Transcript 金属的腐蚀和防护
看后：你有何感想？ 金属腐蚀 • 我国作为世界上钢铁产量最多的国家（2005年全国生 产钢材37117.02万吨） ，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2%~4%；约合人民币：3000亿元 （ 2005年我国国内生产总值将达15万亿元） 。 • 根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成的经 济损失大致为该国国民生产总值的4%左右。 • 另据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火 灾、风灾和地震（平均值）损失的总和，在这里还不 包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接 损失。 • 金属腐蚀的主要害处，不仅在于金属本身的损失，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。 • 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 件破裂而坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而塌陷；油管因穿孔或 裂缝而漏油，引起着火爆炸；化工厂中储酸槽穿孔泄漏，造 成重大环境污染；管道和设备跑、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 人员和附近居民的生命安全。 在潮湿的空气中，纯铁腐蚀得快，还 是生铁腐蚀得快？为什么？ 思考:构成原电池的条件是什么? 1、活泼性不同的两个电极； 2、电解质溶液； 3、形成闭合回路。 1、电化学腐蚀 （1）定义： 不纯的金属（或合金）跟电解质溶液接触时，会 发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。 请根据原电池原理，写出电 极反应式及电池反应方程式。 a: 负极： Fe - 2e- = Fe2+ 正极： 2H++ 2e- =H2 ↑ 电池反应： Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 ↑ 分析：当钢铁处于酸性环境中时，易发生析氢腐蚀； b： 负极： 2Fe - 4e- =2 Fe2+ 正极： O2 + 2H2O + 4e-= 4OH电池反应： 2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)2 分析：中性或酸性很弱或碱性条件下，易发生吸氧腐蚀。 b： 进一步反应： 4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O =4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x) H2O Fe(OH)3脱去一部分水生成的铁锈 (Fe2O3·xH2O) 析氢腐蚀和吸氧腐蚀都属于电化学腐蚀。 2、化学腐蚀 （1）定义： 金属跟接触到的物质（如O2、CI2、SO2等） 直接发生化学反应而引起的腐蚀。 （2）影响因素： 金属的活泼性 环境的温度 氧化剂浓度等 石油管道内壁的严重腐蚀 知识总结 一、金属的电化学腐蚀 1、金属腐蚀： 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现象。 2、金属腐蚀的本质： 金属原子 失e氧化反应 化学腐蚀 3、金属腐蚀的类型 金属阳离子 M – ne-→Mn+ 析氢腐蚀 电化学腐蚀 （常见普遍） 吸氧腐蚀 化学腐蚀与电化学腐蚀的比较: 条件 化学腐蚀 电化学腐蚀 金属跟非金属单质或非 不纯金属或合金 电解质液体直接接触 跟电解质溶液接触 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化 联系 两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍 钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较 析氢腐蚀 条 件 水膜呈酸性。 电 负极Fe(- ) Fe-2e-=Fe2+ 极 ++2e-=H ↑ 2H 正极C(+) 2 反 应 总反应: 吸氧腐蚀 水膜呈中性或酸性很弱或碱性。 2Fe-4e- =2Fe2+ O2+2H2O+4e- =4OH- 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 Fe+2H+ =Fe2+ +H2 ↑ 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 Fe2O3 · nH2O （铁锈） 联 系 通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。 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 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。 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，而在电解质溶液中，电化学腐蚀更容易进行。 2.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，铁作原 电池的负极，因此铁易被腐蚀而生锈。 交流与讨论 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？ 金属的防护 1、影响金属腐蚀的因素 ①本性——本身的性质和杂质的活动性； ②外界条件——温度及介质 2、金属防护的常用方法 ——排除造成腐蚀的因素 改变金属的内部结构：如将钢铁制成不锈钢。 在金属表面覆盖保护层：如涂油漆，镀Zn、Sn等。 在要保护的金属上连接一种比该种金属更易失去 电子的金属（形成原电池保护）。 除此以外还有其它防护方法？ 二、金属的电化学防护 1.牺牲阳极的阴极保护法 原理 ： 形成原电池反应时，让被保护金属做正 极(阴极)，不反应，起到保护作用；而 活泼金属反应受到腐蚀。 牺牲阳极的阴极保护法示意图 船身如何防腐蚀的？ 船身上装锌块 用牺牲锌块的方法来保护 2.外加电流的阴极保护法 将被保护金属与另一附加电极作为电解池的 两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流 电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止 土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。 辅助阳极 （不溶性） 外加电流的阴极保护法示意图 小结：三、金属的防护 1）金属腐蚀快慢的判断 ①电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀> 化学腐蚀> 有防腐蚀措施的腐蚀 ②同一种金属的腐蚀： 强电解质>弱电解质>非电解质 2）金属的防护方法 ①改变金属内部结构:合金 ②覆盖保护层:漆\镀\ ③电化学保护法 外加电源的阴极保护法 牺牲阳极的阴极保护法 小结 金属防护的几种重要方法 ①在金属表面覆盖保护层。 ②改变金属内部的组织结构，制成合金。 ③电化学保护法，即将金属作为原电池的 正极或电解池的阴极而受到保护。 探究一：镀锌铁皮和镀锡铁皮哪个更易被腐 蚀？为什么？ 探究二、纯锌和粗锌哪个更易和酸反应？如 果向酸中再加入硫酸铜又会什么现象？ 1．下列叙述中正确的是（ ） ①锌跟稀硫酸制取氢气，加入少量硫酸铜溶液能加快反 应速率 ②镀层破坏后，白铁（镀锌的铁）比马口铁（镀 锡的铁）更易腐蚀 ③钢铁表面常易锈蚀生成 Fe2O3 · H2O A. 都正确 B. ①③ C. ① D. ②③ 2．埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下被腐蚀 的速度最慢的是（ ） A. 在含铁元素较多的酸性土壤中 B. 在潮湿疏松透气的 土壤中 C. 在干燥致密不透气的土壤中 D. 含碳粒较多、潮湿 透气的中性土壤中 3．为了防止钢铁锈蚀，下列防护方法中正确的是（ ） A. 在精密机床的铁床上安装铜螺钉 B. 在排放海水的钢铁阀门上用导线连接一块石墨，一同 浸入海水中 C. 在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里 D. 在地下输油的铸铁管上接直流电源的负极 4．白铁皮（镀锌）发生析氢腐蚀时，若有0.2mol电子发 生转移，下列说法正确的是（ ） A.有6.5g锌被腐蚀 B.在标准状况下有22.4L氢气放出 C.有2.8g铁被腐蚀 D.在标准状况下有2.24L气体放出 拓展练习 下列装置暴露空气中一段时间,铁的腐蚀由快到慢 顺序 D E F A C B . Fe Fe Fe A(海水) Zn C B(海水) Fe Zn Sn C(海水) Fe Sn Fe D(海水) E(海水) F(天然水) 锌 镀件（铁钉） 饱和氯化锌溶液 课堂练习 如图, 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 酸性很弱或中性或碱性 性，发生 -＝Fe2+ Fe–2e 吸氧 腐蚀,电极反应式为：负极： , -＝4OH－ O +2H O+4e 2 正极： 2 （2） 若液面下降，则溶液呈 酸性 性，发生 析氢 腐蚀，电极反应式为： 负极： Fe–2e-＝Fe2+ ++2e-＝H ↑ 2H 2 。 正极：