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金属的腐蚀与防护
专题１ 化学反应与能量
苏教版 选择性必修1
1、能从电化学角度理解金属腐蚀现象，能分析和评估金属腐蚀给国民经济发展带来的不利影响；
2、能结合实例提出金属防护的常用方法；
3、能利用金属腐蚀原理思考生产和生活中的有关问题，设计解决问题的合理方案。
在生产和生活中，金属腐蚀所带来的损失非常严重。金属生产设备的腐蚀损坏会导致工厂停产，金属腐蚀还会使钢结构桥梁、建筑物等损坏甚至坍塌，地下金属管道会因腐蚀而泄漏，金属船体会因腐蚀而损坏，许多场所的金属腐蚀还会造成火灾、爆炸等严重后果。 据报道，全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约占各国国内生产总值（GDP）的2%~4%，我国2014年因金属腐蚀所造成的年损失总和约2万亿人民币，是当年台风、地震、干旱、洪水等各种自然灾害造成损失总和的4~6 倍。因此，了解金属腐蚀的原因，寻求防止金属腐蚀的方法和措施，具有十分重要的意义。
铜绿成分：Cu2(OH)2CO3
铁锈成分：Fe2O3·nH2O
请阅读课本第30页，思考下列问题：
1.什么是金属腐蚀，其实质是什么？
2.金属腐蚀有哪些类型？它们的原理有何不同？
1.金属的腐蚀：
金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象
实质：
金属原子失电子被氧化，表示为：M-ne-=Mn+
2.金属的腐蚀的类型：
化学腐蚀与电化学腐蚀
分类
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
现象
本质
联系
金属与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2、SO2等）直接反应
不纯的金属或合金与电解质溶液接触，形成原电池
无电流产生
有微弱电流产生
金属被氧化
较活泼的金属被氧化
化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，速率更快
铁与氯气直接反应腐蚀
输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀
向铁粉中加入少量炭粉，混合均匀后，撒入内壁分别用氯化钠溶液和稀醋酸润湿过的两支具支试管（分别标记为 a、b）中，按图1-29组装好仪器。几分钟后，打开止水夹，观察、比较导管中水柱（在水中滴加几滴红墨水）的变化和试管中的现象，思考下列问题：
1. 向铁粉中加入炭粉的作用是什么？
2. 两个实验的现象有何差异 ？ 产生差异的可能原因是
什么？
我们已经知道，钢铁生锈是铁与空气中的氧气及水蒸气反应的结果。那么，空气中的氧气和水蒸气是怎样使钢铁生锈的呢？
实验现象：
思考下列问题：
1.向铁粉中加入碳粉的作用是什么？
2.两个实验的现象有何差异？产生差异的可能原因是什么？
碳作原电池的正极，铁作原电池的负极，形成无数微小的原电池。
电解质的酸碱性不同，正极反应物不同。
铁粉都生锈，a中导管内水柱上升，b中导管内水柱下降。
三、电化学腐蚀的类型
1、吸氧腐蚀
（1）条件：
在潮湿的空气中，水膜酸性很弱或呈中性
（2）原电池反应
负极：
正极：
电池反应：
2Fe－4e－=2Fe2＋（氧化反应）
O2＋4e－＋2H2O=4OH－（还原反应）
2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2
Fe(OH)2进一步被O2氧化生成Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水生成Fe2O3·nH2O，它就是铁锈的主要成分。 4Fe(OH)2 ＋O2 ＋ 2H2O=4Fe(OH)3
三、电化学腐蚀的类型
2、析氢腐蚀
（1）条件：
（2）原电池反应
负极：
正极：
电池反应：
随着氢气的析出，水膜的pH上升，Fe2＋与OH－结合生成 Fe(OH)2，Fe(OH)2继续与空气中的O2作用，生成Fe(OH)3，进而形成铁锈。
在潮湿的空气中，水膜酸性较强
Fe－2e－=Fe2+（氧化反应）
2H＋＋2e－=H2↑（还原反应）
Fe ＋ 2H＋=Fe2+＋ H2↑
在一般情况下，这两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率也大得多。
腐蚀速率的快慢
铁生锈除了必须有空气及水的参与之外，还受其他一些因素的影响。请解释下列有关铁生锈现象的原因。
1. 相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更容易被腐蚀。
2. 1910年遗留在南极的食品罐头盒，其表面至今很少有铁锈出现。
3. 用于固定铜板的铁螺丝容易生锈。
4. 当化工厂排出的废气为酸性时，工厂附近的铁制品容易生锈。
海水中电解质溶液的浓度大，腐蚀速率快
南极气温低，没有液态水，不能形成电解质溶液
铁与铜及空气、水形成原电池，铁作负极被氧化
在酸性环境下，铁制品易发生析氢腐蚀。
下列事实中，与电化学腐蚀无关的是（ ）
A. 埋在潮湿土壤里的铁管比埋在干燥土壤里的铁管更易被腐蚀
B. 金属钠置于空气中表面变暗
C. 镀银的铁制品，镀层部分受损后，露出的铁表面更易被腐蚀
D. 黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿
E. 生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈
F. 铁制器件附有铜制配件，在接触处易生铁锈
B
有两个电极、电解质溶液
日常炒菜用的铁锅（铁碳合金）炒菜后有残存的氯化钠，放置后水滴容易聚集到锅底，与水接触的界面构成吸氧腐蚀，形成铁锈，而影响铁锅的使用寿命。因此在使用后要进行清洗并擦干。
日常生产和生活中，人们采取了多种防止金属腐蚀的措施。请通过实地调查、参观走访、查阅资料等方式，了解生产、生活中常用的防止金属腐蚀的方法，分析这些方法能防止金属腐蚀的原理，并将你获取的信息与同学讨论后填入下表。
四、金属的防护——防止金属被氧化
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。例如，把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢产品。
不锈钢产品
2、在金属的表面覆盖保护层
为使金属与空气、水隔绝，可在钢铁表面涂油或油漆、 覆盖塑料、镀不活泼金属等；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。
在铁的表面镀上一层金属是常见的防止铁生锈的方法，常见的有镀锡（马口铁）和镀锌（白铁皮），当马口铁和白铁皮上的金属镀层损坏时，镀层金属和铁在潮湿的空气中会形成原电池。试分析上述两种原电池中，哪一种情况下铁不容易被腐蚀？为什么？
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag……
镀锌（白铁皮），形成原电池时，锌作负极，发生氧化反应。
3、电化学防腐
（1）、牺牲阳极的阴极保护法
原理：应用 原理，是将被保护金属与比其更活泼的金属连接在一起，更活泼的金属（如镁、锌等）作 极，在不断被腐蚀后定期更换，被保护金属作 极。此法常用于保护海轮外壳及石油管道等。
负
原电池
正
—
+
（2）、外加电流的阴极保护法
原理：应用 原理，将被保护的钢铁设备作为 极，另加惰性电极作为 极，两者都处在电解质溶液（如海水）中，接上外加直流电源。通主要用于 防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。
阴
阳
电解池
1、请说明以下防锈方法的原理。
（1）在电线的外面常包裹一层塑料。
（2）海轮的外壳上除了喷一层漆外，还会附上一些锌块。
（3）大型水闸常与直流电源的负极相连，再在电源的正极连上惰性电极，置于附近的水中。
在金属的表面覆盖保护层
保护层与牺牲阳极的阴极保护法
外加电流的阴极保护法
2、在下图所示装置的烧杯中均盛有海水，其中能保护铁不被腐蚀的是（ ）双项
BD
金属被保护的效果：
电解池的阴极>原电池的正极＞一般防护措施＞无保护措施。
钢筋混凝土的腐蚀过程
港珠澳大桥使用的防腐技术
金属腐蚀原理的合理利用
金属腐蚀每年给社会带来巨大的经济损失，为减少其危害，我们可以依据金属腐蚀的原理，寻找出更合适的方法防止金属腐蚀。如，将铝片浸入浓硫酸或浓硝酸时，铝片表面就会产生一层致密的氧化铝膜，从而阻止铝进一步被氧化，达到保护铝的效果。因此，可以用铝罐车运输冷的浓硝酸和浓硫酸。铁在 NaOH和NaNO2的混合溶液中发蓝、发黑，使铁表面形成一层致密的氧化膜，也可防止铁腐蚀。
其实，合理利用金属腐蚀的原理也可以为人类的生产、生活服务，例如，印刷电路的制作、电化学刻蚀、等离子刻蚀技术等都是金属腐蚀原理在生产技术中的应用。又如，生活中常用的“暖贴”正是利用吸氧腐蚀的原理制造的。
事物的变化都有两面性，我们必须学会辩证地分析事物，在避免不利因素的同时，应用其合理的成分为人类服务。
成分：铁粉、活性炭、氯化钠、蛭石、吸水性树脂
使用方法：本产品一旦接触空气，即开始发热。
保温
吸氧腐蚀的应用——暖宝宝
请结合暖宝宝成分与使用方法，分析暖宝宝为什么会发热？
负极：Fe - 2e-=Fe2+
正极：2H2O + O2 + 4e- = 4OH-
总反应：2Fe + O2 +2H2O = 2Fe(OH)2
金属
被氧化
金属的腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
防止氧化
金属的防护
电化学防护
牺牲阳极的
阴极保护法
外加电流的
阴极保护法
改变结构
加保护层
原电池正极
电解池阴极

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