第五章 析氢腐蚀和吸氧腐蚀
析氢腐蚀和吸氧腐蚀
由于缓慢步骤形成 的阻力，在氢的平 衡电位下将不能发 生析氢腐蚀。因此 氢的析出电位要比 氢电极的平衡电位 更负一些，两者间 差值的绝对值称为 氢过电位。
在一定电流密度下，氢的平 衡电位与析氢电位之差，就 是该电流密度下氢的过电位。
过电位是电流密度的函数。
析氢过程的阴极极化曲线
（氢离子作为唯一的去极 化剂情况下）
a值与材料有关。
根据缓慢放电理论求得的b H值为0.118V(25℃)， 这与大多数金属电极上实测的b H值大致相同， 见表5-l。
在酸性溶液中，25℃时，氢在铂、钯电极上析 出的实测数据 b H为0.03V，说明氢析出的控制 步骤不是式(5-6)所示。目前可以认为，极化不 大时，在光滑的铂、钯金属上，氢析出的控制 步骤如式(5-7)所示；极化较大或电极表面被极 化时，控制步骤可能如式(5-8)所示。
第一节 电化学腐蚀中的阴极过程
金属在电解质溶液中发生电化学腐蚀的根本 原因是:
电解质溶液中含有能使该种金属氧化的物质， 即腐蚀过程的去极化剂。
去极化剂的阴极过程与金属氧化的阳极过程 共轭组成腐蚀过程。显然，没有阴极过程，阳 极过程就不会发生，金属也就不会发生电化学 腐蚀。
由阴极极化的本质可知，凡能在阴极上吸收电子的 过程（即阴极还原反应）都可以构成金属电化学腐蚀的 阴极过程。
( 4 )氢分子聚集成氢气泡析出。
在这些步骤中，如果某一步骤进行得缓慢，就会控 制影响着其他步骤的顺利进行，由阳极流过来的电子就 会在阴极上积累，导致阴极电位向负向移动，从而产生 一定的阴极过电位。
在碱性介质中，如果发生析氢反应，电极上还原的 不是氢离子，而是水分子，是电子直接加在水分子上， 然后分解产生氢气和OH-
当前的电化学工业主要是水溶液的电化学，水的电 解过程可能叠加到任何阴极或阳极反应上，所以析氢过 电位的研究也有很大的实用价值。
析氢反应和吸氧反应的方程式
析氢反应和吸氧反应的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
钢材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。
00。
铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀方程式
铁的腐蚀是一个常见的化学现象，其中最常见的两种腐蚀类型是吸氧腐蚀和析氢腐蚀。
这两种腐蚀类型都涉及到铁与周围环境的化学反应，但反应条件和产物有所不同。
首先，我们来看析氢腐蚀。
析氢腐蚀主要发生在强酸性环境中，此时铁会与氢离子发生反应，生成氢气和亚铁离子。
具体的化学方程式为：
extFe+2extH+→extFe2++extH2
这个反应是一个典型的置换反应，其中铁被氧化成亚铁离子，而氢离子被还原成氢气。
由于这个反应会释放出氢气，所以被称为析氢腐蚀。
接下来，我们来看吸氧腐蚀。
吸氧腐蚀主要发生在弱酸性、中性或碱性环境中，此时铁会与水和氧气发生反应，生成氢氧化亚铁和氢氧根离子。
具体的化学方程式为：
4extFe+3extO2+6extH2extO→4extFe(OH)2
这个反应是一个氧化还原反应，其中铁被氧化成亚铁离子，而氧气被还原成氢氧根离子。
由于这个反应需要吸收氧气，所以被称为吸氧腐蚀。
值得注意的是，氢氧化亚铁并不稳定，它会进一步与水和氧气反应生成氢氧化铁，这也是铁锈的主要成分。
总的来说，铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀都是铁与周围环境发生的化学反应，但反应条件和产物有所不同。
析氢腐蚀主要发生在强酸性环境中，生成氢气和亚铁离子；而吸氧腐蚀主要发生在弱酸性、中性或碱性环境中，生成氢氧化亚铁和氢氧根离子。
这两种腐蚀类型都会导致铁的损坏和失效，因此需要采取适当的措施来防止铁的腐蚀。
材料腐蚀与防护-第五章-析氢腐蚀和吸氧腐蚀.
氧去极化的阴极极化曲线： 由于氧去极化的阴极过程与氧向金属表面输送过程及 氧的离子化反应有关．所以氧去极化的阴极极化曲线比较 复杂。 分为四个部分： (1)阴极过程由氧离子化反应控制，即反应速度＜ ＜传输速度。 (2) 阴极过程由氧的扩散过程控制，即传输速度＜ ＜反应速度。 随着电流密度的不断增大，氧扩散过程缓慢引起浓差 极化。 (3)阴极过程由氧的离子化反应与氧的扩散过程混 合控制，即传输速度=反应速度。 (4)阴极过程由氧去极化及氢去极化共同控制。
析氢腐蚀的特征： 1.阴极反应浓度极化较小，一般可以忽略，原因： • （1）去极化剂是带电的半径很小的氢离子，在 溶液中有较大的迁移和扩散能力； • （2）去极化浓度较大，在酸性溶液中是氢离子， 在中性和碱性溶液中是水分子；H2O+e—H+OH• （3）氢气泡的搅拌作用； 2.与PH值关系较大。 3.与金属材料的本质和表面状态有关。 4.与阴极面积有关。 5.与温度有关。
影响氧去极化腐蚀的因素： （1）氧的浓度： 极限扩散电流密度随溶解氧的浓度增加 而增加，氧去极化腐蚀速度随着氧的浓度增加而增加。 （2）流动速度： 在氧浓度一定的情况下，极限扩散电流 密度与扩散层厚度呈成反比。溶液流速增加使扩散层 厚度减小，腐蚀速度增加。腐蚀速度随溶液流速的增 加而增加。 （3）温度：通常溶液温度升高有利于提高界面反应速度。 因此，在一定的温度范围内腐蚀速度将随温度升高而 加速。 （4）盐浓度：随着盐浓度增加，溶液的电导率增大，腐 蚀速度明显加快。
5.2 吸氧腐蚀 当电解质溶液中有氧存在时，在阴极上发生氧去极化反应， 在中பைடு நூலகம்或碱性溶液中： 在酸性溶液中：
由此引起阳极金属不断溶解的现象称作氧去极化腐蚀。
许多金属及其合金在中性或碱性溶液中，在潮湿大气、 海水、土壤中都可能发生氧去极化腐蚀，甚至在流动的弱 酸性溶液中也会发生氧去极化反应。因此，与析氢腐蚀比 较，氧去极化腐蚀更为普遍和重要。
5 析氧腐蚀和吸氧腐蚀
Fe在酸溶液中的阳极反应
表面活性低的Fe，实验测定ba=40mV， 理论计算ba=39.6mV
Fe H 2O Fe( H 2O) ad
Fe( H 2O) ad Fe(OH ) ad H Fe(OH ) ad Fe(OH ) ad e
Fe(OH ) ad RDS Fe(OH ) e Fe(OH ) H Fe2 H 2O
氢离子以扩散、迁移、 氧分子以扩散和对流， 和对流，传质速度快 传质速度慢
浓度随溶液中氢离子的 浓度随溶液温度和盐 去极化剂浓度 活度增加而增加 浓度增大而减小 极化控制类型 主要是活化极化控制 主要是浓度极化控制
以氢气泡逸出，对电极 产物OH-只能靠扩散 阴极反应产物 表面的溶液有搅拌作用 或迁移离开电极表面
吸附在金属表面的氢原子能够渗入金属， 并在金属内扩散，就有可能造成氢鼓泡、 氢脆等损害。 金属表面吸附氢原子浓度越大，则渗入 金属的氢原子越多，氢损害的危害性越 大。
阳极过程
动力学特征 在非氧化性和弱氧化性的酸性溶液中，析氢腐蚀 的阳极反应的一般形式为：
Me Me ne
n
历程比较复杂
氢离子还原反应的历程
液相传质 H H 2O H H 2O
电子转移 H e H ad
脱附
H ad H ad H 2 (化学脱附）
Had H e H2 (电化学脱附）
氢分子结合为气泡，离开电极表面。
氢损害—— 氢原子在金属的扩散
Eec E 0.0591 pH
0 c
【例5-1】
• 银在酸化到pH=3的0.1mol/L硝酸银溶液 中能否发生析氢腐蚀？如果在上述溶液中 加入1mol/L氰化钾，银能否发生腐蚀？
36 析氢腐蚀和吸氧腐蚀
16
3.6.2 氧去极化腐蚀(吸氧腐蚀)
必要条件： 金属的氧化电位比氧还原反应的电位负。 EM<EO2 中、碱性溶液中氧还原反应 O2+2H2O+4e 4OH酸性溶液中反应 O2+4H++4e 2H2O
相较于氢去极化腐蚀，氧还原反应可以在正 得多的电位下进行，因此氧去极化腐蚀要更为 普遍。
9
杂质对Zn在0.25M的H2SO4溶
液中腐蚀速度的影响
吸氧图
1 2
（ ） 铝
速（
率 ；
） 铜
不 同 的
、 、杂
铅 铁质
、 、对
汞 锑锌
降 、腐
低 砷蚀
了 、速
锌 锡度
的 、的
腐 镉影
蚀 加响
速 速是
率 了不
。 锌同
的的
动力学数据
腐。 蚀 10
的 腐 蚀 过 程 。
是 高 氢 过 电 位 金 属 ， 属 于 阴 极 控 制
17
氧向金属（电极）表面的输送过程-消耗型
18
吸氧腐蚀中氧气传输的特点
• 对于氧去极化的阴极过程，浓度极化很突出，常 常占有主要地位。这是因为作为阴极去极化剂的 氧分子与氢离子的本质不同所决定的。
• （1）氧分子向电极表面的输送只能依靠对流和扩 散；
• （2）由于氧的溶解度不大，所以氧在溶液中的浓 度很小，一般为10-4mol/L；
8
四、氢去极化腐蚀概况
• 一般来说，电势较负金属在氧化性较弱的 酸和非氧化性酸中以及电极电位很负的金 属（如Mg）在中性或碱性溶液中的腐蚀都 属于氢去极化的腐蚀。
• 当金属中含有电位比金属电位更正的杂质 时，如果杂质上的氢过电位低，则阴极反 应过程将主要发生在杂质表面上进行，杂 质就成为阴极区。此时，杂质的氢过电位 的高低对基体金属的腐蚀有很大影响。
析氢、吸氧腐蚀
金属的电化学腐蚀的实质是金属、金属中的杂质（或合金）与金属表面的水膜形成了无数微小的原电池，较活泼的金属作为负极，失去电子被氧化而发生腐蚀。
以钢铁在潮湿的空气中生锈威力，在潮湿的空气里，钢铁的表面会吸附一层薄薄得水膜，水膜里溶有CO2、SO2、H2S等气体，使水膜里含有一定量的H+，如果水膜的酸性较弱或呈中性，也会溶有一定量的氧气。
结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好构成原电池。
这些微小的原电池遍布钢铁的表面，在这些原电池里，铁是负极，碳是正极，因此，铁被氧化而生锈。
通常有两类腐蚀：
1、析氢腐蚀：若电解质溶液酸性较强，则发生析氢腐蚀。
负极：Fe—2e— = Fe2+ 正极：2H++2e—= H2↑
总：Fe+2H+=Fe2++H2↑
2、吸氧腐蚀：若电解质溶液酸性很弱或呈中性，则发生吸氧腐蚀。
负极：2Fe—4e— = 2Fe2+ 正极：2H2O+O2+4e— = 4OH—
总：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2
Fe（OH）2继续与空气中的O2反应生成Fe（OH）3，再进一步形成铁锈（Fe3O4·H2O）铁锈稀松的覆盖在钢铁表面，不能阻止钢铁进一步被腐蚀。
吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式。
纯铁的抗腐蚀能力很强。
【知识解析】析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较-完整版课件
典例详析
例3－10（2020浙江浙东北联盟期中） 利用如图所示装置进行实验，开始时，a、b管中液面相平，密封好，放置一段时间 。下列说法不正确的是（C ） A．a管内发生吸氧腐蚀，b管内发生析氢腐蚀 B．一段时间后，a管内液面高于b管内液面 C．a管内溶液的pH增大，b管内溶液的pH减小 D．a、b管内具有的相同的电极反应式为Fe－2e－ === Fe2＋
Fe失去电子成为Fe2＋进入溶
Fe失去电子成为Fe2＋进入溶液，Fe失
液，Fe失去的电子流入C极，
去的电子流入C极，H＋移向C极，与C
极上的电子结合成H2从溶液中析出
O2在C极上获得电子成为OH －进入溶液
其他反应及产物 普遍性
Fe2＋＋2OH===Fe（OH）2↓ 4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3 2Fe（OH）3===Fe2O3·xH2O＋（3－x）H2O
再见
典例详析
解析：U形管左侧是中性溶液，生铁丝发生吸氧腐蚀，右侧是酸性溶液，生铁丝发 生析氢腐蚀，故A正确。U形管左侧发生吸氧腐蚀，导致a管内气体压强减小，U形管 右侧发生析氢腐蚀，生成氢气，导致b管内气体压强增大，一段时间后，a管内液面 高于b管内液面，故B正确。a管内铁失电子生成亚铁离子，氧气得电子和水反应生成 氢氧根离子，a管内总反应为2Fe＋O2＋2H2O === 2Fe（OH）2，反应过程中消耗水 ，但因电解质溶液呈中性，所以a管内溶液的pH不变；b管内发生析氢腐蚀，消耗H＋ ，溶液的pH增大，故C错误。a、b管内构成的原电池中，铁都作负极，具有相同的 电极反应式：Fe－2e－ === Fe2＋，故D正确。
析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较
类型 形成条件 电解质溶液 负极反应 正极反应
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。