池；该装置中铁未被腐蚀
实验4-4（2）
现象
解释
靠近锌皮处颜色无变化，靠近裸露在外的铁钉处出现红色
靠近铜丝处出现红色，靠近裸露在外的铁钉处出现蓝色。
构成原电池反应，Zn作阳极(负极)铁作阴极(正极),锌被腐蚀，铁被保护。
构成原电池应，铁作阳极(负极),铜作阴极(正极),铁被腐蚀，阳极上发生Fe-2e- =Fe2+, Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液反应生成KFe[Fe(CN)6]蓝色沉淀
（a）
（b）
（2）外加电流法
原理：阴极：被保护金属
具体方法：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，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零。在这个系统中，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护。
规律小结
1、在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：
电解原理引起的腐蚀（做电解池阳极）＞原电池原理引起的腐蚀（做原电池负极） ＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀
防腐措施由好到坏的顺序如下：
电解原理保护（做电解池阴极）＞原电池原理保护（做原电池正极）＞有一般防腐条件保护＞无防腐条件
4、对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
2、对于活动性不同的两金属，活动性差别越大，氧化还原反应的速率越大，活泼金属腐蚀越快；纯度越高的金属，腐蚀速率越小。
3、同一种金属的腐蚀：在强电解质中 ＞ 弱电解质中 ＞ 非电解质中。
思考交流：
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)
练习：下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是
(4)
(2)
(1)
(3)
课堂检测
1、如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为 (　　)
A．②①③④⑤⑥　　　　　B．⑤④③①②⑥
C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥
C
2.右图装置中，U型管内为红墨水，
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
B
3. 下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是（ ）
A. 纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗
B. 当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用
C. 在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法
D. 可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
AC

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