第三单元金属的腐蚀与防护 (4).ppt

1、金属的电化腐蚀和防护,我国作为世界上钢铁产量最多的国家（2005年全国生产钢材37117.02万吨） ，每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年产量的十分之一，因为金属腐蚀而造成的损失占到国内生产总值的2%4%；约合人民币：3000亿元。 根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成的经济损失大致为该国国民生产总值的4%左右。 另据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的总和，在这里还不包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。,阅读：金属腐蚀,金属腐蚀的主要害处，不仅在于金属本身的损失，更严重的是金属制品结构损坏所造成的损失比金属本身要大到无法估量。 腐蚀不仅造成

2、经济损失，也经常对安全构成威胁。 国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因某一零部件破裂而坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而塌陷；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸；化工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染；管道和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工作人员和附近居民的生命安全。,金属的腐蚀与防护,1金属的腐蚀,金属与接触到的物质(如O2、Cl2、H2SO4等)直接发生化学反应,不纯金属或合金跟电解质溶液接触,无电流产生,有微弱电流产生,M ne = Mn,金属失电子变成金属阳离子而被氧化,两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更严重,P2

3、3 活动与探究,1、向还原铁粉中加入炭粉的作用是什么？ 2、两个实验的现象有何差异？产生差异的可能原因是什么？,a导管中液面 上升 吸氧腐蚀,b导管中液面下降 析氢腐蚀,析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较,水膜酸性较强 （PH4.3）,水膜酸性很弱或中性,Fe2e = Fe2,2H2e = H2,2H2OO24e = 4OH,Fe+2H=Fe2+H2,2FeO22H2O=2Fe(OH)2,4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3,Fe(OH)3失去部分结晶水生成铁锈 （Fe2O3xH2O）,吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍,1.相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更容易被腐蚀。,因为海水中含有较多的氯化钠等盐

4、类，导电能力比内河的水更强，在电解质溶液中，电化学腐蚀更容易进行。,2. 1910年遗留在南极的食品罐头盒，其表面至今很少有铁锈出现。,在较低温度下，腐蚀更难进行。,3.用于连接铜板的铁螺丝容易生锈。,是由于铁与铜及空气中的水蒸汽构成了原电池，铁作原电池的负极，因此铁易被腐蚀而生锈。,4.当化工厂排出的废气为酸性气体时，工厂附近的铁制品容易生锈。,说明铁制品在酸性条件下比在中性条件下更容易被腐蚀。,2.金属腐蚀快慢的判断方法,(1)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)同一金属在不同电解质溶液中的腐蚀速率 强电解质弱电解质非电解质,(3)原电池原理引起的腐蚀速率

5、 两电极金属活动性相差越大，越易腐蚀,(4)对于同一电解质溶液来说 电解质溶液浓度越大，腐蚀越快,(1)改变金属的成分（制成合金、不锈钢） (2)在金属表面覆盖保护层(如电镀、油漆等) (3)电化学保护法,3金属的防护,外加电源的阴极保护法（电解装置 ）,牺牲阳极的阴极保护法（原电池装置）,正极 被保护的金属 负极 比正极活泼的金属,阴极 被保护的金属 （与电源负极相连） 阳极 惰性电极（与电源正极相连）,1、下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是( ) A钢管与电源正极连接，钢管可被保护 B铁遇冷浓硝酸表现钝化，可保护内部不被腐蚀 C钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀 D钢铁发生析氢腐

6、蚀时，负极反应是Fe3e=Fe3,B,2、下列各种方法中，能对金属起到阻止或减缓腐蚀作用的措施是 ( ) 金属表面涂抹油漆 改变金属的内部结构 保持金属表面清洁干燥 在金属表面进行电镀 使金属表面形成致密的氧化物薄膜 AB C D全部,D,3、如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为,4、为了探究金属腐蚀的条件和快慢，某课外学习小组用不同的细金属丝将三根大小相同的普通铁钉分别固定在如图所示的三个装置内，并将这些装置在相同的环境中放置相同一段时间，下列对实现结果的描述不正确的是( ),A,A实验结束时，装置比装置左侧的液面低 B实验结束时，装置左侧的液面会下降 C实验结束时，铁

7、钉b腐蚀最严重 D实验结束时，铁钉c几乎没有腐蚀,5、利用下图装置，可以模拟铁的电化学防护。 （1）若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于_处。 （2）若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为 。,N,牺牲阳极的阴极保护法,6、2000年5月，保利集团在香港拍卖会上花费3000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，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是Cu2(OH)2CO3这三件1760年铜铸的国宝在240 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（ ） A、它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金 B、环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶

8、解洗去 C、铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化 D、它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金,D,7、相同材质的铁在图中四种情况下最不易被腐蚀的是 ( ),C,8、下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是（ ） A.纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗 B.当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用 C.在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法 D.可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀,AC,9、（2009上海高考）如图装置中, U形管内为红墨水,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（ ）

9、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+ D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀,B,作业：课课练,刷漆、涂油、镀膜、制成合金等,金属的一般防腐措施有哪些？,金属的防护,健身器材刷油漆,电线外面包塑料,餐具做成不锈钢,转动部位涂油脂,牺牲阳极的阴极保护法,外加电流的阴极保护法,1.相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更容易被腐蚀。,海水中含有较多盐类，导电能力比内河的水更强，因此，电化学腐蚀更容易进行。,2. 1910年遗留在南极的食品罐头盒，其表面至今很少有铁锈出现。,说明在低温下，腐蚀更难进行。,

10、应用拓展,3.当化工厂排出的废气为酸性气体时，工厂附近的铁制品容易生锈。,说明酸性条件下金属更容易被腐蚀。,4.用于连接铜板的铁螺丝容易生锈，而连接锌板的铁螺丝却不易生锈。,空气中的CO2和水蒸气可在活泼性不同的金属表面形成一层水膜，从而构成原电池。前者铁作负极，易失电子，因而易被腐蚀；后者铁作正极，不易失电子，因而不易被腐蚀。,应用拓展,铜器上的铁铆钉为什么特别容易生锈？,四、金属的防护,探究一：镀锌铁皮和镀锡铁皮哪个更易被腐蚀？为什么？ 探究二、纯锌和粗锌哪个更易和酸反应？如果向酸中再加入硫酸铜又会什么现象？,3金属铝比金属铁还要活泼，但铝却经久耐用，这是为 什么？,提示：金属铝在空气中很

11、容易被氧化，但生成的氧化物薄膜非常致密，可以阻止铝进一步被氧化.,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,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

12、铁的电化学保护法,B,11、下列叙述正确的是（ ） A、原电池中阳离子向负极移动 B、原电池的负极发生氧化反应 C、马口铁（镀锡）的表面一旦破损，铁腐 蚀加快 D、白铁（镀锌）的表面一旦破损，铁腐蚀 加快 12.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,BC,A,12.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,银质奖章较长时间后变黑， 形成黑锈，可以采用抛光的方法恢复光泽，抛光的简单方法是：将变质的奖章放入盛有食盐的铝锅中，

13、放置一段时间后，黑锈就被除去,而银不会损失。 （1）形成黑锈的原因： （2）除锈的原理：,4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O,负极： 2Al -6e- = 2Al3+ 正极： 3Ag2S + 6e- = 6Ag+3S2- 2Al3+ +3S2-+6H2O=3H2S+2Al(OH)3 2Al +3Ag2S+6H2O=3H2S+2Al(OH)3 +6Ag,2、牺牲阳极的阴极保护法：,3、外加电源的阴极保护法：,牺牲阳极法的阴极保护法,辅助阳极（不溶性）,外加电流法的阴极保护法,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：

14、负极： , 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,将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入如图所示的具支试管中。几分钟后，导管中的水柱上升了，你知道为什么吗？,二、金属腐蚀的本质,【问题讨论1】我们通常使用的金属是纯金属 么？成分如何？,【问题讨论2】你了解铁锈、铜锈的主要成分么？,【问题探究3】用氧化还原的观点看，金属腐蚀的本质是什么？,铁锈成分：Fe2O3xH2O,铜绿成分：Cu2(OH)2CO3,纯金属、合金。,如：

15、钢铁（Fe、C等）；铜合金：(Cu、Zn、Sn等）,三、金属的防护 1电化学防护方法 (1)牺牲阳极的阴极保护法 利用原电池原理，让被保护的金属为 ，用还原性强的金属为 ，负极金属被消耗，被保护的金属避免腐蚀 (2)外加电流的阴极保护法 让被保护金属与外加直流电源的 相连让其成为 ，从而得到防护,正极,负极,负极,阴极,2隔绝法 (1)让金属制品处于 的环境中，电解质溶液存在量 减少，金属不易被腐蚀 (2)在金属表面加一层保护层常见的方法是加一层 、 、 、 、 等保护层，效果 较好的方法还有在金属表面镀上一层 ,油漆,干燥,陶瓷,金属防护层,搪瓷,塑料,橡胶,几种常见的金属腐蚀, 铁在潮湿的

16、空气中生锈, 铜在潮湿的空气中产生铜绿, 铁被酸雨腐蚀, 镁、铝等活泼金属表面形成氧化膜,金属腐蚀的共同特点,金属原子失电子呈正价，发生氧化反应。,1、化学腐蚀与电化腐蚀,一、金属的电化学腐蚀,2、析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）,2H+ 2e- =H2,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,Fe - 2e- = Fe2+,Fe2+ 2OH- =Fe(OH)2 4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O+(3-n) H2O,水膜酸性较强,水膜酸性很弱或中性,吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍,在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下： 电解

17、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,小结,在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下： 电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀,小结,改变金属内部的组织结构，制成合金(如不锈钢）。 在金属表面覆盖保护层。如油漆、油脂等，电镀Zn、Cr等易氧化形成致密的氧化物薄膜作保护层。 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。,1、金属防护的几种重要方法,原理：隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。,小结,在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下： 电解原理引起的腐蚀原电池原理引起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

18、如下： 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,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),【例7】 （2008年全国I）电解100mL含c（H+）0.30mol/L的下列溶液，当电路中通过0.04mol电子时，理论上析出金属质量最大的是 A.0.10mol/L Ag+ B.0.02mol/L Zn2+ C.0.20mol/L Cu2+ D.0.20mol/L Pb2+,原电池与电解池,化学能转化为电能电能转化为化学能,反应不自发,反应自发,连接电源的正极，作为阳极,相对活泼的金属 作为负极,连接电源的负极，作为阴极

19、,相对不活泼的金属或石墨作为正极,阴离子向阳极迁移，阳离子向阴极迁移,阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移,两个电极、电解质溶液形成闭合回路。 电解池有外电源，原电池无需外电源。,知识重组：,氧化反应失去电子,还原反应获得电子,负极正极,负极阴极，阳极正极,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： 1、全球每一分钟就有1吨钢腐蚀成铁锈。 2、全球每年钢铁腐蚀的经济损失约10000亿美元，占 各国国民生产总值GDP的2%4%。 3、在美国，每年因钢铁腐蚀造成的损失就占国内生产 总值的3%，大约三分之一的化学设备因局部腐蚀而 停工。 4、在我国，钢铁腐蚀经济损失高达2800亿人民币，约 占国民生产总值的4%，每年约有30%的钢铁因腐蚀 而报废。,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。,练习如下图所示各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀，腐蚀的速率由快到慢的顺序为() A B C D,C,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),课堂练习,石器时代,材料与人类文明,铜器时代,铁器时代,今天的材料趋向于向功能