探究在石油管道中的原電池腐蝕現(xiàn)象中國(guó)海底管道相關(guān)技術(shù)研究起步較晚，因技術(shù)封鎖、裝備落后等原因，海底管道工程行業(yè)發(fā)展受到極大限制。近年來(lái)，隨著中國(guó)自主研發(fā)力度加大、海洋油氣田開(kāi)發(fā)建設(shè)進(jìn)程加快，中國(guó)已全面創(chuàng)建形成了海底管道工程體系。在南海海域已經(jīng)探明高達(dá)百億噸的石油存儲(chǔ)量，還有近16萬(wàn)億立方米的天然氣存儲(chǔ)量。管道腐蝕難題ZnACuCu2＋Zn2+e-ZnCu2＋CuSO42－SO42－內(nèi)電路：陰（負(fù)）離子移向負(fù)極,陽(yáng)（正）離子移向正極。外電路：電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極Cu2＋SO42－e-負(fù)極正極Zn-2e-=Zn2+發(fā)生氧化反應(yīng)Cu2++2e-=Cu發(fā)生還原反應(yīng)CuSO4溶液Zn舊知回顧電子不下水離子不上岸計(jì)算任務(wù)一：描述原電池的工作原理1、資料：鋼材是海底油管常用的材料之一,主要分為碳鋼和合金鋼兩種。FeFe2+H+H+Ce-e-e-e-H2H+H+H2稀硫酸正極還原反應(yīng)2H＋＋2e-===H2↑總反應(yīng)：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑負(fù)極氧化反應(yīng)Fe-2e-===Fe2＋2、工作原理：拓展視野：鐵的電化學(xué)腐蝕任務(wù)二：設(shè)計(jì)原電池利用暖貼設(shè)計(jì)原電池裝置，探究該反應(yīng)發(fā)生的是吸氧反應(yīng)還是析氫反應(yīng)。能否使用電流表判斷？正極材料：負(fù)極材料：電解質(zhì)溶液：實(shí)驗(yàn)材料：鐵粉、碳粉（暖鐵）；稀硫酸；鹽水；稀醋酸；有色墨水；試劑瓶；醫(yī)用輸液器；直尺；燒杯；紗布。任務(wù)三：搭建實(shí)驗(yàn)裝置選取實(shí)驗(yàn)器材：暖貼，鹽水，藍(lán)色墨水，試劑瓶，醫(yī)用注射器，直尺，紗布。資料：近年來(lái)大部分油田已進(jìn)入開(kāi)發(fā)中后期，原油含水量不斷增加，再加上地層水及油田污水中礦化度高、并含有CO2、H2S等腐蝕性氣體及腐蝕性細(xì)菌，腐蝕現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，給石油工業(yè)造成嚴(yán)重?fù)p失。二氧化碳的腐蝕資料：鐵接觸含CO2的介質(zhì)時(shí)，其表面極易覆蓋一層垢或腐蝕產(chǎn)物生成的腐蝕產(chǎn)物膜主要是FeCO3，當(dāng)覆蓋物結(jié)構(gòu)致密、無(wú)縫隙時(shí)，它會(huì)像一層保護(hù)膜防止內(nèi)部金屬腐蝕，腐蝕速度減慢；而當(dāng)當(dāng)環(huán)境溫度在70℃左右時(shí)，腐蝕產(chǎn)物膜溶解度較大，并且膜的結(jié)構(gòu)疏松不致密，因此其力學(xué)性能較差，并不能對(duì)基體產(chǎn)生有效的保護(hù)作用。負(fù)極反應(yīng)：Fe–2e-==Fe2+已知：PH＞6時(shí)，CO2以HCO3-存在正極反應(yīng)：2HCO3-+2e-==H2↑+2CO32-學(xué)生活動(dòng)：寫(xiě)出溶液PH＞6時(shí)，原電池腐蝕的正負(fù)極反應(yīng)方程式。某光電催化法轉(zhuǎn)化H2S原理圖學(xué)生活動(dòng)：①光電催化脫除H2S的離子方程式為：②光電催化法的優(yōu)點(diǎn)是：資料：H2S在水中溶解度比CO2和O2高，很容易與水結(jié)合成腐蝕性介質(zhì)，降低水的pH值，其酸性比CO2強(qiáng)，因此對(duì)鐵造成的腐蝕更嚴(yán)重。①2H2S+2I3-==S2↓+6I-+4H+或2H2S+2O2==S2↓+2H2O2②光電催化法可以脫除H2S，耗能低，還可以持續(xù)發(fā)電；溶液中I-可以循環(huán)利用，生成的副產(chǎn)物H2O2可以回收利用。光照思維建模經(jīng)濟(jì)角度產(chǎn)生額外經(jīng)濟(jì)效益、耗能低、原材料易得產(chǎn)品角度產(chǎn)品純度、產(chǎn)率高環(huán)保角度生成物無(wú)污染、消耗有害反應(yīng)物、副產(chǎn)物循環(huán)利用安全角度防火、防爆炸、防生成有毒物質(zhì)尋找優(yōu)點(diǎn)角度學(xué)生活動(dòng)：寫(xiě)出Fe在SRB還原菌作用下，轉(zhuǎn)化為沉淀的離子方程式。4Fe+SO42-+4H2O==FeS+3Fe(OH)2+2OH-資料1：硫酸鹽還原菌（SRB），可以使溶液中SO42-還原成S2-。資料2：（SRB）最佳生長(zhǎng)環(huán)境PH（7.0~7.5），最佳生存溫度（20~30℃），厭氧菌，環(huán)境中溶解氧濃度達(dá)到9.0mg/L時(shí)，（SRB）不能存活。改變環(huán)境條件，抑制微生物生長(zhǎng)控制環(huán)境因素，如減少細(xì)菌的有機(jī)物營(yíng)養(yǎng)源，提高pH值（pH＞9）及溫度（＞50°C），常能有效地抑制微生物生長(zhǎng)。工業(yè)用水裝置的曝氣處理及排泄土壤積水等改善環(huán)境通氣條件的措施，可減少硫酸鹽還原菌腐蝕。問(wèn)題1：面對(duì)微生物腐蝕，如何降低腐蝕速率？問(wèn)題2：在油田水處理中，常用的調(diào)節(jié)pH值的藥劑為（）A.燒堿B.氫氧化鈣C.碳酸氫鈉D硫酸鈣管道保護(hù)措施①管道防腐層：煤焦油瀝青涂層，另外也可以采用涂鋅、鍍鉻、襯水泥及涂環(huán)氧樹(shù)脂漆等措施②陰極保護(hù)：犧牲陽(yáng)極，保護(hù)陰極③金屬氧化處理：在NaOH和NaNO2溶液中加熱，會(huì)形成氧化膜起保護(hù)作用管道所處環(huán)境改善：例如土壤的酸堿度，土壤的濕度發(fā)現(xiàn)：Cl-濃度低于50g／L時(shí)，隨著Cl-濃度的增大，P11O鋼的平均腐蝕速率呈增大趨勢(shì)；當(dāng)Cl-超過(guò)50g／L時(shí)，隨著Cl-濃度繼續(xù)增大，P11O鋼的平均腐蝕速率逐漸減小Cl-對(duì)油套管腐蝕速率的影響Cl-主要參與鐵溶解過(guò)程，Cl-的半徑小，具有很強(qiáng)的穿透力，可以透過(guò)鈍化膜腐蝕Fe。起催化劑作用，優(yōu)先吸附在基體表面，加速Fe溶解過(guò)程生成Fe2+。①②③④⑤⑥⑦⑧⑨問(wèn)題1Cl-在反應(yīng)中的作用問(wèn)題2.寫(xiě)出反應(yīng)過(guò)程①的化學(xué)方程式問(wèn)題3.寫(xiě)出Fe2+最終轉(zhuǎn)化為Fe3O4的化學(xué)方程式Fe2++8FeOOH+2e-==3Fe3O4+4H2OFe+Cl-+H2O==[Fe(Cl)OH]-+H++e-①當(dāng)Cl-濃度低于50g／L時(shí)，隨著Cl-濃度增大，腐蝕速率變大的原因是Cl-濃度低于50g／L時(shí)，Cl-的濃度提高，有利于反應(yīng)①的發(fā)生，加快了Fe轉(zhuǎn)化為Fe2+的反應(yīng)速率。②當(dāng)Cl-濃度大于50g／L時(shí)，隨著Cl-濃度增大腐蝕速率下降的原因是什么？結(jié)合圖2XRD圖譜，分析其主要原因。當(dāng)Cl-濃度大于50g／L時(shí)，金屬腐蝕反而減緩，原因在于Cl-的大量存在降低了CO2在溶液中的溶解度，使腐蝕速率降低。同時(shí)溶液中的CO32-；Cl-與Ca2+、Mg2+等離子共存時(shí)，使鋼鐵