4-4-4 金属的电化学腐蚀与防护.ppt

第四章电化学基础 第四节金属的电化学腐蚀与防护 1 原电池中 较活泼的金属电子 发生反应 而使金属被氧化 如Zn Cu 稀H2SO4原电池中 被氧化的金属为 被保护的金属为 失去 氧化 Zn Cu 知识回顾 2 电解池中 若阳极不是惰性电极 则阳极金属电子 发生反应 引起阳极金属不断损耗 而阴极金属受到保护 如图所示 失去 氧化 被氧化的金属为 被保护的金属为 Cu Fe 一 金属的腐蚀1 概念金属或合金与周围接触到的进行而腐蚀损耗的过程 2 本质金属原子电子变为离子 金属发生反应 气体或液体 化学反应 失去 阳 氧化 3 分类 1 化学腐蚀 金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀 2 电化学腐蚀 不纯的金属跟电解质溶液接触时 会发生原电池反应 比较活泼的金属失电子而被氧化 2 钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较 酸性较强 中性 酸性很弱 2H 2e H2 Fe 2H Fe2 H2 O2 2H2O 4e 4OH 2Fe 2H2O O2 2Fe OH 2 二 金属的防护1 金属的电化学防护 1 牺牲阳极的阴极保护法 应用原理 让被保护金属作极 另找一种活泼性较强的金属作极 如图所示 原电池 正 负 2 外加电源的阴极保护法 利用原理 把被保护的钢铁设备作为极 用惰性电极作为辅助极 在电解质溶液里 接外加 如图所示 电解 阴 直流电源 阳 2 改变金属的内部组织结构制成防腐合金 如不锈钢 3 加保护层如在金属表面喷油漆 涂油脂 电镀 喷镀或使表面钝化等 1 钢铁发生吸氧腐蚀时 正极上发生的电极反应是 A 2H 2e H2 B Fe2 2e FeC 2H2O O2 4e 4OH D Fe3 e Fe2 分析 钢铁发生吸氧腐蚀时 负极反应式为Fe 2e Fe2 正极反应式为O2 4e 2H2O 4OH C 分析 钢铁发生吸氧腐蚀时 Fe作负极 电极反应式为Fe 2e Fe2 C作正极 正极反应式为O2 4e 2H2O 4OH 因此O2被还原 由于产生OH 故溶液中c OH 增大 钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时 均是Fe被氧化 C 3 相同材质的铁在图中四种情况下最不易被腐蚀的是 分析 A D两项中易发生析氢腐蚀 B项中易发生吸氧腐蚀 C 4 用 短线 将下列金属的防护方法连线 1 加保护层A 钢闸门与直流电源负极相连 2 牺牲阳极阴极保护法B 电线外面包塑料法 3 外加电源的阴极保护法C 普通钢制镍铬钢 4 改变内部结构D 轮船外壳装上锌块答案 1 B 2 D 3 A 4 C 5 思考讨论 结合金属腐蚀的本质 分析金属防护的本质是什么 在电化学防护中是如何做的 答案 金属腐蚀的本质是金属被氧化剂氧化变成金属阳离子 因此金属防护的本质是避免金属接触氧化剂 或采取措施使金属不被氧化 在电化学防护中使被保护的金属作原电池的正极或电解池的阴极 不参与电极反应 从而不被氧化 金属与接触物直接反应 不纯金属或合金与电解质溶液形成原电池 无电流产生 有电流产生 金属被腐蚀 较活泼金属被腐蚀 两者往往同时发生 但电化腐蚀更普遍 化学腐蚀与电化腐蚀比较 钢铁的腐蚀 O2 H2 负极 正极 总反应 Fe 2e Fe2 2H 2e H2 Fe 2H Fe2 H2 又4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 32Fe OH 3 Fe2O3 xH2O 铁锈 3 x H2O 2Fe 4e 2Fe2 O2 2H2O 4e 4OH 2Fe O2 H2O 2Fe OH 2 例1 下列有关金属腐蚀的说法中正确的是 A 金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程B 电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程 C 钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀 负极吸收氧气 产物最终转化为铁锈D 金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同 但电化学腐蚀伴有电流产生 D 解析 金属腐蚀的本质 主要是金属原子失电子被氧化 腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼 外因是金属与空气 水和其他腐蚀性的物质接触 腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀 所以A错误 电化学腐蚀指不纯金属发生原电池反应而损耗的过程 不需要外加电流 所以B错误 钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀 正极吸收氧气 而不是负极吸收氧气 所以C错误 只有选项D正确 答案 D 金属腐蚀类型的判断方法 1 根据是否发生原电池反应来判断 发生原电池反应引起的金属腐蚀 属于电化学腐蚀 否则属于化学腐蚀 2 根据金属的活动性及电解质溶液的酸性判断 位于金属活动性顺序中氢前面的金属 在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀 在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀 金属活动性顺序氢后面的金属只可能发生吸氧腐蚀 1 金属腐蚀快慢的判断方法 1 在同一电解质溶液中 电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防护措施的腐蚀 2 同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为 强电解质溶液 弱电解质溶液 非电解质溶液 3 无保护措施的金属腐蚀 有一定保护措施的金属腐蚀 牺牲阳极的阴极金属的腐蚀 有外接电源的阴极金属腐蚀 4 对同一种电解质溶液来说 电解质溶液浓度越大 腐蚀越快 2 金属的防护措施 例2 下列有关金属的保护方法的说法中正确的是 A 常使用的快餐杯表面有一层搪瓷 搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用B 白铁 镀锌铁 镀层破损后 铁皮的腐蚀速率很慢 C 轮船的船壳水线以下常装有一些锌块 这是利用了牺牲阴极的阳极保护法D 钢铁制造的暖气管道外常涂有一些沥青 这是钢铁的电化学保护法 B 解析 A项中涂层破损后 铁直接暴露在空气中 因而搪瓷层不能对破损部分进行保护 B项中镀层破损后由于锌的金属性比铁强 和铁构成原电池 锌作负极 保护铁不被腐蚀 C选项应是牺牲阳极的阴极保护法 D项中应是用沥青作涂层的涂层保护法 答案 B 电镀 喷镀 涂油漆 涂油脂或涂沥青是在金属表面覆盖防护层的防护措施 不属于电化学防护措施 常说的电化学保护法有牺牲阳极的阴极保护法和外加电源的阴极保护法 应用时注意区分 不能混淆 1 化学腐蚀是金属与接触到的非电解质直接发生化学反应 反应过程中无电流产生 电化学腐蚀是不纯金属形成原电池 反应过程中产生电流 金属以发生电化学腐蚀为主 2 不能金属或合金表面水膜酸性较强时发生析氢腐蚀 酸性较弱或中性时发生吸氧腐蚀 且后者更为普遍 小结 3 吸氧腐蚀的正极反应为O2 4e 2H2O 4OH 电解池中OH 放电时反应为4OH 4e O2 2H2O 要注意二者的区别 4 电化学防护金属有两种方法 是牺牲阳极的阴极保护法 被保护的金属作原电池的正极 是外加电源的阴极保护法 被保护的金属作电解池的阴极 理解金属发生电化学腐蚀的原因 金属腐蚀的危害 防止金属腐蚀的措施 理解金属的电化学腐蚀 学会一般的防腐方法 1 要求 2 判断金属腐蚀快慢的规律不纯的金属或合金 在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀 活泼金属因被腐蚀而损耗 金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关 1 与构成原电池的材料有关 两极材料的活动性差别越大 氧化还原反应的速率越快 活泼金属被腐蚀的速率就越快 Fe Cu Fe Sn 2 与金属所接触的电解质强弱有关 活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀 在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀 一般来说可用下列原则判断 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 例 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 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 3 金属腐蚀的防护方法 1 改变金属的组成结构 例如在铁中加入一定比例的铬炼制得铬钢 具有较高的耐腐蚀性 含铬又含镍的不锈钢 其耐腐蚀性更好 2 在金属表面覆盖一层保护层 使金属与周围具有腐蚀性的气体和电解质溶液隔离 便可保护金属 防止金属腐蚀 如在金属表面上喷漆 电镀或覆盖搪瓷 使表面钝化等 3 电化学保护法 如把金属连接在电源的负极上 这样就能消除引起金属腐蚀的原电池反应 也可在金属上铆接比它更活泼的另一种金属 发生金属腐蚀时是较活泼的金属被腐蚀而金属本身受到保护 原电池 牺牲阳极 保护阴极法 电解池 外接电源的阴极保护法 3 铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示 下列有关说法中 不正确的是 A 正极电极反应式为 2H 2e H2 B 此过程中还涉及反应 4Fe OH 2 2H2O O2 4Fe OH 3C 此过程中铜并不被腐蚀D 此过程中电子从Fe移向Cu A 解析 铁铆钉发生吸氧腐蚀时 负极为铁 反应为 2Fe 4e 2Fe2