《金屬的腐蝕與防護》金屬腐蝕帶來的問題

我國每年因為金屬腐蝕所造成的經(jīng)濟損失約占國民生產(chǎn)總值的5%，全世界每年因生銹損失的鋼鐵約占世界鋼鐵年產(chǎn)量的1/4，超過每年各項大災（火災、風災及地震等）損失的總和。什么是金屬的腐蝕？金屬的腐蝕FeFe2O3·xH2O0+3鋼鐵的腐蝕

想一想：根據(jù)以下裝置進行實驗，請你預測導管中溶有碘單質(zhì)的煤油柱的移動情況。

什么原因?qū)е旅河椭淖笠疲?/p>

煤油柱的左移能否代表一定是氧氣參與了反應？用鐵粉和碳粉代替鐵釘進行實驗試管中氧氣濃度隨時間變化圖像一段時間后，試管內(nèi)壁出現(xiàn)鐵銹。1.鋼鐵的成分

鐵碳合金2.鋼鐵生銹時所處的環(huán)境潮濕的空氣任務一研究鋼鐵是如何生銹的3.借助原電池原理分析鋼鐵是如何生銹的

如何證明有電化學反應發(fā)生？靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)3.借助原電池原理分析鋼鐵是如何生銹的負極(Fe):Fe?2e?

Fe2+負極產(chǎn)物該如何檢驗？

資料：Fe2+可以與K3[Fe(CN)6]溶液產(chǎn)生特征藍色沉淀。

取鐵電極周圍的溶液于試管中，加入K3[Fe(CN)6]溶液，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生特征藍色沉淀，證明負極有Fe2+生成。正極反應式應該如何書寫？

資料：電池工作一段時間后，取正極周圍的溶液于試管中，加入酚酞溶液后變紅。正極（C）:O2+4e?+2H2O4OH?3.借助原電池原理分析鋼鐵是如何生銹的正極：C:O2+4e?+2H2O4OH?總反應：2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2后續(xù)反應：4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3Fe2O3·xH2O3.借助原電池原理分析鋼鐵是如何生銹的負極：Fe:Fe?2e?

Fe2+（吸氧腐蝕）4.如果水膜酸性較強，會發(fā)生怎樣的腐蝕呢？請你根據(jù)圖示用電極反應來表達。-+正極（C）:2H++2e?

H2↑負極（Fe）:Fe?2e?

Fe2+如果水膜酸性較弱時，會發(fā)生什么樣的腐蝕？（析氫腐蝕）4.如果水膜酸性較強，會發(fā)生怎樣的腐蝕呢？請你根據(jù)圖示用電極反應來表達。正極（C）:2H++2e?

H2↑負極（Fe）:Fe?2e?

Fe2+寫出pH＝2.0～3.5和4.0時發(fā)生的主要正極反應。不同pH下，試管中氣體壓強隨時間變化情況2H＋+2e?

H2↑想一想：為什么鋼鐵吸附的水膜呈現(xiàn)不同性質(zhì)的時候，正極的電極反應不同？pH=2.0、3.0、3.5pH=4.0O2+4e?+4H+

2H2O

（析氫腐蝕）（吸氧腐蝕）水膜酸性較強，c(H+)較大氧化性H+＞O2析氫腐蝕2H++2e－

H2↑水膜酸性較弱或呈中性，c(H+)較小氧化性H+＜O2

吸氧腐蝕O2+4e－

+2H2O4OH－或O2+4e－

+4H+2H2O濃度性質(zhì)反應影響決定

金屬的腐蝕銅板上的鐵鉚釘生銹輸送原油的鋼管在無水、無氧的情況下被腐蝕而漏油想一想：兩種腐蝕的共性是什么？區(qū)別是什么？金屬的腐蝕直接發(fā)生化學反應引起金屬腐蝕——化學腐蝕金屬的腐蝕

腐蝕過程中有電化學反應發(fā)生——電化學腐蝕金屬腐蝕過程中，兩種腐蝕往往同時發(fā)生，但絕大多數(shù)屬于電化學腐蝕，電化學腐蝕比化學腐蝕的速率也大得多。＋＋－化學腐蝕與電化學腐蝕的比較

化學腐蝕

電化學腐蝕條件特征

速率結果

金屬與氧化性物質(zhì)直接接觸不純金屬與電解質(zhì)溶液及氧化劑接觸無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生金屬被氧化相對活潑的金屬被氧化小大

金屬的腐蝕金屬腐蝕：金屬或合金與周圍的氣體或液體發(fā)生氧化還原反應而引起損耗的現(xiàn)象。實質(zhì)：M-ne?

Mn+根據(jù)金屬腐蝕的實質(zhì)，你能提出金屬的防護方法嗎？思考角度切斷原電池反應給予金屬電子改變金屬材料組成在金屬表面覆蓋保護層噴漆鍍鉻搪瓷發(fā)藍處理制成不銹鋼（改變金屬材料組成）（在金屬表面覆蓋保護層）切斷原電池反應按照下列裝置進行實驗，畫出你預測的現(xiàn)象任務二利用電化學原理保護鐵資料：Fe2+可以與K3[Fe(CN)6]溶液產(chǎn)生特征藍色沉淀。實驗現(xiàn)象1思考：如何證明鐵被保護？什么現(xiàn)象證明是原電池保護？

鐵釘?shù)穆懵恫糠种車芤簺]有特征藍色物質(zhì)生成。鐵釘周圍變紅，說明氧氣在鐵的表面得電子，生成了氫氧根離子，鐵做正極，證明了原電池保護。思考：生成藍色物質(zhì)說明了什么？

鐵釘?shù)穆懵恫糠种車衼嗚F離子生成，氧氣在銅絲的表面得到電子，生成氫氧根離子，銅絲附近變紅。鐵沒有得到保護。實驗現(xiàn)象2想一想：通過以上實驗，你能得出什么結論？

鐵與活動性不同的金屬接觸時，其腐蝕程度是有差異的，要避免鐵受到腐蝕，需要與較活潑的金屬相連。

1.利用原電池原理來保護鐵ANaCl溶液—Fe

Zn—＋e－－犧牲陽極法想一想：為什么鋼制管道的內(nèi)部要鑲嵌鎂塊？NaCl溶液—Fe

Mg—e－2.利用電解池原理來保護鐵NaCl溶液—Fe

C—

e－陰極輔助陽極外加電流法電源的哪個電極是提供電子的電極呢？

試一試：設計裝置，采用外加電流法為長期浸泡在海水中的鋼閘門進行保護，畫出裝置圖，并解釋你的裝置是如何對鋼閘門進行保護的。-+e?e?

犧牲陽極法

外加電流法原理

保護方法

保護電流

注意事項

犧牲陽極法和外加電流法的比較原電池電解池

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需要定期檢查任務三船舶與海水接觸部分的鋼制船體長期受到強烈的腐蝕，請你為船舶的防腐蝕提出合理化建議。思考要點：1.小型船舶和大型船舶防護方法的選擇（犧牲陽極？外加電流？）2.船底漆的選擇（普通底漆？富鋅底漆？）3.水下金屬連接件的選擇（同種金屬？不同種金屬？）思考要點：1.小型船舶和大型船舶防護方法的選擇小型船舶—船體小—航行距離短—時間短—犧牲陽極法大型船舶—船體大—航行距離長—時間長—外加電流法任務三船舶與海水接觸部分的鋼制船體長期受到強烈的腐蝕，請你為船舶的防腐提出合理化建議。船底漆—富鋅底漆—犧牲陽極法任務三船舶與海水接觸部分的鋼制船體長期受到強烈的腐蝕，請你為船舶的防腐提出合理化建議。思考要點：2.船底漆的選擇（普通底漆？富鋅底漆？）任務三船舶與海水接觸部分的鋼制船體長期受到強烈的腐蝕，請你為船舶的防腐提出合理化建議水下金屬連接件—同種金屬—避免形成原電池加速腐蝕思考要點：3.水下金屬連接件的選擇（同種金屬？不同種金屬？）試一試：如何防止鐵鍋生銹？1.使用完畢后保持干燥或涂一層植物油2.使用完畢后懸掛或倒扣3.可以使用不銹鋼鍋總結金屬的腐蝕化學腐蝕電化學腐蝕吸氧腐蝕(水膜呈中性或酸性較弱）析氫腐蝕(水膜呈酸性)金屬的防護改變金屬材料的組成在金屬表面覆蓋保護層電化學保護法犧牲陽極法(利用原電池原理)外加電流法(利用電解池原理)任務一化學腐蝕與電化學腐蝕的比較[問題探究]1.與銅質(zhì)水龍頭連接處的鋼質(zhì)水管易生銹,為什么?答案

鐵與銅及空氣中的水蒸氣構成原電池,發(fā)生電化學腐蝕,增大腐蝕速率,鐵作負極,易失電子,所以易生銹。2.你認為在硫酸廠附近的金屬發(fā)生的主要是哪一類腐蝕?答案

析氫腐蝕;硫酸廠附近空氣中的二氧化硫的含量較高,導致金屬接觸到的溶液酸性較強,所以易發(fā)生析氫腐蝕。[深化拓展]化學腐蝕與電化學腐蝕的區(qū)別與聯(lián)系類型化學腐蝕電化學腐蝕(主要)定義金屬與其表面接觸的一些物質(zhì)(如O2、Cl2、SO2等)直接反應而引起的腐蝕當不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時會發(fā)生原電池反應,比較活潑的金屬發(fā)生氧化反應而被腐蝕吸氧腐蝕(主要)析氫腐蝕條件金屬與某些單質(zhì)或某些非電解質(zhì)直接接觸水膜中溶有O2,呈極弱酸性或中性水膜酸性較強現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生類型化學腐蝕電化學腐蝕(主要)反應式(以鐵腐蝕為例)2Fe+3Cl2===2FeCl3負極:Fe-2e-===Fe2+正極:2H2O+O2+4e-===4OH-正極:2H++2e-===H2↑聯(lián)系兩種腐蝕往往同時發(fā)生,只是電化學腐蝕比化學腐蝕更普遍,危害更大[素能應用]典例1下列有關金屬腐蝕的說法中正確的是(

)A.金屬腐蝕指不純金屬與接觸到的電解質(zhì)溶液進行化學反應而損耗的過程B.電化學腐蝕指在外加電流的作用下不純金屬發(fā)生化學反應而損耗的過程C.鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕,負極吸收氧氣,產(chǎn)物最終轉(zhuǎn)化為鐵銹D.金屬的電化學腐蝕和化學腐蝕本質(zhì)相同,但電化學腐蝕伴有電流產(chǎn)生答案

D解析

金屬腐蝕的本質(zhì),主要是金屬原子失電子被氧化,腐蝕的內(nèi)因是金屬的化學性質(zhì)比較活潑,外因是金屬與空氣、水和其他腐蝕性的物質(zhì)接觸,腐蝕主要包括化學腐蝕和電化學腐蝕,所以A錯誤;電化學腐蝕指不純金屬發(fā)生原電池反應而損耗的過程,不需要外加電流,所以B錯誤;鋼鐵腐蝕最普遍的是吸氧腐蝕,正極吸收氧氣,所以C錯誤;只有選項D正確。金屬腐蝕類型的判斷方法(1)根據(jù)是否發(fā)生原電池反應來判斷。發(fā)生原電池反應引起的金屬腐蝕,屬于電化學腐蝕,否則屬于化學腐蝕。(2)根據(jù)金屬的活動性及電解質(zhì)溶液的酸性強弱判斷,位于金屬活動性順序中氫前面的金屬,在酸性較強的電解質(zhì)溶液中發(fā)生析氫腐蝕,在中性或酸性較弱的電解質(zhì)溶液中發(fā)生吸氧腐蝕;位于金屬活動性順序氫后面的金屬只可能發(fā)生吸氧腐蝕。變式訓練1(2019江蘇卷)將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤后,置于如圖所示裝置中,進行鐵的電化學腐蝕實驗。下列有關該實驗的說法正確的是(

)A.鐵被氧化的電極反應式為Fe-3e-===Fe3+B.鐵腐蝕過程中化學能全部轉(zhuǎn)化為電能C.活性炭的存在會加速鐵的腐蝕D.以水代替NaCl溶液,鐵不能發(fā)生吸氧腐蝕答案

C解析

題述條件下鐵粉發(fā)生了吸氧腐蝕,Fe失電子生成Fe2+,A項錯誤;在鐵的腐蝕過程中,化學能會轉(zhuǎn)換為電能和熱能,B項錯誤;活性炭與Fe、NaCl溶液構成原電池,可加快鐵的腐蝕速率,C項正確;以水代替NaCl溶液,水雖是一種弱電解質(zhì),但也能使鐵發(fā)生吸氧腐蝕,只是速率會變慢,D項錯誤。任務二金屬腐蝕快慢的判斷及金屬的防護[問題探究]1.鍍鋅鐵和鍍錫鐵均是在鐵片表面覆蓋了保護層,當保護層損壞時,哪類鐵腐蝕速率較大?答案

鍍錫鐵。2.在同一電解質(zhì)溶液中,對于電解原理引起的腐蝕(金屬作電解池的陽極)、原電池原理引起的腐蝕(金屬作原電池的負極)、化學腐蝕、有防護措施的腐蝕,這些腐蝕由快到慢的順序是怎樣的?答案

在同一電解質(zhì)溶液中:電解原理引起的腐蝕(金屬作電解池的陽極)>原電池原理引起的腐蝕(金屬作原電池的負極)>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕。[深化拓展]1.金屬的防護措施2.犧牲陽極法與外加電流法的比較

類型犧牲陽極法外加電流法是否外接電源否是所用的原理原電池原理電解原理兩個電極的材料正極:被保護金屬負極:比被保護金屬活潑的金屬被保護金屬與外接電源的負極相連作陰極,惰性電極與外接電源正極相連作陽極保護效果外加電流法的保護效果比犧牲陽極法的保護效果更好[素能應用]典例2如圖,各燒杯中盛有海水,鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序為(

)A.②①③④

B.④③①②C.④②①③

D.③②④①答案

C解析

②③④實質(zhì)均為原電池裝置。③中Fe為正極被保護;②④中Fe為負極,均被腐蝕,但相對來說,Fe和Cu的金屬活動性的差別比Fe和Sn的大,故鐵銅原電池中Fe被腐蝕得快;①中發(fā)生化學腐蝕。不同條件下金屬腐蝕快慢的判斷(1)同一種金屬在不同電解質(zhì)溶液中腐蝕由快到慢的順序為(其他條件相同):強電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。(2)無保護措施的金屬腐蝕>有一定保護措施的金屬腐蝕>原電池正極金屬的腐蝕>電解池陰極金屬腐蝕。(3)對同一種電解質(zhì)溶液來說,電解質(zhì)溶液濃度越大,腐蝕一般越快。典例3鋼鐵很容易生銹而被腐蝕,每年因腐蝕而損失的鋼材占世界鋼鐵年產(chǎn)量的四分之一。(1)鋼鐵腐蝕主要是吸氧腐蝕,該腐蝕過程中的電極反應式為

。

(2)為了減小某水庫鐵閘門被腐蝕的速率,可以采用圖甲所示的方案,其中焊接在鐵閘門上的固體材料R可以采用

(填寫字母序號)。該防護方法屬于

法。

A.銅 B.鈉 C.鋅 D.石墨(3)圖乙所示的方案也可以減小鐵閘門的腐蝕速率,其中鐵閘門應該連接在直流電源的

極。該防護方法稱為

。

答案

(1)負極:2Fe-4e-===2Fe2+,正極:O2+2H2O+4e-===4OH-(2)C犧牲陽極(3)負外加電流法解析

(1)