1、第四章第四章 电化学基础电化学基础 人教版化学选修人教版化学选修4 4 化学反应原理化学反应原理第四节第四节 金属的电化学腐蚀与防护金属的电化学腐蚀与防护第一课时第一课时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年全国生产年全国生产钢材钢材37117.02万吨）万吨），每年被腐蚀的铁占到我国钢铁，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
2、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损失大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、水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的风灾和地震（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的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。由于腐蚀导致的停工、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，更于金属本身的损
3、失，更严重的是金属制品结构损坏所造成的损失比金属本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。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，如飞机因某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陷塌陷；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；化工厂；化工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染污染；管道和设；管道和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产
4、环境，有毒气体如备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工作人员和附近居等的泄漏，更会危及工作人员和附近居民的民的生命安全生命安全。是指金属或合金跟接触的气体或液体发生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引起损耗的现象。氧化还原反应而引起损耗的现象。金属阳离子金属阳离子失失e-(氧化反应氧化反应)3.金属腐蚀的类型金属腐蚀的类型化学腐蚀化学腐蚀一、一、金属腐蚀金属腐蚀金属原子金属原子2.金属腐蚀的本质：金属腐蚀的本质：1.金属腐蚀金属腐蚀:M ne-Mn+什么是金属腐蚀？本质是什么什么是金属腐蚀？本质是什么?电化学腐蚀电化学腐蚀(1)化学
5、腐蚀化学腐蚀 金属跟接触到的物质直接发生化学金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀化学腐蚀。(2)电化学腐蚀电化学腐蚀 不纯的金属跟电解质溶液接触时，不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化的腐蚀叫做电子而被氧化的腐蚀叫做电化学腐蚀。电化学腐蚀。二、金属腐蚀的类型二、金属腐蚀的类型问题讨论：问题讨论：钢铁及其制品通常为含碳的钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，若在潮湿的环境里或湿度较大的环铁合金，若在潮湿的环境里或湿度较大的环境里长期放置境里长期放置,常易生锈变红，原因是什么常易生锈变红，
6、原因是什么?联系：联系：自然条件下金属吸附水蒸气形成自然条件下金属吸附水蒸气形成水膜易构成原电池，电化学腐蚀比化学腐蚀水膜易构成原电池，电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，腐蚀更快。更普遍，腐蚀更快。负极：负极：Fe-2e-=Fe2+正极：正极：O2+2H2O+4e-=4OH-电池反应：电池反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2总结：总结：金属表面吸附的水膜呈金属表面吸附的水膜呈中性中性或或酸酸性很弱性很弱条件下，溶有一条件下，溶有一定量定量氧气氧气发生的电化腐发生的电化腐蚀叫蚀叫吸氧腐蚀吸氧腐蚀。装置中进一步反应：装置中进一步反应：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4 Fe(OH)3 2Fe
7、(OH)3=Fe2O3xH2O+(3-x)H2O正极：正极：2H+2e-=H2负极：负极：Fe-2e-=Fe2+电池反应：电池反应：Fe+2H+=Fe2+H2总结：总结：金属表面金属表面水膜溶解大气中的水膜溶解大气中的酸酸性性气体，使水膜中含气体，使水膜中含有一定量的有一定量的H+,使溶液使溶液呈呈一定酸性一定酸性发生的电发生的电化腐蚀叫化腐蚀叫析氢腐蚀析氢腐蚀。问题思考：问题思考：如果将铁钉浸没在一定酸性如果将铁钉浸没在一定酸性的电解质溶液中电极反应有变化吗？的电解质溶液中电极反应有变化吗？三、钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较三、钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较Fe2O3 xH2O(铁锈铁锈)通常两
8、种腐蚀同时存在，但后者更普遍。通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍。析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀水膜呈水膜呈酸性酸性。水膜呈水膜呈中性中性或或酸性很酸性很弱弱,且溶有且溶有氧气氧气。Fe-2e-=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+2H+2e-=H2O2+2H2O+4e-=4OH-总反应总反应:Fe+2H+=Fe2+H2 2Fe+2H2O+O2=2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3条条件件电电极极反反应应联联系系负极负极Fe(-)正极正极C(+)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
9、影响。请解释下列有关铁生锈现象的原因。因素的影响。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，海轮更容易被腐相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更容易被腐蚀。蚀。因为海水中含有较多的氯化钠等盐类，导电能力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，而在比内河的水更强，而在电解质溶液电解质溶液中，电化学腐中，电化学腐蚀更容易进行。蚀更容易进行。2.1910年遗留在南极的食品罐头盒，其表面至年遗留在南极的食品罐头盒，其表面至今很少有铁锈出现。今很少有铁锈出现。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，说明在较以下，说明在较高高温度温度下，腐蚀更易进行。下，腐
10、蚀更易进行。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，铁是由于铁与铜及空气中的水蒸汽构成了原电池，铁作作原电池的负极原电池的负极，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,工厂附近工厂附近的铁制品容易生锈。的铁制品容易生锈。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下比在中性条件下更容易被腐蚀。被腐蚀。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
11、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 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86-8786-87四、金属的防护四、金属的防护改变金属的内部结构改
12、变金属的内部结构在金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖保护层电化学防护电化学防护合金（不锈钢）合金（不锈钢）利用利用“原电池原电池”和和“电解池电解池”保护金属保护金属电镀、涂油脂电镀、涂油脂五、金属的电化学防护五、金属的电化学防护 海水海水钢钢闸闸门门 海水海水钢钢闸闸门门 海水海水锌板锌板钢钢闸闸门门 海水海水锌板锌板钢钢闸闸门门正极正极负极负极 海水海水锌板锌板负极负极e钢钢闸闸门门正极正极 海水海水锌板锌板负极负极ee钢钢闸闸门门正极正极利用利用“原电池原理原电池原理”保护保护_极金属极金属 正正 海水海水锌板锌板利用利用“原电池原理原电池原理”保护保护_极金属极金属负极负极ee正正阳极阳
13、极钢钢闸闸门门正极正极 海水海水锌板锌板利用利用“原电池原理原电池原理”保护保护_极金属极金属负极负极ee正正阳极阳极阴阴 极极钢钢闸闸门门正极正极“牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法”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五、金属的电化学防护五、金属的电化学防护1.“牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法”利用利用“原电池原理
14、原电池原理”保护保护正极正极金属金属2.“外加电流的阴极保护法外加电流的阴极保护法”利用利用“_原理原理”保护保护_极金属极金属电解池电解池阴阴 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不纯金属或合金与电解质溶液形与电解质溶液形成原电池成原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课堂巩固课堂巩固1.下列各情况
15、，在其中下列各情况，在其中Fe片腐蚀由片腐蚀由快快到到慢慢的顺序是的顺序是_ 在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢：在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢：电解原理引起的腐蚀原电池原理引起电解原理引起的腐蚀原电池原理引起 的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀防腐措施由好到坏的顺序如下：防腐措施由好到坏的顺序如下：外接电源的阴极保护法牺牲阳极的外接电源的阴极保护法牺牲阳极的 阴极保护法有一般防腐条件保护无阴极保护法有一般防腐条件保护无 防腐条件防腐条件规规 律律2.下列事实不能用电化学理论解释的是下列事实不能用电化学理论解释的是A.轮船水线以下的船壳上装一定数量的轮船水线以下的
16、船壳上装一定数量的 锌块锌块 B.铝片不用特殊方法保护铝片不用特殊方法保护 C.纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量硫酸纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量硫酸铜溶液后速率加快铜溶液后速率加快 D.镀锌铁比镀锡铁耐用镀锌铁比镀锡铁耐用3.家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是学反应是 A.4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3 B.2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2 C.2H2OO24e=4OH D.Fe3e=Fe3 4.铁棒与石墨棒用导线连接后浸入铁棒与石墨棒用导线连接后浸入0.01mol
17、L1的食盐溶液中，可能出现的的食盐溶液中，可能出现的现象是现象是 A.铁棒附近产生铁棒附近产生OHB.铁棒被腐蚀铁棒被腐蚀C.石墨棒上放出石墨棒上放出Cl2D.石墨棒上放出石墨棒上放出O2 5.表面镀有保护金属层的铁片，当表面镀有保护金属层的铁片，当镀层有破损时比普通铁片更易腐蚀的是镀层有破损时比普通铁片更易腐蚀的是 A.白铁（镀锌铁）白铁（镀锌铁）B.马口铁（镀锡铁）马口铁（镀锡铁）C.镀镍铁镀镍铁 D.镀铜铁镀铜铁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（F
18、e）：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)3金属的腐蚀以电化腐蚀为主，金属的腐蚀以电化腐蚀为主，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(pH5.6时时)若若pH5.6pH5.6时则为析氢腐蚀。时则为析氢腐蚀。析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀条件条件电电极极反反应应负极负极Fe(-)正极正极C(+)总反应总反应联系联系小结：电解池及原电池的应用小结：电解池及原电池的应用-金属的防护金属的防护1）金属腐蚀快慢的判断）金属腐蚀快慢的判断2）金属的防护方法）金属的防护方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
