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第四章 化學反應與電能
第三節 金屬的腐蝕與防護 課時1
鋼鐵生銹
銅器生銹
金屬腐蝕的現象普遍存在，
常常是自發進行的。
機器設備靈敏度降低
輪船船體損壞
了解金屬腐蝕的原因，并采取有效措施防止金屬腐蝕具有重要意義。
1、認識金屬腐蝕的危害，能利用原電池原理解釋電化學腐蝕的原因。
2、能正確書寫析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應式和總反應式。
3、了解金屬腐蝕的防護方法。
一、金屬的腐蝕
1.定義
2.本質
金屬與周圍的氣體或液體物質發生氧化還原反應而引起損耗的現象。
金屬原子失去電子被氧化的過程。
M－ne－→Mn+
3.分類
金屬其表面接觸的一些物質（如O2、Cl2、SO2等）直接反應而引起的腐蝕。
（1）化學腐蝕
例如：鐵與氯氣直接反應而腐蝕；輸油、輸氣的鋼管被原油、天然氣中的含硫化合物腐蝕。
受溫度影響很大。
（2）電化學腐蝕
不純的金屬跟電解質溶液接觸時，會發生原電池反應，比較活潑的金屬失去電子而被氧化
例如：鋼鐵制品在潮濕空氣中的銹蝕
在潮濕的空氣里,鋼鐵表面吸附了一薄層水膜。水中溶有其他物質形成電解質溶液,跟鋼鐵里的鐵和少量的碳構成無數微小的原電池。
NaCl溶液
C
Fe
請畫出鋼鐵腐蝕的原電池裝置。
鋼鐵腐蝕
寫出兩極的電極反應方程式。
負極：
Fe－2e－＝Fe2＋
2H＋＋2e－＝H2↑
O2＋4e－＋2H2O＝4OH－
正極：
正極是O2得電子，還是H＋得電子？
【實驗現象】
鐵釘表面有鐵銹生成，導管中的水柱液面上升。
負極：
正極：
【結論】
Fe－2e－＝Fe2＋
O2＋4e－＋2H2O＝4OH－
總反應：
2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2
Fe(OH)3
Fe2O3·xH2O
①吸氧腐蝕（水膜酸性很弱或呈中性）
在NaCl溶液（中性）環境下
O2
②析氫腐蝕（水膜酸性較強）
負極：
正極：
Fe－2e－＝Fe2＋
2H＋＋2e－＝H2↑
總反應：
Fe+2H+===Fe2++H2↑
注意：只有位于金屬活動性順序中氫前的金屬才可能發生析氫腐蝕，
氫后的金屬不能發生。
鋼鐵等金屬的腐蝕主要是吸氧腐蝕。
弱酸性環境下
[思考] 化學腐蝕和電化學腐蝕有什么不同？
化學腐蝕 電化學腐蝕
條件
電流
現象
本質
影響因素
聯系
金屬或合金與氧化劑直接接觸
不純金屬或合金與電解質溶液接觸
無電流產生
有微弱電流產生
金屬被腐蝕
較活潑金屬被腐蝕
M ne =Mn+
M ne =Mn+
與氧化劑的氧化性及溫度等有關
與電解質溶液的酸堿性及金屬活動性等有關
兩者往往同時發生，但電化學腐蝕更普遍。
哪一個腐蝕的速率更快呢？
【實驗現象】
加入硫酸銅溶液的試管中的鋅粒表面產生氣泡更多，反應速率更快。
鋅粒的化學腐蝕和電化學腐蝕
金屬腐蝕快慢的判斷
電解原理（陽極腐蝕）＞原電池原理（負極腐蝕）＞化學腐蝕＞有防護措施的腐蝕
二、金屬的防護
1.改變金屬材料的組成
在金屬中添加其他金屬或非金屬可以制成性能優異的合金
把鉻、鎳等加入普通鋼中制成不銹鋼
鈦合金不僅具有優異的抗腐蝕性，還具有良好的生物相容性。
2.在金屬表面覆蓋保護層
汽車表面噴涂油漆
覆蓋搪瓷
塑料包裹
電鍍
鋼鐵進行發藍處理
鈍化處理等等
3.電化學防護
常用的白鐵皮是在薄鋼板表面鍍上一層鋅，罐裝食品用的馬口鐵是在薄鋼板表面鍍上一層錫。若上述兩種鋼鐵制品的表面出現破損時，請分析并說明白鐵皮、馬口鐵的腐蝕情況。
白鐵皮（鍍鋅鐵）
馬口鐵（鍍錫鐵）
白鐵皮
負極：2Zn – 4e- = 2Zn2+
正極：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-
總反應： 2Zn +O2 + 2H2O = 2Zn(OH)2
犧牲鋅保護鐵
馬口鐵
負極：2Fe – 4e- = 2Fe2+
正極：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-
總反應： 2Fe +O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2
犧牲鐵保護錫
(1)犧牲陽極法
①原理——原電池原理：
正極：被保護金屬
負極：活潑金屬
需要定期更換
海水
鋼閘門
鋅板
e
e
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
被保護的陰極
犧牲陽極
Zn2+
②應用：該法主要用來保護一些鋼鐵設備，如在鍋爐內壁、船體外殼上裝上鎂合金或鋅塊。
(1)犧牲陽極法
①原理——原電池原理：
正極：被保護金屬
負極：活潑金屬
需要定期更換
②應用：該法主要用來保護一些鋼鐵設備，如在鍋爐內壁、船體外殼上裝上鎂合金或鋅塊。
犧牲陽極法實驗（1）
指針偏轉
逐漸溶解
質量不變，無氣泡產生，加入鐵氰化鉀溶液，無變化。
Zn-2e-=Zn2+
O2+4e-+4H+=H2O
【結論】Fe、Zn和經過酸化的NaCl溶液構成原電池；該裝置中鐵未被腐蝕。
【實驗現象】
實驗裝置 電壓表 陽極 陰極
現象
有關反應 ——
Fe2+的檢驗：Fe2+與K3[Fe(CN)6]溶液(黃色)反應生成KFe[Fe(CN)6]沉淀(帶有特征藍色)。這是檢驗溶液中Fe2+的常用方法。
犧牲陽極法實驗（2）
將1g瓊脂加入250mL燒杯中，再加入50mL飽和食鹽水和150mL水。攪拌、加熱煮沸，使瓊脂溶解。稍冷后，趁熱把瓊脂溶液分別倒入兩個培養皿中。
酚酞溶液
（a）
K3[Fe(CN)6]溶液
（b）
陽極(負極)：鐵
Fe-2e- =Fe2+
K3[Fe(CN)6]溶液
KFe[Fe(CN)6]沉淀
（被腐蝕）
(2)外加電流法
①原理——電解池原理：
陰極：被保護金屬
陽極：惰性電極作輔助陽極
海水
鋼閘門
e
e
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
被保護的陰極
輔助陽極
不溶性
②應用：該法常用來保護土壤、海水中的金屬設備。
比較 犧牲陽極法 外加電流法
原理
輔助陽極化學性質
輔助陽極發生的電極反應類型
[思考] 犧牲陽極法和外加電流法都要采用輔助陽極，將被保護的金屬作為陰極。在這兩種方法中，輔助陽極發生的電極反應類型是否相同？對于用作輔助陽極的金屬的化學性質各有什么要求？
原電池原理
電解原理
活潑
惰性
氧化反應
氧化反應
(1)銅在酸性較強的溶液中均可發生析氫腐蝕。 (　　)
(2)鋼鐵發生電化學腐蝕時,負極鐵失去電子生成Fe3+。 (　　)
(3)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣。 (　　)
(4)鍍銅鐵制品鍍層受損后,鐵制品比鍍銅前更容易生銹。 (　　)
(5)外加電流法是將被保護金屬接在直流電源的正極。 (　　)
(6)在船體外嵌入鋅塊,可以減緩船體的腐蝕,屬于犧牲陰極法。 (　　)
[練一練]
2.將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤后,置于如圖所示裝置中,進行鐵的電化學腐蝕實驗。下列有關該實驗的說法正確的是(　　)
A.鐵被氧化的電極反應式為Fe-3e-=Fe3+
B.鐵腐蝕過程中化學能全部轉化為電能
C.活性炭的存在會加速鐵的腐蝕
D.以水代替NaCl溶液,鐵不能發生吸氧腐蝕
C
金屬的腐蝕與防護
金屬的腐蝕
金屬的防護
定義
本質
分類
電化學腐蝕
化學腐蝕
吸氧腐蝕
析氫腐蝕
無電流產生
犧牲陽極法
外加電流法
改變金屬內部組織結構
在金屬表面覆蓋防護層
被保護金屬作原電池正極
被保護金屬作電解池陰極
制成合金等
涂油漆、電鍍等

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