金属的电化学防护
金属的电化学腐蚀与防护
金属的电化腐蚀中，只有在金属活动性顺序中位于氢
之前的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属
只能发生吸氧腐蚀.
[例2] ( )
(2009· 青岛模拟)下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是
A．纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗
B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用 C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴 极保护法 D．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐
D．4OH－－4e－ === 2H2O＋O2↑
解析：酸性条件下发生析氢腐蚀． 答案：C
2．下列方法中，不能用于进行金属防腐处理的是 . A．油漆 B．铝热反应 C．电镀
(
)
D．改变金属的内部结构
解析：铝热反应常用于由活泼金属Al制不活泼金属．
答案：B
3．钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为
能转化为电能的装置，C错误；由于吸氧腐蚀与氧气、水
有关，所以钢柱在空气与水交界处比水下部分更容易腐蚀， D错误． 答案：A
4．为了保护地下钢管不受腐蚀，可采取的措施有(
A．与石墨棒相连
)
B．与直流电源负极连接
C．与直流电源正极连接 D．与钢板相连
解析：金属保护的电化学方法：形成原电池的正极、电解 池的阴极． 答案：B
________．(填序号)
A．铜 C．锌 B．钠 D．石墨
(3)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率， 其中铁闸门应该连接在直流电源的________极．
解析： (1)发生吸氧腐蚀时，负极上Fe失去电子，正
极上O2得到电子． (2)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如Zn，就可由 Zn失去电子，Zn被溶解，而Fe被保护，属于牺牲阳 极的阴极保护法．
金属材料的电化学腐蚀行为与防护
金属材料的电化学腐蚀行为与防护引言：金属材料是广泛应用于工业和日常生活中的重要材料之一。
然而，金属材料在使用过程中往往会受到电化学腐蚀的影响，而腐蚀会导致金属材料性能下降、损坏甚至失效。
因此，了解金属材料的电化学腐蚀行为及其防护对于延长材料寿命、提高使用性能具有重要意义。
一、电化学腐蚀行为1. 腐蚀机理金属腐蚀主要是通过电化学反应进行的。
在电化学腐蚀中，金属表面发生氧化和还原反应，形成电荷传递过程，导致金属离子溶解和产生腐蚀产物。
2. 影响因素电化学腐蚀行为受多种因素影响，包括金属材料的组成、结构、表面状态、溶液环境等。
其中，溶液环境的酸碱度、温度、溶解氧含量等因素对金属腐蚀具有重要影响。
3. 腐蚀类型金属腐蚀可分为多种类型，包括常见的均匀腐蚀、局部腐蚀和应力腐蚀等。
均匀腐蚀是指金属表面均匀溶解，而局部腐蚀则是指局部区域发生腐蚀。
应力腐蚀是指金属在受到应力作用下发生腐蚀。
二、电化学腐蚀防护方法1. 材料选择选择耐腐蚀性能好的金属材料是防护的首要措施。
不同金属的耐腐蚀性能不同，可以通过选择具有更好耐腐蚀性能的金属或合金来减轻腐蚀问题。
2. 表面处理通过表面处理来改变金属表面的状态，形成保护层来防止腐蚀的产生。
常见的表面处理方法包括电镀、喷涂、阳极氧化等。
3. 缓蚀剂缓蚀剂是一种能够与金属表面形成保护膜的物质，可以减缓金属腐蚀速率的发展。
常见的缓蚀剂包括钝化剂、缓蚀剂添加剂等。
4. 阴极保护阴极保护是通过将金属材料变为阴极，从而减少其腐蚀速度。
常见的阴极保护方法有外加电流阴极保护和阳极保护。
5. 涂层保护将金属表面涂覆一层抗腐蚀的涂层，形成保护层来防止金属腐蚀。
常见的涂层材料包括有机涂层、无机涂层等。
三、电化学腐蚀行为与防护应用举例1. 钢铁的电化学腐蚀行为与防护钢铁作为常见的金属材料，其电化学腐蚀问题尤为突出。
可以通过合金化、阴极保护等方式来减缓钢铁腐蚀速率。
2. 铜及其合金的电化学腐蚀行为与防护铜及其合金在湿润环境中易受电化学腐蚀。
金属的电化学腐蚀与防护方法
金属的电化学腐蚀与防护方法金属在我们的日常生活和工业生产中无处不在，从建筑结构到交通工具，从电子设备到医疗器械。
然而，金属面临着一个普遍而严重的问题——电化学腐蚀。
这一现象不仅会导致金属材料的性能下降，缩短其使用寿命，还可能引发安全隐患和巨大的经济损失。
因此，了解金属的电化学腐蚀原理以及掌握有效的防护方法至关重要。
一、金属电化学腐蚀的原理要理解金属的电化学腐蚀，首先需要了解一些基本的电化学概念。
电化学腐蚀本质上是一个氧化还原反应，涉及到电子的转移。
当金属暴露在电解质溶液（如潮湿的空气、海水等）中时，金属表面会形成无数微小的原电池。
以铁为例，在潮湿的空气中，铁表面吸附的水膜会溶解氧气和二氧化碳等气体，形成电解质溶液。
铁中的杂质（如碳）与铁本身形成了许多微小的电极。
铁原子失去电子变成亚铁离子进入溶液，发生氧化反应：Fe 2e⁻＝Fe²⁺。
而在另一些区域，氧气得到电子发生还原反应：O₂＋ 2H₂O ＋ 4e⁻＝ 4OH⁻。
这样，电子从铁原子转移到氧气，形成了电流，导致铁不断被腐蚀。
不同的金属在电化学序列中的位置不同，其活泼性也不同。
位置越靠前的金属，越容易失去电子发生氧化反应，也就越容易被腐蚀。
例如，锌比铁活泼，在锌铁原电池中，锌会优先被腐蚀，从而保护了铁，这就是常见的牺牲阳极的阴极保护法的原理。
二、金属电化学腐蚀的类型1、析氢腐蚀在酸性较强的环境中，金属发生电化学腐蚀时，氢离子在阴极得到电子生成氢气，这种腐蚀称为析氢腐蚀。
例如，铁在酸性溶液中的腐蚀：阳极（Fe）：Fe 2e⁻＝ Fe²⁺阴极（杂质）：2H⁺＋ 2e⁻＝ H₂↑2、吸氧腐蚀在中性或弱酸性环境中，金属发生电化学腐蚀时，氧气在阴极得到电子，与水共同作用生成氢氧根离子，这种腐蚀称为吸氧腐蚀。
如铁在潮湿空气中的腐蚀：阳极（Fe）：Fe 2e⁻＝ Fe²⁺阴极（杂质）：O₂＋ 2H₂O ＋ 4e⁻＝ 4OH⁻三、金属电化学腐蚀的影响因素1、金属的本性不同的金属在相同的环境中，其腐蚀速率往往不同。
金属的防护分类及应用实例
金属的防护分类及应用实例金属的防护分类及应用实例可以根据不同的目的和方法进行划分。
以下将根据防止金属腐蚀、提高金属耐磨性和防止金属热损坏三个方面进行分类，并举一些应用实例来说明。
1. 防止金属腐蚀：针对金属腐蚀的防护方法主要包括物理防护、化学防护和电化学防护。
1.1 物理防护：物理防护主要是通过对金属表面施加一层隔离膜或涂层来防止与外界环境接触，阻挡腐蚀介质的进入。
常见的物理防护方法包括涂层、包覆和层叠等。
应用示例：（1）在汽车制造中，使用热镀锌工艺对汽车钢板进行涂层，以防止腐蚀。
（2）航空航天领域使用陶瓷喷涂技术来保护航空器零件。
（3）在海洋工程中，为了防止金属结构受海水的侵蚀，会将结构表面进行涂层保护。
1.2 化学防护：化学防护通过对金属表面进行化学处理来形成一种耐蚀性较高的层，防止金属与腐蚀介质发生直接接触。
常见的化学防护方法包括酸洗、酸化、化学合金等。
（1）在电子器件制造过程中，对金属表面进行酸洗处理，去除氧化层，提高电子器件的导电性能和稳定性。
（2）在石油化工行业，采用化学阻垢剂来防止管道内壁产生腐蚀。
（3）在食品加工业，经常使用食品级不锈钢来防止食品与金属接触引起腐蚀。
1.3 电化学防护：电化学防护通过在金属表面施加电流或电势来改变金属与腐蚀介质间的电位差，从而减缓腐蚀速度。
常用的电化学防护方法有电镀、阳极保护等。
应用示例：（1）在汽车制造中，通过镀层来提高车身的耐腐蚀性能。
（2）在海洋工程中，使用阴极保护系统来减缓金属结构在海水中的腐蚀速度。
（3）在建筑物的防腐蚀中，采用电流阴极保护来延长金属的使用寿命。
2. 提高金属耐磨性：金属在使用过程中可能会因受力而产生磨损，为了延长金属的使用寿命，可以采取以下几种方式进行保护。
2.1 表面硬化：通过表面处理方法，如表面淬火、喷涂硬化等，可以提高金属的硬度和耐磨性。
（1）针对机械零件，可以通过高频淬火、氮化等表面硬化方法来提高零件的耐磨性。
（2）对于汽车发动机的活塞环、凸轮轴等关键零部件，采用高温涂层技术以提高磨损抗力。
高中化学金属的电化学腐蚀和防护
金属的电化学防护原理：通过改 变金属表面的电化学环境，抑制 或减缓金属的电化学腐蚀过程。
常用的电化学防护方法：阳极 保护和阴极保护。
阳极保护：通过外加电流使金属 成为阳极，从而在金属表面形成 致密的氧化膜，提高耐腐蚀性。
阴极保护：通过外加电流使金属成 为阴极，从而在金属表面形成氢气 或氯离子，减少腐蚀的可能性。
在船舶和海洋工程中，金属的电化学 腐蚀和防护措施的应用，如船体的防 腐处理和海底管道的防腐蚀措施。
金属回收利用：通过电化学腐蚀和防护技术，可以将废旧金属回收并重新利用，减少对 自然资源的浪费。
污水处理：利用电化学腐蚀和防护技术，可以有效地处理污水中的有害物质，保护水资 源免受污染。
土壤修复：通过电化学腐蚀和防护技术，可以修复受到重金属污染的土壤，提高土壤质 量。
阴极保护：通过外加电流使金属成为阴极，从而防止腐蚀 阳极保护：通过外加电流使金属成为阳极，在表面形成保护膜 涂层保护：在金属表面涂覆防腐蚀涂层，如油漆、塑料等 电镀保护：在金属表面电镀一层耐腐蚀的金属，如锌、铬等
防护效果的持久性：分析防护 措施在长时间内对金属的保护 作用
防护措施的有效性：通过实验 数据评估防护措施对金属腐蚀 的抑制效果
外加电流的阴极保护法：通过向被保护金属提供外部电流，使其成为电解池的阴极，从而防止 金属腐蚀。
涂层保护：在被保护金属表面涂覆一层耐腐蚀材料，如油漆、塑料等，以隔离金属与腐蚀介质。
电化学保护：利用电解池原理，将被保护金属作为阴极进行电解处理，使其表面形成一层致密 的氧化膜，提高耐腐蚀性。
金属的电化学腐蚀：金属与电 解质溶液发生氧化还原反应， 导致金属损失的现象。
金属的性质：不同金属的电化学腐蚀速率不同，与金属的活泼性有关 介质种类：不同介质对金属的腐蚀速率有显著影响，例如酸、碱、盐等 介质浓度：介质浓度越高，金属的腐蚀速率越快 环境条件：温度、湿度、压力等环境条件也会影响金属的腐蚀速率
化学选修四4-4金属的电化学腐蚀与防护
(2)铁锅锈蚀的电极反应方程式为：
负极 2Fe- 4e- =2Fe2+ ，正极2H2O+O2+4e-=4OH-。 正、负极电极反应的产物会继续发生反应，反应的离
子方程式或化学方程式为
2Fe＋O2＋2H2O＝2Fe(OH)2、 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝
4Fe(OH)3
2Fe(OH)3＝Fe2O3·xH2O＋(x－3)H2O
电化 学
防护
应用
牺牲阳极的 阴极保护法
一些钢铁设备如锅炉 内壁、船体外壳等装
上镁合金或锌片
外加电流的 阴极保护法
土壤、海水及水中的 金属设备
实例
示意 图
●案例精析
【例1】关于金属腐蚀的叙述中，正确的是( C )
A．金属被腐蚀的本质是M＋nH2O＝M(OH)n＋ n/2H2↑
B．马口铁(锡铁)镀层破损后被腐蚀时，首先是 镀层被氧化
以下现象与电化学腐蚀无关的是 ( D ) A．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿 B．生铁比纯铁芯(几乎是纯铁)容易生锈 C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁
锈
D．银质奖牌(纯银制成)久置后表面变暗
以下现象与电化学腐蚀无关的是( D ) A．镀锡铁器比镀锌铁器表面破损时更易被腐
蚀
B．生铁比纯铁容易生锈 C．镶有相邻的银牙和金牙容易引起头痛 D．输送氯气的钢管易被氯气腐蚀
(2)钢铁吸氧腐蚀的原理：
在潮湿的空气中，钢铁表面溶解有氧气，它与钢 铁中的碳和铁形成了原电池。这些微小的原电池 遍布钢铁表面。
负极(Fe)：2Fe－4e－＝2Fe2＋(氧化反应)
正极(C)：2H2O＋O2＋4e－＝4OH－(还原反应) 总反应：2Fe＋O2＋2H2O＝2Fe(OH)2 Fe(OH)2继续与空气中的O2作用，生成Fe(OH)3， 再生成铁锈。
金属的电化学保护法
金属的电化学保护法
金属的电化学保护法主要有两种：阳极保护法和阴极保护法。
阳极保护法是通过提高可钝化金属的电位使其进入钝态而达到保护目的的。
这种技术主要适用于具有活化-钝化转变的腐蚀体系，例如浓硫酸贮罐、氨水贮槽等。
阳极保护系统类似于外加电流阴极保护系统，只是极化电流的方向相反。
阴极保护法则是通过降低金属电位而达到保护目的的。
阴极保护有两种方法，一种是外加电流法，由外部直流电源提供保护电流，电源的负极连接保护对象，正极连接辅助阳极，通过电解质环境构成电流回路。
另一种是牺牲阳极法，依靠电位负于保护对象的金属（牺牲阳极）自身消耗来提供保护电流，保护对象直接与牺牲阳极连接，在电解质环境中构成保护电流回路。
这种方法常用于保护海轮外壳、海水中的各种金属设备、构件和防止巨型设备（如贮油罐）以及石油管路的腐蚀。
在实际应用中，应根据金属的种类、腐蚀环境和使用条件等因素选择合适的电化学保护法。
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。
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保护法＞有一般防腐条件保护＞无防腐条 件
金属腐蚀原理的应用
• 印刷电路的制作 • 电化学刻蚀 • 等离子刻蚀技术 • 利用腐蚀来防腐
铝罐车运输冷的浓硝酸、浓硫酸； 铁在NaOH、NaNO3溶液中发蓝、发黑， 使铁表面形成一层致密的氧化膜，也可防 止钢铁生锈
请同学们回顾一下，生活中常见的钢铁腐蚀主要是什 么原因造成的？结合金属腐蚀的本质，分析金属防护 的本质是什么？
钢铁腐蚀主要是铁和空气中的氧气及水蒸气共同作用 的结果，本质上是铁、碳及氧气、水蒸气构成了原电 池，铁失去电子而被腐蚀。
金属腐蚀的本质是金属原子失去电子而被氧化的过 程，因而防护的本质是阻止金属失去电子。
用牺牲镁块的方法来防止地 下钢铁管道的腐蚀，镁块必 须定期更换
牺牲阳极阴极保护法
将被保护金属与比其更活泼的金属连接在 一起，更活泼的金属（如镁、锌等）作为 阳极（负极）不断被腐蚀，可定期更换， 而作为阴极（正极）的金属就能不被腐蚀 而得到保护。 牺牲阳极一般常用的材料有铝、锌、镁等。 此法常用于保护海轮外壳，海水中的各种 金属设备、构件和防止巨型设备（如贮油 罐）以及石油管路的腐蚀。
牺牲阳极的阴极保护法
外加电流的阴极保护法
将被保护的钢铁设备作为
阴极，另一附加惰性电极
•
作为阳极，两者都处在电
解质溶液（如海水）中，
接上外加直流电源。接通
后，电子流向被保护的钢
铁设备，在钢铁表面积累
了大量的负电荷，从而抑
辅Hale Waihona Puke 阳极 （不溶性）制钢铁失去电子，阻止钢 铁被腐蚀。
外加电流的阴极保护法主
要用于防止土壤、海水及
• 作业 • 导与练 课后限时训练
防护的思路：防止金属与化学物质（潮湿空气、腐 蚀性气体、电解质溶液）直接接触，防止金属与环境 形成原电池。
思考与交流
• 在我们日常生产生活中有哪些 常用的金属防护的方法？
健身器材刷油漆以防锈
汽车喷漆
船身、车厢、水桶等常涂油漆，汽车外壳常喷漆
机器轮轴涂矿物油脂防护
镀锌
镀铬的保险杠
搪瓷反应罐
搪瓷器皿
搪瓷是含SiO2量较高的玻璃瓷釉，有极好的耐腐蚀性 能，因此作为耐腐蚀非金属涂层，广泛用于石油化工、 医药、仪器等工业部门和日常生活用品中。
防护方法
一、在金属表面覆盖保护层 在金属表面喷漆、涂矿物油脂、 喷涂塑料、搪瓷、镀上一层纯金 属（如铁上镀锌、锡、铬等）、 生成氧化膜等
衣架和电线的外面 包上一层塑料层
• 一座海上采油平台的建造费超过1亿元，阴极保护 费用只需100—200万元，平台寿命由5年提高到20 年。
• 地下管线的阴极保护费只占总投资的0.3%—0.6% ，可大大延长使用寿命
规律小结
• 在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规 律如下：
• 电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的 腐蚀 ＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀
小资料
用塑料（如聚乙烯、 聚氯乙烯、聚氨酯 等）喷涂金属表面， 比喷油漆效果更佳。 塑料这种覆盖层致 密光洁，色泽艳丽， 兼具防蚀与装饰的 双重功能。
不锈钢
防护方法
• 二、改变金属的内部组成和 结构
如：制成合金：不锈钢（钢中 加入一定量的镍和铬）
三、电化学防护方法
• 电化学腐蚀的原因是在金属表面形成原电池，因 此我们可以利用原电池原理来保护金属，以防止 金属腐蚀。
• 金属在发生电化学腐蚀的过程中，总是作为原电 池负极（阳极）的金属被氧化（失去电子）而腐 蚀，作为原电池正极（阴极）的金属不被腐蚀。 因此，使被保护金属作为正极，是有效地保护金 属腐蚀的方法之一。
交流与讨论
在铁的表面镀上一层金属是常见的防止铁 生锈的方法，常见的有镀锡（马口铁）和 镀锌（白铁皮），当马口铁和白铁皮上的 金属镀层损坏时，镀层金属和铁在潮湿的 空气中会形成原电池。试分析上述两种原 电池中，哪一种情况下铁不容易被腐蚀？ 为什么？
在马口铁镀层被破坏后构成原
电池中，铁、锡作为两极，由于铁 的金属活动性大于锡，因此，铁作 为负极，更易失去电子而被腐蚀； 在白铁皮镀层被破坏后构成原电池 中，铁、锌作为两极，由于锌的金 属活动性大于铁，因此，锌作负极 失去电子，而铁作正极，不易被腐 蚀。
这是应用什么原理呢?
锌块
用牺牲锌块的方法来保护 船身，锌块必须定期更换
河水中的金属设备的腐蚀。
阴极保护法的应用
主要用于保护水中和地下的各种金属构件和设备 。如舰船、码头、桥梁、水闸、海洋平台、海底 管线、原子能发电厂的各类给水系统，地下油、 气、水管、电缆等都可用外加电流法和牺牲阳极 法进行阴极保护。
阴极保护法的经济效益
• 一艘海船的建造中，涂装费占5%，阴极保护费用 只占1%。