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金属的腐蚀与防护
第四章 化学反应与电能
1、认识金属腐蚀的危害，能利用
原电池原理解释电化学腐蚀的原因。
2、能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。
3、了解金属腐蚀的防护方法。
金属腐蚀的普遍性及危害
金属制品的外形、色泽及机械性能等方面都会发生变化，从而使机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，甚至报废。
一、金属的腐蚀
1.概念：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。
2.本质：
M－ne- →Mn+
氧化反应
3.分类：
由于与金属接触的气体或液体不同，发生腐蚀的情况也不同。
化学腐蚀
金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、等) 直接反应而引起的腐蚀。
受温度影响大
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，较活泼的金属被腐蚀。
有微弱的电流产生，最为普遍，腐蚀速率快。
一、金属的腐蚀
4.钢铁电化学腐蚀的类型
根据钢铁表面水膜的酸性强弱，钢铁腐蚀可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀两类。
(1)析氢腐蚀：金属表面的电解质溶液酸性较强，腐蚀过程中有H2放出。
负极（Fe）：
正极（C） ：
Fe - 2e- === Fe2+
2H+ + 2e- === H2↑
总反应：
Fe + 2H+ === Fe2+ + H2↑
一、金属的腐蚀
【实验4-3】Cu2+对Zn与盐酸反应速率的影响（析氢腐蚀）
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。
一、金属的腐蚀
【实验4-3】Cu2+对Zn与盐酸反应速率的影响（析氢腐蚀）
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：
实验结论：
滴加硫酸铜溶液后，装置中Zn、Cu、稀盐酸构成了Zn-Cu-稀盐酸原电池，形成电化学腐蚀，电化学反应的速率大于普通的化学反应速率。
开始时试管中均有无色气体产生，且两支试管中产生气泡的速率相等；滴加硫酸铜溶液后①试管产生气体的速率明显加快。
一、金属的腐蚀
4.钢铁电化学腐蚀的类型
(2)吸氧腐蚀：钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性时，溶解的氧气参加电极反应，发生吸氧腐蚀。吸氧腐蚀更为普遍。
负极（Fe）：
正极（C） ：
Fe - 2e- === Fe2+
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
总反应：
2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2
后续反应：
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3
2Fe(OH)3 = Fe2O3·xH2O + (3-x)H2O
一、金属的腐蚀
【实验4-3】铁的吸氧腐蚀实验（吸氧腐蚀）
将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化，解释引起这种变化的原因
一、金属的腐蚀
【实验4-3】铁的吸氧腐蚀实验（吸氧腐蚀）
将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化，解释引起这种变化的原因
几分钟后，导管内水柱的液面上升
实验现象：
实验结论：
装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀
一、金属的腐蚀
析氢腐蚀和吸氧腐蚀对比
影响
决定
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
浓度
性质
反应
一、金属的腐蚀
性质
温度
浓度
金属越活泼越易腐蚀
温度越高
越易腐蚀
氧化剂浓度越高
越易腐蚀
化学腐蚀快慢的影响因素
电化学腐蚀速率＞化学腐蚀速率
一、金属的腐蚀
5.判断金属腐蚀快慢的规律
（1）与构成微电池两极的材料有关。
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。
（2）在同一电解质溶液中：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。
（3）同一种金属在相同浓度不同介质中：
在强电解质中>弱电解质中>非电解质中
（4）对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快。
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
电解池阳极腐蚀>原电池负极腐蚀>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极
二、金属的防护
如普通钢中加入镍、铬等制成不锈钢产品，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。
1．改变金属材料的组成
中航钛合金锻造技术
304/316不锈钢尼龙螺母
二、金属的防护
2．在金属表面覆盖保护层
利用化学方法、离子注入、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。
二、金属的防护
电镀——在被保护金属表面覆盖耐腐蚀性较强的金属或合金。
发蓝——在钢铁表面生成一定厚度和强度的致密的氧化层，成分主要是Fe3O4。
思考与讨论
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
二、金属的防护
3．电化学保护法
(1)牺牲阳极法
—原电池原理
原理：被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极。这种保护法牺牲了阳极(原电池负极)，保护了阴极(原电池的正极)
应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块。
牺牲阳极法示意图
船体上镶嵌的锌块
二、金属的防护
3．电化学保护法
(2)外加电流法
原理：被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连。
应用：钢铁闸门、高压线铁架、地下管道连接直流电源的负极。
外加电流法示意图
钢闸门的防腐
—电解池原理
二、金属的防护
（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4-4】
Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液(黄色)反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁KFe[Fe(CN)6]沉淀
二、金属的防护
二、金属的防护
实验现象及结论
实验装置 电流表 阳极（负极） 阴极（正极）
现象
有关反应
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，无明显变化，即溶液中无Fe2+
结论：
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。
二、金属的防护
【实验4-4】
（2）将1g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。
二、金属的防护
二、金属的防护
实验现象及结论
裹有锌片的铁钉 缠有铜丝的铁钉
实验现象
负极
正极
实验结论
锌：Zn - 2e- = Zn2+
铁：Fe - 2e- = Fe2+
铁：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
铜：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
铁作正极，不反应，被保护
铁作负极被消耗
思考与讨论
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的化学性质各有什么要求？
在电极上发生的反应类型是相同的，都是发生氧化反应。
采用的辅助阳极在化学性质上要求是不同的；
牺牲阳极法采用的辅助阳极金属材料的活动性必须比被保护的金属的活动性要强。
外加电流法的辅助阳极只起导电作用，惰性电极和金属均可作辅助阳极，但最好选用惰性电极。
二、金属的防护
外接电源的阴极保护法腐蚀>牺牲阳极的阴极保护法防腐>有一般防护条件的防腐>无防护条件的防腐
防腐蚀措施由好到差的顺序：

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