資源簡介

(共25張PPT)
第三節
金屬的腐蝕與防護
1999年5月9日，在中國駐南聯盟大使館遭北約轟炸后的第二天，菲律賓海軍“馬德雷山”號登陸艦以所謂“技術故障擱淺”為由，在南海仁愛礁非法“坐灘”，并派出士兵輪班進駐，圖謀“實際控制”。
金屬腐蝕的現象普遍存在，常常是自發進行的。
資料：我國每年因為金屬腐蝕所造成的經濟損失約占國民生產總值的5%，全世界每年因生銹損失的鋼鐵約占世界鋼鐵年產量的1/4，超過每年各項大災（火災、風災及地震等）損失的總和。
因此，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。
學習目標
1.通過查閱金屬腐蝕的資料等活動，認識金屬腐蝕的嚴重性及危害性；能用電化學原理解釋金屬腐蝕的現象，進一步增強社會責任感。
2.通過鋼鐵腐蝕的實驗，了解金屬腐蝕的本質；能書寫鋼鐵腐蝕的電極反應及總反應；能根據電化學原理選擇并設計金屬防護的措施。
思考1：金屬腐蝕的本質是什么？
Fe2O3·XH2O
Fe→
0 +3
金屬原子失去電子被氧化的過程。
M - ne- = Mn+
思考2：鋼鐵在什么條件下易生銹？
探究1：鋼鐵在潮濕的空氣中易生銹的原理
鋼鐵
潮濕空氣
水膜
CO2、 SO2、H2S
電解質溶液（H+)
鐵
C
無數微小
原電池
鋼鐵在這過程發生了電化學腐蝕。
根據電解質溶液的酸堿性的不同鋼鐵的電化學腐蝕可分為兩種：
析氫腐蝕和吸氧腐蝕
探究2：鋼鐵的電化學腐蝕
探究2-1：如下圖，模擬探究鋼鐵在海水中的腐蝕情況,觀察電流表指針有無偏轉？
2分鐘后用膠頭滴管分別從鐵、碳電極附近吸取少量液體于a、b兩試管中，
再向a試管中加入幾滴K3[Fe(CN)6]（鐵氰化鉀）溶液，向b試管中加入幾滴
酚酞溶液，觀察現象
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A
Fe C
飽和食鹽水
資料卡片：Fe2+與K3[Fe(CN)6]（鐵氰化鉀）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。
（-） （+）
Fe-2e-=Fe2+
O2+2H2O+4e-=4OH-
吸氧腐蝕
探究2-2 ：課本P112 【實驗4-3 】
實驗操作 實驗現象 實驗解釋
導管中液面上升
裝置中鐵、碳、飽和食鹽水構成原電池，鐵釘發生吸氧腐蝕，導致壓強變小
(1)將經過酸洗除銹的鐵釘用飽和食鹽水浸泡一下，放入下圖所示的具支試管中。
幾分鐘后，觀察導管中水柱的變化。解釋引起這種變化的原因。
思考：暖貼的發熱原理是什么？
探究2：鋼鐵的電化學腐蝕
探究2-3：如下圖，觀察現象,寫出電極反應式。
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A
Fe C
稀H2SO4
（-） （+）
Fe-2e-=Fe2+
2H＋＋2e = H2↑
析氫腐蝕
鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較
析氫腐蝕 吸氧腐蝕
條件 水膜呈較強 性 水膜呈 性
電極反應
聯系
負極Fe(- )
Fe-2e-=Fe2+
正極C(+)
2H++2e-=H2↑
總反應:
Fe+2H+=Fe2++H2↑
酸
其他
中
Fe-2e-=Fe2+
O2+2H2O+4e-=4OH-
2Fe-4e-=2Fe2+
2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2
Fe2O3 · nH2O
(鐵銹)
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
通常兩種腐蝕同時存在，但吸氧腐蝕更普遍。
（一般情況下水膜酸性不強）
2H＋ + 2e = H2↑
pH=2.0、3.0、3.5
pH=4.0
O2 + 4e + 4H+=2H2O
（析氫腐蝕）
（吸氧腐蝕）
實驗2-4：利用下圖裝置探究鋼鐵在不同pH的醋酸溶液中的電化學腐蝕。
寫出pH＝2.0～3.5和4.0時發生的正極電極反應式。
結論：鋼鐵在酸性較強的環境中主要發生 腐蝕，在酸性較弱環境主要發生 腐蝕。
O2+2H2O+4e-=4OH-(中性）
析氫
吸氧
1.如圖裝置中，U形管內為紅墨水，a、b試管內分別盛有食鹽水和氯化銨溶液，各加入生鐵塊，放置一段時間。下列有關描述錯誤的是
A.生鐵塊中的碳是原電池的正極
B.紅墨水水柱兩邊的液面變為左低右高
C.兩試管中相同的電極反應式是Fe－2e－===Fe2＋
D.a試管中發生了吸氧腐蝕，b試管中發生了析氫腐蝕
√
應用體驗
類型 化學腐蝕 電化學腐蝕
條件
有無電流產生
本質
聯系
金屬接觸到的干燥氣體（O2、Cl2、
SO2等）或非電解質液體
不純的金屬與電解質溶液接觸
無
有微弱電流
金屬原子失去電子而被氧化的過程
兩種腐蝕往往同時發生，只是電化學腐蝕比化學腐蝕普遍的多，腐蝕速度也快得多。
思考：運輸原油、天然氣的鋼管往往由于內壁腐蝕而造成原油、天然氣泄漏，原油、
天然氣中既沒有水，也沒有氧氣，為什么鋼鐵也會腐蝕？
輸油、輸氣的鋼管被原油、天然氣中的含硫化合物腐蝕。
一、金屬的腐蝕
1.化學腐蝕：
影響因素：
金屬與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
溫度對化學腐蝕的影響很大。
例如：鋼材在高溫下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4組成的一層氧化物。
實驗操作 實驗現象 實驗解釋
兩只試管均有氣泡產生，且①試管中產生氣泡的速率更快
Zn置換出Cu，Zn、Cu、稀鹽酸構成原電池，形成電化學腐蝕，能加快反應速率
探究2-5：金屬的電化學腐蝕和化學腐蝕 課本P112 【實驗4-3 】
(2)取兩支試管，分別放入兩顆鋅粒和等體積、等濃度的稀鹽酸，觀察現象。然后，向其
中一支試管中滴加1～2滴硫酸銅溶液，再觀察現象。解釋產生不同現象的原因。
思考：在同一電解質溶液中，金屬腐蝕的快慢有何規律？
電化學腐蝕＞化學腐蝕
思考：根據金屬腐蝕的實質，你能提出金屬的防護方法嗎？
金屬腐蝕的實質是金屬原子失去電子被氧化的過程。
M - ne- = Mn+
防護方法就是避免金屬失去電子
思考角度
切斷原電池反應
給予金屬電子
改變金屬材料的組成
在金屬表面覆蓋保護層
二、金屬的防護
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。
如把鉻、鎳等加入普通鋼中制成不銹鋼產品。
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。
2、在金屬表面覆蓋保護層
在金屬表面覆蓋致密的保護層，將金屬制品與周圍物質隔開是一種普遍采用的防護方法。
非金屬保護層
金屬保護層
發藍處理
鈍化處理
表面噴涂油漆/油脂，覆蓋搪瓷、塑料等
電鍍：表面鍍上一層
鋅、錫、鉻、鎳等金屬
化學方法：生成致密的四氧化三鐵薄膜.
陽極氧化：使鋁制品形成致密的氧化膜
以上方法都可以切斷原電池反應保護金屬
（1）Fe作保護電極，Zn作輔助電極，以經過酸化的3%NaCl溶液作電解質溶液，按圖所示連接好裝置。觀察電流表指針的變化，以及燒杯中兩個電極附近發生的現象。過一段時間，用膠頭滴管從和Fe 電極區域取少量溶液于試管中，再向試管中滴入2滴K3[Fe(CN)6] (鐵氰化鉀)溶液， 觀察試管中溶液顏色變化？
探究3-1：課本P114【實驗4-4 】
實驗裝置 電流表 負極 正極
現象
有關反應 ————
指針偏轉
鋅逐漸溶解
加入鐵氰化鉀溶液，
無藍色沉淀生成
Zn-2e-=Zn2+
O2+4e-+4H+=2H2O
在電化學上，把凡是失去電子發生氧化反應的一極叫陽極；
得到電子發生還原反應的一極叫陰極。
結論：犧牲鋅（陽極）保護鐵（陰極）
（-） （+）
（陽） （陰）
探究3-2：課本P114【實驗4-4 】
(2)將1 g瓊脂加入250 mL燒杯中，再加入50 mL飽和食鹽水和150 mL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，各滴入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均勻。取兩個2～3 cm的鐵釘，用砂紙擦光。如圖(a)所示，將裹有鋅皮的鐵釘放入上述的一個培養皿中；如圖(b)所示，將纏有銅絲的鐵釘放入另一個培養皿中。觀察并解釋實驗現象。
裝置 （a） （b）
現象
解釋
靠近鋅皮處顏色無變化，裸露的鐵釘處出現紅色
靠近銅絲處出現紅色，裸露的鐵釘處出現藍色
Zn(-)：
Fe(+) :
Zn-2e-=Zn2+
O2+2H2O+4e-=4OH-
Fe(-)：
Cu(+) :
Fe-2e-=Fe2+
O2+2H2O+4e-=4OH-
鐵作正極，不反應，被保護
鐵作負極，發生氧化反應，被腐蝕
3、電化學保護法
（1）犧牲陽極法
負極 ：
正極 ：
應用 ：
鍋爐內壁、船舶外殼安裝鎂合金或鋅塊
被保護的金屬
更活潑金屬
原理：
利用“ 原理”保護 極金屬
原電池
正
找替罪“陽”
鋅塊必須定期更換
3、電化學保護法
（2）外加電流法
外加電流法是把被保護的鋼鐵設備作為陰極，用惰性電極作為輔助陽極，兩者均放在電解質溶液（如海水）里，外接直流電源。通電后，調整外加電壓，強制電子流向被保護的鋼鐵設備，使鋼鐵表面的腐蝕電流降至零或接近等于零。在這個系統中，鋼鐵設備被迫成為陰極而受到保護。
陰極 ：
陽極 ：
應用 ：
原理：
電解池原理
鋼鐵閘門，地下管道等
連接電源負極
被保護的金屬
輔助電極（不溶性）
犧牲陽極法和外加電流法的比較
犧牲陽極法 外加電流法
原理
保護方法
保護電流
注意事項
原電池
電解池
使被保護的金屬與比它活潑的金屬接觸，被保護的金屬做正極
使被保護的金屬與電源負極接觸，被保護的金屬做陰極
較小
較大
負極（陽極）材料需要定期更換
輔助陽極（惰性）需要定期檢查
（可調）
2.下列對如圖所示的實驗裝置的判斷錯誤的是
A.若X為碳棒，開關K置于A處可減緩鐵的腐蝕
B.若X為鋅棒，開關K置于A或B處均可減緩鐵的
腐蝕
C.若X為鋅棒，開關K置于B處時，為犧牲陽極法
D.若X為碳棒，開關K置于B處時，鐵電極上發生的反應為2H＋＋2e－
= H2↑
√
應用體驗
Fe-2e-=Fe2+
金屬的腐蝕與防護
金屬的腐蝕
金屬的防護
化學腐蝕
電化學腐蝕
金屬表面覆蓋保護層
改變金屬材料的組成
電化學保護法
1）犧牲陽極法
2）外加電流法
1）析氫腐蝕
2）吸氧腐蝕
課堂小結
鞏固練習：如圖所示，各燒杯中均盛的是海水，鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的順序為(　　)
A．②①③④⑤⑥
B．⑤④③①②⑥
C．⑤④②①③⑥
D．⑤③②④①⑥
C
化學腐蝕
+ -
- +
- +
陰 陽
陽 陰
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
電解池的陽極＞原電池的負極＞化學腐蝕＞原電池的正極>電解池的陰極。
規律：在同一電解質溶液中，金屬腐蝕由快到慢的順序為：
歸納總結
金屬腐蝕快慢的判斷方法
(1)在同一電解質溶液中，金屬腐蝕由快到慢的順序為電解池的陽極＞原電池的負極＞化學腐蝕＞原電池的正極>電解池的陰極。
(2)同一種金屬在不同介質中腐蝕由快到慢的順序為強電解質溶液＞弱電解質溶液＞非電解質溶液。
(3)對同一種電解質溶液來說，電解質溶液濃度越大，金屬腐蝕越快。
(4)金屬活動性差別越大，活潑性強的金屬腐蝕越快。

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