选修4第四章第四节-金属的电化学腐蚀与防护1

1、第四章 电化学基础,第4节 金属的电化学腐蚀与防护,被腐蚀的金属,9/16/2020,6,铜器生锈,铜器表面生成铜绿,Cu2(OH)2CO3,2020/9/16,7,2007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。事故造成6人死亡。,我国每年因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值(GNP)的2% 4%， 钢铁因腐蚀而报废的数量约占钢铁当年产量的25%-30%。 全世界每年因为金属腐蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元，是地震、水灾、台 风等自然灾害造成损失总和的6倍。,资料,金属被腐蚀后有什么危害？,思考与归纳：,损耗金属 损坏机械设备 造成经济损失 造成严重事故,2020/

2、9/16,10,一、金属的腐蚀:,1. 含义：,金属或合金与周围接触到的气体或液体发生 反应而损耗的现象。,氧化还原,2. 本质：,金属单质失电子被氧化成阳离子,M ne-Mn+,2020/9/16,11,请比较下列Fe腐蚀的快慢？,铁与酸反应，铁被腐蚀。,铁与碳形成原电池铁作负极被腐蚀。,腐蚀速率较慢。 腐蚀速率较快。,2020/9/16,12,3、金属腐蚀的类型： （1）化学腐蚀 （2）电化学腐蚀,金属与接触到的干燥气体（如O2,Cl2,SO2）或非电解质液体(石油)等直接发生化学反应引起的腐蚀,三、化学腐蚀,（1）定义：,（2）影响因素：,金属越活泼，越易被腐蚀； 金属所处的环境温度越高

3、，腐蚀速率越快 氧化剂浓度越大，腐蚀速率越快。,四、电化学腐蚀,不纯的金属（或合金）跟电解质 溶液接触时，会发生原电池反应， 比较活泼的金属失去电子而被氧化， 这种腐蚀叫做电化学腐蚀。,2020/9/16,15,化学腐蚀和电化学腐蚀的比较,化学腐蚀和电化学腐蚀同时发生， 但电化学腐蚀更普遍,钢铁在干燥的空气里长时间不易被腐蚀,但在潮湿的空气里却很快被腐蚀,这是什么原因呢?,在潮湿的空气里,钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜。水膜中溶解有来自大气中的CO2、SO2、H2S等气体 使水膜中含有一定量的H + H2O + CO2 H2CO3 H + + HCO3 - 这样在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄

4、膜,它跟钢铁里的铁和少量的碳构成无数微小的原电池。,9/16/2020,17,（1）析氢腐蚀：,当水膜酸性较强时,负极（Fe）： 正极（碳）： 总反应：,Fe 2e - = Fe2+,2H+ +2e - = H2,Fe +2H + = Fe2 + + H2,钢铁的析氢腐蚀示意图,酸雨,2020/9/16,18,钢铁的吸氧腐蚀示意图,（2）吸氧腐蚀：,负极（Fe）： 正极（碳）： 总反应：,当水膜酸性较弱或中性时,2Fe 4e - = 2Fe2+,O2 + 2H2O +4e - = 4OH-,2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2,4Fe(OH)2 +O2+2H2O = 4Fe(O

5、H)3,2Fe(OH)3 = Fe2O3 xH2O +(3-x)H2O,（铁锈的主要成份）,2020/9/16,19,4.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较,Fe2O3 nH2O,（铁锈）,通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍。,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,条件,水膜呈酸性。,水膜呈中性或酸性很弱。,电极反应,负极Fe(- ),Fe-2e=Fe2+,2Fe-4e=2Fe2+,正极C(+),2H+ + 2e = H2,O2+2H2O+4e=4OH-,总反应:,Fe + 2 H+ = Fe2+ H2,2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,联系,2020/

6、9/16,20,P85实验4-3,说明了什么？,现象,导管中的液面上升,铁钉发生了什么腐蚀？,科学探究,现有洁净无锈的铁钉，试管、植物油、NaCl溶液、CH3COOH溶液和煮沸后迅速冷却的蒸馏水，你也可以选用其他物品，设计实验探究铁钉锈蚀需要哪些条件，以及在什么条件下锈蚀速率快。,不同条件下铁钉的腐蚀,有气泡产生，反应速率快,相当长时间铁钉未被腐蚀,铁钉被腐蚀最快,由于无O2，较长时间铁钉未被腐蚀,铁钉渐渐生锈,铁钉被腐蚀,无现象,由于无O2，铁钉未被腐蚀,无现象,由于无O2、H2O铁钉不能被腐蚀,植物油,2020/9/16,23,思考与交流,请根据生活常识总结金属防护常用的方法，并解释这些方

7、法为什么可以达到防止金属腐蚀的目的。,2020/9/16,24,健身器材刷油漆以防锈,2020/9/16,25,衣架和电线的外面包上一层塑料层,2020/9/16,26,某些工具的“机械转动部位”选用油脂来防锈，为什么不能用油漆,2020/9/16,27,自行车的钢圈和车铃是在钢上镀上一层既耐腐蚀又耐磨的Cr,2020/9/16,28,交流研讨 你知道自行车的金属部件采用了什么样的防护措施吗?,五、金属的防护 (1)改变金属内部的组织结构，制成合金（不锈钢）改善金属的内部组织结构(内因) (2)在金属表面覆盖保护层电镀、油漆、钝化等 (3)电化学保护法牺牲阳极的阴极保护法、 外加直流电源的阴极

8、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。,1.牺牲阳极阴极保护法 形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。,用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块必须定期更换,用牺牲锌块的方法来保护船身，锌块必须定期更换,锌块,2.外加直流电源的阴极保护法 将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，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、海水及水中金属设备的腐蚀。,2020/9/16,33,规律,在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下： 电解原理引起的阳极腐蚀原电池原理引起的负极腐蚀化学腐蚀

9、原电池原理的防护电解原理的防护,知识总结,金属腐蚀,概念及本质,分类,化学腐蚀,电化学腐蚀,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,防护措施,负极：,Fe-2e-=Fe2+,正极：,2H+2e-=H2,电池反应： Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 ,负极：,2Fe-4e-=2Fe2+,正极：,O2+2H2O+4e-=4OH-,2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2,电池反应：,制成合金,在金属表面覆盖保护层,电化学保护法,牺牲阳极的阴极保护法,外加直流电源的阴极保护法,课堂练习,1.如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：,（1）,若液面上升，则溶液呈 性，发生 腐蚀,电极反应式为：负极： ,

10、正极：,若液面下降，则溶液呈 性，发生腐蚀，电极反应式为：负极： 正极： 。,（2）,中性或碱性,吸氧,Fe2e-Fe2+,O2+2H2O+4e-4OH,酸性,析氢,Fe2e-Fe2+,2H+2e-H2,2.右图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是( ) A生铁块中的碳是原电池的正极 B红墨水柱两边的液面变为左低右高 C两试管中相同的电极反应式是：Fe-2e-Fe2+ Da试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢 腐蚀,B,3.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),金属

11、腐蚀快慢规律：电解池阳极原电池负极化学腐蚀原电池正极电解池阴极,2020/9/16,38,4.盐酸与锌片反应时，若加入可溶性醋酸铜晶体(CH3COO)2Cu，将产生两种影响生成速率的因素. 其一是： _ _ _ _, 其二是： _ _ _。,H+与CH3COO结合生成醋酸，使H+浓度减小，从而减慢了反应速率,Zn置换出Cu形成了原电池，从而加快了反应速率,2020/9/16,39,5.下列说法正确的是 （ ） A钢铁因含杂质而容易发生电化腐蚀，所以合金都不耐腐蚀 B原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，故不能用来减缓金属的腐蚀 C钢铁电化腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的pH不同，引起的正极反应不

12、同 D无论哪种类型的腐蚀，其实质都是金属被氧化,CD,2020/9/16,40,6. 铜制品上的铝质铆钉，在潮湿空气中易腐蚀的原因可描述为( ) A. 形成原电池铝作负极 B. 形成原电池时铜作负极 C. 形成原电池时，电流由铝经导线流向铜 D. 铝质铆钉发生了化学腐蚀 7. 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锈 B. 生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈 C. 铁质器件附有铜质配件，在接触处易生锈 D. 银质奖牌久置后表面变暗,A,D,2020/9/16,41,8钢铁表面镀有下列金属时，当镀层部分被破坏时，铁不易被腐蚀的是( ) ASn BZn CCu

13、 DAg,B,9.下列叙述中不正确的是（ ） A、金属的电化腐蚀比化学腐蚀普遍 B、钢铁在干燥空气里不易腐蚀 C、用铝质铆钉铆接铁板，铁板易被腐蚀 D、原电池中电子由正极流入负极,CD,2020/9/16,42,11.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镶嵌有一定量的 锌块 B镀锌的铁制品比镀锡的铁制品耐用 C. 铝片不用特殊方法保存 D常温下铝跟稀硫酸快速反应，跟浓硫酸几 乎不反应,CD,2020/9/16,43,13.自来水管与下列材料做成的水龙头连接， 锈蚀最快的铁水管连接的是 （ ） A、铜水龙头 B、铁水龙头 C、塑料水龙头 D、陶瓷水龙头,A,12.为保护地下钢管不被腐蚀，可