金属的电化学腐蚀与防护

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年产量的25%-30%。全世界每年因为金属腐蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元，是地震、水灾、台风等自然灾害造成损失总和的6倍。资料金属被腐蚀后有什么危害？思考与归纳：（1）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；（3）桥梁、建筑物强度降低而坍塌；（4）地下金属管道泄漏；（5）轮船船体损坏；（6）金属腐蚀还可能造成环境污染。损耗金属损坏机械设备造成经济损失造成严重事故（1）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；（3）桥梁、建筑物强度降低而坍塌；（1）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；（4）地下金属管道泄漏；（3）桥梁、建筑物强度降低而坍塌；（1）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；（5）轮船船体损坏；（4）地下金属管道泄漏；（3）桥梁、建筑物强度降低而坍塌；（1）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；（6）金属腐蚀还可能造成环境污染。（5）轮船船体损坏；（4）地下金属管道泄漏；（3）桥梁、建筑物强度降低而坍塌；（1）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；不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化的腐蚀叫做电化学腐蚀。一、金属的电化学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。2、金属腐蚀的类型（1）化学腐蚀（2）电化学腐蚀金属与接触到的干燥气体（如O2,Cl2,SO2）或非电解质液体(石油)等直接发生化学反应引起的腐蚀叫做化学腐蚀。（更普遍且危害大）1、金属腐蚀：实质：发生氧化还原反应M-ne-=Mn+金属与接触到的干燥气体（如O2,Cl2,SO2）或非电解质液体(石油)等直接发生化学反应引起的腐蚀叫做化学腐蚀。3、化学腐蚀（2）原理：（1）定义：（3）影响因素：金属跟氧化剂直接发生氧化还原反应。金属越活泼，越易被腐蚀；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。4、电化学腐蚀不纯的金属（或合金）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，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。①不纯的金属（或合金）②发生原电池反应③负极金属失电子被氧化科学探究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，以及在什么条件下锈蚀速率快。不同条件下铁钉的腐蚀实验方案CH3COOH溶液煮沸后迅速冷却的蒸馏水NaCl溶液煮沸后迅速冷却的蒸馏水植物油记录结论有气泡产生，反应速率快相当长时间铁钉未被腐蚀铁钉被腐蚀最快由于无O2，较长时间铁钉未被腐蚀铁钉渐渐生锈铁钉被腐蚀无现象由于无O2，铁钉未被腐蚀无现象由于无O2、H2O铁钉不能被腐蚀植物油钢铁在干燥的空气里长时间不易被腐蚀,但在潮湿的空气里却很快被腐蚀,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。水膜中溶解有来自大气中的CO2、SO2、H2S等气体使水膜中含有一定量的H+H2O+CO2⇌H2CO3⇌H++HCO3-H2O⇌H++OH-这样在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜,它跟钢铁里的铁和少量的碳构成无数微小的原电池。钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的吸氧腐蚀示意图负极（Fe）：Fe—2e—=Fe2+正极（C）：①水膜酸性较强2H++2e—=H2②水膜酸性很弱或呈中性2H2O+O2+4e—=4OH—电解质溶液钢铁其中铁作负极,碳作正极析氢腐蚀吸氧腐蚀条件电极反应负极Fe(-)正极C(+)总反应进一步反应联系钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较水膜呈酸性水膜酸性很弱或呈中性2H+2e=H2+_2Fe-4e=2Fe2+_Fe-2e=Fe2+_O2+2H2O+4e=4OH__2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2Fe+2H=+Fe+H22+4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3Fe2O3·nH2O通常两种腐蚀同时存在，但以吸氧腐蚀为主。烧过菜的铁锅如果未及时洗净（残液中含NaCl），第二天便出现红棕色锈斑（主要成分为Fe2O3•nH2O）。请问这种腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀?为什么?解析：属于电化学腐蚀。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。铁作负极，失去电子变成亚铁离子，从而被腐蚀。思考：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，几分钟后观察导管中水柱的变化实验现象：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。思考：该气体是什么呢？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？知识总结一、金属的电化学腐蚀2、金属腐蚀的本质：1、金属腐蚀：M-ne=Mn+-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3种类电化学腐蚀(原电池、常见、有电流)化学腐蚀(不多见、无电流)化学腐蚀和电化学腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀条件现象反应影响因素腐蚀快慢相互关系化学腐蚀和电化学腐蚀同时发生，但电化学腐蚀更普遍较活泼的金属被氧化金属被氧化有微弱的电流产生不产生电流不纯金属跟电解质溶液接触金属跟接触的物质反应随温度升高而加快与原电池的组成有关相同条件下较电化学腐蚀慢较快1．铜制品上的铝质铆钉，在潮湿空气中易腐蚀的原因可描述为（）．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（）．A．黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿B．生铁比软铁蕊（几乎是纯铁）容易生锈C．铁质器件附着铜质配件，在接触处易生铁锈D．银质奖牌久置后表面变暗练习AD3下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是(4)(2)(1)(3)4、分析右图，按要求写出有关反应方程式：（1）、铁棒上的电极反应式为：（2）、碳棒上的电极反应式为：（3）、溶液中发生反应的化学方程式：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3O2+2H2O+4e-＝4OH-2Fe–4e-＝2Fe2+有M、N两种金属，分别与盐酸反应，产生H2速率相近，试设计一个实验比较M、N两种金属的活泼性。思考题：影响金属腐蚀的因素：1、金属的本性：金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。如果金属中能导电的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。2、介质：遇潮湿空气、腐蚀性气体、电解质溶液，容易被腐蚀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某些工具的“机械转动部位”选用油脂来防锈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你还知道哪些防止金属腐蚀的方法？请举例说明。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。用牺牲锌块的方法来保护船身，锌块必须定期更换锌块用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块必须定期更换镁二、金属的防护方法1、在金属表面覆盖保护层：油、油漆、塑料、搪瓷、镀一层金属2、改变金属的内部组织结构：如制成合金3、电化学保护法（1）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)（2）外加电流的阴极保护法（2）外加电源的阴极保护法辅助阳极（不溶性）（1）牺牲阳极的阴极保护法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＞有防腐措施的腐蚀防腐措施由好到坏的顺序如下：外接电源的阴极保护法＞牺牲阳极的阴极保护法＞有一般防腐条件保护＞无防腐条件练习1．下列方法可用于金属防护的是（）①原电池反应②涂油漆③电镀④置于干燥环境A．①③④B．①②③C．②③④D．全部D2．有关金属腐蚀的论述，正确的是（）．A．金属的腐蚀一定伴有电流产生B．Fe在干燥的氯气里比在潮湿的空气里更易被腐蚀C．发生化学能转变为电能的腐蚀时较活泼的金属总是作正极而被腐蚀D．发生电化腐蚀时都有能量的转变，且被腐蚀的金属总是失电子D3如图,水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：（1）（2）中性或碱性吸氧Fe–2e-＝Fe2+O2+2H2O+4e-＝4OH－酸性析氢Fe–2e-＝Fe2+2H++2e-＝H2↑若液面上升，则溶液呈性，发生腐蚀,电极反应式为：负极：,正极：；若液面下降，则溶液呈性，发生腐蚀，电极反应式为：负极：正极：。4·下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是(5)(2)(1)(3)(4)5.右图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是()A．生铁块中的碳是原电池的正极B．红墨水柱两边的液面变为左低右高C．两试管中相同的电极反应式是：Fe-2e-﹦Fe2+D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀6.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蚀BAC