第四节+金属的电化学

1、1、金属的腐蚀在生活中非常普遍、金属的腐蚀在生活中非常普遍钢铁生锈：钢铁生锈：金属腐蚀概述金属腐蚀概述铁锈的主要成分：铁锈的主要成分：Fe2O3XH2O铜器生锈：铜器生锈： 铜器表面生成铜绿铜器表面生成铜绿铜绿的主要成分：铜绿的主要成分：Cu2(OH)2CO3中国航天工业总公司第三十一研究所近日公布了一组中国航天工业总公司第三十一研究所近日公布了一组数据：数据：全球全球每一分钟就有每一分钟就有1吨钢吨钢腐蚀成铁锈。腐蚀成铁锈。全球每年钢铁腐蚀的经济损失约全球每年钢铁腐蚀的经济损失约10000亿亿美元，占各美元，占各国国民生产总值国国民生产总值GNP的的2%4%，在美国，每年因钢，在美国，每年因

2、钢铁腐蚀造成的损失就占国内生产总值的铁腐蚀造成的损失就占国内生产总值的3%，大约三，大约三分之一的化学设备因局部腐蚀而停工。我国钢铁腐蚀分之一的化学设备因局部腐蚀而停工。我国钢铁腐蚀经济损失高达经济损失高达2800亿人民币，约占国民生产总值亿人民币，约占国民生产总值GNP的的4%，每年约有，每年约有30%的钢铁因腐蚀而报废。腐蚀给的钢铁因腐蚀而报废。腐蚀给人类造成的损失是惊人的。人类造成的损失是惊人的。2、金属腐蚀的危害性很大、金属腐蚀的危害性很大1、什么是金属腐蚀？、什么是金属腐蚀？指金属或合金与周围接触到的气体或液体物质指金属或合金与周围接触到的气体或液体物质发生发生氧化还原氧化还原反应而

3、腐蚀损耗的过程。反应而腐蚀损耗的过程。一、金属的电化学腐蚀一、金属的电化学腐蚀2、金属腐蚀的本质是什么、金属腐蚀的本质是什么?是金属本身失去电子变成阳离子的过程是金属本身失去电子变成阳离子的过程(发生氧发生氧化反应化反应)。M - ne- = Mn+例如例如:铁与氯气直接反应铁与氯气直接反应钢管被原油中的含硫化合物腐蚀钢管被原油中的含硫化合物腐蚀(1)化学腐蚀化学腐蚀金属与接触到的金属与接触到的“干燥气体干燥气体(O2、Cl2、SO2等等)” 或或“非电解质液体非电解质液体”直接发生直接发生化学反应而引起的化学反应而引起的 腐蚀。它腐蚀。它受温度影响大。受温度影响大。原理：原理： 金属与氧化剂

4、直接反应金属与氧化剂直接反应3 3、金属腐蚀的类型有哪些？、金属腐蚀的类型有哪些？根据与金属接触的介质不同根据与金属接触的介质不同(次要次要)升温可加升温可加快金属腐快金属腐蚀蚀化学腐蚀：化学腐蚀：家用燃气灶的中心部家用燃气灶的中心部位很容易生锈位很容易生锈食品罐头放在南极食品罐头放在南极8080多年了，却很少生锈。多年了，却很少生锈。不纯的金属不纯的金属(或合金或合金)跟跟“电解质溶液电解质溶液”接触接触时，会发生时，会发生原电池原电池反应，较活泼的金属失反应，较活泼的金属失去电子而被氧化的反应。它受电解质影响去电子而被氧化的反应。它受电解质影响大。大。例如例如: 钢铁在潮湿的空气中被腐蚀钢

5、铁在潮湿的空气中被腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀原理：原理： 原电池反应原电池反应( (主要主要) )海边的铁制品比较容易生锈海边的铁制品比较容易生锈为什么钢铁在干燥的空气中不易生锈，而为什么钢铁在干燥的空气中不易生锈，而在潮湿的空气中却易生锈呢？在潮湿的空气中却易生锈呢？钢铁钢铁潮湿空气潮湿空气水膜水膜CO2、 SO2、H2S电解质溶液电解质溶液(H+)铁铁原电池原电池电解质溶液形成：电解质溶液形成：钢铁在这过程发生了钢铁在这过程发生了电化学腐蚀电化学腐蚀。C H+OH-H2OH2O+CO2H+HCO3-钢铁表面钢铁表面形成的微小形成的微小原电池原电池示意图示意图负极负极 ：铁：铁 正极：碳正极：

6、碳水膜电解质溶液根据电解质溶液的根据电解质溶液的酸碱性的不同酸碱性的不同电化学腐蚀可电化学腐蚀可分为两种。分为两种。将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一 下放入图下放入图4-17所示的具支试管中。几分钟后，观所示的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化，思考引起变化的原因。察导管中水柱的变化，思考引起变化的原因。实验实验4-3实验现象：实验现象： 导管中水柱上升导管中水柱上升思考：思考：导管中的水柱变化说明什么问题？导管中的水柱变化说明什么问题？说明大试管内气体压强减小，说明大试管内气体压强减小， 大试管中有气大试管中有气体参加反应。体参加反应。

7、请大家根据原电池原理，写出电极反应式请大家根据原电池原理，写出电极反应式及及电电池反应方程式。池反应方程式。负极：负极：_；正极：正极：_;电池反应：电池反应：_；分析：分析：中性中性或或酸性很弱酸性很弱或或碱性碱性条件下，易发生条件下，易发生 吸氧腐蚀吸氧腐蚀。Fe - 2e- = Fe2+O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)24Fe(OH)2 +O2 + 2H2O =4 Fe(OH)3 进一步反应：进一步反应：正极：正极： 2H+ 2e- =H2 负极：负极： Fe - 2e- = Fe2+若水膜酸性较强若水膜酸性较强:电池反应：电池反应：

8、Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O+(3-n) H2O则发生则发生析氢腐蚀析氢腐蚀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Fe2O3 nH2O（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或碱性酸性很弱或碱性电极反应电极反应负极负极Fe(- )Fe-2e-=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+正极正极C(+)2H+2e-=H2O2+2H2O+4e-=4OH-总反应总反应:Fe + 2H+ =Fe2+ +

9、 H2 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3联系联系化学腐蚀化学腐蚀电化腐蚀电化腐蚀条条件件现现象象本本质质联联系系金属跟非金属单质直金属跟非金属单质直接接触接接触不纯金属或合金不纯金属或合金跟电解质溶液接触跟电解质溶液接触无电流产生无电流产生有有微弱电流微弱电流产生产生金属被氧化金属被氧化较活泼金属被氧化较活泼金属被氧化两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍化学腐蚀与电化腐蚀的比较化学腐蚀与电化腐蚀的比较:1、埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种、埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种 情况下被腐蚀速率最慢的是情况

10、下被腐蚀速率最慢的是 ( )A.在潮湿疏松的土壤中；在潮湿疏松的土壤中； B.在含铁元素较多的酸性土壤中；在含铁元素较多的酸性土壤中；C.在干燥致密不透气的土壤中；在干燥致密不透气的土壤中； D.在含碳较多的潮湿透气的中性土壤在含碳较多的潮湿透气的中性土壤C C2、下列现象与电化学腐蚀无关的是、下列现象与电化学腐蚀无关的是( )A黄铜制作的铜锣不易产生铜绿黄铜制作的铜锣不易产生铜绿 B生铁比软铁芯生铁比软铁芯(几乎是纯铁几乎是纯铁)容易生锈容易生锈C铁制器件附有铜制配件，在接触处易铁制器件附有铜制配件，在接触处易生铁锈生铁锈 D银质奖章久置表面变暗银质奖章久置表面变暗D D 若液面上升，则溶液

11、呈若液面上升，则溶液呈 ， 发生发生 腐蚀，电极反应式为：腐蚀，电极反应式为： 负极：负极： ,正极：正极： 。 (2)若液面下降，则溶液呈若液面下降，则溶液呈 ，发生发生 腐蚀，电极反应式为：腐蚀，电极反应式为： 负极：负极： ， 正极：正极： 。弱酸性或中性弱酸性或中性吸氧吸氧2Fe 4e2Fe2+O2+2H2O+4e4OH较强酸性较强酸性析氢析氢Fe 2eFe2+2H+2eH2 3、如下图、如下图, 水槽中试管内有一枚铁水槽中试管内有一枚铁 钉，放置数钉，放置数天观察：天观察：二、金属的防护二、金属的防护1、制成合金、制成合金(不锈钢不锈钢) 改善金属的内部组织结构改善金属的内部组织结构

12、(内因内因)2、在金属表面覆盖保护层、在金属表面覆盖保护层 电镀、油漆、钝化等电镀、油漆、钝化等3、电化学保护法、电化学保护法 牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法外加电流的阴极保护法(1)牺牲阳极的阴极保护法：牺牲阳极的阴极保护法：形成原电池反应时，让被保护金属做正极形成原电池反应时，让被保护金属做正极(阴极阴极)，不，不反应，起到保护作用；而活泼金属作负极反应，起到保护作用；而活泼金属作负极(阳极阳极)受到受到腐蚀。（利用腐蚀。（利用“原电池原理原电池原理”） 【图【图418418】牺牲阳极的阴极保护法示意图】牺牲阳极的阴极保护法示意图 (2)外加电流的阴极保护法

13、外加电流的阴极保护法【图【图420420】外加电流的阴极保护法示意图】外加电流的阴极保护法示意图 将被保护的钢铁设备（如钢闸门）做阴极，用惰性电将被保护的钢铁设备（如钢闸门）做阴极，用惰性电极做辅助阳极，在外加直流电作用下，电子被迫流向极做辅助阳极，在外加直流电作用下，电子被迫流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面的腐蚀电流降至零或被保护的钢铁设备，使钢铁表面的腐蚀电流降至零或接近等于零。接近等于零。（利用（利用“电解池原理电解池原理”）用实验验证牺牲阳极的阴极保护法。用实验验证牺牲阳极的阴极保护法。装置如图装置如图421所示，请回答：所示，请回答：1. .电压表指针有何变化电压表指针有何变化? 为

14、什么？为什么？电压表指针发生偏转，因为电路中产生了电流。电压表指针发生偏转，因为电路中产生了电流。2. .Zn、Fe两个电极上发生了什么反应？两个电极上发生了什么反应？Zn：负极：负极(阳极阳极)：Zn 2e = Zn2 (阳极阳极Zn被腐蚀被腐蚀) Fe：正极正极(阴极阴极)：2H2e= H2 (阴极阴极Fe被保护被保护)科学探究科学探究3. .已知：已知：Fe与与Fe(CN)63反应生成带有特征蓝反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀：色的铁氰化亚铁沉淀：3Fe22 Fe(CN)63=Fe3 Fe (CN)62。若往若往Fe电极区滴入电极区滴入2滴黄色滴黄色K3Fe(CN)6(铁氰化钾铁氰化

15、钾) 溶液，烧杯内溶液颜色有无变化？说明什么问溶液，烧杯内溶液颜色有无变化？说明什么问题？题？ 烧杯内溶液颜色无变化。说明没有烧杯内溶液颜色无变化。说明没有Fe2生成。生成。实验证明阴极实验证明阴极Fe 被保护了。被保护了。金属防护的几种重要方法金属防护的几种重要方法在金属表面覆盖保护层。在金属表面覆盖保护层。 改变金属内部的组织结构，制成合金。改变金属内部的组织结构，制成合金。 电化学保护法，即将金属作为原电池的电化学保护法，即将金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护。正极或电解池的阴极而受到保护。规律规律在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢：在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢：电解原理引起的腐蚀原电池原理引起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的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀 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阴极保护法有一般防腐条件保护无防腐条件防腐条件4 4、下列各情况，其中、下列各情况，其中FeFe片腐蚀由快到慢片腐蚀由快到慢的顺序是：的顺序是： 。(5)(2)(1)(3)(4)5、下列事实不能用电化学理论解释的是、下列事实不能用电化学理论解释的是( ) A轮船水线以下的船壳上装一定数量的锌块轮船水线以下的船壳上装一定数