金属的电化学腐蚀与防护

思考： 思考：
将用酸洗除锈的铁钉， 将用酸洗除锈的铁钉，在饱和食盐水浸泡后 放在如图所示的装置中， 放在如图所示的装置中，几分钟后观察导管中水柱的 变化 实验现象： 实验现象：
几分钟后,装置中的 几分钟后 装置中的 导管中水柱上升
结论：说明装置中有气体参加反应。 结论：说明装置中有气体参加反应。 思考：该气体是什么呢？ 思考：该气体是什么呢？
科学探究
不同条件下铁钉的腐蚀
现有洁净无锈的铁钉，试管、植物油、 现有洁净无锈的铁钉，试管、植物油、 NaCl溶液、CH3COOH溶液和煮沸后迅速 溶液、 溶液 溶液和煮沸后迅速 冷却的蒸馏水，你也可以选用其他物品， 冷却的蒸馏水，你也可以选用其他物品，设 计实验探究铁钉锈蚀需要哪些条件， 计实验探究铁钉锈蚀需要哪些条件，以及在 什么条件下锈蚀速率快。 什么条件下锈蚀速率快。
条件 电 负极 负极Fe(-) 极 反 正极C(+) 正极 应 总反应
析氢腐蚀 水膜呈酸性 水膜呈酸性 Fe-2e =Fe
+ _ _ 2+
吸氧腐蚀 水膜酸性很弱或呈中性 2Fe-4e =2Fe 2+ O2+2H2O+4e = 4OH
_ _ _
2H +2e = H2
Fe+ 2H + = Fe2++ H2 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 Fe2O3 · nH2O 通常两种腐蚀同时存在，但以吸氧腐蚀为主。 通常两种腐蚀同时存在，但以吸氧腐蚀为主。
第四节 金属的电化学腐蚀与防护
被腐蚀的金属
因为金属腐蚀而使桥梁坍塌
资料
我国每年因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值(GNP) 我国每年因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值(GNP) 的2% ～ 4%，钢铁因腐蚀而报废的数量约占钢铁当 4%， 年产量的25%-30%。全世界每年因为金属腐蚀造成 年产量的25%-30%。 25% 的直接经济损失约达7000亿美元，是地震、水灾、 的直接经济损失约达7000亿美元，是地震、水灾、台 7000亿美元 风等自然灾害造成损失总和的6 风等自然灾害造成损失总和的6倍。
实 验 方 案 CH3COOH 煮沸后迅 NaCl溶液 煮沸后迅 溶液
溶液 速冷却的 蒸馏水 速冷却的 蒸馏水
植 物 油
植物油
有气泡产 记 录 生，反应 速率快
相当长时 间铁钉未 被腐蚀
铁钉渐 渐生锈
无现象
无现象
由于无O 由于无 2， 结 铁钉被腐 较长时间铁 铁钉被 论 蚀最快 钉未被腐蚀 腐蚀
你还知道哪些防止金属腐蚀的方法？ 你还知道哪些防止金属腐蚀的方法？ 请举例说明。 请举例说明。 制成不锈钢； 制成不锈钢；或在金属表面镀一层比 要保护的金属更活泼的金属。 要保护的金属更活泼的金属。
锌块
镁
用牺牲锌块的方法来保护 船身， 船身，锌块必须定期更换
用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁 管道的腐蚀， 管道的腐蚀，镁块必须定期更换
思考与交流
请根据生活常识以及下图总结金 属防护常用的方法，并解释这些方法 属防护常用的方法， 为什么可以达到防止金属腐蚀的目的。 为什么可以达到防止金属腐蚀的目的。
健身器材刷油漆以防锈
衣架和电线的外面 包上一层塑料层
自行车的钢圈和车铃 是在钢上镀上一层既 耐腐蚀又耐磨的Cr 耐腐蚀又耐磨的 某些工具的“ 某些工具的“机械转动 部位” 部位”选用油脂来防锈
二、金属的防护方法
1、在金属表面覆盖保护层：油、油漆、塑 、在金属表面覆盖保护层： 油漆、 搪瓷、 料、搪瓷、镀一层金属 2、改变金属的内部组织结构：如制成合金 、改变金属的内部组织结构：
3、电化学保护法 、 （1）牺牲阳极的阴极保护法 （原电池原理） ）牺牲阳极的阴极保护法 原电池原理）
(例：轮船船身上的锌块、地下钢铁管道接镁块) 例 轮船船身上的锌块、地下钢铁管道接镁块
由于无O 由于无O 由于无 2， 由于无 2、 铁钉未被 H2O铁钉 铁钉 腐蚀 不能被腐
蚀
钢铁在干燥的空气里长时间不易被 腐蚀, 腐蚀,但在潮湿的空气里却很快被腐 这是什么原因呢? 蚀,这是什么原因呢?
在潮湿的空气里,钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜。 在潮湿的空气里 钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜。水膜 钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜 中溶解有来自大气中的CO2、SO2、H2S等气体 使水膜中含有 中溶解有来自大气中的 等气体 一定量的H 一定量的 + H2O + CO2 ⇌ H2CO3 ⇌ H + + HCO3
几天之后发现铁钉表面生锈，发生的是吸氢腐蚀还是吸氧腐蚀？ 几天之后发现铁钉表面生锈，发生的是吸氢腐蚀还是吸氧腐蚀？
知识总结
1、金属腐蚀： 金属腐蚀：
一、金属的电化学腐蚀
金属的腐蚀是指金属与周围接触到的气体或液体 发生氧化还原反应而引起损耗的现象 2、金属腐蚀的本质： M - ne = M 金属腐蚀的本质：
3
下列装置中四块相同的Zn片 下列装置中四块相同的 片，放置一段时间后腐蚀速 率由慢 率由慢到快的顺序是 (4) (2) (1) (3)
分析右图，按要求写出有关反应方程式： 分析右图，按要求写出有关反应方程式： 4、 、 ）、铁棒上的电极反应式为 （1）、铁棒上的电极反应式为： ）、铁棒上的电极反应式为： ）、碳棒上的电极反应式为 （2）、碳棒上的电极反应式为： ）、碳棒上的电极反应式为： ）、溶液中发生反应的化学方程式 （3）、溶液中发生反应的化学方程式： ）、溶液中发生反应的化学方程式： 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 2Fe–4e-＝2Fe2+ O2+2H2O+4e-＝4OH-
化学腐蚀 3 种类
n+
(不多见、无电流) 不多见、无电流 不多见
原电池、 电化学腐蚀 (原电池、常见、有电流 原电池 常见、有电流)
化学腐蚀和电化学腐蚀的比较 化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
化学腐蚀 条件 现象 反应 影响因素 腐蚀快慢 相互关系 金属跟接触的物质反应 不产生电流 金属被氧化
随温度升高而加快 相同条件下较电化学腐蚀慢 相同条件下较电化学腐蚀慢
思考题： 思考题：
两种金属， 有M、N两种金属，分别与盐酸反应，产生 2速率相近， 、 两种金属 分别与盐酸反应，产生H 速率相近， 设计一个实验比较M、 两种金属的活泼性 两种金属的活泼性。 试设计一个实验比较 、N两种金属的活泼性。
影响金属腐蚀的因素： 影响金属腐蚀的因素：
1、金属的本性：金属越活泼，就越容易 、金属的本性：金属越活泼， 失去电子而被腐蚀。如果金属中能导电的 失去电子而被腐蚀。 杂质不如该金属活泼， 杂质不如该金属活泼，则容易形成原电池 而使金属发生电化学腐蚀。 而使金属发生电化学腐蚀。 2、介质：遇潮湿空气、腐蚀性气体、电 、介质：遇潮湿空气、腐蚀性气体、 解质溶液， 解质溶液，容易被腐蚀
电化学腐蚀 不纯金属跟电 解质 溶液接触 有微弱的电流产生 较活泼的金属被氧化
与原电池的组成有关 较快
化学腐蚀和电化学腐蚀同时发生， 化学腐蚀和电化学腐蚀同时发生， 但电化学腐蚀更普遍
练 习
1．铜制品上的铝质铆钉，在潮湿空气中易腐蚀的原 ．铜制品上的铝质铆钉， 因可描述为（ 因可描述为（ A ）． A．形成原电池时铝作负极 ． B．形成原电池时铜作负极 ． C．形成原电池时，电流由铝经导线流向铜 ．形成原电池时， D．铝铆钉发生了化学腐蚀 ． 2．以下现象与电化腐蚀无关的是（D ）． ．以下现象与电化腐蚀无关的是（ A．黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿 ．黄铜（铜锌合金） B．生铁比软铁蕊（几乎是纯铁）容易生锈 ．生铁比软铁蕊（几乎是纯铁） C．铁质器件附着铜质配件，在接触处易生铁锈 ．铁质器件附着铜质配件， D．银质奖牌久置后表面变暗 ．
损耗金属
损坏机械设备 造成严重事故
造成经济损失
一、金属的电化学腐蚀
1、金属腐蚀： 金属腐蚀：
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。 起损耗的现象。 实质： 实质：发生氧化还原反应 M - ne- = M n+ 金属与接触到的干燥气体 2、 ） （如O2,Cl2,SO2）或非电解质 金 （1）化学腐蚀 液体(石油 石油)等直接发生化学反 液体(石油)等直接发生化学反 属 应引起的腐蚀叫做化学腐蚀。 应引起的腐蚀叫做化学腐蚀。 腐 蚀 不纯的金属与电解质溶液接触 的 会发生原电池反应， 时，会发生原电池反应，比较 ） 类 （2）电化学腐蚀 活泼的金属失电子而被氧化 型 更普遍且危害大） 的腐蚀叫做电化学腐蚀。 （更普遍且危害大） 的腐蚀叫做电化学腐蚀。
进一步反应 联系
烧过菜的铁锅如果未及时洗 ），第二天 净（残液中含 NaCl），第二天 ）， 便出现红棕色锈斑（ 便出现红棕色锈斑（主要成分为
Fe 2 O 3•nH2O）。请问这种腐蚀是 ）。请问这种腐蚀是 ）。 化学腐蚀还是电化学腐蚀?为什么 为什么? 化学腐蚀还是电化学腐蚀 为什么
解析：属于电化学腐蚀。 解析：属于电化学腐蚀。 因为铁锅是由生铁做成的,铁锅生 因为铁锅是由生铁做成的 铁锅生 锈是因为Fe-C-NaCl形成原电池。铁 形成原电池。 锈是因为 形成原电池 作负极，失去电子变成亚铁离子， 作负极，失去电子变成亚铁离子，从 而被腐蚀。 而被腐蚀。
（2）外加电流的阴极保护法 ）
（1）牺牲阳极的阴极保护法 ）
（2）外加电源的阴极保护法 ）
辅助阳极 不溶性） （不溶性）
规律小结
在同一电解质溶液中， 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＞ 电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀＞ ＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀 防腐措施由好到坏的顺序如下： 防腐措施由好到坏的顺序如下： 外接电源的阴极保护法＞ 外接电源的阴极保护法＞牺牲阳极的阴极保护 有一般防腐条件保护＞ 法＞有一般防腐条件保护＞无防腐条件
思考与归纳： 思考与归纳： 金属被腐蚀后有什么危害？ 金属被腐蚀后有什么危害？
（1）外形、色泽、机械性能发生变化； ）外形、色泽、机械性能发生变化； （2）影响机器、仪表设备精度和灵敏度，以至报废； ）影响机器、仪表设备精度和灵敏度，以至报废； （3）桥梁、建筑物强度降低而坍塌； ）桥梁、建筑物强度降低而坍塌； （4）地下金属管道泄漏； ）地下金属管道泄漏； （5）轮船船体损坏； ）轮船船体损坏； （6）金属腐蚀还可能造成环境污染。 ）金属腐蚀还可能造成环境污染。
-
H2O ⇌ H + +OH-
这样在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜,它跟 这样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构成无数微小的原电池。 钢铁里的铁和少量的碳构成无数微小的原电池。
其中铁作负极,碳作正极 其中铁作负极,
电解质溶液
钢铁的析氢腐蚀示意图 钢铁的析氢腐蚀示意图 析氢腐蚀
4、电化学腐蚀
不纯的金属（或合金） 不纯的金属（或合金）跟电解质 溶液接触时， 发生原电池反应， 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， 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。 这种腐蚀叫做电化学腐蚀。 电化学腐蚀
①不纯的金属（或合金） ②发生原电池反应 不纯的金属（或合金） 发生原电池反应 不纯的金属 ③负极金属失电子被氧化
3、化学腐蚀 、 （1）定义： ）定义：
金属与接触到的干燥气体（ 金属与接触到的干燥气体（如O2,Cl2,SO2）或非电解 质液体(石油 石油)等直接发生化学反应引起的腐蚀叫做化 质液体 石油 等直接发生化学反应引起的腐蚀叫做化 学腐蚀。 学腐蚀。
（2）原理 金属跟氧化剂直接发生氧化还原反应。 直接发生氧化还原反应 ）原理： 金属跟氧化剂直接发生氧化还原反应。 （3）影响因素： ）影响因素： 金属越活泼，越易被腐蚀； 金属越活泼，越易被腐蚀； 金属所处的环境温度越高， 金属所处的环境温度越高，腐蚀速率越快 氧化剂浓度越大，腐蚀速率越快。 氧化剂浓度越大，腐蚀速率越快。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
钢铁
钢铁的吸氧腐蚀示意图 钢铁的吸氧腐蚀示意图 吸氧腐蚀
负极（ 负极（Fe）： ：
Fe—2e— = Fe2+
正极（ ）： ）：① 2H++2e— = H2 正极（C）：①水膜酸性较强 ②水膜酸性很弱或呈中性 水膜酸性很弱或呈中性 2H2O+O2+4e— = 4OH—
钢铁的析氢腐蚀 吸氧腐蚀比较 钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较 析氢腐蚀和