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第一章 化学反应与能量变化
第4节 金属的腐蚀与防护(1)
鲁科版 · 选择性必修1 · 化学
①机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，直至报废。
②飞机的某一零部件破损而造成坠毁；
③桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成塌陷；
④地下金属管道破裂而发生泄漏；
⑤轮船的船体损坏等。
金属腐蚀有哪些危害？
我国每年因为金属腐蚀所造成的经济损失约占国民生产总值的5%，全世界每年因生锈损失的钢铁约占世界钢铁年产量的1/4，超过每年各项大灾(火灾、风灾及地震等)损失的总和。
金属腐蚀：M-ne =Mn+（氧化反应）钢铁生锈Cu2(OH)2CO3铜器生锈0+2FeFe2O3·xH2OCu0+3一、金属的腐蚀金属原子失去电子被氧化的过程。纯Fe与酸反应置换氢气纯Fe与某些盐反应纯Fe在Cl2中点燃纯Fe在O2中点燃能腐蚀铁的氧化剂有哪些呢？金属与其表面接触的一些物质（O2、Cl2、SO2或非电解质液体(如石油）等氧化剂）直接反应而引起的腐蚀化学腐蚀：通常发生在化工厂输送原油的钢管在无水、无氧的情况下被腐蚀而漏油影响因素：与金属本性、接触物质的氧化性及温度有关潮湿环境中的铁索、轮船生锈潮湿铜板上的铁铆钉生锈猜测：Fe-Cu-水膜(溶解O2)原电池猜测：Fe-C-水膜(溶解O2)原电池如何设计实验进行实验验证呢？铁制品铁碳合金铁作负极铁作负极FeCG3%NaCl溶液Cu装置腐蚀电流Fe—CuFe—Ce e 记录腐蚀电流数据实验用品：3%NaCl溶液，0.1mol·L-1盐酸，Fe电极，Cu电极，石墨电极，Sn电极，Zn电极，灵敏检流计(-300uA~300uA)指针偏转→产生电流→指针偏向Cu→Fe失去电子转移到Cu电极→Fe被氧化发生腐蚀不纯的金属与电解质溶液接触时，发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化的腐蚀。“化学腐蚀”和“电化学腐蚀”，究竟哪种腐蚀现象更普遍？电化学腐蚀：潮湿环境中的铁索、轮船生锈潮湿铜板上的铁铆钉生锈猜测：Fe-Cu-水膜(溶解O2)原电池猜测：Fe-C-水膜(溶解O2)原电池铁制品铁碳合金铁作负极铁作负极负极（Fe）：正极（C）：思考：如何书写电极反应式？FeCG如何检验正极、负极产物？e 3%NaCl溶液Fe - e-→Fe2+/Fe3+O2+ 4e-→OH-/H2OK3[Fe(CN)6]KFe[Fe(CN)6]蓝色沉淀KSCNFe[(SCN)3]溶液变红酚酞溶液K3[Fe(CN)6]酚酞溶液Fe Fe2+[Fe(CN)6]3-1.水膜酸性很弱或呈中性进一步反应：4Fe(OH)2+ O2+ 2H2O = 4Fe(OH)3铁锈：Fe2O3·xH2OO2+4e-+2H2O=4OH-Fe-2e-=Fe2+负极（Fe）：正极（C）：2Fe+O2+2H2O= 2Fe(OH)2总反应：二、金属的电化学腐蚀——吸氧腐蚀更为普遍的电化学腐蚀!仔细观察图片，为什么铁锈表面不光滑，和铁制品之间有空腔(鼓包)，铁锈甚至可以用手剥落？正极产生了气体Fe为负极→Fe2+FeCG3%NaCl溶液验证：正极反应是否与环境呈酸性有关呢？滴加盐酸，观察现象负正滴加一定量盐酸后，实验现象：正极产生气泡e ——H2↑正极（C）:2H++ 2e =H2↑负极（Fe）: Fe 2e =Fe2+总反应: Fe +2H+=Fe2++H2↑2.水膜酸性较强——析氢腐蚀思考：在酸性环境中，任何金属都能发生析氢腐蚀吗？金属活动性顺序中位于氢前的金属才可能发生析氢腐蚀，氢前和氢后的金属都可发生吸氧腐蚀。
分析图像，思考三种PH条件下的正极电极反应式？
吸氧还是析氢，是竞争的结果。
微粒的氧化性：
本性+浓度
【思考交流】：用如图所示装置及试剂进行铁的电化学腐蚀实验探究，测定具支锥形瓶中压强随时间变化以及溶解氧随时间变化曲线如下：
如：H+和O2
制成不锈钢三、金属腐蚀的防护1、改变金属的材料的组成良好生物相容性的钛合金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。
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Fe3O4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
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。
【思考】镀层的表面出现破损时，金属是否被腐蚀？
例如：罐装食品用的马口铁是在薄钢板表面镀上一层锡，常用的白铁皮是在薄钢板表面镀上一层锌。若上述两种钢铁制品的表面出现破损时，请分析并说明马口铁、白铁皮的腐蚀情况。
金属发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极的金属被腐蚀，作为正极的金属被保护。
马口铁
白铁皮
活泼性：Zn > Fe > Sn
铁为正极被保护
牺牲阳极保护法
铁为负极被腐蚀
装置 腐蚀电流
Fe—Cu
Fe—C
Fe—Sn
Fe—Zn
Fe
Sn
G
Fe
Zn
G
e
e
锌为负极被腐蚀
3%NaCl
溶液
3%NaCl
溶液
发生氧化反应
阳极
负极：
正极：
应用：
原电池原理：
更活泼金属
被保护的金属
热水器中镁棒、
钢闸门
(阴极)
海水
锌板
(牺牲阳极)
e
e
Zn
找替罪“阳”
牺牲锌块来保护钢闸门，锌块必须定期更换
【思考】模拟该应用设计成原电池，如何验证铁被保护了？
Fe未被氧化
检验不存在Fe2+
3、电化学保护法
（1）牺牲阳极保护法
船舶外壳安装锌块
【“琼脂凝胶嵌入法”实验介绍】1、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。2、搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。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，冷却至室温，形成类似果冻的反应凝胶。3、取两个2～3 cm的铁钉，用砂纸擦光。将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养皿a中；将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿b中。观察并解释实验现象。实验装置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。ab（1）牺牲阳极保护法更活泼的金属作负极(阳极)——原电池原理被保护的金属做正极（阴极）ZnFeFeFeCu外加电流阴极保护法3.电化学保护法(2)阴极电保护法应用：钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极。被保护的金属作阴极——电解池原理保证抵消腐蚀电流即可FeCG3%NaCl溶液金属的腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀吸氧腐蚀(水膜呈中性或酸性较弱）析氢腐蚀(水膜呈酸性)金属的防护改变金属材料的组成在金属表面覆盖保护层电化学保护法牺牲阳极保护法(原电池原理)阴极电保护法(电解池原理)课堂小结：

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