金屬的腐蝕與防護

1、第四節(jié) 金屬的電化學 腐蝕與防護鋼架橋鋼架橋青銅文物青銅文物輪船輪船鏈條鏈條汽車剎車盤汽車剎車盤配電箱配電箱汽車油箱汽車油箱輸水管道輸水管道鍋爐表面鍋爐表面液化氣管道液化氣管道中國航天工業(yè)總公司第三十一研究所近日公布了中國航天工業(yè)總公司第三十一研究所近日公布了一組數(shù)據(jù)：一組數(shù)據(jù)：全球每全球每一分鐘一分鐘就有就有1 1噸鋼噸鋼腐蝕成鐵銹腐蝕成鐵銹. .全球每年鋼鐵腐蝕的經(jīng)濟損失約全球每年鋼鐵腐蝕的經(jīng)濟損失約1000010000億美元億美元，是地震、水災、臺風等自然災害造成損失總和的是地震、水災、臺風等自然災害造成損失總和的6 6倍，倍，占占各國國民生產(chǎn)總值各國國民生產(chǎn)總值GNPGNP的的2%2%

2、4 4% %。在。在美國，美國，每年因鋼鐵腐蝕造成的損失就占國內(nèi)生產(chǎn)總值的每年因鋼鐵腐蝕造成的損失就占國內(nèi)生產(chǎn)總值的3%3%，大約三分之一的化學設備因局部腐蝕而停工。，大約三分之一的化學設備因局部腐蝕而停工。我國鋼鐵腐蝕經(jīng)濟損失高達我國鋼鐵腐蝕經(jīng)濟損失高達28002800億人民幣億人民幣，約占，約占國民生產(chǎn)總值國民生產(chǎn)總值GNPGNP的的4%4%，每年約有，每年約有30%30%的鋼鐵因腐的鋼鐵因腐蝕而報廢。腐蝕給人類造成的損失是驚人的。蝕而報廢。腐蝕給人類造成的損失是驚人的?！締栴}討論問題討論1 1】我們通常使用的金屬是純我們通常使用的金屬是純金屬金屬 么？成分如何？么？成分如何？【問題討論問

3、題討論2 2】你了解鐵銹、銅銹的主要你了解鐵銹、銅銹的主要成分么？成分么？【問題探究問題探究3 3】用氧化還原的觀點看，金屬腐用氧化還原的觀點看，金屬腐蝕的本質(zhì)是什么？蝕的本質(zhì)是什么？合金合金。如：鋼鐵（如：鋼鐵（FeFe、C C等）；銅合金：等）；銅合金：(Cu(Cu、ZnZn、SnSn等）等）鐵銹的主要成分：鐵銹的主要成分：Fe2O3XH2O銅器表面生成銅銅器表面生成銅綠綠,主要成分：主要成分：Cu2(OH)2CO31 1、什么是金屬腐蝕？、什么是金屬腐蝕？ 指指金屬或合金金屬或合金與周圍接觸到的與周圍接觸到的氣體氣體或或液體發(fā)生液體發(fā)生氧化還原反應氧化還原反應而腐蝕損耗而腐蝕損耗的過程的

4、過程。2 2、金屬腐蝕的本質(zhì)是什么、金屬腐蝕的本質(zhì)是什么? ? 是金屬原子本身是金屬原子本身失去電子變成陽離子失去電子變成陽離子的的過程（即金屬發(fā)生了氧過程（即金屬發(fā)生了氧化反應）?；磻?。M - ne- = Mn+1、升溫升溫可加可加快金屬腐蝕快金屬腐蝕家用燃氣灶的中心部位很容易生銹食品罐頭放在南極80多年了，卻很少生銹2、介質(zhì)介質(zhì)：遇潮濕空：遇潮濕空氣、腐蝕性氣體、氣、腐蝕性氣體、電解質(zhì)溶液，容易電解質(zhì)溶液，容易被腐蝕被腐蝕3、金屬金屬的本性的本性：金：金屬越活潑，就越屬越活潑，就越容容易失去易失去電子而被電子而被腐腐蝕蝕。 金屬與接觸到的干燥氣體（如SO2、Cl2、O2等）或非電解質(zhì)液

5、體（如石油）直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。根據(jù)與金屬接觸的介質(zhì)不同1 1、化學腐蝕：、化學腐蝕：【金屬金屬+ +氣體或非電解質(zhì)氣體或非電解質(zhì)】石油管道內(nèi)壁被原油中的石油管道內(nèi)壁被原油中的含硫化合物嚴重腐蝕含硫化合物嚴重腐蝕鐵與氯氣直接反應而腐蝕鐵與氯氣直接反應而腐蝕不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時，發(fā)生原電池反應而引起的腐蝕，比較活潑的金屬失去電子被氧化。2 2、電化學腐蝕：、電化學腐蝕： 【不純金屬不純金屬+ +電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液】電化學腐蝕根據(jù)參加反應的氣體不同，分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕。例如，鋼鐵在潮濕的空氣中生銹。電化學腐蝕電化學腐蝕（1）析氫腐蝕）析氫腐蝕正極：正極：負極：負極：電池反應

6、：電池反應：條件：水膜呈強酸性（溶有：條件：水膜呈強酸性（溶有：CO2、SO2、H2S）Fe - 2e- = Fe2+2H+2e- =H2Fe +2H+ =Fe2+H2電化學腐蝕電化學腐蝕（2）吸氧腐蝕）吸氧腐蝕負極：負極：正極：正極：電池反應：電池反應：進一步：進一步：條件：水膜呈中性或弱酸性或堿性條件：水膜呈中性或弱酸性或堿性2Fe - 4e- =2 Fe2+O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)24Fe(OH)2 +O2 + 2H2O =4 Fe(OH)3 Fe(OH)3 Fe2O3xH2O鐵銹鐵銹的主的主要成分要成分 鐵銹結(jié)構(gòu)鐵銹結(jié)構(gòu)疏松

7、，更易疏松，更易吸附水分表吸附水分表面潮濕，更面潮濕，更易生銹。易生銹。 【實驗實驗4-34-3】 將經(jīng)過酸洗除銹的鐵釘，用飽和食將經(jīng)過酸洗除銹的鐵釘，用飽和食鹽水浸泡一下，放入如圖所示的具支試管中。幾鹽水浸泡一下，放入如圖所示的具支試管中。幾分鐘后，導管中的水柱上升了，你知道為什么嗎？分鐘后，導管中的水柱上升了，你知道為什么嗎？結(jié)論結(jié)論：說明裝置中有氣體參加反應。說明裝置中有氣體參加反應。思考：思考：該氣體是什么呢該氣體是什么呢？幾天？幾天之后發(fā)現(xiàn)鐵釘之后發(fā)現(xiàn)鐵釘表面表面生銹生銹，發(fā)生的是吸氫腐蝕還是吸氧腐蝕？，發(fā)生的是吸氫腐蝕還是吸氧腐蝕？析氫腐蝕析氫腐蝕吸氧腐蝕吸氧腐蝕條件條件電電極極反

8、反應應負極負極Fe(-)正極正極C(+)總反應總反應進一步反應進一步反應聯(lián)系聯(lián)系水膜呈水膜呈酸性酸性水膜酸性很弱或呈中性水膜酸性很弱或呈中性2H +2e = H2+_2Fe - 4e =2Fe2+_ Fe-2e =Fe2+_O2+2H2O+4e = 4OH_ _2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2Fe+ 2H = +Fe + H22+4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3Fe2O3 nH2O通常兩種腐蝕同時存在，但以吸氧腐蝕為主。通常兩種腐蝕同時存在，但以吸氧腐蝕為主。 燒過菜的鐵鍋如果未及時洗燒過菜的鐵鍋如果未及時洗凈（殘液中含凈（殘液中含 NaCl），第二天），第二天便

9、出現(xiàn)紅棕色銹斑（主要成分為便出現(xiàn)紅棕色銹斑（主要成分為Fe 2 O 3nH2O）。請問這種腐蝕是）。請問這種腐蝕是化學腐蝕還是電化學腐蝕化學腐蝕還是電化學腐蝕?為什么為什么?解析：屬于電化學腐蝕。解析：屬于電化學腐蝕。 因為鐵鍋是由生鐵做成的因為鐵鍋是由生鐵做成的,鐵鍋生鐵鍋生銹是因為銹是因為Fe-C-NaCl形成原電池。鐵形成原電池。鐵作負極，失去電子變成亞鐵離子，從作負極，失去電子變成亞鐵離子，從而被腐蝕。而被腐蝕?；瘜W腐蝕化學腐蝕電化學腐蝕電化學腐蝕條件條件現(xiàn)象現(xiàn)象本質(zhì)本質(zhì)影響影響因素因素聯(lián)系聯(lián)系 金屬金屬跟干燥氣體或非跟干燥氣體或非電解質(zhì)液體直接接觸電解質(zhì)液體直接接觸 不純金屬或合金跟

10、不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液接觸接觸無電流產(chǎn)生無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生金屬被氧化金屬被氧化較活潑金屬被氧化較活潑金屬被氧化 與接觸物質(zhì)的氧與接觸物質(zhì)的氧化化性及性及溫度有關溫度有關 與與電解質(zhì)溶液的電解質(zhì)溶液的酸酸堿性堿性及金屬活性有關及金屬活性有關兩者往往同時發(fā)生，電化學腐蝕更普遍兩者往往同時發(fā)生，電化學腐蝕更普遍化學腐蝕與電化學腐蝕比較四、金屬的防護 金屬被腐蝕后，在外形、色澤以及機械性能等方面都將發(fā)生變化，會使機器設備、儀器、儀表的精密度和靈敏度降低，影響使用以至報廢，甚至發(fā)生嚴重事故。每年由于鋼鐵生銹會使我國損失大約100150億元。被腐蝕的設備 請根據(jù)生活常識請

11、根據(jù)生活常識以及下圖總結(jié)金屬防護以及下圖總結(jié)金屬防護常用的方法有哪些？常用的方法有哪些？并解釋并解釋這些方法為什么這些方法為什么可以達到防止可以達到防止金屬腐蝕金屬腐蝕的目的。的目的。 創(chuàng)設問題情境創(chuàng)設問題情境3 3使用馬口鐵使用馬口鐵: :在鐵皮鍍上千分之一厘米的錫在鐵皮鍍上千分之一厘米的錫, ,可隔絕空可隔絕空氣與水氣與水使用不銹鋼使用不銹鋼 自行車的鋼圈和車鈴是在鋼上鍍上自行車的鋼圈和車鈴是在鋼上鍍上一層既耐腐蝕又耐磨的一層既耐腐蝕又耐磨的Cr健身器材刷油漆健身器材刷油漆電線外面包塑料電線外面包塑料餐具做成不銹鋼餐具做成不銹鋼轉(zhuǎn)動部位涂油脂轉(zhuǎn)動部位涂油脂 1、犧牲陽極的陰極保護法用比被保

12、護金屬更活潑的金屬或合金固定在被保護金屬上，形成原電池反應，讓被保護金屬做正極，不反應，起到保護作用；而活潑金屬反應受到腐蝕。 人們已經(jīng)認識到金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因是在金屬表面形成了原電池。那么反過來，人們也可以利用原電池原理來保護金屬。犧牲陽極一般常用的材料有鋁、鋅及其合金。此法常用于保護海輪外殼，海水中的各種金屬設備、構(gòu)件和防止巨型設備(如貯油罐)以及石油管路的腐蝕。如閘門、輪船連上鋅塊或鋅皮等。用犧牲鎂塊的方法防用犧牲鎂塊的方法防地下鋼鐵管道的腐蝕地下鋼鐵管道的腐蝕鎂塊必須要定期更換鎂塊必須要定期更換用犧牲鋅塊的方法保護用犧牲鋅塊的方法保護船身，鋅塊須定期更換船身，鋅塊須定期更換 將被

13、保護金將被保護金屬作為電解池屬作為電解池的陰極，另一的陰極，另一導電物質(zhì)作為導電物質(zhì)作為陽極，在外加陽極，在外加直流電的作用直流電的作用下使陰極得到下使陰極得到保護。保護。輔助陽極輔助陽極（石墨）（石墨）2 2. .外加電流外加電流的陰極保護法的陰極保護法(1)(1) 改善金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)改善金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)( (內(nèi)因內(nèi)因) ) 制成合金（不銹鋼）制成合金（不銹鋼）(2)(2)在金屬表面覆蓋保護層在金屬表面覆蓋保護層電鍍電鍍、噴、噴涂漆、涂油脂、表面鈍化涂漆、涂油脂、表面鈍化(3)(3)電化學保護法電化學保護法將金屬作為原電池將金屬作為原電池的正極或電解池的陰極而受到保護的正極或電解池的陰

14、極而受到保護烤藍烤藍涂機油涂機油烤漆烤漆涂凡士林涂凡士林鍍鋅鍍鋅鍍鉻鍍鉻你知道自行車的金屬部件采用了什么樣的你知道自行車的金屬部件采用了什么樣的防護措施嗎防護措施嗎? ? 第四節(jié)第四節(jié) 金屬的電化學腐蝕與防護金屬的電化學腐蝕與防護一、金屬的電化學腐蝕一、金屬的電化學腐蝕 化學腐蝕化學腐蝕直接反應直接反應 1. 1.金屬的腐蝕金屬的腐蝕 電化學腐蝕電化學腐蝕原電池反應原電池反應 析析氫腐蝕氫腐蝕酸性環(huán)境酸性環(huán)境中中2 2. .鋼鐵的電化學腐蝕鋼鐵的電化學腐蝕 吸吸氧腐蝕氧腐蝕中性或中性或弱酸弱酸 性條件下性條件下二、金屬二、金屬的電化學防護的電化學防護 1. 1.犧牲陽極的陰極保護法犧牲陽極的陰

15、極保護法 2 2. .外加電流的陰極保護法外加電流的陰極保護法課堂練習課堂練習1、如圖、如圖, 水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察：水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察：（1） 若液面上升，則溶液呈若液面上升，則溶液呈 性性，發(fā)生，發(fā)生 腐蝕腐蝕,電極反應式為電極反應式為：負極：負極： ,正極：正極：若液面下降，則溶液呈若液面下降，則溶液呈 性，性，發(fā)生發(fā)生腐蝕，電極反應式為：腐蝕，電極反應式為：負極：負極： 正極：正極： 。（2）中性或中性或堿堿 吸氧吸氧Fe2e-Fe2+O2+2H2O+4e-4OH酸酸析氫析氫Fe2e-Fe2+2H+2e-H2 1 1銅制品上的鋁質(zhì)鉚釘，在潮濕空氣中易腐

16、蝕的銅制品上的鋁質(zhì)鉚釘，在潮濕空氣中易腐蝕的原因可描述為（原因可描述為（ ） A A形成原電池時鋁作負極形成原電池時鋁作負極 B B形成原電池時銅作負極形成原電池時銅作負極 C C形成原電池時，電流由鋁經(jīng)導線流向銅形成原電池時，電流由鋁經(jīng)導線流向銅 D D鋁鉚釘發(fā)生了化學腐蝕鋁鉚釘發(fā)生了化學腐蝕2 2以下現(xiàn)象與電化腐蝕無關的是（以下現(xiàn)象與電化腐蝕無關的是（ ） A A黃銅（銅鋅合金）制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠黃銅（銅鋅合金）制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠 B B生鐵比軟鐵蕊（幾乎是純鐵）容易生銹生鐵比軟鐵蕊（幾乎是純鐵）容易生銹 C C鐵質(zhì)器件附著銅質(zhì)配件，在接觸處易生鐵銹鐵質(zhì)器件附著銅質(zhì)配件，在接觸處易

17、生鐵銹 D D銀質(zhì)獎牌久置后表面變暗銀質(zhì)獎牌久置后表面變暗練練 習習A AD D練練 習習1 1下列方法可用于金屬防護的是（下列方法可用于金屬防護的是（ ）原電池反應原電池反應 涂油漆涂油漆 電鍍電鍍 置于干燥環(huán)境置于干燥環(huán)境 A A B B C C D D全部全部D D 2 2有關金屬腐蝕的論述，正確的是（有關金屬腐蝕的論述，正確的是（ ）A A金屬的腐蝕一定伴有電流產(chǎn)生金屬的腐蝕一定伴有電流產(chǎn)生B BFeFe在干燥的氯氣里比在潮濕的空氣里更易被腐蝕在干燥的氯氣里比在潮濕的空氣里更易被腐蝕C C發(fā)生化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母g時較活潑的發(fā)生化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母g時較活潑的金屬金屬 總是作總是作正極

18、而被腐蝕正極而被腐蝕D D發(fā)生電化腐蝕時都有能量的轉(zhuǎn)變，且被腐蝕發(fā)生電化腐蝕時都有能量的轉(zhuǎn)變，且被腐蝕的的 金屬總是金屬總是失電子失電子D D 4、分析右圖，按要求寫出分析右圖，按要求寫出有關有關反應反應方程式：方程式：(1)鐵棒鐵棒上的電極反應式為：上的電極反應式為：(2)碳碳棒上的電極反應式為：棒上的電極反應式為：(3)溶液溶液中發(fā)生反應的化學方程式：中發(fā)生反應的化學方程式：2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3O2+2H2O+4e-4OH-2Fe4e-2Fe2+有有M、N兩種金屬，分別與鹽酸反應，產(chǎn)生兩種金屬，分別與鹽酸反應，產(chǎn)生H

19、2速率速率相近相近，試，試設計一個實驗比較設計一個實驗比較M、N兩種金屬的活潑兩種金屬的活潑性。性。思考題：思考題：5.5.右圖裝置中，右圖裝置中，U U型管內(nèi)為紅墨水，型管內(nèi)為紅墨水，a a、b b試管試管內(nèi)分別內(nèi)分別盛有食鹽水和氯化銨溶液，各加入盛有食鹽水和氯化銨溶液，各加入生鐵生鐵塊，放置塊，放置一段時間。下列有關描述錯誤的一段時間。下列有關描述錯誤的是是A A生鐵塊中的碳是原電池的正極生鐵塊中的碳是原電池的正極 B B紅墨水柱兩邊的液面變?yōu)樽蟮陀腋呒t墨水柱兩邊的液面變?yōu)樽蟮陀腋逤 C兩試管中相同的電極反應式是：兩試管中相同的電極反應式是：Fe-2eFe-2e- -FeFe2+2+D D

20、a a試管中發(fā)生了吸氧腐蝕，試管中發(fā)生了吸氧腐蝕，b b試管中發(fā)生了析試管中發(fā)生了析氫腐蝕氫腐蝕6. 6. 下列有關金屬腐蝕與防護的說法正確的是（下列有關金屬腐蝕與防護的說法正確的是（ ）A. A. 純銀器表面在空氣中因化學腐蝕漸漸變暗純銀器表面在空氣中因化學腐蝕漸漸變暗B. B. 當鍍錫鐵制品的鍍層破損時，鍍層仍能對鐵制品起當鍍錫鐵制品的鍍層破損時，鍍層仍能對鐵制品起保保護作用護作用C. C. 在海輪外殼連接鋅塊保護外殼不受腐蝕是采用了犧牲在海輪外殼連接鋅塊保護外殼不受腐蝕是采用了犧牲陽極的陰極保護法陽極的陰極保護法D. D. 可將地下輸油鋼管與外加直流電源的正極相連以保護可將地下輸油鋼管與

21、外加直流電源的正極相連以保護它不受腐蝕它不受腐蝕B B AC AC 鐵生銹除了必須有空氣及水的參與外，還受其他一鐵生銹除了必須有空氣及水的參與外，還受其他一些因素的影響。請解釋下列有關鐵生銹現(xiàn)象的原因。些因素的影響。請解釋下列有關鐵生銹現(xiàn)象的原因。1.1.相對于在內(nèi)河行駛的輪船來說，海輪更容易被腐蝕。相對于在內(nèi)河行駛的輪船來說，海輪更容易被腐蝕。2. 19102. 1910年遺留在南極的食品罐頭盒，其表面至今很少有年遺留在南極的食品罐頭盒，其表面至今很少有鐵銹鐵銹出現(xiàn)。出現(xiàn)。因為海水中含有較多的氯化鈉等鹽類，導電能力比內(nèi)河的水更強，而在電解質(zhì)溶液中，電化學腐蝕更容易進行。由于南極的溫度常年在0

22、以下，說明在較高溫度下，腐蝕更易進行.3.3.用于連接銅板的鐵螺絲容易生銹。用于連接銅板的鐵螺絲容易生銹。4.4.當當化工廠排出化工廠排出的廢氣為酸性氣體時的廢氣為酸性氣體時, ,工廠附近的鐵制品工廠附近的鐵制品容易容易生銹。生銹。 由于鐵與銅及空氣中的水蒸氣構(gòu)成了原電池，鐵由于鐵與銅及空氣中的水蒸氣構(gòu)成了原電池，鐵作電池的負極，因此更容易腐蝕而生銹作電池的負極，因此更容易腐蝕而生銹. . 因為鐵制品在酸性條件下比在中性條件下更易被因為鐵制品在酸性條件下比在中性條件下更易被腐蝕腐蝕. .1解釋下列現(xiàn)象：(1)馬口鐵(鍍Sn鐵皮)做的罐頭，打開后為什么極易生銹? (2) 輪船船殼的水線以下部分，為什么要裝上一定數(shù)量Zn塊?(3)燒過菜的鐵鍋未及時洗凈(殘液NaCl)，第二天便出現(xiàn)紅褐色銹斑。下列各情況，其中下列各情況，其中FeFe片腐蝕由快到慢的順片腐蝕由快到慢的順序：序： 。(5) (2) (1) (3) (4)規(guī)律小結(jié)規(guī)律小結(jié) 在