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。
铁的电化学腐蚀
铁的电化学腐蚀
电化学腐蚀就是金属和电解质组成两个电极，组成腐蚀性原电池。
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是电化学腐蚀最突出的例子。
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。
因为，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，所以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，电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。
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。
人教版高中化学选修4第15讲：金属的电化学腐蚀与防护
金属的电化学腐蚀与防护❖教学目标1.认识金属腐蚀的危害，能解释金属发生电化学腐蚀的原因。
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.掌握金属腐蚀的防护方法。
❖知识梳理一、金属的腐蚀1．概念金属或合金与周围接触到的气体或液体物质发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。
2．本质金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。
3．分类(1)化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质溶液(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。
(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，比较活泼的金属失电子而被氧化。
4．钢铁的电化学腐蚀(1)钢铁的电化学腐蚀的分类(2)钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较：析氢腐蚀吸氧腐蚀图形描述钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的吸氧腐蚀示意图条件水膜酸性较强水膜呈中性_或酸性很弱__电极反应负极Fe－2e－===Fe2＋2Fe－4e－===2Fe2＋正极C 2H＋＋2e－===H2↑O2＋4e－＋2H2O===4OH－总反应2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)25.影响金属腐蚀的因素。
影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面，就金属本性而言，金属越活泼，越容易被腐蚀。
介质对金属的腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，就容易被腐蚀。
6.化学腐蚀与电化学腐蚀的相同点和不同点相同点都是造成金属被氧化腐蚀。
不同点是化学腐蚀是金属和氧化剂直接发生氧化还原反应，无电流产生；电化学腐蚀是发生原电池反应，有电流产生。
7.从字面上区别析氢腐蚀和吸氧腐蚀析氢腐蚀中的“析”是“析出”的意思，即发生该腐蚀时，有H2析出；吸氧腐蚀中的“吸”是“吸进”的意思，即发生该腐蚀时，空气中的氧气参加反应而被消耗。
8．铁在自然界中发生的腐蚀主要：主要是电化学腐蚀中的吸氧腐蚀。
电化学腐蚀中吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍，吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，在金属活动性顺序中位于氢前面和氢之后的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动性顺序表中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。
钢铁腐蚀原因
钢铁被腐蚀原因
钢铁腐蚀，是金属和周围环境发生化学或电化学反应而导致的一种破坏性侵蚀。
其表现就是钢铁表面产生铁锈。
在自然界中，金属为什么很容易受到腐蚀，这是因为绝大多数金属（除Au 、Pt、Po外）在大气中处于不稳定状态，它与周围介质具有发生
反应的倾向，这与金属本性有关，在热力学上，用吉布斯函数△
G值来衡量
如△G值为负值，则腐蚀反应是可能的。
△G值愈负，金属腐蚀倾向就愈大；如△G值为正值，则该腐蚀过程不可能进行，
例如金属发生氧化反应：
我们可以从其反应后生成的金属氧化物标准生成吉布斯函数△G值判断。
一般常见的金属，Fe、Mg、Cu、Zn、Sm 、Ni、Mn、Cr的氧化物△G值是负值。
说明这些金属与氧化反应生成金属氧化有自发进行倾向即可能发生腐蚀。
当钢铁被氧化后生成氧化铁，而氧化铁没有金属原有的物理性质，即较好的抗压强度。
且钢铁结构由于表层不断被氧化，钢铁的质量不断变小，会使钢铁结构件的物理性质（如抗压机拉伸）不断变弱。
如果不对钢铁材料进行保护，那么很短时间内就会被腐蚀而出现穿孔及结构件断裂。
金属的电化学腐蚀与防护
一二
思考感悟 电化学防护的实质是什么? 提示:电化学防护的实质是把被保护的金属作原电池的正极或电 解池的阴极,不参与电极反应,从而不被氧化。
一、化学腐蚀与电化学腐蚀的区别和联系
中性或碱性
性较强
现象 无电流产生
有微弱电流产生
化学腐蚀 电化学腐蚀(主要)
反应
负极:Fe-2e- Fe2+
式(以 2Fe+3Cl2 铁腐蚀 2FeCl3
为例)
正极:2H2O+O2+4e4OH-
正极:2H++2eH2↑
联系
两种腐蚀往往同时发生,只是电化学腐蚀比化学腐蚀 更普遍,危害更大
特别提醒只有在金属活动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ顺序中位于氢前面的金属才可能发生 析氢腐蚀,位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀。
知识点1 知识点2 知识点3
点拨主要从以下几个方面来解决此类题目。 ①正确地判断出金属腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀。 ②如果是电化学腐蚀,判断出正、负极,一般活泼的金属为负极
被腐蚀,不活泼的金属为正极被保护。
知识点1 知识点2 知识点3
金属腐蚀快慢的比较 【例题2】 如图,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀由快到慢的 顺序为( )
三、金属的电化学防护 1.金属的防护方法
2.金属的电化学防护 (1)牺牲阳极的阴极保护法。 将还原性较强的金属作为保护极与被保护金属相连构成原电池, 还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而被损耗,被保护金属 作为正极就可以避免被腐蚀。这种保护法牺牲了阳极保护了阴极。 (2)外加电流的阴极保护法。 将被保护金属与外加直流电源的负极相连让其成为阴极,而将外 加直流电源的正极接到惰性电极上,让其成为阳极。
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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正极：2H++2e-＝H2↑ 。
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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
.
.
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+ ,
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+
电流方向
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。
.
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- I
Ag
Fe
Zn
Cu
H2SO4 (aq)
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
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。
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。
.
钢铁的析氢腐蚀示意图
钢铁的吸氧腐蚀示意图
.
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+
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. 蚀的主要原因。
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。
.
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
.
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 ）
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
.
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？
.
.
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 ‾
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.
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
2020/5/27 .
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-
.
氧化剂(H+)在铜极上 得到电子，发生还 原反应 2H+ +2e-=H2