§1.1-金属电化学腐蚀的基本概念(1)-金属电化学反应式
电化学刻蚀的电极反应式
电化学刻蚀的电极反应式
电化学刻蚀是一种利用电化学反应进行材料去除或加工的方法。
在电化学刻蚀过程中，电极反应是至关重要的。
电极反应式描述了
在电化学刻蚀中发生的化学反应。
电化学刻蚀的电极反应式可以根据刻蚀材料的性质和刻蚀液的
成分来确定。
以下是几种常见的电化学刻蚀的电极反应式：
1. 金属阳极溶解反应：
在金属刻蚀中，金属阳极溶解是主要的电极反应。
以铜为例，其电极反应式可以表示为：
Cu → Cu2+ + 2e-。
这个反应式表示了铜金属被氧化成铜离子，并释放出电子。
2. 氧化还原反应：
在某些情况下，电化学刻蚀涉及到氧化还原反应。
以铁为例，
其电极反应式可以表示为：
Fe → Fe2+ + 2e-。
这个反应式表示了铁金属被氧化成亚铁离子，并释放出电子。
3. 水电解反应：
在某些情况下，电化学刻蚀涉及到水的电解反应。
以铝为例，其电极反应式可以表示为：
2H2O + 2e→ H2 + 2OH-。
这个反应式表示了水分子被还原成氢气，并产生氢氧根离子。
需要注意的是，电化学刻蚀的电极反应式还受到刻蚀条件（如
电流密度、刻蚀时间等）和刻蚀液中其他成分的影响。
因此，在具
体的电化学刻蚀实验中，需要根据实际情况确定电极反应式。
总结起来，电化学刻蚀的电极反应式可以根据刻蚀材料和刻蚀
液的成分来确定，常见的反应包括金属阳极溶解反应、氧化还原反
应和水电解反应。
这些反应式描述了在电化学刻蚀过程中发生的化学反应。
§1.1 金属电化学腐蚀的基本概念(3) 腐蚀电池的类型
[组织教学] [复习][引入][板书] [讲解]师生互相问好，教师清点人数。
回顾上周课的内容：1.腐蚀电池的概念两种不同的金属互相接触并同时放入电解质溶液中，就组成了一个腐蚀电池2.腐蚀电池的组成条件1.不同金属2.电解质溶液3.短路连接原电池腐蚀电池三、腐蚀电池的类型根据腐蚀电池中电极大小不同，可分为●宏电池腐蚀●微电池腐蚀(一)宏电池腐蚀1.电偶腐蚀电池(腐蚀电偶)（局部腐蚀）不同的金属浸于相同或不相同的电解质溶液中[举例][板书] [讲解][举例][板书] [讲解][举例]轮船船尾部分结构1-船壳（钢板） 2- 推进器（青铜）2.浓差电池1)金属离子浓差电池（铜）：同一金属与不同金属离子浓度的电解质溶液相接触金属离子浓差电池Cu在稀溶液中易失电子。
溶液中金属离子浓度越稀，电极电位越低；浓度越大，电极电位越高电子由金属离子的低浓度区（阳极）流向高浓度区（阴极）。
2)氧浓差电池（铁）：同一金属与不同含氧量的电解质溶液相接触→形成缝隙腐蚀或水线腐蚀.[板书] [讲解][举例][板书] [讲解][举例] 造成缝隙腐蚀的主要因素，危害性大。
O2+2H2O+4e → 4OH- （阴极反应）氧的分压越高，电极电位越高。
介质中溶解氧浓度越大，氧电极电位越高；而氧浓度较小处则电极电位较低称为腐蚀电池的阳极。
(一)微电池腐蚀金属表面的电化学的不均匀性形成的自发而又均匀的腐蚀。
1）金属化学成分的不均匀性（Fe3C和石墨；FeZn7）例如，工业生产中，纯锌-FeZn7、碳钢- Fe3C、铸铁-石墨等杂质，在腐蚀介质中，金属表面就会形成许多微阴极、微阳极，因此导致腐蚀。
2）组织结构的不均匀性（金属或合金组织内晶粒与晶界的电极电位不同）比如，金属表面存在裂纹的情况[板书] [讲解][举例][板书] [讲解][举例] [课堂小结] [作业] 例如：晶粒-晶界腐蚀微电池，晶界作为阳极而优先发生腐蚀<缝隙腐蚀>3）金属物理状态的不均匀性各部分应力分布不均匀或形变不均匀，钢板弯曲处、铆钉头部区域容易发生腐蚀。
第一章 金属腐蚀的基本原理腐蚀原理
一些金属在某些介质中的平衡电位
每天进步一点点……
腐蚀电位序的作用：预测在实际条件下发生腐蚀的行为。 腐蚀介质发生变化，金属的电极电位序也会跟着发生改变，
如在标准电位序中，Al为-1.66v， Zn为-0.76v，Al较Zn活泼， 易发生腐蚀；而将这两种金属都浸入3%的NaCl溶液中时，Al 为-0.63v，Zn为-0.83 v，Zn较Al活泼，易发生腐蚀。
Chemical Corrosion and Anticorrosion
每天进步一点点……
第一章 金属腐蚀的基本原理
通过前面的学习，我们清楚的知道，材料不仅 有金属还有非金属，但工程结构材料主要还是以 金属为主,所以我们这一章就学习金属腐蚀的基本 原理。 电化学腐蚀 ：金属在电解质溶液中发生的腐蚀
lg
PO 2 (COH )4
每天进步一点点……
氧浓差电池实例
每天进步一点点……
(2)金属离子浓差电池：同一金属与浓度不同的盐接触时形成 的电池。在这种电池中，金属与稀溶液接触的部位是阳极，与 浓溶液接触的部位是阴极。
每天进步一点点……
补充(温差电池)： 浸在电解液中的金属，由于所处于温度的不同而形成的电池 为温差电池。它常常发生在换热器、蒸发器两端温差较大的 部位。 高温端：电位低为负极、该电极发生氧化反应，为阳极，该 部位的金属遭到腐蚀； 低温端：电位高为正极、该电极发生还原反应，为阴极，该 部位的金属受到保护。
电极:电化学中，把金属与电解质溶液构成的体系称为电极体系
电位：单位正电荷有无穷远处移至该点，因反抗电场力
所做的电功即为该点的电位。
电极电位：电极系统中金属与溶液之间的电位差称为
该电极的电极电位，即E=E金属-E溶液
电化学腐蚀
2．在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖致密的保护层，从而使金属制品跟周围
物质隔离开来，这是一种普遍采用的防护方法．
以钢铁的防护为例，根据保护层成分的不同，可分为如 下几种： (1)在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物 质．例如，船身、车厢、水桶等常涂油漆；汽车外壳常
喷漆；枪炮、机器常涂矿物性油脂等．
腐蚀
D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀
解析：金属腐蚀的本质为M－ne－ === Mn＋，A错误； 选项B中Sn、Fe构成原电池，Fe作负极，发生反应：Fe －2e－ === Fe2＋，铁先被腐蚀，B错误；常温下，金属 发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀，难以和氧化剂(O2、 Cl2等)直接发生化学反应，D错误． 答案： C
将纯铁放入稀H2SO4中，发生的是析氢腐蚀吗？ 提示：不是．析氢腐蚀是指不纯的金属(或合金)接触
到酸性较强的电解质溶液所发生的原电池反应而引起
的腐蚀，纯铁与稀H2SO4发生的是化学腐如制成 合金 等． 2．金属表面加保护层 如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化等 方法．
(2)与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶
液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解
质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀． 一般说来可用下列原则判断： 电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐 蚀>有防腐蚀措施的腐蚀．
考点二：金属的防护方法
1．改变金属的内部组织结构 例如：把铬、镍等加入普通钢里制成的不锈钢，就大 大地增加了钢铁的抗腐蚀力．
金属与接触到的干 不纯金属(或合金)接触到电解 燥气体(如O2、Cl2、质溶液所发生的原电池反应， 定义
SO2等)或非电解质 较活泼金属失去电子被氧化
金属的电化学腐蚀
（1）若液面上升，则溶液呈 弱酸性或中性 ，发生 吸氧 腐蚀,电极反应式为： －＝2Fe2+ 2Fe － 4e 负极： －＝4OH－ O +2H O+4e 正极： 2 2
(2)若液面下降，则溶液呈 较强酸性 ，发生析氢 腐蚀， 电极反应式为： 负极：Fe－2e－＝Fe2+ 正极：2H++2e－＝H2↑
金属跟接触到的干燥气体（如SO2、Cl2、O2等）或 非电解质溶液（石油）等直接发生化学反应而引起 的腐蚀。
电化学腐蚀：
不纯的金属与电解质溶液接触时，发生原电池反应， 比较活泼的金属失去电子被氧化。
金属的腐蚀以电化学腐蚀为主
铁
C
负极 Fe-2e- = Fe2+
正极 2H+ +2e- = H2↑
总反应 Fe+2H+=Fe2++H2↑
P66 9. (选做）
金属的电化学腐蚀
观察这些金属腐蚀的图片
一、金ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的腐蚀
1、什么是金属腐蚀？ 指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学 反应而腐蚀损耗的过程。 2、金属腐蚀的本质是什么? 是金属本身失去电子变成阳离子的过程（发生氧化 反应）。 M - ne- = Mn+
3、金属腐蚀的类型有哪些？ ——根据与金属接触的介质不同 化学腐蚀：
电 正极 2H++2e-=H2↑ 极 总反应 Fe+2H+=Fe2++H ↑ 2Fe+2H O+O = 2 Fe(OH) 2 2 2 2 反 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 应
Fe2O3 ·nH2O （铁锈）
化工腐蚀与防护金属电化学腐蚀基本理论
腐蚀电池的种类
大电池（宏观腐蚀电池）：
指阴极区和阳极区的尺寸较大，区分明显。 类型： • 电偶腐蚀电池 • 氧浓差电池 1. 活态-钝态腐蚀电池
★大电池的腐蚀形态是局部腐蚀，腐蚀破坏主要
集中在阳极区。
微电池（微观腐蚀电池）：
指阳极区和阴极区尺寸小，很难区分。
★★微电池的阴、阳极位置不断变化，腐蚀形态
平衡电位的计算公式是 Ee(R/O)E0R nF TLn[[O R]]ba
式中R是气体常数，T为绝对温标，符号［ ］对 溶液表示活度，单位mol；对气体表示分压， 单位大气压(atm)。
•标准电位
当参与电极反应的各组分活度(或分压)都
等于1，温度规定为25C，这种状态称为
标准状态，此时，平衡 故E0称为标准电位。
是全面腐蚀；阴、阳极位置固定不变，腐蚀形 态是局部腐蚀。
腐蚀电池的特点：
1. 阳极反应都是金属的氧化反应，造成金 属材料的破坏。
2. 反应最大限度的不可逆。
3. 阴、阳极短路，不对外做功。
•金属电化学腐蚀热力学
由I 腐0 蚀反 应发E 生的K 条o 件R G <E 0，A 可o 得 EeK - Eea > 0 或EeK > Eea
平衡电位和Nemst公式
平衡电位
当电极反应达到平衡时，电极系统的电位 称为平衡电位，亦称可逆电位，记为Ee
*平衡电位总是和电极反应联系在一起。当 电极系统处于平衡电位时，电极反应的 正方向速度和逆方向速度相等，净反应 速度为零。在两相之间物质的迁移和电 荷的迁移都是平衡的。
•Nernst公式
将电极反应一般式写成 aR = bO + ne
气体的平衡电极电位
标准状态：温度298 K， 氢离子活度为1，氢压 101325 Pa
【知识解析】金属电化学腐蚀的原理
金属电化学腐蚀的原理1 金属腐蚀的概述2 化学腐蚀与电化学腐蚀的比较名师提醒判断金属的腐蚀类型要从本质入手，化学腐蚀和电化学腐蚀的本质区别在于是否产生电流。
腐蚀过程中有微电流产生的为电化学腐蚀，否则为化学腐蚀。
3 金属的电化学腐蚀（1）以铜板上铁铆钉的电化学腐蚀为例进行分析如图1－4－2所示，在潮湿的空气中，铜板表面凝结有一层水膜，空气中的二氧化碳、二氧化硫或沿海地区空气中的氯化钠等物质都可能溶解到水膜中形成电解质溶液。
铜板和铁铆钉与电解质溶液互相接触形成原电池。
铁铆钉和铜板直接相连，铁原子又比铜原子容易失去电子，因此铁发生氧化反应成为负极反应物，电极反应为Fe－2e－===Fe2+。
铁原子失去的电子传递到铜板上，氧气在铜板上发生还原反应成为正极反应物。
图1－4－2知识链接Fe在发生电化学腐蚀时只能被氧化为Fe2+，可利用K3［Fe（CN）6］溶液（黄色）检验Fe 电极附近溶液中的Fe2+，Fe2+与K3［Fe（CN）6］溶液反应生成KFe［Fe（CN）6］沉淀（带有特征蓝色）。
上述反应的离子方程式为Fe2+＋K＋＋［Fe（CN）6］3- ==KFe［Fe（CN）6］↓。
（2）电化学腐蚀的分类根据电解质溶液的酸碱性不同，金属的电化学腐蚀分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀。
①吸氧腐蚀在通常情况下，水膜酸性不强，铜板上主要发生水膜中溶解的氧气被还原的反应，这种腐蚀过程中，环境消耗的物质主要是氧气，铁生成含氧化合物，因此这种腐蚀称为“吸氧腐蚀”。
其反应如下：负极：2Fe－4e－===2Fe2+正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH电池反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2氢氧化亚铁具有强还原性，能与潮湿空气中的水和氧气反应生成氢氧化铁，氢氧化铁进一步转化为铁锈（主要成分为Fe2O3·n H2O）。
即：4Fe（OH）2＋2H2O＋O2===4Fe（OH）32Fe（OH）3===Fe2O3·n H2O＋（3－n）H2O②析氢腐蚀在水膜酸度较高的特殊环境（如某些工厂附近的酸性气氛）中，正极反应可能主要是H＋被还原成氢气而析出，这时所发生的腐蚀称为“析氢腐蚀”。
第一章 金属电化学腐蚀基本原理
5.电位—pH图应用中的局限性
只能分析腐蚀倾向，不能指示腐蚀速度。 仅适用于分析金属—水简单体系在室温
下的腐蚀行为。
只涉及纯金属，而工程上多使用合金。 pH值是指处于平衡状态的溶液pH值，而
金属表面附近溶液的pH值与主体溶液pH值 是有差别的。
第二节 腐蚀速度
一、极化与超电压（过电压） 二、极化曲线和极化图
（1）与pH无关，与电极电位有关
2.3RT a e lg nF a
0 e
a A b B
(2)与电极电位无关，与pH有关
lgαFe3+=0.723-3PH
（3）与pH有关，与电极电位有关
2.3mRT 2.3RT a e pH lg nF nF a
0 e
a A b B
Sn=Sn2++2e Pb=Pb2++2e
Fe=Fe3++3e H2=2H++2e Cu=Cu2++2e Cu=Cu++e 2Hg=Hg22++2e Ag=Ag++e Hg=Hg2++2e Pt=Pt2++2e Au=Au3++3e
-0.136
-0.126 -0.036 0.000 +0.337 +0.521 +0.189
E
PH
PH
2。0 1。6
铁 水 体 系 简 化 电 位
——
b
1。2
Fe
0。8 0。4 0 -0。4
3+
化
Fe
2+
-0。8
Fe3O4
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[组织教学] [复习]
[引入] [补充知识] [讲解]
[板书] [提问] [学生回答] [归纳]
[强调] [板书] [举例] 师生互相问好，教师清点人数。
简单回顾腐蚀的基本知识，包括各种：
1、生活中常见的腐蚀现象？
2、腐蚀的含义？
3、化工生产中常见的腐蚀类型？
这些常见的金属腐蚀现象就是金属最常见、最普通的
腐蚀形式：电化学腐蚀
§1.1 金属电化学腐蚀的基本概念
§金属电化学腐蚀的概念
金属与电解质溶液发生的电化学反应过程。
电解质溶液的概念：能导电的溶液。
通俗地来说，最常见的电解质溶液主要是是酸碱
盐的水溶液。
即：酸碱盐+水→电解质溶液
1、生活中最常见的酸、碱、盐？
酸：盐酸HCl、硫酸、醋酸
碱：苏打、小苏打
盐：氯化钠
金属电化学腐蚀的概念：金属与电解质溶液发生
的电化学反应过程。
一、金属腐蚀的电化学反应式
1.金属+酸∈析氢反应
例：锌和盐酸的化学反应式：
↑
+
→
+
2
2
l
n
l
2
n H
C
Z
HC
Z
1分
5分
[讲解] [板书]
[举例] [讲解]
[板书] [举例]
[讲解]
[板书] [教学方式]
提问学生来描述锌和盐酸的反应现象，然后对学
生的发言进行总结，并详细描述锌片插入稀盐酸溶液
中的一系列化学反应现象，来吸引学生的兴趣。
2.金属+碱（或中性溶液）吸氧反应
例：铁和水的化学反应式：
()O
H
O
F
OH
F
O
O
H
F
2
3
2
3
2
2
6
)
(
e
e
4
3
6
e
4+
↓→
→
+
+铁锈
提问学生来描述铁生锈的生活现象，然后对学生
的发言进行总结，并详细描述铁片生锈的整个化学反
应过程及其颜色变化等一系列现象，来吸引学生的兴
趣。
3.金属+盐∈置换反应（包括沉积反应）
例：单质铁和硫酸铜溶液的化学反应式：
↓
+
→
+Cu
SO
F
CuSO
F
4
4
e
e
提问学生来描述铁片插入硫酸铜溶液的生活现
象，然后对学生的发言进行总结，并详细描述铁片插
入硫酸铜溶液中的化学反应过程中铁片表面及溶液颜
色变化等一系列现象，来吸引学生的兴趣
二、腐蚀电化学反应的实质
课堂教学时，与<金属腐蚀的电化学反应式>部分
的内容分别一一对应地讲解，加深学生理解
1.金属+酸∈析氢反应～氢离子
例：锌和盐酸的电化学反应式：
⎪⎩
⎪
⎨
⎧
⇒
⇒
↑⇒
→
+
⇒
⇒
⇒
→
-
+
+
阴极反应
还原反应
成单质氢气的过程
氢离子得到电子被还原
阳极反应
氧化反应
成锌离子的过程
单质锌失去电子被氧化
2
2
2
2
2
H
e
H
Zn
e
Zn
2.金属+碱（或中性溶液）∈吸氧反应～溶解氧
5分
[小结]
[引入] [归纳]
[教学方式] [自由讨论] [板书]
例：铁和水的电化学反应式：
⎪⎩
⎪
⎨
⎧
⇒
⇒
⇒
→
+
+
⇒
⇒
⇒
→
-
-
+
阴极反应
还原反应
被还原成氢氧根的过程
水中的溶解氧得到电子
阳极反应
氧化反应
成亚铁离子的过程
单质铁失去电子被氧化
OH
e
O
H
O
F
e
F
4
4
2
e
2
e
2
2
2
3.金属+盐∈置换反应（包括沉积）～高价金属离子
例：单质铁和硫酸铜溶液的电化学反应式：
⎪⎩
⎪
⎨
⎧
⇒
⇒
↓⇒
→
+
⇒
⇒
⇒
→
-
+
+
阴极反应
还原反应
成单质铜的过程
铜离子得到电子被还原
阳极反应
氧化反应
成亚铁离子的过程
单质铁失去电子被氧化
u
2
u
e
2
e
2
2
C
e
C
F
e
F
记忆口诀：还羊（氧）羊（阳）：
金属腐蚀的电化学反应的阳极反应，总是金属被氧化
成金属离子并放出电子的过程。
用公式表示：+
→
-n
M
n
M e
即e n
M
M n+
→+
阴极反应：溶液中去极剂接受电子的过程。
去极剂的概念：
溶液中能够接受电子的物质
三、常见的去极剂
主要有三类：
氢离子、
溶解氧、
高价金属离子
再次结合（课堂教学时与<金属腐蚀的电化学反应
式>部分的内容分别一一对应地讲解，加深学生理解）讨论本节课的教学内容在日常生活、化工生产等
的体现。
四、金属电化学腐蚀倾向的判断
2分
2分
7分
5分
[设置疑问]
[学生回答] [教师解答]
[板书] [讲解]
[设置疑问]
[学生回答] [教师解答]
[自由讨论] 1、生活中常见的金属是不是所有的金属都会腐蚀？比
如：铁、铜、金、银、不锈钢？
2、在同一环境中，不同的金属材料腐蚀的程度一样
吗？比如铜和铁？
3、作为化工设备与维修专业的学生，在以后的实际化
工生产工作中，检修同一设备时（比如换热器），该设
备的哪些部件最易腐蚀？（不同材质的换热器，哪种
材质的换热器使用寿命较长？）
§金属的电动顺序表：
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au
钾、钙、纳、镁、铝、锌、铁、锡、铅、（氢）、铜、
汞、银、铂、金
（以学生已知的金属的活动性顺序表来讲解，撇开学
生难懂的电极电位的概念）
例：（锌在氢前面，比氢活泼，所以在酸中较易腐蚀）
例：（铜在氢后面，比氢惰性，所以在酸中不反应，
就不易腐蚀）
例：（铁在铜后面，所以在铜的盐溶液中会发生化学
反应，易腐蚀“铁溶解-铜沉积”）
该电动顺序表对所有情况都适应吗？
该电动顺序表只能预测标准状态下的腐蚀体系的反应
方向。
为什么工业生产中要严格控制循环冷却水的PH值？
10分
5分
[课堂小结] [作业] §金属电化学腐蚀的概念
一、金属腐蚀的电化学反应式
1.金属+酸∈析氢反应
2.金属+碱（或中性溶液）吸氧反应
3.金属+盐∈置换反应（包括沉积反应）
二、腐蚀电化学反应的实质
三、常见的去极剂
四、金属电化学腐蚀倾向的判断
1、课本第31页思考题第1题
2、课本第31页思考题第6题
3、课本第31页习题第1题
5分。