金属的电化学腐蚀与防护

第四节金属的电化学腐蚀与防护钢铁生锈金属的腐蚀在生活中非常普遍铜器表面产生铜绿书写以下装置的电极反应和总反应1、a为铁，b为石墨，电解质溶液为稀硫酸2、a为铁，b为石墨，电解质溶液为氯化钠溶液3、a为铁，b为锌，电解质溶液为硫酸4、a为铁，b为锌，电解质溶液为氯化钠溶液6、a为铁，b为石墨，电解质溶液为氯化钠溶液7、a为石墨，b为铁，电解质溶液为氯化钠溶液ba电解质溶液3ab电解质溶液一、二、（一）（二）(为了加快反应，往b中通入氧气）（为了加快反应，往a中通入氧气）我国作为世界上钢铁产量最多的国家，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%。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。腐蚀不仅造成经济损失，也经常对安全构成威胁。面对这样惊人的数据和金属腐蚀危害事实，大家有没有想过，铁怎么会被腐蚀？怎样防腐？金属的腐蚀金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。M-ne-→Mn+阅读课本回答以下问题：1.什么是金属腐蚀？其本质是什么？2.金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀，两者有何不同？化学腐蚀电化学腐蚀条件现象本质影响因素联系金属跟干燥气体或非电解质液体直接接触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金属被氧化较活泼金属被氧化与接触物质的氧化性及温度有关与电解质溶液的酸碱性及金属活性有关两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍化学腐蚀与电化学腐蚀的区别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。水中溶有O2、CO2、SO2等气体，这样在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜,它跟钢铁里的铁和少量的碳构成无数微小的原电池。2020/4/238负极：Fe-2e-=Fe2+正极：2H++2e-=H2请写出下列电极方程式？A钢铁的析氢腐蚀示意图总反应：2H++Fe=Fe2++H2条件：酸性环境钢铁的吸氧腐蚀示意图H2O溶液反应：Fe2++2OH-=Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3·nH2O+(3-n)H2O正极：O2+2H2O+4e-=4OH-A负极：Fe-2e-=Fe2+总反应:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2条件：中性或酸性极弱环境将用酸洗除锈的铁钉，在饱和食盐水浸泡后放在如图所示的装置中，几分钟后观察导管中水柱的变化实验现象：几分钟后,装置中的导管中水柱上升说明装置中有气体参加反应。结论：析氢腐蚀吸氧腐蚀条件电极反应负极(Fe)正极(C)总反应进一步反应联系水膜呈酸性水膜呈弱酸性或呈中性2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3Fe2O3·nH2O通常两种腐蚀同时存在,但以吸氧腐蚀为主Fe-2e-=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+2H++2e-=H2O2+4e-+2H2O=4OH-Fe+2H+=Fe2++H2例1、如图,水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：⑴、若液面上升，则溶液呈性，发生腐蚀，电极反应式为：负极：正极：⑵、若液面下降，则溶液呈性，发生腐蚀，电极反应式为：负极：正极：＊例2、钢铁在锈蚀过程中，下列5种变化可能发生的是Fe由+2价转化为+3价②、O2被还原③、产生H2④、Fe(OH)3失水形成Fe2O3·H2O⑤、杂质碳被氧化除去A.①②B.③④C.①②③④D.①②③④⑤金属腐蚀快慢的判断(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腐措施的腐蚀。(2)与构成微电池两极的材料有关。两极材料的活动性差别越大，氧化还原反应的速率越，活泼金属被腐蚀的速度越。(3)同一种金属的腐蚀：在强电解质中______弱电解质中非电解质中。快快下列各情况下，其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是。(5)(2)(1)(3)(4)〖讨论〗鉴于金属发生腐蚀的原因，我们可以从哪些方面设想解决问题的思路？思路一：直接隔离即可选用适当的材料使金属与空气或其他腐蚀性试剂隔离开，以阻止金属的腐蚀。1、给金属穿上“保护膜”例如：①喷涂漆；②涂油脂；③表面钝化④电镀③表面钝化；④电镀(在钢铁表面形成铬等耐腐蚀性较强的金属镀层)等。二、金属的防护思路二：改变本质即改变金属的内部组成结构，使其具有较强的抗腐蚀性能。2、加入其他金属改变其组成在钢铁中加入一定比例的铬和镍（如14%～8%Cr，7%～9%Ni），改变钢铁内部的组成和结构，可极大程度地提高钢铁抗腐蚀性能，这就是常见的“不锈钢”(合金)。原理：形成原电池时，让被保护金属作正极(阴极)，不反应受到保护；而活泼金属作负极(阳极)，反应受到腐蚀。1.牺牲阳极的阴极保护法三、金属的电化学防护辅助阳极（不溶性）2.外加电流的阴极保护法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。金属的电化学防护在同一电解质溶液中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＞有一般防腐条件保护＞无防腐条件问题探究：探究一：镀锌铁片比镀锡铁片哪个更容易被腐蚀？为什么？探究二：纯锌和粗锌哪个更易和酸反应？如向酸中再加硫酸铜又会有什么现象？1.钢铁锈蚀过程中可能发生的变化是()①Fe由单质转化为+2价；②Fe由+2价转化为+3价；③产生氢气；④产生氧气；⑤杂质C被氧化除去；⑥Fe（OH）3失水变成Fe2O3·3H2O.A.①②③⑥B.①③④C.只有①③D.全部A2.为保护地下钢管不被腐蚀，可采用的方法是()A.与直流电源负极相连接B.与直流电源的正极相连接C.与铜板相连接D.与锌板相连接AD3.以下现象与电化学腐蚀无关的是（）A.黄铜(铜锌合金)制作的锣不易产生铜绿B.生铁比纯铁容易生锈C.铁质配件附有铜质配件，在接触处易生铁锈D.银质物品久置表面变暗DA.潮湿疏松透气的土壤中B.含铁元素较多的酸性土壤中C.干燥致密不透气的土壤中D.含碳量较高，潮湿透气的中性土壤中4.下列情况下，埋在地下的输油铸铁管道被腐蚀最慢的是（）C