高中化学人教选修4第4节金属的电化学腐蚀和防护

1、钢铁生锈钢铁生锈1铜器生锈铜器生锈铜器表面生成铜绿铜器表面生成铜绿Cu2(OH)2CO322007年8月1日，美国明尼苏达州一座跨越密西西比河的大桥发生坍塌。32、我国每年因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值、我国每年因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值(GNP)的的2% 4%，钢铁因腐蚀而报废的数量约占，钢铁因腐蚀而报废的数量约占钢铁当年产量的钢铁当年产量的25%-30%。全世界每年因为金属腐。全世界每年因为金属腐蚀造成的直接经济损失约达蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元，是地震、亿美元，是地震、水灾、台风等自然灾害造成损失总和的水灾、台风等自然灾害造成损失总和的6倍。倍。 资料资料1、全球

2、每一分钟就有一吨钢腐蚀成铁锈、全球每一分钟就有一吨钢腐蚀成铁锈41965年冬天，在湖北省望山楚墓群中，出土了传说中的越王勾践剑。越王年冬天，在湖北省望山楚墓群中，出土了传说中的越王勾践剑。越王勾践剑的含铜量约为勾践剑的含铜量约为80%-83%、含锡量约为、含锡量约为16%-17%。该剑出土时插在。该剑出土时插在髹漆的木质剑鞘内。这座墓葬深埋在数米的地下，髹漆的木质剑鞘内。这座墓葬深埋在数米的地下，墓墓室四周用白膏泥填塞，室四周用白膏泥填塞，其下部采用的还是经过人工淘洗过的白膏泥，致密性更好。加上墓坑上部其下部采用的还是经过人工淘洗过的白膏泥，致密性更好。加上墓坑上部填土夯实，墓室几乎成了一个密

3、闭的空间。填土夯实，墓室几乎成了一个密闭的空间。墓处在现代荆州附近的漳河二墓处在现代荆州附近的漳河二干渠上，地下水位较高，该墓的墓室曾经长期被地下水浸泡，地下水酸碱干渠上，地下水位较高，该墓的墓室曾经长期被地下水浸泡，地下水酸碱性不大，基本上为中性，这从该墓出土的大量精美的漆木器保存情况较好性不大，基本上为中性，这从该墓出土的大量精美的漆木器保存情况较好而得到证实。让人惊奇的是，这把青铜宝剑穿越了两千多年的历史长河，而得到证实。让人惊奇的是，这把青铜宝剑穿越了两千多年的历史长河，但剑身几乎不见锈斑。它千年不锈的原因到底是什么呢？但剑身几乎不见锈斑。它千年不锈的原因到底是什么呢？千年不锈之谜千年

4、不锈之谜在古代墓葬中，青铜器发生锈蚀的途径一般说来有这样几条：在潮湿的条在古代墓葬中，青铜器发生锈蚀的途径一般说来有这样几条：在潮湿的条件下，有空气或氧气存在时，发生锈蚀，生成铜盐；在潮湿的条件下与贵件下，有空气或氧气存在时，发生锈蚀，生成铜盐；在潮湿的条件下与贵重金属重金属(如金、银等如金、银等)接触，产生电化学腐蚀；与硫或含有硫的物质接触，接触，产生电化学腐蚀；与硫或含有硫的物质接触，生成铜的硫化物等。生成铜的硫化物等。 5 ：不纯的金属（或合金）接触到电解质溶液：不纯的金属（或合金）接触到电解质溶液发生原电池反应，比较活泼的金属原子失去电子而被氧化发生原电池反应，比较活泼的金属原子失去电

5、子而被氧化所引起的腐蚀。所引起的腐蚀。一、金属的电化学腐蚀一、金属的电化学腐蚀 1、金属腐蚀的概念与实质、金属腐蚀的概念与实质 金属腐蚀：金属腐蚀：金属或合金与周围接触的气体或液体进行金属或合金与周围接触的气体或液体进行 氧化还原反应而损耗的现象。氧化还原反应而损耗的现象。实质：实质：金属金属 Mne-Mn+（氧化反应）（氧化反应） 2、金属腐蚀的类型、金属腐蚀的类型 （1）化学腐蚀：金属直接接触强氧化剂而被氧化腐蚀的过程。）化学腐蚀：金属直接接触强氧化剂而被氧化腐蚀的过程。 （2）电化学腐蚀）电化学腐蚀 第四节第四节 金属的电化学腐蚀与防护金属的电化学腐蚀与防护6钢铁腐蚀：钢铁腐蚀：钢铁的钢

6、铁的析氢腐蚀析氢腐蚀示意图示意图钢铁的钢铁的吸氧腐蚀吸氧腐蚀示意图示意图7 钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较（铁锈）（铁锈）通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀条件条件水膜呈水膜呈酸性酸性。水膜呈水膜呈中性中性或或酸性很弱酸性很弱。电极反应电极反应负极：负极：FeFe2e=Fe2+2Fe4e=2Fe2+正极：正极：C2H+2e=H2O2+2H2O+4e=4OH-总反应：总反应：Fe+2H+=Fe2+H22Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3联系

7、联系2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O+(3-n) H2O8化学腐蚀和电化学腐蚀的区别与联系化学腐蚀和电化学腐蚀的区别与联系金属失电子被氧化金属失电子被氧化 金属与氧化剂直接接触金属与氧化剂直接接触 不纯金属或合金与不纯金属或合金与电解质溶液接触电解质溶液接触无电流产生，常伴随热效应无电流产生，常伴随热效应 有微弱电流产生有微弱电流产生 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍9讨论：讨论：(2011浙江浙江)将将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已

8、被腐蚀而变暗，已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。下列说法正确的是（原因是液滴之下氧气含量比边缘少。下列说法正确的是（ ）A液滴中的液滴中的Cl由由a区向区向b区迁移区迁移B液滴边缘是正极区，电极反应为：液滴边缘是正极区，电极反应为：O22H2O4e=4OHC液滴下的液滴下的Fe因发生还原因发生还原反应反应而被腐蚀，生成的而被腐蚀，生成的Fe2由由a区区 向向b区迁移，与区迁移，与b区的区的OH形成形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水，进一步氧化、脱水 形成铁锈形成铁锈D若

9、改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，溶液， 则负极发生的电极反应为：则负极发生的电极反应为：Cu2e=Cu10二、金属的电化学防护：二、金属的电化学防护：1、牺牲阳极的阴极保护法、牺牲阳极的阴极保护法原理原理 ：形成原电池反应时，让形成原电池反应时，让被保护金属被保护金属做做正极正极，不反应，不反应，起到保护作用；而起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀活泼金属反应受到腐蚀。11用牺牲镁块的方法防用牺牲镁块的方法防地下钢铁管道的腐蚀地下钢铁管道的腐蚀镁块必须要定期更换镁块必须要定期更换 牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法用牺牲

10、锌块的方法保护用牺牲锌块的方法保护船身，锌块须定期更换船身，锌块须定期更换122、外加电流法、外加电流法将将被保护金属被保护金属与另一与另一附加电极附加电极作为电解池的两个极，作为电解池的两个极，使使被保护的金属被保护的金属作为作为阴极阴极，在外加直流电的作用下，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。水中金属设备的腐蚀。原理原理 ：辅助阳极辅助阳极（不溶性）（不溶性）13A.C. 铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；B.D.它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；它们

11、的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；讨论讨论1： 2000年年5月，保利集团在香港拍卖会上花费月，保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港币多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和虎首，普购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是Cu2(OH)2CO3这这三件三件1760年铜铸的国宝在年铜铸的国宝在240 年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最可能的是（下列对起原因的分析，最可能的是（ ）环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；环境污染

12、日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；14讨论讨论2：银制器皿，日久因表面生成银制器皿，日久因表面生成Ag2S而呈黑色，有人设计用原电池而呈黑色，有人设计用原电池原理加以除去。具体作法是将发黑原理加以除去。具体作法是将发黑银器放入一铝制容器中，再加入一定银器放入一铝制容器中，再加入一定浓度的食盐水将银器完全淹没，放置浓度的食盐水将银器完全淹没，放置一段时间后，银器表面不仅黑色褪去，一段时间后，银器表面不仅黑色褪去，而且银不损失；但铝制容器发生损耗。而且银不损失；但铝制容器发生损耗。由以上实验可推知该原电池发生的由以上

13、实验可推知该原电池发生的电极反应式和总反应式为电极反应式和总反应式为_， ；装置中食盐水的作用是装置中食盐水的作用是 。Ag2S+2e- -2Ag+S2- - Al - -3e- -Al3+ 3Ag2S+2Al+6H2O6Ag+3H2S+2Al(OH)3作为电解质溶液作为电解质溶液 15除此以外还有其它防护方法？除此以外还有其它防护方法？1、改变金属的内部组织结构：如将、改变金属的内部组织结构：如将Cr、Ni等金属加进等金属加进钢里制成合金钢。钢里制成合金钢。2、金属表面覆盖保护层、金属表面覆盖保护层原理：原理：如油漆、油脂等，电镀（如油漆、油脂等，电镀（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化等易氧

14、化形成致密的氧化物薄膜）作保护层。物薄膜）作保护层。隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。16健身器材刷油漆以防锈健身器材刷油漆以防锈衣架和电线的外面包衣架和电线的外面包上一层塑料层上一层塑料层17某些工具的某些工具的“机械转动部位机械转动部位”选用油脂来防锈选用油脂来防锈自行车的钢圈和车铃是在自行车的钢圈和车铃是在钢上镀上一层既耐腐蚀又钢上镀上一层既耐腐蚀又耐磨的耐磨的Cr18讨论：讨论：下列各情况，在其中下列各情况，在其中Fe片腐蚀由片腐蚀由快快到到慢慢的顺序是：的顺序是： 1 1、在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：、在同一电解质溶液中，金属

15、腐蚀的快慢规律如下：电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀 化学化学腐蚀有防腐措施的腐腐蚀有防腐措施的腐2 2、防腐措施由好到坏的顺序如下：、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保护无防腐条件一般防腐条件保护无防腐条件 规律小结规律小结191以下现象与电化腐蚀无关的是（以下现象与电化腐蚀无关的是（ ） A黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿 B生铁比软铁蕊（几乎是纯铁）容易生锈生铁比软铁蕊（几乎是纯铁）容易生锈 C铁质器件附着铜质

16、配件，在接触处易生铁锈铁质器件附着铜质配件，在接触处易生铁锈 D银质奖牌久置后表面变暗银质奖牌久置后表面变暗2如图所示，甲、乙两试管中各放一枚铁钉，甲试管中为如图所示，甲、乙两试管中各放一枚铁钉，甲试管中为NaCl溶液，乙试管为溶液，乙试管为NH4Cl溶液溶液(溶液呈弱酸性溶液呈弱酸性).数天后观察到数天后观察到的现象是的现象是_，甲中正极反应为甲中正极反应为_.乙中正极反应为乙中正极反应为_.试管中残留气体平均相对分子质量试管中残留气体平均相对分子质量的变化为甲的变化为甲_， 乙乙 _. 203.防止钢铁腐蚀可以延长钢铁制品的防止钢铁腐蚀可以延长钢铁制品的使用寿命。在钢铁制品表面镀铜可以使用寿命。在钢铁制品表面镀铜可以有效地防止其腐蚀，电镀的装置如图所示：有效地防止其腐蚀，电镀的装置如图所示：(1)上面的电镀装置图的上面的电镀装置图的“直流电源直流电源”中中_(选填选填“a”或或“b”)是正极。是正极。(2) 接通电源前，装置图中的铜、铁两个电极质量相等，电镀完成接通电源前，装置图中的铜、铁两个电极质量相等，电镀完成后，将两个电