第四章

化學(xué)反應(yīng)與電能容山中學(xué)

化學(xué)科組第三節(jié)

金屬的腐蝕與防護主講人：郭

靜目錄CONTENTS12金屬的腐蝕金屬的防護學(xué)習(xí)目標1、認識金屬腐蝕的嚴重性及危害，能用電化學(xué)原理解釋金屬腐蝕的現(xiàn)象；2、了解金屬腐蝕的本質(zhì)，能書寫鋼鐵腐蝕的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)。3、能根據(jù)電化學(xué)原理選擇并設(shè)計金屬的防護。新課導(dǎo)入常見的金屬腐蝕現(xiàn)象及其危害鐵銹主要成分：Fe2O3

?

xH2O銅綠主要成分：Cu2(OH)2CO3新課導(dǎo)入常見的金屬腐蝕現(xiàn)象及其危害使橋梁、建筑物的金屬構(gòu)架強度降低而造成坍塌機器設(shè)備、儀器、儀表的精度和靈敏度降低，直至報廢使地下金屬管道發(fā)生泄漏、輪船船體損壞等任務(wù)一

金屬腐蝕的概念及其本質(zhì)金屬原子失去電子，被氧化：

M?ne?

=Mn+金屬或合金與周圍的氣體或液體發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。由于與金屬接觸的氣體或液體物質(zhì)不同，發(fā)生腐蝕的情況也不同。1、概念：一、金屬的腐蝕2、本質(zhì)：高溫條件被腐蝕的燃氣灶鐵索生銹銅管生銹

金屬與其表面接觸的一些物質(zhì)（如Cl2、O2、SO2）直接反應(yīng)而引起的腐蝕。不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸會發(fā)生原電池反應(yīng)，較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕任務(wù)二

金屬腐蝕的類型及其特點3、金屬腐蝕的類型及其特點：種類條件舉例電流本質(zhì)相互關(guān)系有微弱的電流無

不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸發(fā)生原電池反應(yīng)

電化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕兩者通常同時發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍

較活潑金屬被氧化

金屬被氧化金屬與其表面接觸的一些物質(zhì)(非電解質(zhì)：O2、Cl2、SO2等)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

（生產(chǎn)生活中使用更多的是合金或不純的金屬）液氯鋼瓶被腐蝕、高溫條件被腐蝕的燃氣灶鋼鐵

or銅合金在潮濕的空氣中被銹蝕任務(wù)二

金屬腐蝕的類型及其特點

教材P112【實驗4-3】實驗操作實驗現(xiàn)象實驗解釋兩只試管均冒出氣泡，且①試管中產(chǎn)生氣泡的速率更快Zn置換出Cu，Zn-Cu-稀鹽酸構(gòu)成原電池，形成電化學(xué)腐蝕，加快反應(yīng)速率【結(jié)論】腐蝕速率：電化學(xué)腐蝕>化學(xué)腐蝕同一種金屬的化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕哪類更快呢？二、電化學(xué)腐蝕的分類任務(wù)三

探析電化學(xué)腐蝕（1）吸氧腐蝕鋼鐵表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，且溶有一定量的氧氣，此時就會發(fā)生吸氧腐蝕。2Fe-4e-=2Fe2+O2+4e-+2H2O=4OH-2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2鋼鐵的吸氧腐蝕示意圖后續(xù)反應(yīng)：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3Fe2O3·xH2O（鐵銹）部分失水負極(Fe)正極(C)總反應(yīng)二、電化學(xué)腐蝕的分類任務(wù)三

探析電化學(xué)腐蝕（2）析氫腐蝕在酸性環(huán)境中，腐蝕過程中不斷有H2放出，故叫析氫腐蝕鋼鐵的析氫腐蝕示意圖負極(Fe)正極(C)總反應(yīng)Fe?

2e?

＝

Fe2+2H+

+2e?

＝H2↑Fe+2H+＝Fe2++H2↑如何用實驗驗證吸氧腐蝕和析氫腐蝕？電化學(xué)腐蝕的實驗驗證任務(wù)三

探析電化學(xué)腐蝕【實驗4-3】（1）將經(jīng)過酸洗除銹的鐵釘用飽和食鹽水浸泡一下，放入具支試管中。幾分鐘后，觀察導(dǎo)管中水柱的變化，解釋引起這種變化的原因

教材P112實驗現(xiàn)象實驗解釋導(dǎo)管中液面上升裝置中鐵、碳、飽和食鹽水構(gòu)成原電池，鐵釘發(fā)生吸氧腐蝕，導(dǎo)致壓強變小?！狙a充】用傳感器測量鐵釘腐蝕過程中密閉裝置內(nèi)O2含量的變化吸氧腐蝕任務(wù)三

探析電化學(xué)腐蝕【思考】水膜酸性較強時，會發(fā)生什么樣的腐蝕？如何設(shè)計實驗驗證呢？實驗探究不同pH下，試管中氣體壓強隨時間變化情況電腦數(shù)據(jù)采集器一定pH的醋酸溶液鐵和炭粉2H+

+2e?

＝H2↑pH=2.0、3.0、3.5：pH=4.0：（析氫腐蝕）（吸氧腐蝕）O2+4e?

+2H2O＝4OH?O2+4e?

+4H+

=2H2O利用下圖裝置探究鋼鐵在不同pH的醋酸溶液中的電化學(xué)腐蝕。寫出pH＝2.0～3.5和4.0時發(fā)生的正極電極反應(yīng)式。任務(wù)三

探析電化學(xué)腐蝕析氫腐蝕和吸氧腐蝕的比較濃度性質(zhì)反應(yīng)影響決定水膜酸性較強c(H+)較大水膜酸性較弱或呈中性c(H+)較小氧化性H+＞O2析氫腐蝕2H++2e?

=H2↑氧化性H+＜O2吸氧腐蝕O2+4e?

+2H2O=4OH?O2+4e?

+4H+=2H2OpH=2.0、3.0、3.5pH=4.0二、電化學(xué)腐蝕的分類Q1：如何快速判斷是吸氧腐蝕還是析氫腐蝕？Q2：哪類電化學(xué)腐蝕更普遍？Q3：酸性較強的環(huán)境中，什么類型的金屬會發(fā)生析氫腐蝕？學(xué)習(xí)評價1．下列關(guān)于金屬腐蝕的說法正確的是(

)A．合金都比純金屬易被腐蝕

B．金屬化學(xué)腐蝕的實質(zhì)是：M?

ne?＝Mn＋，電子直接轉(zhuǎn)移給氧化劑

C．金屬的電化學(xué)腐蝕必須在酸性條件下進行

D．在潮濕的環(huán)境中，金屬的電化學(xué)腐蝕一定是析氫腐蝕

E．鍍鋅鐵皮的鍍層損壞后，鐵更容易被腐蝕B任務(wù)四

金屬的防護【思考】根據(jù)金屬腐蝕的實質(zhì)，你能提出哪些金屬的防護方法？金屬防護的本質(zhì)：阻止M?ne?＝Mn+

的發(fā)生金屬的防護方法思考角度切斷化學(xué)腐蝕或原電池反應(yīng)給予電子改變金屬材料組成在金屬表面覆蓋保護層電化學(xué)保護法不銹鋼盆鈦合金炒鍋在金屬中添加其他金屬或非金屬，改變金屬的組成結(jié)構(gòu)，使其具有較強的抗腐蝕性能，制成性能優(yōu)異的合金。包裹塑料搪瓷任務(wù)四

金屬的防護2、在金屬表面覆蓋保護層——在金屬表面覆蓋致密的保護層，將金屬制品與周圍物質(zhì)隔開。表面噴涂油漆/油脂，覆蓋搪瓷、塑料等；電鍍：表面鍍上一層鋅、錫、鉻、鎳等化學(xué)方法：生成致密的Fe3O4薄膜

陽極氧化：使鋁制品形成致密的氧化膜非金屬保護層金屬保護層發(fā)藍處理鈍化處理任務(wù)四

金屬的防護【思考】鍍層的表面出現(xiàn)破損時，金屬是否被腐蝕？思考與討論

常用的白鐵皮是在薄鋼板表面鍍上一層鋅，罐裝食品用的馬口鐵是在薄鋼板表面鍍上一層錫。若上述兩種鋼鐵制品的表面出現(xiàn)破損時，請分析并說明白鐵皮、馬口鐵的腐蝕情況。+?ZnAFe+?SnAFe

金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，總是作為原電池負極（陽極）的金屬被腐蝕，作為正極（陰極）的金屬不被腐蝕。經(jīng)酸化的3％NaCl溶液白鐵皮馬口鐵活潑性：Zn>Fe>Sn鐵為正極被保護犧牲陽極法任務(wù)四

金屬的防護3、電化學(xué)保護法⑴

犧牲陽極法負極：正極：應(yīng)用：原電池原理（阻止

M?ne?＝Mn+）更活潑金屬被保護的金屬熱水器中鎂棒、船舶外殼安裝鋅塊鋼閘門(陰極)海水鋅板(犧牲陽極)e?e?Zn

找替罪“陽”犧牲鋅塊來保護鋼閘門，鋅塊必須定期更換【思考】模擬這些應(yīng)用設(shè)計原電池，如何驗證鐵被保護了？Fe未被氧化檢驗不存在Fe2+

教材P115【Try】請寫出該方法檢驗Fe2+的離子方程式任務(wù)四

金屬的防護3、電化學(xué)保護法⑴

犧牲陽極法—原電池原理實驗裝置現(xiàn)象有關(guān)反應(yīng)電流表陽極(負極)陰極(正極)指針偏轉(zhuǎn)Zn片逐漸溶解加入鐵氰化鉀溶液，無藍色沉淀生成Zn?2e?=Zn2+O2+4e?+4H+=H2O——Fe、Zn和經(jīng)過酸化的NaCl溶液構(gòu)成原電池；Zn作負極被腐蝕，F(xiàn)e作正極被保護（鐵未被腐蝕）。結(jié)論

教材P114【實驗4-4】(1)

將Zn換為Cu呢？任務(wù)四

金屬的防護

教材P114【實驗4-4】(2)對比實驗現(xiàn)象及結(jié)論實驗現(xiàn)象實驗解釋及結(jié)論鋅皮包裹處顏色無變化，裸露的鐵釘處出現(xiàn)紅色鋅作負極：Zn?2e?

=Zn2+鐵作正極：O2+2H2O+4e?

=4OH?鐵作正極，不反應(yīng)，被保護銅絲纏繞處出現(xiàn)紅色，裸露的鐵釘處出現(xiàn)藍色鐵作負極：Fe

?2e?

=Fe2+銅作正極：O2+2H2O+4e?

=4OH?鐵作負極，被腐蝕。任務(wù)四

金屬的防護⑴

犧牲陽極法——原電池原理活潑性更強的金屬作負極船底四周鑲嵌鋅塊

應(yīng)用：鍋爐內(nèi)壁、船舶外殼、鋼鐵閘門安裝鎂或鋅塊犧牲陽極保護鋼閘門

更換電熱水器內(nèi)部銹蝕的鎂棒埋于地下的鐵管道⑴

犧牲陽極法任務(wù)四

金屬的防護學(xué)習(xí)評價2．某學(xué)生為研究金屬腐蝕的條件，用金屬絲把三根大小相同的鐵釘分別固定在如圖所示的三個裝置中，放置一星期后觀察現(xiàn)象，下列描述錯誤的是(

)A．裝置Ⅰ的U形管鐵釘一側(cè)的液面一定會上升

B．裝置Ⅱ中的鐵釘腐蝕最嚴重

C．比較U形管鐵釘一側(cè)的液面：裝置Ⅰ比裝置Ⅱ的低

D．裝置Ⅲ中的鐵釘幾乎沒有被腐蝕C學(xué)習(xí)評價3．下面各容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕時由快到慢的順序

是

.⑤④>②>①>③>⑤電解池陽極腐蝕>原電池負極腐蝕>化學(xué)腐蝕>原電池的正極>電解池的陰極任務(wù)四

金屬的防護3、電化學(xué)保護法⑵

外加電流法鋼閘門(陰極)海水輔助陽極(不溶性)?

+e?e?外加電流法是把被保護的鋼鐵設(shè)備作為陰極，用惰性電極作為輔助陽極，兩者均放在電解質(zhì)溶液（如海水）里，外接直流電源。通電后，調(diào)整外加電壓，強制電子流向被保護的鋼鐵設(shè)備，使鋼鐵表面的腐蝕電流降至零或接近等于零。在這個系統(tǒng)中，鋼鐵設(shè)備被迫成為陰極而受到保護。原理：陰極：陽極：應(yīng)用：被保護的金屬輔助陽極(不溶性)鋼鐵閘門，地下管道等連接電源負極電解池原理電化學(xué)保護法的對比犧牲陽極法外加電流法原理保護方法保護電流注意事項原電池電解池使被保護的金屬與比它活潑的金屬接觸，被保護的金屬做正極使被保護的金屬與電源負極接觸，被保護的金屬做陰極較小較大負極（陽極）材料需要定期更換輔助陽極（惰性）需要定期檢查（可調(diào)）課堂小結(jié)金屬的腐蝕與防護金屬的腐蝕金屬的防護改變金屬材料的組成

金屬表面覆蓋保護層化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕析氫腐蝕吸氧腐蝕電化學(xué)保護法犧牲陽極法外加電流法在同一電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下：學(xué)習(xí)評價4.研究小組將混合均勻的新制鐵粉和碳粉置于錐形瓶底部，塞上瓶塞(如圖1)，從膠頭滴管中滴入醋酸溶液，容器中的壓強隨時間的變化曲線如圖2，下列說法不正確的是(

)A.鐵粉發(fā)生反應(yīng)：Fe－2e－===Fe2＋B.t1～t2時碳粉上發(fā)生了還原反應(yīng)C.0～t1時壓強增大的原因一定是鐵發(fā)生了析氫腐蝕D.t2時，容器中壓強明顯小于起始壓強，原因是鐵發(fā)生了吸氧腐蝕C學(xué)習(xí)評價5.甲、乙同學(xué)分別用下圖所示裝置驗證鐵的電化學(xué)防護原理。相同時間后進行如下實驗實驗①：甲同學(xué)分別向Ⅰ、Ⅱ中Fe電極附近滴加