过程装备腐蚀与防护1~6章习题与题解

为什么说“材料的腐蚀是自发产生的”？

自然界中物质最稳定的存在状态是以金属化合物的形态存在。如：Fe2O3、FeS、Al2O3等等。由于它们的强度、硬度、刚度等性能不能满足工业结构材料的要求，用冶金方法外加能量将它们还原成金属元素及其合金，它们比其化合物具有更高的自由能，根据热力学第二定律，金属元素必然自发地转回到热力学上更稳定的化合物状态。这就是金属的腐蚀过程。

有机非金属材料是由有机小分子材料经聚合成为大分子材料而具有一定的强度、刚度和硬度，具备满足工业结构材料性能的。在聚合过程中加入的能量，使其比小分子具有更高的自由能。在介质中材料发生一些化学或物理作用，使其从高能的聚合态向低能而稳定的小分子状态转变，使材料的原子或分子间的结合键破坏。也是服从热力学第二定律的。

无机非金属材料有天然的和人工的。两者均是由在自然界较稳定的化合物状态的分子或元素，在天然或人工外部作用下，结合成具有一定形状、强度、刚度和硬度的材料。这些材料在形成过程中受到的外部作用，使其内能增加，具有比它们的化合物状态的分子或元素高的能态，同样由热力学第二定律，它们在腐蚀性介质环境下，发生化学或物理作用，使材料的原子或分子间的结合键断裂破坏。也服从热力学第二定律。材料腐蚀危害性 a.涉及范围广泛：因腐蚀是自发产生的，腐蚀现象就涉及到所有使用材料的一切领域；

b.造成的经济损失巨大；间接损失：由于腐蚀引起停产、更新设备、产品和原料流失、能源浪费。一般间接损失比直接损失大很多。污染环境、造成中毒、火灾、爆炸等重大事故。

c.阻碍新技术、新工艺的发展。直接损失：由于腐蚀造成的材料自身的损失，使材料变成废物。

间接损失：由于腐蚀引起停产、更新设备、产品和原料流失、能源浪费。一般间接损失比直接损失大很多。污染环境、造成中毒、火灾、爆炸等重大事故。

控制腐蚀重要意义研究材料的腐蚀规律，弄清腐蚀发生的原因及采取有效的防腐蚀措施，可以延长设备寿命、降低成本、提高劳动生产率。

什么叫腐蚀？材料由于环境作用引起的破坏或变质。化学腐蚀金属与非电解质直接发生化学作用引起的破坏。电化学腐蚀金属与电解质溶液发生电化学作用引起的破坏。

腐蚀按腐蚀机理化学腐蚀和电化学腐蚀两类

腐蚀按破坏特征全面腐蚀和局部腐蚀两类

局部腐蚀应力腐蚀破裂、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、小孔腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、氢脆、选择性腐蚀、空泡腐蚀、丝状腐蚀

腐蚀按腐蚀环境大气腐蚀、土壤腐蚀、电解质溶液腐蚀、熔融盐中的腐蚀、高温氧化腐蚀和氢腐蚀

作为过程装备设计人员，学习腐蚀知识有哪些必要性？a.合理选材：满足工艺和机械性能、防腐蚀要求；

b.合理的结构设计：在结构设计时，要考虑工艺要求、强度要求，同时考虑腐蚀问题；

c.制定正确的机械制造工艺和热处理方法；

d.采用经济实用的防腐蚀技术。金属腐蚀过程，可能按照哪些历程进行？各具有什么特点？金属腐蚀过程可按化学和电化学两种历程进行。化学历程氧化剂直接与金属表面的原子相碰，化合物形成腐蚀产物，该过程无电流产生。电化学历程金属腐蚀的氧化还原反应的两个过程同时进行又相对独立，该过程有电流产生。

电化学腐蚀的条件阳极氧化、阴极还原、电解质存在。金属在含有其自身离子的盐溶液中，界面上形成双电层，使金属表面带有：①一定是正电；②一定是负电；

③可能是正电，也可能是负电。三者哪个正确，为什么？说明双电层的特点？

答：②正确。在含有其自身离子的盐溶液中，盐溶液的极性水分子与金属离子之间的水化力大于金属离子与电子之间的结合力，形成的双电层，在金属表面上带负电，在金属和溶液界面溶液侧带正电。

双电层的特点：①双电层的两层“极板”可能分处于不同的相中，如第一类双电层；也可能分处于同一相中，如第二类和第三类双电层。

②双电层的内层有过剩的电子或阳离子，当系统形成回路时，电子可沿导线流入或流出电极。③双电层间存在很大的电位跃。

举例说明什么是平衡电极电位和非平衡电极电位，标准电极电位是哪一种电位？非平衡电极电位能否用能斯特公式进行计算？为什么？铜电极放入硫酸铜溶液中，当溶液中铜离子的浓度达到使铜电极的溶解与铜离子在铜电极上析出的速率相等时，这时电极反应的正逆两过程的电荷和物质都达到了动态平衡，此时铜电极的电位就是铜的平衡电极电位。

如果把铁电极放入硫酸铜溶液中，铁电极溶解使溶液中铁离子浓度逐渐增加，到达一定程度后，溶液中的铁离子也会在铁电极上析出，但铜离子也析出，总不能使溶解出的金属离子在电量和质量上同时达到动态平衡，铁电极的电位成为非平衡电极电位。

标准电极电位是标准状态下的平衡电极电位。

非平衡电极电位不能用能斯特方程计算。因为能斯特方程是建立在平衡状态条件下计算电极电位的方程。

写出下列电极反应的电极电位表达式。

解：①查表1-5标准氧化还原电位，电极电位表达式①的标准氧化还原电位为0

②查表1-5标准氧化还原电位，电极电位表达式②的标准氧化还原电位为+0.771V

③查表1-5标准氧化还原电位，电极电位表达式③的标准氧化还原电位为+0.401

说明什么叫氧化还原电极？什么叫氧化还原电位？

答：各种去极化反应在阴极进行时，阴极的电极材料本身不发生任何变化，只是当反应物在其表面氧化或还原时起输送或带走电子的作用，且氧化或还原的产物留在溶液中而不在电极上析出，这种电极称为氧化还原电极

当去极化反应达到动态平衡时，其相应的平衡电位称为氧化平衡电位

写出金属电化学腐蚀的热力学条件。

答：0

.K

M

e

E

E

E<

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何谓腐蚀电池？腐蚀电池有哪些类型？如图请标明腐蚀电池的各个组成部分。

和原电池的工作原理一样，所不同的是腐蚀系统中电子回路短接，电流不对外作功，实际上是一个短路原电池。

有宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池两种类型。

由铜和铁在稀H2SO4溶液中组成电池，指出正、负极和阴、阳极，并写出两电极反应的方程式，说明发生腐蚀的是哪个电极。

答：铜是负极和阳极；铁是正极和阴极。

e

Fe

Fe

e

Cu

Cu2

;

22

2+

⇔

+

⇔+

+；铁电极发生腐蚀。

极化现象？阳极极化和阴极极化？

答：腐蚀电池工作时，由于电流流动而引起电极电位偏离初始值的现象，称为极化现象。

通阳极电流后，阳极电位向正方向偏离称为阳极极化。

通阴极电流后，阴极电位向负方向偏离称为阴极极化。

电化学极化？浓差极化和膜阻极化？

答：阴极上由于去极剂与电子结合的反应速度迟缓，来不及全部消耗来自阳极流来的电子，造成阴极电子增高，便阴极电位向负方向变化；阳极上金属失去电子成为水化离子的反应速度落后于电子