钢铁的电化学腐蚀
高考化学精讲及练习：金属的电化学腐蚀与防护 2021届word答案版
第四节金属的电化学腐蚀与防护基础知识落实一、金属的腐蚀1.金属的腐蚀(1)概念：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。
其实质是金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。
(2)根据与金属接触的气体或液体物质不同，金属腐蚀可分为两类：①化学腐蚀：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而引起的腐蚀。
腐蚀的速率随温度升高而加快。
②电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。
2.钢铁的电化学腐蚀根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀：(1)析氢腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，腐蚀过程中有氢气放出。
①负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；②正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；③总反应方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
(2)吸氧腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液呈中性或呈弱酸性并溶有一定量的氧气时，将会发生吸氧腐蚀。
①负极反应式为2Fe－4e－===2Fe2＋；②正极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－；③总反应方程式为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2。
铁锈(Fe2O3·x H2O)的形成：2Fe(OH)3===Fe2O3·x H2O＋(3－x)H2O。
总结归纳：1化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大。
2析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况中以吸氧腐蚀为主。
3钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极都是铁，失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。
二、金属的防护方法1.电化学保护法(1)牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理如图1所示，在被保护的钢闸门上装上若干的金属锌块(比铁活泼)，锌块作原电池的负极；钢闸门作原电池的正极。
图1图2(2)外加电流的阴极保护法——电解原理如图2所示，被保护的钢闸门作阴极，与电源的负极相连；惰性电极作阳极，与电源的正极相连。
铁发生电化学腐蚀方程式
电化学腐蚀的方程式：
(1)析氢腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较强时)电化学腐蚀
负极(Fe)：Fe－2eˉ=Fe²+
Fe²+＋2H²O=Fe(OH)²＋2H+
正极(杂质)：2H+＋2eˉ=H²
电池反应：Fe＋2H²O=Fe(OH)²＋H²↑
由于有氢气放出,所以称之为析氢腐蚀。
(2)吸氧腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较弱时)
负极(Fe)：Fe－2eˉ=Fe²+
正极：O²＋2H²O＋4eˉ=4OHˉ
总反应：2Fe＋O²＋2H²O=2Fe(OH)²
由于吸收氧气,所以也叫吸氧腐蚀。
析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的Fe(OH)²被氧所氧化,生成Fe(OH)³脱水生成Fe²O³铁锈。
4Fe(OH)²+O²+2H²O=4Fe(OH)³
钢铁制品在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。
Fe＋2H²O=Fe(OH)²＋H²↑
O²＋2H²O＋4eˉ→4OHˉ
2Fe＋O²＋2H²O=2Fe(OH)²；2H+＋2eˉ→H²
析氢腐蚀主要发生在强酸性环境中,而吸氧腐蚀发生在弱酸性或中性环境中。
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）
电化学腐蚀与防护
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● 介质成分：介质中的盐分、酸、碱、盐等成分可以影响金属的电化学性质，从而影响腐蚀速率。例如， 酸性介质通常会加速钢铁的腐蚀
7 ● 流速：流速的增加会导致金属表面与周围介质的交换速率增加，从而加速电化学腐蚀的进程
为了防止和减缓电化学腐蚀的发生，可以 采取以下几种常见的防护方法
● 涂层保护：在金属表面涂覆一层耐腐蚀 材料，如油漆、树脂、橡胶等，以隔离金 属表面与周围介质的接触，从而防止腐蚀 的发生 ● 缓蚀剂：向介质中添加能够降低腐蚀速 率的物质，如酸碱中和剂、阻垢剂等。这 些物质可以在金属表面形成保护膜，降低 氧化还原反应的速率 ● 阴极保护：通过向金属表面施加电流或 使其成为原电池的阴极，以减缓或防止金 属表面的腐蚀。这种方法通常用于保护埋 地管道、船舶、建筑物等
● 阳极保护：通过将金属表面处理成阳极 状态，使其表面形成一层保护性的氧化膜， 从而防止进一步的腐蚀。这种方法通常用 于保护铝、镁等较活泼的金属材料
● 选用耐腐蚀材料：根据具体应用场合选 择耐腐蚀性能较好的材料，如不锈钢、钛 合金等，以降低腐蚀速率
● 控制环境因素：对于高温、高湿、恶劣 环境下的设备，应采取相应的措施控制环 境因素对腐蚀的影响，如加装空调、除湿 设备等
汇报结束
不妥之处敬请批评指正
产生电流
随着时间的推移， 金属表面的腐蚀逐 渐扩大，最终导致 金属结构的破坏
电化学腐蚀的发生和进展受到多种因素的影响，包括金属材料的性质、表面状态、温度、湿度、介质成
1 分、流速等。以下是一些主要因素
● 金属材料的性质：不同金属材料对电化学腐蚀的敏感性不同。例如，较活泼的金属如铁、铝、镁等容
2 易发生电化学腐蚀，而较不活泼的金属如金、银、铂等则不易受腐蚀
5
电化学腐蚀
缓蚀剂保护是通过添加少量能阻止或减缓金属腐蚀的物质使金属得到保护的方法。缓蚀剂保护的特点是投资 少、收效快、使用方便。但是缓蚀剂的应用也有一定的局限性：缓蚀剂不宜在高温下使用、只能用在封闭和循环 的体系中、具有较强的针对性、污染及废液回收处理问题也应慎重考虑。所以缓蚀剂在使用时应该根据具体情况 严格选择。在我国缓蚀剂是很重要的防腐方法之一，广泛应用于石油、化工、钢铁、机械、动力、运输等部门。 缓蚀剂与其它防腐方法联合使用，取得的效果更佳。
现象危害
由于金属表面与铁垢之间的电位差异，从而引起金属的局部腐蚀，而且这种腐蚀一般是坑蚀，主要发生在水 冷壁管有沉积物的下面，热负荷较高的位置。如喷燃器附近，炉管的向火侧等处，所以非常容易造成金属穿孔或 超温爆管。尽管铜铁的高价氧化物对钢铁会产生腐蚀，但腐蚀作用是有限的，但有氧补充时，该腐蚀将会继续进 行并加重。危害性是非常大的，一方面，它会在短期内使停用设备金属表面遭到大面积腐蚀。另一方面，由于停 用腐蚀使金属表面产生沉积物及造成金属表面粗糙状态，使机组启动和运行时，给水铁含量增大。不但加剧了炉 管内铁垢的形成，也加剧了热力设备运行时的腐蚀。
常用防腐方法
电化学保护
覆盖层保护
缓蚀剂保护
覆盖层保护是用耐蚀性能良好的金属或非金属材料覆盖在耐蚀性能较差的材料表面，把基体材料与腐蚀介质 隔开，以达到控制腐蚀的目的。表面覆盖层保护法不仅能提高基底金属的耐腐蚀能力，而且能节约大量贵重金属 和合金。
电化学腐蚀
电化学腐蚀编辑电化学腐蚀就就是金属与电解质组成两个电极,组成腐蚀原电池。
例如铁与氧,因为铁的电极电位总比氧的电极电位低,所以铁就是阳极,遭到腐蚀。
特征就是在发生氧腐蚀的表面会形成许多直径不等的小鼓包,次层就是黑色粉末状溃疡腐蚀坑陷。
1基本介绍2相关原理3方程式4现象危害5解决办法6电化学7除氧方法▪热力除氧▪真空除氧▪铁屑除氧▪解吸除氧▪树脂除氧▪化学药剂除氧基本介绍编辑不纯的金属跟电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化,这种腐蚀叫做电化学腐蚀。
钢铁在潮湿的空气中所发生的腐蚀就是电化学腐蚀最突出的例子。
我们知道,钢铁在干燥的空气里长时间不易腐蚀,但潮湿的空气中却很快就会腐蚀。
原来,在潮湿的空气里,钢铁的表面吸附了一层薄薄的水膜,这层水膜里含有少量的氢离子与氢氧根离子,还溶解了氧气等气体,结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液,它跟钢铁里的铁与少量的碳恰好形成无数微小的原电池。
在这些原电池里,铁就是负极,碳就是正极。
铁失去电子而被氧化、电化学腐蚀就是造成钢铁腐蚀的主要原因。
金属材料与电解质溶液接触, 通过电极反应产生的腐蚀。
电化学腐蚀反应就是一种氧化还原反应。
在反应中,金属失去电子而被氧化,其反应过程称为阳极反应过程,反应产物就是进入介质中的金属离子或覆盖在金属表面上的金属氧化物(或金属难溶盐);介质中的物质从金属表面获得电子而被还原,其反应过程称为阴极反应过程。
在阴极反应过程中,获得电子而被还原的物质习惯上称为去极化剂。
在均匀腐蚀时,金属表面上各处进行阳极反应与阴极反应的概率没有显著差别,进行两种反应的表面位置不断地随机变动。
如果金属表面有某些区域主要进行阳极反应,其余表面区域主要进行阴极反应,则称前者为阳极区,后者为阴极区,阳极区与阴极区组成了腐蚀电池。
直接造成金属材料破坏的就是阳极反应,故常采用外接电源或用导线将被保护金属与另一块电极电位较低的金属相联接,以使腐蚀发生在电位较低的金属上。
电化学金属腐蚀与防护原理及应用
电化学金属腐蚀与防护原理及应用电化学金属腐蚀是指金属在电解质溶液中发生的一种化学反应，会导致金属表面产生氧化、溶解或析出等不可逆过程。
金属腐蚀会导致金属失去原有的性能，降低材料的强度、硬度和可靠性，造成经济损失。
因此，为了保护金属材料免受腐蚀的损害，人们研究了多种防护技术。
电化学金属腐蚀的原理是基于金属表面的电化学反应。
金属在电解质溶液中处于一种平衡状态，既有金属的氧化（腐蚀）反应，也有金属的还原反应。
这个平衡状态被称为电池电位或者腐蚀电位。
当金属表面存在助腐蚀因素（如氧、酸、碱、盐）时，金属表面的氧化反应将被加速，导致金属腐蚀的加剧。
如果能够降低或改变金属表面的电位，就可以减缓金属腐蚀的发生。
为了实现金属腐蚀的防护，我们可以采用以下几种方法：1.阻止金属与电解质接触：通过物理屏障（如油漆、涂层、涂料等）将金属表面与电解质隔开，阻止金属被电解液侵蚀，起到保护金属的作用。
2.加强阳极的保护：在金属表面形成一层更活泼、更易氧化的金属层，作为阳极，吸引电流，减缓金属的腐蚀。
常见的做法是采用镀层、热浸镀、电镀等方法，在金属表面形成一层保护膜。
3.采用阻止电流流动的方法：通过在金属表面施加外加电流或者电磁场，阻止电流在金属间流动，减缓金属的腐蚀。
常见的做法是采用阴极保护或者磁场保护方法。
4.控制电解质环境：通过改变电解质的成分、浓度、温度等参数，使其不利于金属的氧化反应，减缓金属的腐蚀。
例如，对于钢铁材料，可以通过控制水中的溶解氧、酸碱度等因素，来减少金属腐蚀的发生。
电化学金属腐蚀防护的应用非常广泛。
在船舶、桥梁、海洋工程、化工设备等领域，金属材料容易受到海水、氧气、酸碱等环境的腐蚀，因此需要采取有效的防护措施。
例如，对于船舶，在船体表面施加阴极保护，将船体作为阴极，以减缓钢铁的腐蚀。
在化工设备中，常常采用高温涂层、耐酸碱材料等措施，延长设备的使用寿命。
总之，电化学金属腐蚀防护技术的目标是保护金属材料免受腐蚀的侵害，延长材料的使用寿命。
电化学腐蚀原理与防护方法
一电化学腐蚀原理1．腐蚀电池(原电池或微电池)金属的电化学腐蚀是金属与介质接触时发生的自溶解过程。
在这个过程中金属被氧化，所释放的电子完全为氧化剂消耗，构成一个自发的短路电池，这类电池被称之为腐蚀电池。
腐蚀电池分为三（或二）类：（1）不同金属与同一种电解质溶液接触就会形成腐蚀电池。
例如：在铜板上有一铁铆钉，其形成的腐蚀电池。
铁作阳极（负极）发生金属的氧化反应：Fe→Fe2++2e-；（Fe→Fe2++2e）＝－0.447V.阴极（正极）铜上可能有如下两种还原反应：(a)在空气中氧分压=21kPa时：O2+4H＋＋4e-→2H2O；(O2+4H＋＋4e-→2H2O)＝1.229V,(b)没有氧气时，发生2H++2e-→H2；（2H++2e-→H2）＝0V，有氧气存在的电池电动势E1=1.229－(-0.447)＝1.676V;没有氧气存在时，电池的电动势E2＝0-(-0.447)=0.447V。
可见吸氧腐蚀更容易发生，当有氧气存在时铁的锈蚀特别严重。
铜板与铁钉两种金属(电极)连结一起，相当于电池的外电路短接，于是两极上不断发生上述氧化—还原反应。
Fe氧化成Fe2+进入溶液，多余的电子转向铜极上，在铜极上O2与H＋发生还原反应，消耗电子，并且消耗了H＋，使溶液的pH值增大。
在水膜中生成的Fe2+离子与其中的OH—离子作用生成Fe(OH)2，接着又被空气中氧继续氧化，即：Fe2++2OH-→Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3 Fe(OH)3乃是铁锈的主要成分。
这样不断地进行下去，机械部件就受到腐蚀。
（2）电解质溶液接触的一种金属也会因表面不均匀或含杂质微电池。
例如工业用钢材其中含杂质(如碳等)，当其表面覆盖一层电解质薄膜时，铁、碳及电解质溶液就构成微型腐蚀电池。
该微型电池中铁是阳极：Fe→Fe2++2e-碳作为阴极：如果电解质溶液是酸性，则阴极上有氢气放出（2H++2e-→H2）；如果电解质溶液是碱性，则阴极上发生反应O2+2H2O+4e-→4OH-。
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a
7
a
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在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一层 薄薄的水膜，这层水膜里含有少量H+和 OH－，还溶解了氧气，结果在钢铁表面 形成了一层电解质溶液，它跟钢铁里的 铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电 池。在这些原电池里，铁是负极，碳是 正极。铁失去电子而被氧化：
负极（Fe）：2Fe - 4e ‾ = 2Fe2+
正极（C）： 2H2O＋O2＋4e ‾ = 4OH ‾
总式：2Fe＋O2+2H2O=2Fe(OH)2
Fe2+与OH-形成Fe(OH)2，又被氧化成Fe(OH)3， 分解后形成铁锈：
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
Fe2O3 ·nH2O （铁锈）
电化学腐蚀是造成钢铁腐a蚀的主要原因。
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化学腐蚀（次要）
金属跟接触到的物质(如O2、Cl2、SO2等)直接 发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。这类反
应比较简单，仅仅是金属跟氧化剂之间的氧化还原
反应。
电化学腐蚀（主要）
不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池 反应，比较活泼的金属失电子而被氧化，这种腐蚀 叫做电化学腐蚀。
a
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钢铁的析氢腐蚀示意图
正极：O2+2H2O+4e-＝4OH－；
（2）若试管液面下降，则溶液呈 酸性
性，发生
析氢 腐蚀，电极反应式为：负极：Fe–2e-＝Fe2+
正极：2H++2e-＝H2↑ 。
a
13
2、分析右图，按要求写出有关反应方程式： （1）铁棒上的电极反应式为： 2Fe–4e-＝2Fe2+ （2）碳棒上的电极反应式为： O2+2H2O+4e-＝4OH（3）溶液中发生反应的化学方程式： Fe2+ +2OH-= 2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
Fe2O3 ·nH2O （铁锈）
系联
通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。
a
12
练习
1. 如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：
（1） 若试管液面上升，则溶液呈 中性或弱酸 性，发生 吸氧 腐蚀,电极反应式为：负极：Fe–2e-＝Fe2+ ,
电流方向 2
2、组成原电池的条件:
(1)有活泼性不同的两个电极 (2)两电极都接触电解质溶液
(3)正极、负极、电解质溶液构成闭合回 路
(4)在电极表面上能发生自发进行的
氧化还原反应。
a
3
请在图上标出电子的流动方向和电流方向,
并判断正负极，写出电极反应式和总反应式.
I e-
e-
Ag
Fe
Zn
Cu
a
4
3、设计原电池
1、利用 Cu+2FeCl3= CuCl2+2FeCl2 的氧化 还原反应设计原电池
负极：Cu—2e - = Cu2+ 氧化反应 正极：2Fe3+ +2e- =2Fe2+ 还原反应
a
5
2.一个原电池反应的离子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu,
该反应的的原电池正确组合是（ C ）
钢铁的吸氧腐蚀示意图
a
11
钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
件条
水膜呈酸性。
CO2+H2O H2CO3
H++HCO
-
3
水膜呈中性或酸性很弱。
应 电 负极Fe(- ) Fe-2e=Fe2+
2Fe-4e=2Fe2+
极 反
正极C(+) 2H++2e=H2↑
O2+2H2O+4e=4OH-
总反应: Fe+2H+=Fe2++H2↑ 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2
H2SO4 (aq)
负极( Fe ): Fe－2e - = Fe 2+.
CuSO4 (aq)
负极( Zn): Zn－2e - = Zn2+ .
正极( Ag): 2H++2e - = H2↑ . 总反应式: Fe+2H+ = Fe 2+ +H2↑.
正极( Cu): Cu2+ +2e - = Cu . 总反应式: Zn+Cu2+ = Zn2 ++ Cu.
a
14
正极 负极
A
B
C
D
Zn
Cu
Cu Fe
Cu
Zn
Zn Zn
电解质溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl
a
6
问题讨论
(1). 判断下列装置是否为原电池？若是， 指出电极名称 并写出电极反应式。 C
否
是
是
(2). 若将Fe棒C棒粉碎掺在一起制成一光亮的Fe－C合金棒， 插在HCl里，则是否构成了原电池？若是，电极反应 是什么？长期放置，铁棒表面会有什么变化？
第三单元 化学能与电能的转化
钢铁的电化学腐蚀
江苏省宿迁中学高一化学组
2020/6/6
a
1
回顾：原电池工作原理
还原剂失去的电 子从锌极流出
经外电路
流入铜极.
还原剂(Zn)失去电 子，发生氧化反应
Zn-2e-=Zn2+
Zn2+ H+
SO42-
a
氧化剂(H+)在铜极上 得到电子，发生还 原反应 2H+ +2e-=H2