第四章第四章 电化学基础电化学基础第四节第四节 金属的电化学腐蚀与防护金属的电化学腐蚀与防护第第1 1课时课时选修选修4 4 化学反应原理化学反应原理金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀金属腐蚀金属腐蚀我国作为世界上钢铁产量最多的国家（我国作为世界上钢铁产量最多的国家（2005年全国生产钢材年全国生产钢材37117.02万吨）万吨） ，每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年产量的十分，每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年产量的十分之一，因为金属腐蚀而造成的损失占到国内生产总值的之一，因为金属腐蚀而造成的损失占到国内生产总值的2%4%；约合人民币：；约合人民币：3000亿元（亿元（ 2005年我国国内生产总值将达年我国国内生产总值将达15万亿元）万亿元） 。根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成的经济损失大根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成的经济损失大致为该国国民生产总值的致为该国国民生产总值的4%左右。左右。另据国外统计，金属腐蚀的年损失另据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过远远超过水灾、火灾、风灾水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的和地震（平均值）损失的总和总和，在这里，在这里还不包括还不包括由于腐蚀导致由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。阅读：你有何感想阅读：你有何感想？金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀金属腐蚀的主要害处，金属腐蚀的主要害处，不仅在不仅在于金属本身的损失，于金属本身的损失，更严重的是金属制品结构损坏所造成的损失比金属更严重的是金属制品结构损坏所造成的损失比金属本身要大到无法估量。本身要大到无法估量。腐蚀不仅造成经济损失，也经常对安全构成威胁腐蚀不仅造成经济损失，也经常对安全构成威胁。国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因某一零部件破裂而某一零部件破裂而坠毁坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而；桥梁因钢梁产生裂缝而塌塌陷陷；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸爆炸；化；化工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染污染；管道；管道和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体如如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工作人员和等的泄漏，更会危及工作人员和附近居民的附近居民的生命安全生命安全。金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀一、金属的电化学腐蚀一、金属的电化学腐蚀金属阳离子金属阳离子失失e-氧化反应氧化反应（三）金属腐蚀的类型（三）金属腐蚀的类型化学腐蚀化学腐蚀电化腐蚀电化腐蚀金属原子金属原子（二）金属腐蚀的本质：（二）金属腐蚀的本质：（一）金属腐蚀：（一）金属腐蚀：是指金属或合金跟接触的气体或液体发生氧化是指金属或合金跟接触的气体或液体发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。还原反应而腐蚀损耗的过程。M neM ne- -MMn+n+金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀1、化学腐蚀：、化学腐蚀： 金属跟接触到的物质直接发金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。生化学反应而引起的腐蚀。影响因素：和接触物质的氧化性及温度有关。影响因素：和接触物质的氧化性及温度有关。2、电化学腐蚀：不纯的金属或合金与电解质、电化学腐蚀：不纯的金属或合金与电解质溶液接触，会发生原电池反应，比较活泼的溶液接触，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀。金属失电子被氧化的腐蚀。电化学腐蚀电化学腐蚀的类型的类型析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀化学腐蚀与电化腐蚀的比较化学腐蚀与电化腐蚀的比较:化学腐化学腐蚀蚀电电化腐化腐蚀蚀条件条件现现象象本本质质联联系系金属跟非金属金属跟非金属单质单质直接接触直接接触不不纯纯金属或合金跟金属或合金跟电电解解质质溶液接触溶液接触无无电电流流产产生生有有微弱微弱电电流流产产生生金属被氧化金属被氧化较较活活泼泼金属被氧化金属被氧化两者往往同两者往往同时发时发生，生，电电化腐化腐蚀蚀更普遍更普遍金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀为什么铁在干燥的空气中不易生锈，为什么铁在干燥的空气中不易生锈，在潮湿的空气中却易生锈？在潮湿的空气中却易生锈？金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀思考与交思考与交流流1、铁锈的成份是什么？是怎样形成的？铁锈的成份是什么？是怎样形成的？2、将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入如图所示、将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入如图所示的具支试管中几分钟后，导管中的水柱上升了，你知道为什么吗？的具支试管中几分钟后，导管中的水柱上升了，你知道为什么吗？实验实验4-3金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀科学探究：为什么钢铁在干燥的空气中不易生锈，科学探究：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？而在潮湿的空气中却易生锈呢？钢铁钢铁潮湿空气潮湿空气水膜水膜CO2、 SO2、H2S电解质溶液（电解质溶液（H+)铁铁C 原原电电池池电解质溶液形成：电解质溶液形成：H+OH-H2O+CO2H+HCO3-H2O钢铁在这过程发生了电化学腐蚀，根据电解质溶液的酸碱钢铁在这过程发生了电化学腐蚀，根据电解质溶液的酸碱性的不同电化学腐蚀可分为两种。性的不同电化学腐蚀可分为两种。金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀钢铁表面形成的微小原电池示意图钢铁表面形成的微小原电池示意图金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀钢铁的钢铁的析氢腐蚀析氢腐蚀示意图示意图钢铁的钢铁的吸氧腐蚀吸氧腐蚀示意图示意图思考：你能写出它们的电极反应式？思考：你能写出它们的电极反应式？金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀钢铁的腐蚀钢铁的腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀析氢腐蚀析氢腐蚀发生发生条件条件钢铁表面吸附的水膜中溶有钢铁表面吸附的水膜中溶有O2 并呈并呈极弱酸性或中性极弱酸性或中性，反应中反应中 （ ）得）得电子被还原为电子被还原为 OH- 。钢铁表面吸附的水膜呈现较钢铁表面吸附的水膜呈现较强强酸性酸性。反应时有。反应时有 析析出。出。电极电极反应反应O2H2负负极极正正极极总总反反应应Fe-2e-Fe22H+2e-=H2Fe2H+=Fe2+H24 Fe(OH)2O2+2H2O= 4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3 xHxH2O(O(铁锈）铁锈）+ +（3-x3-x）H H2O O 2Fe-4e-2Fe2O2+2H2O+4e-=4OH-2FeO2+H2O=2Fe(OH)2金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀交流与讨论交流与讨论铁生锈除了必须有空气及水的参与外，还受其他一些因素铁生锈除了必须有空气及水的参与外，还受其他一些因素的影响。请解释下列有关铁生锈现象的原因。的影响。请解释下列有关铁生锈现象的原因。1.相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更容易被腐蚀。相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更容易被腐蚀。因为海水中含有较多的氯化钠等盐类，导电能力比内河因为海水中含有较多的氯化钠等盐类，导电能力比内河的水更强，而在的水更强，而在电解质溶液电解质溶液中，电化学腐蚀更容易进行。中，电化学腐蚀更容易进行。2. 1910年遗留在南极的食品罐头盒，其表面至今很少有年遗留在南极的食品罐头盒，其表面至今很少有铁锈出现。铁锈出现。是由于南极的温度常年在是由于南极的温度常年在0以下，说明在较高以下，说明在较高温度温度下，下，腐蚀更易进行。腐蚀更易进行。金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀交流与讨论交流与讨论3.用于连接铜板的铁螺丝容易生锈。用于连接铜板的铁螺丝容易生锈。是由于铁与铜及空气中的水蒸汽构成了原电池，铁作是由于铁与铜及空气中的水蒸汽构成了原电池，铁作原原电池的负极电池的负极，因此铁易被腐蚀而生锈。，因此铁易被腐蚀而生锈。4.当化工厂派出的废气为酸性气体时当化工厂派出的废气为酸性气体时,工厂附近的铁制品工厂附近的铁制品容易生锈。容易生锈。说明铁制品在说明铁制品在酸性条件酸性条件下比在中性条件下更容易被腐蚀。下比在中性条件下更容易被腐蚀。金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀课堂练习课堂练习1、如图、如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：（1）若液面上升，则溶液呈若液面上升，则溶液呈 性，发生性，发生 腐蚀腐蚀,电极反应式为：负极：电极反应式为：负极： ,正极：正极：若液面下降，则溶液呈若液面下降，则溶液呈 性，发生腐蚀，电极反应式为：性，发生腐蚀，电极反应式为：负极：负极： 正极：正极： 。（2）中性或碱性中性或碱性 吸氧吸氧Fe2e-Fe2+O2+2H2O+4e-4OH-酸性酸性析氢析氢Fe2e-Fe2+2H+2e-H2 金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀 请大家根据铁生锈的原理，思考请大家根据铁生锈的原理，思考应采取什么措施防止铁生锈？应采取什么措施防止铁生锈？交流与讨论交流与讨论请大家阅读课本请大家阅读课本86-8786-87金属的电化学防护金属的电化学防护二、金属的电化学防护二、金属的电化学防护影响金属腐蚀的因素包括：影响金属腐蚀的因素包括：金属的金属的 和和 。本性本性介质介质金属越活泼越容易被腐蚀金属越活泼越容易被腐蚀金属合金中活泼的金属易腐蚀金属合金中活泼的金属易腐蚀例如：钢铁腐蚀例如：钢铁腐蚀介质对金属腐蚀影响很大：介质对金属腐蚀影响很大：金属在潮湿的空气中、接触腐蚀性金属在潮湿的空气中、接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀气体或电解质溶液，都容易被腐蚀金属的电化学防护金属的电化学防护1.影响金属腐蚀的两个因素影响金属腐蚀的两个因素金属本性金属本性介质介质金属是否活泼，纯净金属是否活泼，纯净金属与哪些物质共存金属与哪些物质共存2.金属腐蚀的本质金属腐蚀的本质金属原子金属原子失去电子失去电子成为阳离子的过程成为阳离子的过程金属的电化学防护金属的电化学防护思考与交流：思考与交流：根据你的所学知识以及生活经历，说说根据你的所学知识以及生活经历，说说金属有哪些防护方法？金属有哪些防护方法？1、改变金属内部组成结构而增强抗腐蚀能力、改变金属内部组成结构而增强抗腐蚀能力（不锈钢、青铜器）（不锈钢、青铜器）2、在金属表面覆盖保护层、在金属表面覆盖保护层（1）涂矿物质油脂，油漆或覆盖搪瓷塑料。）涂矿物质油脂，油漆或覆盖搪瓷塑料。（2）镀抗蚀金属电镀、热镀、喷镀法。）镀抗蚀金属电镀、热镀、喷镀法。（3）用化学方法使其表面形成一层致密氧化膜。）用化学方法使其表面形成一层致密氧化膜。3、电化学保护法、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（原电池原理）（原电池原理）(轮船船身上的锌块、地下钢铁管道接镁块轮船船身上的锌块、地下钢铁管道接镁块)金属的电化学防护金属的电化学防护金属的电化学防护金属的电化学防护牺牲阳极牺牲阳极的的阴极保护法阴极保护法示意图示意图金属的电化学防护金属的电化学防护将将被保护金属被保护金属与另一与另一附加电极附加电极作为电解池的两作为电解池的两个极，使个极，使被保护的金属被保护的金属作为作为阴极阴极，在外加直流电，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。的作用下使阴极得到保护。辅助阳极辅助阳极（不溶性）（不溶性）外加电流外加电流的的阴极保护法阴极保护法示意图示意图金属的电化学防护金属的电化学防护牺牲牺牲金属金属保护保护法法金属的电化学防护金属的电化学防护思思考考1、下列事实不能用电化学原理解释的是（、下列事实不能用电化学原理解释的是（ ）A 铝片不需要特殊的保护方法。铝片不需要特殊的保护方法。B 炒过菜的铁锅未清洗易生锈。炒过菜的铁锅未清洗易生锈。C 轮船水线以下的船壳上镶有一定数量的锌。轮船水线以下的船壳上镶有一定数量的锌。D 镀锌铁比镀锡铁耐腐蚀。镀锌铁比镀锡铁耐腐蚀。2、金属的腐蚀通常分为哪两种？、金属的腐蚀通常分为哪两种？ 试比较它们的异同试比较它们的异同A金属的电化学防护金属的电化学防护 类型类型化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀 发生的条件发生的条件 电流电流 本质本质 相互关系相互关系金属与接触物直接金属与接触物直接反应反应不纯金属或合金与不纯金属或合金与电解质溶液形成原电解质溶液形成原电池电池无电流产生无电流产生有电流产生有电流产生金属被腐蚀金属被腐蚀较活泼金属被较活泼金属被腐蚀腐蚀两者往往同时发生，两者往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍但电化学腐蚀更普遍化学腐蚀与电化腐蚀比较化学腐蚀与电化腐蚀比较金属的电化学防护金属的电化学防护3 3、20002000年年5 5月，保利集团在香港拍卖会上花费月，保利集团在香港拍卖会上花费30003000多万港多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是CuCu2 2(OH)(OH)2 2COCO3 3 这三件这三件17601760年铜铸的国宝在年铜铸的国宝在240240年后看上去年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最可能的是仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最可能的是A、它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；、它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；B、环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去、环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去C、铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；、铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；D、它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；、它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；（ D ）金属的电化学防护金属的电化学防护上述各情况下，其中上述各情况下，其中Fe片腐蚀由片腐蚀由快快到到慢慢的的顺序是顺序是 。4. 在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：电解池阳极的腐蚀原电池阴极的腐蚀化学腐蚀电解池阳极的腐蚀原电池阴极的腐蚀化学腐蚀有有防腐措施的腐蚀防腐措施的腐蚀5、2、1、3、4金属的电化学防护金属的电化学防护钢铁的钢铁的析氢腐蚀析氢腐蚀示意图示意图钢铁的钢铁的吸氧腐蚀吸氧腐蚀示意图示意图钢铁在潮湿的空气中发生的电化学腐蚀的原理：钢铁在潮湿的空气中发生的电化学腐蚀的原理：负极（负极（Fe）： Fe2e = Fe2+正极（正极（C）：）： 2H+2e = H2 析氢腐蚀析氢腐蚀或或2H2O+O2+4e = 4OH 吸氧腐蚀吸氧腐蚀小结：电化学腐蚀小结：电化学腐蚀金属的电化学防护金属的电化学防护钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较Fe2O3 nH2O（铁锈）（铁锈）水膜呈水膜呈酸性酸性水膜呈水膜呈中性或酸性很弱中性或酸性很弱Fe-2e-=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+2H2O+2e-=H2+2OH-O2+2H2O+4e-=4OH-Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2 2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3v金属的腐蚀以电化腐蚀为主，金属的腐蚀以电化腐蚀为主，v电化腐蚀又以吸氧腐蚀为主电化腐蚀又以吸氧腐蚀为主(pH5.6时时)v若若pH 原电池原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀 有防腐蚀措施的腐蚀有防腐蚀措施的腐蚀有防腐蚀措施的腐蚀有防腐蚀措施的腐蚀同一种金属的腐蚀：同一种金属的腐蚀：同一种金属的腐蚀：同一种金属的腐蚀：强电解质强电解质强电解质强电解质 弱电解质弱电解质弱电解质弱电解质 非电解质非电解质非电解质非电解质2）金属的防护方法）金属的防护方法改变金属内部结构改变金属内部结构改变金属内部结构改变金属内部结构覆盖保护层覆盖保护层覆盖保护层覆盖保护层电化学保护法电化学保护法电化学保护法电化学保护法外加电源的阴极保护法外加电源的阴极保护法牺牲负极的正极保护法牺牲负极的正极保护法金属的电化学防护金属的电化学防护