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中国航天工业总公司第三十一研究所近日公布了一组数据:全球每一分钟就有1吨钢腐蚀成铁锈.全球每年钢铁腐蚀的经济损失约10000亿美元,占各国国民生产总值GNP的2%~4%,在美国,每年因钢铁腐蚀造成的损失就占国内生产总值的3%,大约三分之一的化学设备因局部腐蚀而停工。我国钢铁腐蚀经济损失高达2800亿人民币,约占国民生产总值GNP的4%,每年约有30%的钢铁因腐蚀而报废。腐蚀给人类造成的损失是惊人的。一、金属的腐蚀1、什么是金属腐蚀?指金属或合金与周围接触到的气体或液体发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。2、金属腐蚀的本质是什么?是金属本身失去电子变成阳离子的过程(发生氧化反应)。M-ne-=Mn+3、金属腐蚀的类型有哪些?金属跟接触到的干燥气体(如SO2、Cl2、O2等)直接发生化学反应而引起的腐蚀。不纯金属或合金跟电解质溶液接触时,发生原电池反应而引起的腐蚀,比较活泼的金属失去电子被氧化。化学腐蚀:电化学腐蚀:(次要)(主要)——根据与金属接触的介质不同金属的腐蚀CuCuFeFe2+2e-OH-H2OO2Fe-2e=Fe2+负极:(Fe)正极:(Cu)电解质溶液:空气中的SO2,CO2溶于水膜中O2+2H2O+4e-=4OH-2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2电池总反应:4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3后续反应:Fe2O3·nH2O(铁锈)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。海边的铁制品比较容易生锈。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。例6、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+烤蓝涂机油烤漆涂凡士林镀锌镀铬[交流研讨]自行车的金属部件采用了什么样的防护措施?金属腐蚀的防护2、改变金属的内部组织结构:如将Cr、Ni等金属加进钢里制成合金钢(不锈钢)1、金属表面覆盖保护层如涂油漆、油脂、塑料、陶瓷等,镀上一层耐腐蚀的金属(Zn、Sn、Cr等),或氧化形成致密的氧化物薄膜作保护层。原理:隔绝金属与外界空气、水、电解质溶液的接触。镀锌铁(白铁皮)和镀锡铁(马口铁)的镀层破损后,哪种情况下铁不易被腐蚀?为什么?金属腐蚀的防护3、电化学保护法——牺牲阳极的阴极保护法原理:将被保护金属与比其更活泼的金属连接在一起,被保护金属做正极,不反应得到保护;而活泼金属反应作负极被腐蚀。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原理:将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极,使被保护的金属作为阴极,在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。3、阴极电保护法金属的电化学防护废铁金属防护的几种重要方法:①在金属表面覆盖保护层。②改变金属内部的组成结构,制成合金。③电化学保护法,即将金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护。1.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)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>有一般防腐条件的腐蚀>无防腐条件的腐蚀金属的腐蚀与防护练习如图,水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天观察:(1)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:。(2)中性或弱酸吸氧Fe–2e-→Fe2+O2+2H2O+4e-→4OH-酸析氢Fe–2e-→Fe2+2H++2e-→H2↑金属的腐蚀与防护(3)利用右图装置,可以模拟铁的电化学防护。若X为碳棒,为减缓铁的腐蚀,开关K应置于________处。若X为锌,开关K置于M处,该电化学防护法称为________。练习1:工业上采用Fe、C为电极电解K2MnO4溶液制KMnO4。1.电解时,应以作阴极,电解过程中阴极附近溶液pH将会,2.阳极反应式为,3.总电解反应式为.电解答案:Fe增大MnO42—_e=MnO4--2K2MnO4+2H2O=2KMnO4+2KOH+H2↑
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