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第四节 金属的电化学腐蚀和防护
铁生锈
锈迹斑斑
金属的腐蚀在生活中非常普遍
钢铁生锈
铜器生锈
铜器表面生成铜绿
金属腐蚀的危害
金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面就会发生变化，从而使机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，直至报废。
金属腐蚀还会使桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成坍塌，地下管道发生泄漏，轮船船体损坏等等。
据统计，发达国家每年由于金属腐蚀造成的直接损失约占全年国民生产总值的2%--4%，远远超过水灾、火灾、风灾、地震等自然灾害造成损失的总和。
1.概念
3.金属的腐蚀的类型
一、金属的腐蚀
M - ne- → Mn+
2.金属腐蚀的本质
金属或合金与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。
——根据与金属接触的气体或液体不同
化学腐蚀
金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而 加快。
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，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀
金属腐蚀过程中，电化学腐蚀和化学腐蚀同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀，且比化学腐蚀的速率大得多。
海边的铁制品比较容易生锈。
为什么钢铁在干燥的空气中不易生锈，而在潮湿的空气中却易生锈呢？
钢铁
潮湿空气
水膜
CO2、 SO2、H2S
电解质溶液（H+)
铁
碳
原电池
电解质溶液形成：
H2O+CO2 H+ +HCO3-
H2O H+ +OH-
钢铁在这过程发生了电化学腐蚀。
根据电解质溶液的酸碱性的不同电化学腐蚀可分为两种。
--正极
--负极
二、金属的电化学腐蚀
2H++ 2e- =H2 ↑
Fe - 2e- = Fe2+
总反应：Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 ↑
负极：
正极：
当钢铁处于较强酸性环境中时
1、析氢腐蚀
[实验4-3]将用酸洗除锈的铁钉，在饱和食盐水浸泡后放在如图所示的装置中，几分钟后观察导管中水柱的变化。
实验现象：
几分钟后,装置中的导管中水柱上升，
几天之后发现铁钉表面生锈
说明装置中有气体参加反应。
结论：
二、金属的电化学腐蚀
2H++ 2e- =H2 ↑
Fe - 2e- = Fe2+
总反应：Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 ↑
负极：
正极：
钢铁处于强酸性环境中
1、析氢腐蚀
2、吸氧腐蚀
钢铁处于酸性很弱或中性环境中
总反应：2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)2
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
Fe - 2e- = Fe2+
负极：
正极：
4Fe(OH)2+ O2+2H2O =4Fe(OH)3
2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O
通常两种腐蚀同时存在,但以吸氧腐蚀为主
实验操作 实验现象 实验解释
①试管中产生气泡的速率___ Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成 ，发生___
腐蚀，产生气泡的速率更__
快
原电池
电
化学
快
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
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
三、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。不锈钢、钛合金。
(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是一种普遍采用的防护方法。喷涂油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷、塑料等；电镀锌、锡、铬、镍等；利用化学方法、离子注入法、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。金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极的金属被腐蚀，作为正极的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为正极极，则该金属就不易被腐蚀。牺牲阳极法、外加电流法。
金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。
健身器材刷油漆以防锈
衣架和电线的外面包上一层塑料层
某些工具的“机械转动部位”选用油脂来防锈
自行车的钢圈和车铃是在钢上镀上一层既耐腐蚀又耐磨的铬
家里用的不锈锅
将无机玻璃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
正极（阴极）
四、金属的电化学防护
—— —— —— —— —— —— —— —— — —— —— —— —— ——
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海水
钢闸门
负极
（牺牲阳极）
e-
e-
1、牺牲阳极法
锌
板
原理：原电池原理，被保护的金属作 ，活泼性更强的金属作 。
应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块。
正极
负极
用牺牲锌块的方法来保护船身，锌块必须定期更换
锌块
用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块必须定期更换
实验装置 电流表 阳极(负极区) 阴极(正极区)
现象 指针____ Zn溶解 有 产生， 蓝色沉淀生成
有关反应 — _______________ _________________
结论 溶液中不含Fe2＋，铁作正极未被腐蚀
[实验探究一]
如图装置反应一段时间后，往Fe电极区滴入2滴 色 (铁氰化钾)溶液，观察实验现象。
已知Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的KFe[Fe(CN)6]沉淀。
黄
K3[Fe(CN)6]
偏转
气泡
无
Zn－2e－===Zn2＋
2H＋＋2e－===H2↑
实验装置
现象 铁钉周围_____ 铁钉周围生成 ，铜丝周围_____
结论 铁作为负极时易被腐蚀，作为正极时未被腐蚀
[实验探究二：]
在两个培养皿中分别放入含有NaCl的琼脂，并注入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，将裹有锌皮的铁钉放入a，缠有铜丝的铁钉放入b。
变红
蓝色沉淀
变红
e-
e-
—— —— —— —— —— —— —— —— — —— —— —— —— ——
—— —— —— — ——
海水
阳极
阴极
2、外加电流法
钢闸门
惰性
电极
负极
原理：电解池原理，被保护的金属作为阴极，与电源的 相连。
应用：钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极。
牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法
原理
两极
优缺点
原电池原理
电解原理
负极：活泼金属
正极：被保护金属
阳极：惰性电极
阴极：被保护金属
负极(活泼金属)不断遭受腐蚀，定期予以拆换
阳极(惰性电极)不需拆换
辅助阳极（不溶性）
四、（拓展）金属腐蚀快慢的一般规律
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
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)
C
1.埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种情况下被腐蚀速率最慢的是 ( )
A．在潮湿疏松的土壤中；
B．在含铁元素较多的酸性土壤中；
C．在干燥致密不透气的土壤中；
D．在含碳较多的潮湿透气的中性土壤
2.下列现象与电化学腐蚀无关的是（ ）
A．黄铜制作的铜锣不易产生铜绿
B．生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易 生锈
C．铁制器件附有铜制配件，在接触处易生铁锈 　　
D．银质奖章久置表面变暗
D
(1)若液面上升，则溶液呈 ，
发生 腐蚀,电极反应式为：
负极： ,
正极： 。
3.如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：
(2)若液面下降，则溶液呈 ，
发生 腐蚀，电极反应式为：
负极： ，
正极： 。
弱酸性或中性
吸氧
2Fe －4e－＝2Fe2+
O2+2H2O+4e－＝4OH－
较强酸性
析氢
Fe － 2e－＝Fe2+
2H++2e－＝H2↑

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