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金属的腐蚀与防护
第四章 化学反应与电能
金属的腐蚀与防护
学习目标
1、认识金属腐蚀的严重性及危害，能用电化学原理解释金属腐蚀的现象；
2、了解金属腐蚀的本质，能书写钢铁腐蚀的电极反应式及总反应。
3、能根据电化学原理选择并设计金属的防护。
课堂导入
铜绿主要成分Cu2(OH)2CO3
铁锈主要成分Fe2O3 xH2O
常见的金属腐蚀现象及其危害
机器设备、仪表的精度和灵敏度降低，甚至报废
使桥梁、建筑物的金属
构架强度降低而造成坍塌
使地下金属管道发生
泄漏、轮船船体损坏等
一、金属的腐蚀
金属原子失去电子，被氧化： M ne = Mn+
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、概念：
2、本质：
高温条件被腐蚀的燃气灶
铁索生锈
化学腐蚀
电化学腐蚀
由于与金属接触的气体或液体物质不同，发生腐蚀的情况也不同。
一、金属的腐蚀
3、金属腐蚀的类型及其特点：
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
条件 金属与接触到的干燥气体（如O2、Cl2、SO2等）或非电解质液体（如石油）等直接发生化学反应 不纯金属或合金跟
______________ 接触，发生原电池反应
现象 电流产生 有 电流产生
本质 金属原子 电子而被 。 联系 两者往往同时发生， 腐蚀更普遍 电解质溶液
无
微弱
失去
氧化
电化学
思考与讨论
同一种金属的化学腐蚀和电化学腐蚀哪类更快呢？
实验现象 实验解释
两只试管均冒出气泡，且①试管中产生气泡的速率更快
Zn置换出Cu，Zn-Cu-稀盐酸构成原电池，形成电化学腐蚀，加快反应速率
【结论】腐蚀速率
电化学腐蚀 > 化学腐蚀
二、探析电化学腐蚀
（1）吸氧腐蚀
钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，且溶有一定量的氧气，此时就会发生吸氧腐蚀。
2Fe-4e-=2Fe2+
O2+4e-+2H2O=4OH-
2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
钢铁的吸氧腐蚀示意图
后续反应：
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
Fe2O3 · xH2O（铁锈）
部分失水
负极(Fe)
正极(C)
总反应
二、探析电化学腐蚀
在酸性环境中，腐蚀过程中不断有H2放出，故叫析氢腐蚀
钢铁的析氢腐蚀示意图
负极(Fe)
正极(C)
总反应
Fe 2e ＝ Fe2+
2H+ + 2e ＝H2↑
Fe + 2H+ ＝ Fe2+ + H2↑
（2）析氢腐蚀
水膜酸性较强
c(H+)较大
水膜酸性较弱或呈中性
c(H+)较小
氧化性
H+＞O2
析氢腐蚀
2H+ + 2e－ = H2↑
氧化性
H+＜O2
吸氧腐蚀
O2 + 4e－+ 2H2O = 4OH－
O2 + 4e + 4H+ = 2H2O
析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较
化学腐蚀和电化学腐蚀，电化学腐蚀更普遍，吸氧腐蚀和析氢腐蚀中，吸氧腐蚀更为普遍。
二、探析电化学腐蚀
浓度
性质
反应
影响
决定
随堂训练
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
金属腐蚀的实质
M-ne-=Mn+
类别
化学腐蚀
形成原电池
电化学腐蚀
金属防护的本质
措施
切断原电池反应
给予电子
改变金
属材料
增加
保护层
电化学
保护法
阻止M-ne-=Mn+的发生
【思考】根据金属腐蚀的实质，你能提出哪些金属的防护方法？
三、金属的防护
1.改变金属的结构或组成
不锈钢
钛合金
三、金属的防护
2.增加保护层
喷漆
沥青防腐钢管
包裹塑料
搪瓷
电镀
思考与讨论
不同金属镀层对金属的保护作用一样吗？如果在铁制品表面镀上锌保护层或锡保护层，请根据铁、锌、锡三种金属的原子失电子能力分析：当镀层局部破损时，锌镀层或锡镀层还能对铁制品起保护作用吗？
＋
－
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
活泼性：Zn > Fe > Sn
三、金属的防护
负极：比被保护金属活泼的金属
正极：被保护的金属设备
牺牲方——负极
被保护——正极
原理：形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应充当阳极，受到腐蚀。航海船只的船底四周镶嵌锌块，就是利用牺牲阳极保护法来保护船体的。
①牺牲阳极法——原电池原理
3.电化学保护法
牺牲锌块来保护钢闸门，锌块必须定期更换
三、金属的防护
【思考】模拟这些应用设计原电池，如何验证铁被保护了？
Fe未被氧化
检验不存在Fe2+
三、金属的防护
三、金属的防护
实验装置
现象
有关反应
电流表
阳极(负极)
阴极(正极)
指针偏转
Zn片逐渐溶解
加入铁氰化钾溶液，无蓝色沉淀生成
Zn 2e = Zn2+
O2 + 4e + 4H+ = H2O
——
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（铁未被腐蚀）。
结论
将Zn换为Cu呢？
①牺牲阳极法——原电池原理
3.电化学保护法
指针偏转
Zn片逐渐溶解
加入铁氰化钾溶液，无蓝色沉淀生成
O2 + 4e + 4H+ = H2O
三、金属的防护
三、金属的防护
实验现象 实验解释及结论
锌皮包裹处颜色无变化，裸露的铁钉处出现红色
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
铜丝缠绕处出现红色，裸露的
铁钉处出现蓝色
铁作负极：Fe 2e = Fe2+
铜作正极：
O2 + 2H2O + 4e = 4OH
铁作负极，被腐蚀。
随堂训练
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
随堂训练
3．下面各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序
是 　.
⑤
④>②>①>③>⑤
在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：
三、金属的防护
3.电化学保护法
原理：将被保护金属 与外加直流电源的负极相连，使其成为阴极，而将外加直流电源的正极接到废铁上，使废铁成为阳极，防止阴极金属被腐蚀。
阴极：被保护的金属设备
阳极：惰性电极
②外加电流法——电解原理
归纳总结：电化学保护法
牺牲阳极法 外加电流法
原理
保护方法
注意事项
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
负极（阳极）材料需要定期更换
辅助阳极（惰性）需要定期检查
课堂总结
金属的腐蚀与防护
金属的腐蚀
金属的防护
改变金属材料的组成
金属表面覆盖保护层
化学腐蚀
电化学腐蚀
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
电化学保护法
牺牲阳极法
外加电流法

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