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第三章第四节金属的电化学腐蚀与防护


2010年12月

金属的腐蚀在生活中非常普遍
钢铁生锈

铜器生锈
铜 器 表 面 生 成 铜 绿

? 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: 布了一组数据: ? 全球每一分钟就有1吨钢腐蚀成铁锈. 全球每一分钟就有1吨钢腐蚀成铁锈. ? 全球每年钢铁腐蚀的经济损失约1000

0亿美 全球每年钢铁腐蚀的经济损失约10000 10000亿美 占各国国民生产总值GNP 2%~4%, GNP的 元,占各国国民生产总值GNP的2%~4%,在 美国, 美国,每年因钢铁腐蚀造成的损失就占国内 生产总值的3% 3%, 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。 局部腐蚀而停工。我国钢铁腐蚀经济损失高 2800亿人民币 约占国民生产总值GNP 亿人民币, GNP的 达2800亿人民币,约占国民生产总值GNP的 4%,每年约有30%的钢铁因腐蚀而报废。 30%的钢铁因腐蚀而报废 4%,每年约有30%的钢铁因腐蚀而报废。腐 蚀给人类造成的损失是惊人的。 蚀给人类造成的损失是惊人的。

一、金属的腐蚀
1、什么是金属腐蚀? 什么是金属腐蚀?
指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。 氧化还原反应而引起损耗的现象。

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 发生氧化反应)。 (发生氧化反应)。

M-

ne

=

n+ M

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

化学腐蚀: 化学腐蚀:
金属跟接触到的物质( 金属跟接触到的物质(如SO2、Cl2、O2等) 直接发生化学反应而引起的腐蚀。 次要) 直接发生化学反应而引起的腐蚀。 (次要)

电化学腐蚀: 电化学腐蚀:
不纯金属或合金跟电解质溶液接触时, 不纯金属或合金跟电解质溶液接触时, 发生原电池反应而引起的腐蚀, 发生原电池反应而引起的腐蚀,比较活泼的 金属失去电子被氧化。 金属失去电子被氧化。 主要) (主要)

①化学腐蚀: 升温可加快 金属腐蚀

家用燃气灶的中心部位 很容易生锈

食品罐头放在南极80 多年了,却很少生锈

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,而在潮湿的空气中却易生锈呢? 生锈,而在潮湿的空气中却易生锈呢?

钢铁 潮湿空气


CO2、 SO2、H2S

钢铁

水膜

电解质溶液( 电解质溶液(H+) 铁 C

原 电 池

电解质溶液

H2O H2O+CO2

H++OHH++HCO3-

电解质溶液



电化学腐蚀。 ②电化学腐蚀。 钢铁腐蚀
条件 电 极 反 应 负极 Fe(-) 正极 C(+) 析氢腐蚀 水膜呈强酸性 Fe-2e-=Fe2+ 2H++2e-=H2 2H++Fe=Fe2++H2 总反应 吸氧腐蚀 水膜呈中性或弱酸性 2Fe-4e-=2Fe2+ O2+2H2O+4e-=4OH2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
Fe2O3 · nH2O

联系

金属的腐蚀以电化腐蚀为主, 金属的腐蚀以电化腐蚀为主, 电化腐蚀又以吸氧腐蚀为主(pH≥5.6时) 电化腐蚀又以吸氧腐蚀为主 时 时则为析氢腐蚀。 若pH<5.6时则为析氢腐蚀。 时则为析氢腐蚀

化学腐蚀与电化学腐蚀比较
类型 发生的 条件 电流 本质 相互 关系 化学腐蚀 金属与接触 物直接反应 无电流产生 金属被腐蚀 电化学腐蚀 不纯金属或合 金与电解质溶 液形成原电池 有电流产生

较活泼金属 被腐蚀 两者往往同时发生, 两者往往同时发生,但电化 腐蚀更普遍。 腐蚀更普遍。

1.埋在地下的输油铸铁管道, 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 情况下被腐蚀速率最慢的是 ( C ) 在潮湿疏松的土壤中; A.在潮湿疏松的土壤中; 在含铁元素较多的酸性土壤中; B.在含铁元素较多的酸性土壤中; 在干燥致密不透气的土壤中; C.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

2.下列现象与电化学腐蚀无关的是( 2.下列现象与电化学腐蚀无关的是( D ) 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 生铁比软铁芯(几乎是纯铁) B.生铁比软铁芯(几乎是纯铁) 容易生锈 铁制器件附有铜制配件, C.铁制器件附有铜制配件,在接触处 易生铁锈 D.银质奖章久置表面变暗

3.如图, 3.如图, 水槽中试管内有一枚铁 如图 放置数天观察: 钉,放置数天观察: (1)若液面上升, (1)若液面上升,则溶液呈 弱酸性或中性 , 若液面上升 腐蚀,电极反应式为: 发生 吸氧 腐蚀,电极反应式为: 2Fe -4e-=2Fe2+ 负极: 负极: , O2+2H2O+4e-=4OH- 。 正极: 正极: (2)若液面下降 若液面下降, (2)若液面下降,则溶液呈 较强酸性 , 腐蚀,电极反应式为: 发生 析氢 腐蚀,电极反应式为: 负极: 负极: , Fe - 2e-=Fe2+ 2H++2e-=H2↑ 正极: 。 正极:

二、金属的防护
(1)制成合金(不锈钢) (1)制成合金(不锈钢) 制成合金 ——改善金属的内部组织结构(内因) 改善金属的内部组织结构( 改善金属的内部组织结构 内因) (2)在金属表面覆盖保护层 (2)在金属表面覆盖保护层 ——电镀、油漆、钝化等 电镀、 电镀 油漆、 (3)电化学保护法 (3)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、 牺牲阳极的阴极保护法 外加直流电源的阴极保护法

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, 形成原电池反应时,让被保护金属做正 不反应,起到保护作用; 极,不反应,起到保护作用;而活泼金属反 应受到腐蚀。 应受到腐蚀。

外加电流的阴极保护法: 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, 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, 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, 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。 的腐蚀电流降至零或接近等于零。

辅助阳极 不溶性) (不溶性) 外加电流的阴极保护法示意图

4.下列装置中四块相同的Zn片 4.下列装置中四块相同的Zn片,放置一段 下列装置中四块相同的Zn 时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是: 时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是: (4)>(2)>(1)>(3) 。

5.下列各情况,在其中Fe片腐蚀由快到 5.下列各情况,在其中Fe片腐蚀由快到 下列各情况 Fe 慢的顺序是: 慢的顺序是: (5)>(2)>(1)>(3)>(4) 。


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