資源簡介

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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
課前導入
金屬腐蝕現象在生產生活中普遍存在。
金屬的腐蝕
①機器設備、儀器、儀表的精度和靈敏度降低，直至報廢。
②飛機的某一零部件破損而造成墜毀；
③橋梁、建筑物的金屬構架強度降低而造成塌陷；
④地下金屬管道破裂而發生泄漏；
⑤輪船的船體損壞等。
金屬腐蝕有哪些危害？
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。
金屬的腐蝕
金屬原子
金屬陽離子
失去e－
M －ne－＝Mn＋
1.什么是金屬腐蝕？
2.金屬腐蝕的本質是什么？
金屬腐蝕是金屬或合金與周圍的氣體或液體發生氧化還原反應而引起損耗的現象。
3.金屬腐蝕的種類有哪些？
金屬的腐蝕
金屬的腐蝕
化學腐蝕
電化學腐蝕
吸氧腐蝕(水膜呈中性或酸性較弱）
析氫腐蝕(水膜呈酸性)
原電池反應
與氧化劑直接接觸反應
由于與金屬接觸的氣體或液體不同，發生腐蝕的情況也不同，所以金屬的腐蝕一般可分為化學腐蝕和電化學腐蝕。
金屬的腐蝕
金屬與其表面接觸的一些物質（如O2、Cl2、SO2）直接反應而引起的腐蝕。
1.化學腐蝕
2.電化學腐蝕
當不純的金屬與電解質溶液接觸時發生原電池反應，比較活潑的金屬發生氧化反應而被腐蝕。
鋼鐵在潮濕空氣中容易生銹
鋼鐵
Fe、C
水膜
電解質溶液
CO2、SO2、H2S
在鋼鐵表面形成無數微小原電池
金屬的腐蝕
兩種腐蝕的判斷方法
①看金屬：純金屬發生化學腐蝕
②看接觸物：非電解質發生化學腐蝕，電解質溶液發生電化學腐蝕
金屬腐蝕類型 化學腐蝕 電化學腐蝕
定義 純金屬與接觸到的物質直接反應 不純的金屬在潮濕的空氣或電解質溶液中形成原電池，發生氧化還原反應
現象 金屬被腐蝕 較活潑金屬被腐蝕
區別 無電流產生 有微弱電流產生
實質與聯系 ①實質：都是金屬原子失去電子被氧化而損耗； ②化學腐蝕與電化學腐蝕往往同時發生，但電化學腐蝕更普遍 M – ne- → Mn+
金屬的腐蝕
取兩支試管，分別加入兩顆鋅粒和等體積、等濃度的稀鹽酸。向左邊的試管中滴加1~2滴硫酸銅溶液，觀察現象。解釋產生不同現象的原因。
結論：電化學腐蝕比化學腐蝕的速率大。
鋅和稀鹽酸
鋅和稀鹽酸
CuSO4
化學腐蝕
電化學腐蝕
金屬的腐蝕
根據電解質溶液性質不同分為：析氫腐蝕和吸氧腐蝕
Fe + 2H+ =Fe2+ + H2↑
總反應：
2H++ 2e- =H2 ↑
正極：
負極：
Fe - 2e- = Fe2+
H+
酸性較強水膜或電解質溶液
Fe負極材料
負極反應物
C正極材料
（1）析氫腐蝕
金屬的腐蝕
如果鋼鐵表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧氣，此時就會發生吸氧腐蝕。鋼鐵等金屬的腐蝕主要是吸氧腐蝕。
（2）吸氧腐蝕
酸性很弱或中性的電解質溶液
正極反應物
負極材料
負極反應物
正極材料
總反應：2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)2
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
Fe - 2e- = Fe2+
負極：
正極：
后續反應：
4Fe(OH)2+ O2+2H2O =4Fe(OH)3
2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O
金屬的腐蝕
金屬的防護
發藍處理
涂機油
噴漆
鍍鋅
不銹鋼
金屬的防護主要是從金屬、與金屬接觸的物質及兩者反應的條件等方面來考慮。
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。
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。
不銹鋼
含鉻、鎳等合金元素
鈦合金
抗腐蝕性，生物相容性
發藍處理
使鐵制品生成致密的四氧化三鐵薄膜
包裹塑料
搪瓷
金屬的防護
思考與討論
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：薄鋼板表面鍍上一層鋅
馬口鐵：薄鋼板表面鍍上一層錫
破損時，鋅作負極而被腐蝕
破損時，鐵作負極而被腐蝕
金屬活動性：Zn > Fe > Sn
金屬的防護
【實驗】在含NaCl的瓊脂溶液中滴入5~6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均勻后倒入兩個培養皿中。分別將裹有鋅皮的鐵釘和纏有銅絲的鐵釘放入兩個培養皿中，觀察并解釋實驗現象。
PS：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。
金屬的防護
金屬的防護
裹有鋅皮的鐵釘
纏有銅絲的鐵釘
鋅作負極：
2Zn－4e－＝2Zn2＋
鐵作正極：
O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
鐵作負極：
2Fe－4e－＝2Fe2＋
銅作正極：
O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
通過實驗我們知道，金屬發生電化學腐蝕時，總是作為原電池負極（陽極）的金屬被腐蝕，作為正極（陰極）的金屬不被腐蝕。
金屬的防護
(1)犧牲陽極法
原理 ________原理
電極 要求 被保護的金屬作___極，
活潑性更強的金屬作___極
應用
原電池
正
負
找替罪“陽”
船舶外殼安裝鋅塊
被保護金屬作為正極（陰極）
活潑金屬作為負極（陽極）
金屬的腐蝕
被保護金屬作為陰極
惰性電極作為輔助陽極
外接直流電源
（2）外加電流法
原理 ________原理
電極 要求 被保護的金屬作___極，
與電源的___極相連
應用
電解池
陽
負
地下管道連接電源負極
金屬的防護
下圖各燒杯中盛有稀鹽酸，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序是怎樣的？
①
②
③
④
⑤
⑥
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
＞
＞
＞
＞
金屬活動性差別越大，活潑性強的金屬腐蝕越快
犧牲陽極法
外加電流法
腐蝕由快到慢：①②③④⑤⑥
隨堂訓練
1.下列與金屬腐蝕有關的說法正確的是(　　)
A、圖a中，插入海水中的鐵棒，越靠近底端腐蝕越嚴重
B、圖b中，開關由M改置于N時，Cu－Zn合金的腐蝕速率減小
C、圖c中，接通開關時Zn腐蝕速率增大，Zn上放出氣體的速率也增大
D、圖d中，Zn－MnO2干電池自放電腐蝕主要是由MnO2的氧化作用引起的
B
隨堂訓練
3.如圖所示水槽中試管內有一枚鐵釘，放置數天觀察：
(1)鐵釘在逐漸生銹，則鐵釘的腐蝕屬于________腐蝕。
(2)若試管內液面上升，則溶液呈 性，發生_______腐蝕，電極反應式：負極： _____________________，
正極：____________________________。
(3)若試管內液面下降，則原溶液呈___________性，發生______腐蝕。電極反應式：負極：___________________，
正極：___________________。
電化學
弱酸、中、堿
吸氧
2Fe－4e－=2Fe2＋
O2＋2H2O＋4e－=4OH－　
較強的酸
析氫
Fe－2e－=Fe2＋
2H＋＋2e－=H2↑
隨堂訓練
4.相同材質的鐵在圖中四種情況下最不易被腐蝕的是 (　 )
C
隨堂訓練
5.下列關于如圖所示的實驗裝置的判斷中錯誤的是（ ）
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處都可減緩鐵的腐蝕
C、若X為鋅棒，開關K置于B處時，為犧牲陽極的陰極保護法
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↑
D
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