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。
电化学腐蚀与防护
6
● 介质成分：介质中的盐分、酸、碱、盐等成分可以影响金属的电化学性质，从而影响腐蚀速率。例如， 酸性介质通常会加速钢铁的腐蚀
7 ● 流速：流速的增加会导致金属表面与周围介质的交换速率增加，从而加速电化学腐蚀的进程
为了防止和减缓电化学腐蚀的发生，可以 采取以下几种常见的防护方法
● 涂层保护：在金属表面涂覆一层耐腐蚀 材料，如油漆、树脂、橡胶等，以隔离金 属表面与周围介质的接触，从而防止腐蚀 的发生 ● 缓蚀剂：向介质中添加能够降低腐蚀速 率的物质，如酸碱中和剂、阻垢剂等。这 些物质可以在金属表面形成保护膜，降低 氧化还原反应的速率 ● 阴极保护：通过向金属表面施加电流或 使其成为原电池的阴极，以减缓或防止金 属表面的腐蚀。这种方法通常用于保护埋 地管道、船舶、建筑物等
● 阳极保护：通过将金属表面处理成阳极 状态，使其表面形成一层保护性的氧化膜， 从而防止进一步的腐蚀。这种方法通常用 于保护铝、镁等较活泼的金属材料
● 选用耐腐蚀材料：根据具体应用场合选 择耐腐蚀性能较好的材料，如不锈钢、钛 合金等，以降低腐蚀速率
● 控制环境因素：对于高温、高湿、恶劣 环境下的设备，应采取相应的措施控制环 境因素对腐蚀的影响，如加装空调、除湿 设备等
汇报结束
不妥之处敬请批评指正
产生电流
随着时间的推移， 金属表面的腐蚀逐 渐扩大，最终导致 金属结构的破坏
电化学腐蚀的发生和进展受到多种因素的影响，包括金属材料的性质、表面状态、温度、湿度、介质成
1 分、流速等。以下是一些主要因素
● 金属材料的性质：不同金属材料对电化学腐蚀的敏感性不同。例如，较活泼的金属如铁、铝、镁等容
2 易发生电化学腐蚀，而较不活泼的金属如金、银、铂等则不易受腐蚀
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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。
化学腐蚀与电化学腐蚀知识点整理
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⾦属腐蚀的现象⼗分复杂，根据⾦属腐蚀的机理不同，通常可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两⼤类。
1 化学腐蚀 ⾦属材料与⼲燥⽓体或⾮电解质直接发⽣化学反应⽽引起的破坏称化学腐蚀。
钢铁材料在⾼温⽓体环境中发⽣的腐蚀，通常属化学腐蚀，在⽣产实际中常遇到以下类型的化学腐蚀。
a、钢铁的⾼温氧化 钢铁材料在空⽓中加热时，铁与空⽓中的02发⽣化学反应，在570℃以下反应如下： 3Fe + 202 Fe304 ⽣成的Fe304是⼀层蓝⿊⾊或棕褐⾊的致密薄膜，阻⽌了O2与Fe的继续反应，起了保护膜的作⽤。
在570℃t22_k⽣成以FeO为主要成分的氧化⽪渣，反应如下：2Fe + O2 2FeO ⽣成的FeO是⼀种既疏松⼜极易龟裂的物质，在⾼温下O2可以继续与Fe反应，⽽使腐蚀向深层发展。
不仅空⽓中的氧⽓会造成钢铁的⾼温氧化，⾼温环境中的CO2，⽔蒸⽓也会造成钢铁的⾼温氧化，反应如下： Fe + CO2 FeO + CO；Fe + H2O FeO + H2 温度对钢铁⾼温氧化影响极⼤，温度升⾼，腐蚀速率显著增加，因此，钢铁材料在⾼温氧化性介质（O2，C02，H20等）中加热时，会造成严重的氧化腐蚀。
b、钢的脱碳 钢中含碳量的多少与钢的性能密切相关。
钢在⾼温氧化性介质中加热时，表⾯的C或Fe3C极易与介质中O2，C02，⽔蒸⽓，H2等发⽣反应： Fe3C（C） + 1/2O2 3Fe + CO； Fe3C（C） + C02 3Fe + 2CO； Fe3C（C） + H20 3Fe + CO + H2； Fe3C（C） + 2H2 3Fe + CH4 上述反应使钢铁⼯件表⾯含碳量降底，这种现象称为"钢的脱碳"。
钢铁的电化腐蚀和电化学保护
• 金属腐蚀的主要害处，不仅在于金属本身的损失， 更严重的是金属制品构造损坏所造成的损失比金属 本身要大到无法估量。
• 腐蚀不仅造成经济损失，也经常对平安构成威胁。
• 国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因 某一零部件破裂而坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而塌 陷；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸；化 工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染；管道 和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体 如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工作人员 和附近居民的生命平安。
• 面对这样惊人的数据和金属腐蚀危害 事实，大家有没有想过，铁怎么会被 腐蚀？怎样防腐？
问题讨论
钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，它 们在什么条件下易生锈？
钢铁的电化学
腐蚀和
电化学保护
原电池和电解池的比较
借助氧化复 原反响而产 生电流的装 置。
化学能 转化 为电能
借助电流引 起氧化复原 反响的装置
金属原子失去电子变成阳离子而损耗
无原电池
构成无数微小原电池
无电流 金属被腐蚀
有弱电流 较活泼金属被腐蚀
电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多
请大家根据以下图，写出电极反响式及原电池反响方 程式。
负极：2Fe - 4e = 2Fe2+ 正极： O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
电池反响： 2Fe+ O2+2H2O 分析：中性或=2酸F性e(O很H弱)2或碱性条件下，易发生吸氧腐蚀。
4Fe(OH)3＝Fe2O3·xH2O(铁锈)+(3-
吸氧腐蚀x)比H2O析氢腐蚀普遍得多
金属的腐蚀
➢析氢腐蚀和吸氧腐蚀的对比
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件 水膜酸性较强 水膜酸性较弱或呈中性
正极反应 2H++2e-=H2↑ 2H2O + O2 + 4e- = 4OH-
负极反应
Fe - 2e- = Fe2+
➢ 金属腐蚀的种类
种类
化学腐蚀
电化腐蚀
条件
实例 电流 本质 相互 关系
金属与非电解 质等直接发生 化学反应
2Fe＋3Cl2＝2FeCl3
无
金属被氧化
不纯金属或合金跟 电解质溶液接触发 生原电池反应
钢铁腐蚀
有微弱的电流
较活泼金属被氧化
化学腐蚀、电化腐蚀常同时发生
化学腐蚀 金属的腐蚀
电化学腐蚀 金属腐蚀的实质 金属原子
被 氧 -ne化
金属阳离子
1、化学腐蚀
金属表面与介质如气体或非电解质溶液等因发 生化学作用而引起的腐蚀，称作化学腐蚀
Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑
2Fe+3Cl2=2FeCl3
Zn
化学腐蚀原理简单，属
于一般的氧化还原反应
HCl
2、电化学腐蚀
① 析氢腐蚀
水膜酸性较强
H2O＋CO2
H2CO3
负极 (Fe) Fe - 2e- = Fe2+
H＋＋HCOห้องสมุดไป่ตู้-
正极 (C) 2H++2e- = H2↑
总反应： Fe + 2H+ = Fe2+ + H2↑
②吸氧腐蚀
水膜酸 O2 性较弱
空气
或中性
Fe2+
负极： Fe -2e-＝Fe2+
化学腐蚀与电化学腐蚀
化学腐蚀与电化学腐蚀金属腐蚀的现象十分复杂，根据金属腐蚀的机理不同,通常可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类.1 化学腐蚀金属材料与干燥气体或非电解质直接发生化学反应而引起的破坏称化学腐蚀。
钢铁材料在高温气体环境中发生的腐蚀,通常属化学腐蚀，在生产实际中常遇到以下类型的化学腐蚀.a.钢铁的高温氧化钢铁材料在空气中加热时,铁与空气中的02发生化学反应，在570℃以下反应如下：3Fe + 202 Fe304生成的Fe304是一层蓝黑色或棕褐色的致密薄膜,阻止了O2与Fe的继续反应,起了保护膜的作用.在570℃t22_k生成以FeO为主要成分的氧化皮渣,反应如下:2Fe + O2 2FeO生成的FeO是一种既疏松又极易龟裂的物质,在高温下O2可以继续与Fe 反应，而使腐蚀向深层发展.不仅空气中的氧气会造成钢铁的高温氧化，高温环境中的CO2，水蒸气也会造成钢铁的高温氧化，反应如下：Fe + CO2 FeO + CO；Fe + H2O FeO + H2温度对钢铁高温氧化影响极大，温度升高，腐蚀速率显著增加，因此,钢铁材料在高温氧化性介质（O2,C02,H20等)中加热时,会造成严重的氧化腐蚀。
b。
钢的脱碳钢中含碳量的多少与钢的性能密切相关.钢在高温氧化性介质中加热时，表面的C或Fe3C极易与介质中O2，C02，水蒸气，H2等发生反应：Fe3C（C）+ 1/2O2 3Fe + CO; Fe3C(C) + C02 3Fe + 2CO;Fe3C（C) + H20 3Fe + CO + H2; Fe3C（C) + 2H2 3Fe + CH4上述反应使钢铁工件表面含碳量降底,这种现象称为”钢的脱碳"。
钢铁工件表面脱碳后硬度和强度显著下降，直接影响零件的使用寿命,情况严重时，零件报废,给生产造成很大的损失.c。
氢脆含氢化合物在钢材表面发生化学反应,例如：酸洗反应: FeO + 2HCl = FeCl2 + H20Fe + 2HCl = FeCl2 + 2H硫化氢反应：Fe + H2S = FeS + 2H高温水蒸气氧化：Fe + H20 = FeO + 2H这些反应中产生的氢，初期以原子态存在,原子氢体积小，极易沿晶界向钢材的内部扩散,使钢的晶格变形,产生强大的应力，降低了韧性，引起钢材的脆性。
钢铁的腐蚀介绍
钢铁的腐蚀介绍在金属材料中，钢铁的腐蚀无疑是其中最重要的，因为它使用的范围很广，影响也很大；举凡桥梁、机械、结构物或关系公共工程的建设，无不与钢铁材料有关。
基本上，钢铁材料的腐蚀现象，主要也是由于化学及电化学因素所引起，而其常见的形式有：直接氧化腐蚀、均匀腐蚀、伽凡尼腐蚀、穿孔腐蚀、间隙腐蚀、应力腐蚀、延晶腐蚀、浸蚀腐蚀、空洞腐蚀和磨擦腐蚀等，由于形式很多包含范围很多，包含均匀腐蚀、伽凡尼腐蚀、穿孔腐蚀、间隙腐蚀、应力腐蚀、和延晶腐蚀等。
1、直接氧化腐蚀高温或缺乏水份的情况下，铁的腐蚀型态将不同于常温下的反应，而直接与氧结合，其反应式：4Fe＋3O2 2Fe2O3氧化铁由于氧化铁并不够细致，因此氧气仍可渗入，并形成FeO（氧化亚铁）和Fe3O4（四氧化三铁）等氧化物，这样的情况在钢的热轧或是热处理时常会发生，称为鳞皮。
2、均匀腐蚀(Uniform attack corrosion)当一种金属置于电介质(或电解质)中，金属的某部分区域会比其他区域更为"阳极"，而且这些区域的位置会不时移动，有时也会周而复始，这样的现象使得腐蚀现象在各处均匀发生，称为均匀腐蚀。
这种型态如平常我们所见的铁生锈即属之，金属的高温氧化或是镍的成雾状(fogging)也都是均匀腐蚀的例子。
3、均匀腐蚀的量测均匀腐蚀的速率，通常可以用几种单位表示。
国内外常用的有：每年侵蚀的公厘mm数、密尔mil数(mpy，mils penetration per year，1mil=1/1000吋=0.025mm)、和英寸数(ipy，inches penetration per year)，但有时由于不易量度，也以损失的重量mdd (milligrams per square decimeter per day)或每年损失的重量再来推估mpy等其它各种数值。
以钢为例，在海水中的腐蚀速率约为25mdd，相当于5mpy。
一般来说，腐蚀的初始速率常较最终速率为大，因此测定腐蚀速率时，要记录整个过程，以外插法可能会产生很大的错误。
金属的电化学腐蚀
金属的电化学腐蚀
6. 定期检查和维护 定期对金属设备进行检查和维护，及时发现和处理腐蚀问题
金属的电化学腐蚀
总结
金属的电化学腐蚀是一个复杂的问题，涉及到金属学、电化学、环境科学等多个领域。为 了预防和控制金属的电化学腐蚀，我们需要采取综合性的措施，包括合理选材、表面处理 、改善环境、缓蚀剂应用、电化学保护和定期检查和维护等。这些措施的有效实施可以大 大减少金属的电化学腐蚀，提高设备的使用寿命和安全性。同时，对于金属电化学腐蚀的 监测和检测也是非常重要的，可以及时发现和预测腐蚀问题，为采取相应的防护措施提供 依据
金属的电化学腐蚀
2020-xx-xx
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目录
金属的电化学腐 蚀
1
金属的电化学腐蚀
金属的电化学腐蚀
金属的电化学腐蚀概述
金属电化学腐蚀概述 金属的电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中发生氧化还原反应而引起的腐蚀。这种腐蚀通常 是由于金属表面形成原电池而加速的。原电池是由两个电极(阴极和阳极)和一个电解质组成 的。在腐蚀过程中，阳极金属失去电子而被氧化，阴极则接受电子而被还原 金属电化学腐蚀的原理 金属的电化学腐蚀是由于金属表面的微观不均匀性引起的。例如，金属表面可能存在划痕、 缺陷、裂缝等，这些地方成为阳极，而其他表面则为阴极。阳极处的金属原子失去电子成为 离子，而阴极处则接受电子还原为原子。这种过程加速了金属电化学腐蚀
金属电化学腐蚀的监测和检测
金属电化学腐蚀的监测和检测 1. 重量法 在腐蚀介质中浸泡试样一段时间后，取出试样进行称重。通过比较试样在腐蚀前后的重量 变化，可以计算出试样的腐蚀速率。这种方法适用于均匀腐蚀和局部腐蚀，但需要较长时 间的试验和测量
金属的电化学腐蚀
2. 失重法 在腐蚀介质中浸泡试样一段时间后，取出试样进行洗涤、干燥等处理，然后测量其重量变 化。通过比较试样在腐蚀前后的重量变化，可以计算出试样的腐蚀速率。这种方法简单易 行，但只适用于均匀腐蚀 3. 增重法 在试样表面涂覆一层腐蚀介质，然后加热使介质干燥。冷却后，称量试样的重量增加量， 可以计算出腐蚀介质的吸附量。这种方法适用于局部腐蚀和缝隙腐蚀，但需要严格控制实 验条件 4. 电阻法