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第四章 化学反应与电能
第三节 金属的腐蚀与防护
1.知道金属腐蚀的现象及危害，了解金属腐蚀的类型和本质。
3.能根据电化学原理选择并设计金属防护的措施。
2.知道金属防护的常见方法。
学习目标
金属腐蚀
新课导入
金属腐蚀:
是金属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。
本质:
金属原子失去电子被氧化的过程。
一、金属的腐蚀
1.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。
影响因素：与金属本性、接触物质的氧化性及温度有关。
特点:
无电流产生。
一、金属的腐蚀
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，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。
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。
有微弱电流产生。
特点：
一、金属的腐蚀
2.电化学腐蚀
(1)析氢腐蚀
负极（Fe）：
正极（C） ：
在酸性环境中，在腐蚀过程中不断有H2放出。
（pH≤4.3）
Fe - 2e- === Fe2+
2H+ + 2e- === H2↑
Fe + 2H+ === Fe2+ + H2↑
总反应：
一、金属的腐蚀
钢铁的析氢腐蚀示意图
(2)吸氧腐蚀
钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性或碱性，但溶有一定量的氧气，此时就会发生吸氧腐蚀。
4Fe(OH)2+2H2O+O2 = 4Fe(OH)3
Fe - 2e- = Fe2+
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
通常吸氧和析氢两种腐蚀同时存在，但吸氧腐蚀更普遍。
主要原因：水膜一般不显强酸性；多数金属都可发生。
负极（Fe）：
正极（C） ：
2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2
总反应：
Fe2O3 · xH2O
一、金属的腐蚀
2.电化学腐蚀
钢铁的吸氧腐蚀示意图
【实验4-3】
(1)铁钉的吸氧腐蚀
导管中液面上升
实验现象
实验解释
铁-碳-饱和食盐水构成原电池，
铁钉发生吸氧腐蚀，导致压强变小
一、金属的腐蚀
【实验4-3】
实验现象
实验解释
均有气泡，且滴加CuSO4试管产生气泡速率更快
Zn置换出Cu，Zn、Cu、稀盐酸构成原电池，能加快反应速率
一、金属的腐蚀
(2)两支试管中分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸，观察现象。然后向其中一只试管中滴加1-2滴硫酸铜溶液，观察现象。
总结：
在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：
电解原理＞原电池原理＞化学腐蚀＞防腐措施的腐蚀
一、金属的腐蚀
1.改变金属材料组成
不锈钢高压锅
不锈钢盆
钛合金炒锅
如：含铬、镍等合金元素的不锈钢具有很好的抗腐蚀性能。
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。
二、金属的防护
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。
表面喷涂油漆/油脂，覆盖搪瓷、塑料等。
电镀：表面镀上一层锌、锡、铬、镍等。
化学方法：生成致密的四氧化三铁薄膜。
阳极氧化：使铝制品形成致密的氧化膜。
非金属保护层
金属保护层
发蓝处理
钝化处理
二、金属的防护
常用的白铁皮是在薄钢板表面镀上一层锌，罐装食品用的马口铁是在薄钢板表面镀上一层锡。若上述两种钢铁制品的表面出现破损时，请分析并说明白铁皮、马口铁的腐蚀情况。
＋
－
Zn
A
Fe
＋
－
Sn
A
Fe
e-
e-
我们知道，金属发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极（阳极）的金属被腐蚀，作为正极（阴极）的金属不被腐蚀。
经酸化的3％NaCl溶液
【思考与讨论】
(1)牺牲阳极法—— 原电池原理
3.电化学保护法
极：比被保护金属活泼的金属；
极：被保护的金属设备。
负
正
牺牲锌块来保护钢闸门，锌块必须定期更换
钢闸门
(阴极)
海水
锌板
(牺牲阳极)
e-
e-
二、金属的防护
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】
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
指针偏转
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] 溶液后，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，未被腐蚀。
实验探究：【实验4-4】
（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。
a
b
实验探究：【实验4-4】
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；
解释：形成原电池
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。
a
实验探究：【实验4-4】
b
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；
解释：构成原电池
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。
为什么钢制管道的内部要镶嵌镁块？
＋
－
NaCl溶液
Mg
A
Fe
e-
【思考与讨论】
试一试：如何防止铁锅生锈？
1.使用完毕后保持干燥或涂一层植物油。
2.使用完毕后悬挂或倒扣。
3.可以使用不锈钢锅。
【思考与讨论】
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
3.电化学保护法
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—— 电解池原理
e
二、金属的防护
钢闸门
(阴极)
海水
辅助阳极
(不溶性)
牺牲阳极法和外加电流法都要采用辅助阳极，将被保护的金属作为阴极。在这两种方法中，辅助阳极发生的电极反应类型是否相同？对于用作辅助阳极的金属化学性质各有什么要求？
- +
e
e
钢闸门
(阴极)
海水
锌板
(牺牲阳极)
e-
e-
【思考与讨论】
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
二、金属的防护
金属的腐蚀与防护
金属的腐蚀
金属的防护
化学腐蚀
金属表面覆盖保护层
电化学腐蚀
改变金属材料的组成
电化学保护法
牺牲阳极法(利用原电池原理)
外加电流法(利用电解池原理)
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
归纳总结
1.相同材质的铁在图中四种情况下最不易被腐蚀的是 (　 )
C
课堂练习
2.下列不能用于金属防腐处理的是（ ）
A.涂油 　　 　 B.改变金属内部结构
C.镀上一层耐腐蚀的金属 　　D.在海轮的船体上镶铜块
D
课堂练习
3.下列关于如图所示的实验装置的判断中错误的是（ ）
A.若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀
B.若X为锌棒，开关K置于A或B处都可减缓铁的腐蚀
C.若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法
D.若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H＋＋2e－=H2↑
D
课堂练习
4.下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是（ ）
A.钢管与电源正极连接，钢管可被保护
B.铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀
C.钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀
D.钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－＝Fe3＋
B
课堂练习
本节内容结束

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