高中化學(xué)人教選修4第4節(jié)金屬的電化學(xué)腐蝕和防護

1、鋼鐵生銹鋼鐵生銹1銅器生銹銅器生銹銅器表面生成銅綠銅器表面生成銅綠Cu2(OH)2CO322007年8月1日，美國明尼蘇達州一座跨越密西西比河的大橋發(fā)生坍塌。32、我國每年因金屬腐蝕造成的損失占國民生產(chǎn)總值、我國每年因金屬腐蝕造成的損失占國民生產(chǎn)總值(GNP)的的2% 4%，鋼鐵因腐蝕而報廢的數(shù)量約占，鋼鐵因腐蝕而報廢的數(shù)量約占鋼鐵當(dāng)年產(chǎn)量的鋼鐵當(dāng)年產(chǎn)量的25%-30%。全世界每年因為金屬腐。全世界每年因為金屬腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失約達蝕造成的直接經(jīng)濟損失約達7000億美元，是地震、億美元，是地震、水災(zāi)、臺風(fēng)等自然災(zāi)害造成損失總和的水災(zāi)、臺風(fēng)等自然災(zāi)害造成損失總和的6倍。倍。 資料資料1、全球

2、每一分鐘就有一噸鋼腐蝕成鐵銹、全球每一分鐘就有一噸鋼腐蝕成鐵銹41965年冬天，在湖北省望山楚墓群中，出土了傳說中的越王勾踐劍。越王年冬天，在湖北省望山楚墓群中，出土了傳說中的越王勾踐劍。越王勾踐劍的含銅量約為勾踐劍的含銅量約為80%-83%、含錫量約為、含錫量約為16%-17%。該劍出土?xí)r插在。該劍出土?xí)r插在髹漆的木質(zhì)劍鞘內(nèi)。這座墓葬深埋在數(shù)米的地下，髹漆的木質(zhì)劍鞘內(nèi)。這座墓葬深埋在數(shù)米的地下，墓墓室四周用白膏泥填塞，室四周用白膏泥填塞，其下部采用的還是經(jīng)過人工淘洗過的白膏泥，致密性更好。加上墓坑上部其下部采用的還是經(jīng)過人工淘洗過的白膏泥，致密性更好。加上墓坑上部填土夯實，墓室?guī)缀醭闪艘粋€密

3、閉的空間。填土夯實，墓室?guī)缀醭闪艘粋€密閉的空間。墓處在現(xiàn)代荊州附近的漳河二墓處在現(xiàn)代荊州附近的漳河二干渠上，地下水位較高，該墓的墓室曾經(jīng)長期被地下水浸泡，地下水酸堿干渠上，地下水位較高，該墓的墓室曾經(jīng)長期被地下水浸泡，地下水酸堿性不大，基本上為中性，這從該墓出土的大量精美的漆木器保存情況較好性不大，基本上為中性，這從該墓出土的大量精美的漆木器保存情況較好而得到證實。讓人驚奇的是，這把青銅寶劍穿越了兩千多年的歷史長河，而得到證實。讓人驚奇的是，這把青銅寶劍穿越了兩千多年的歷史長河，但劍身幾乎不見銹斑。它千年不銹的原因到底是什么呢？但劍身幾乎不見銹斑。它千年不銹的原因到底是什么呢？千年不銹之謎千年

4、不銹之謎在古代墓葬中，青銅器發(fā)生銹蝕的途徑一般說來有這樣幾條：在潮濕的條在古代墓葬中，青銅器發(fā)生銹蝕的途徑一般說來有這樣幾條：在潮濕的條件下，有空氣或氧氣存在時，發(fā)生銹蝕，生成銅鹽；在潮濕的條件下與貴件下，有空氣或氧氣存在時，發(fā)生銹蝕，生成銅鹽；在潮濕的條件下與貴重金屬重金屬(如金、銀等如金、銀等)接觸，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕；與硫或含有硫的物質(zhì)接觸，接觸，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕；與硫或含有硫的物質(zhì)接觸，生成銅的硫化物等。生成銅的硫化物等。 5 ：不純的金屬（或合金）接觸到電解質(zhì)溶液：不純的金屬（或合金）接觸到電解質(zhì)溶液發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬原子失去電子而被氧化發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬原子失去電

5、子而被氧化所引起的腐蝕。所引起的腐蝕。一、金屬的電化學(xué)腐蝕一、金屬的電化學(xué)腐蝕 1、金屬腐蝕的概念與實質(zhì)、金屬腐蝕的概念與實質(zhì) 金屬腐蝕：金屬腐蝕：金屬或合金與周圍接觸的氣體或液體進行金屬或合金與周圍接觸的氣體或液體進行 氧化還原反應(yīng)而損耗的現(xiàn)象。氧化還原反應(yīng)而損耗的現(xiàn)象。實質(zhì)：實質(zhì)：金屬金屬 Mne-Mn+（氧化反應(yīng)）（氧化反應(yīng)） 2、金屬腐蝕的類型、金屬腐蝕的類型 （1）化學(xué)腐蝕：金屬直接接觸強氧化劑而被氧化腐蝕的過程。）化學(xué)腐蝕：金屬直接接觸強氧化劑而被氧化腐蝕的過程。 （2）電化學(xué)腐蝕）電化學(xué)腐蝕 第四節(jié)第四節(jié) 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護金屬的電化學(xué)腐蝕與防護6鋼鐵腐蝕：鋼鐵腐蝕：鋼鐵的鋼

6、鐵的析氫腐蝕析氫腐蝕示意圖示意圖鋼鐵的鋼鐵的吸氧腐蝕吸氧腐蝕示意圖示意圖7 鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較（鐵銹）（鐵銹）通常兩種腐蝕同時存在，但以后者更普遍。通常兩種腐蝕同時存在，但以后者更普遍。析氫腐蝕析氫腐蝕吸氧腐蝕吸氧腐蝕條件條件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弱酸性很弱。電極反應(yīng)電極反應(yīng)負極：負極：FeFe2e=Fe2+2Fe4e=2Fe2+正極：正極：C2H+2e=H2O2+2H2O+4e=4OH-總反應(yīng)：總反應(yīng)：Fe+2H+=Fe2+H22Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3聯(lián)系

7、聯(lián)系2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O+(3-n) H2O8化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的區(qū)別與聯(lián)系化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的區(qū)別與聯(lián)系金屬失電子被氧化金屬失電子被氧化 金屬與氧化劑直接接觸金屬與氧化劑直接接觸 不純金屬或合金與不純金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸電解質(zhì)溶液接觸無電流產(chǎn)生，常伴隨熱效應(yīng)無電流產(chǎn)生，常伴隨熱效應(yīng) 有微弱電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生 兩者往往同時發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍兩者往往同時發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍9討論：討論：(2011浙江浙江)將將NaCl溶液滴在一塊光亮清潔的鐵板表面上，溶液滴在一塊光亮清潔的鐵板表面上，一段時間后發(fā)現(xiàn)液滴覆蓋的圓周中心區(qū)一段時間后發(fā)現(xiàn)液滴覆蓋的圓周中心區(qū)(a)已

8、被腐蝕而變暗，已被腐蝕而變暗，在液滴外沿形成棕色鐵銹環(huán)在液滴外沿形成棕色鐵銹環(huán)(b)，如圖所示。導(dǎo)致該現(xiàn)象的主要，如圖所示。導(dǎo)致該現(xiàn)象的主要原因是液滴之下氧氣含量比邊緣少。下列說法正確的是（原因是液滴之下氧氣含量比邊緣少。下列說法正確的是（ ）A液滴中的液滴中的Cl由由a區(qū)向區(qū)向b區(qū)遷移區(qū)遷移B液滴邊緣是正極區(qū)，電極反應(yīng)為：液滴邊緣是正極區(qū)，電極反應(yīng)為：O22H2O4e=4OHC液滴下的液滴下的Fe因發(fā)生還原因發(fā)生還原反應(yīng)反應(yīng)而被腐蝕，生成的而被腐蝕，生成的Fe2由由a區(qū)區(qū) 向向b區(qū)遷移，與區(qū)遷移，與b區(qū)的區(qū)的OH形成形成Fe(OH)2，進一步氧化、脫水，進一步氧化、脫水 形成鐵銹形成鐵銹D若

9、改用嵌有一銅螺絲釘?shù)蔫F板，在銅鐵接觸處滴加若改用嵌有一銅螺絲釘?shù)蔫F板，在銅鐵接觸處滴加NaCl溶液，溶液， 則負極發(fā)生的電極反應(yīng)為：則負極發(fā)生的電極反應(yīng)為：Cu2e=Cu10二、金屬的電化學(xué)防護：二、金屬的電化學(xué)防護：1、犧牲陽極的陰極保護法、犧牲陽極的陰極保護法原理原理 ：形成原電池反應(yīng)時，讓形成原電池反應(yīng)時，讓被保護金屬被保護金屬做做正極正極，不反應(yīng)，不反應(yīng)，起到保護作用；而起到保護作用；而活潑金屬反應(yīng)受到腐蝕活潑金屬反應(yīng)受到腐蝕。11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 犧牲陽極的陰極保護法犧牲陽極的陰極保護法用犧牲

10、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122、外加電流法、外加電流法將將被保護金屬被保護金屬與另一與另一附加電極附加電極作為電解池的兩個極，作為電解池的兩個極，使使被保護的金屬被保護的金屬作為作為陰極陰極，在外加直流電的作用下，在外加直流電的作用下使陰極得到保護。此法主要用于防止土壤、海水及使陰極得到保護。此法主要用于防止土壤、海水及水中金屬設(shè)備的腐蝕。水中金屬設(shè)備的腐蝕。原理原理 ：輔助陽極輔助陽極（不溶性）（不溶性）13A.C. 銅的金屬活動性比氫小，因此不宜被氧化；銅的金屬活動性比氫小，因此不宜被氧化；B.D.它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金；它們

11、的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金；討論討論1： 2000年年5月，保利集團在香港拍賣會上花費月，保利集團在香港拍賣會上花費3000多萬港幣多萬港幣購回在火燒圓明園時流失的國寶：銅鑄的牛首、猴首和虎首，普購回在火燒圓明園時流失的國寶：銅鑄的牛首、猴首和虎首，普通銅器時間稍久容易出現(xiàn)銅綠，其主要成分是通銅器時間稍久容易出現(xiàn)銅綠，其主要成分是Cu2(OH)2CO3這這三件三件1760年銅鑄的國寶在年銅鑄的國寶在240 年后看上去仍然熠熠生輝不生銹，年后看上去仍然熠熠生輝不生銹，下列對起原因的分析，最可能的是（下列對起原因的分析，最可能的是（ ）環(huán)境污染日趨嚴重，它們表面的銅綠被酸雨溶解洗去；環(huán)境污染

12、日趨嚴重，它們表面的銅綠被酸雨溶解洗去；它們是含一定比例金、銀、錫、鋅的合金；它們是含一定比例金、銀、錫、鋅的合金；14討論討論2：銀制器皿，日久因表面生成銀制器皿，日久因表面生成Ag2S而呈黑色，有人設(shè)計用原電池而呈黑色，有人設(shè)計用原電池原理加以除去。具體作法是將發(fā)黑原理加以除去。具體作法是將發(fā)黑銀器放入一鋁制容器中，再加入一定銀器放入一鋁制容器中，再加入一定濃度的食鹽水將銀器完全淹沒，放置濃度的食鹽水將銀器完全淹沒，放置一段時間后，銀器表面不僅黑色褪去，一段時間后，銀器表面不僅黑色褪去，而且銀不損失；但鋁制容器發(fā)生損耗。而且銀不損失；但鋁制容器發(fā)生損耗。由以上實驗可推知該原電池發(fā)生的由以上

13、實驗可推知該原電池發(fā)生的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式為電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式為_， ；裝置中食鹽水的作用是裝置中食鹽水的作用是 。Ag2S+2e- -2Ag+S2- - Al - -3e- -Al3+ 3Ag2S+2Al+6H2O6Ag+3H2S+2Al(OH)3作為電解質(zhì)溶液作為電解質(zhì)溶液 15除此以外還有其它防護方法？除此以外還有其它防護方法？1、改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)：如將、改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)：如將Cr、Ni等金屬加進等金屬加進鋼里制成合金鋼。鋼里制成合金鋼。2、金屬表面覆蓋保護層、金屬表面覆蓋保護層原理：原理：如油漆、油脂等，電鍍（如油漆、油脂等，電鍍（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化等易氧

14、化形成致密的氧化物薄膜）作保護層。物薄膜）作保護層。隔絕金屬與外界空氣、電解質(zhì)溶液的接觸。隔絕金屬與外界空氣、電解質(zhì)溶液的接觸。16健身器材刷油漆以防銹健身器材刷油漆以防銹衣架和電線的外面包衣架和電線的外面包上一層塑料層上一層塑料層17某些工具的某些工具的“機械轉(zhuǎn)動部位機械轉(zhuǎn)動部位”選用油脂來防銹選用油脂來防銹自行車的鋼圈和車鈴是在自行車的鋼圈和車鈴是在鋼上鍍上一層既耐腐蝕又鋼上鍍上一層既耐腐蝕又耐磨的耐磨的Cr18討論：討論：下列各情況，在其中下列各情況，在其中Fe片腐蝕由片腐蝕由快快到到慢慢的順序是：的順序是： 1 1、在同一電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下：、在同一電解質(zhì)溶液中，金屬

15、腐蝕的快慢規(guī)律如下：電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕 化學(xué)化學(xué)腐蝕有防腐措施的腐腐蝕有防腐措施的腐2 2、防腐措施由好到壞的順序如下：、防腐措施由好到壞的順序如下：外接電源的陰極保護法犧牲陽極的陰極保護法有外接電源的陰極保護法犧牲陽極的陰極保護法有一般防腐條件保護無防腐條件一般防腐條件保護無防腐條件 規(guī)律小結(jié)規(guī)律小結(jié)191以下現(xiàn)象與電化腐蝕無關(guān)的是（以下現(xiàn)象與電化腐蝕無關(guān)的是（ ） 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鐵質(zhì)器件附著銅質(zhì)

16、配件，在接觸處易生鐵銹鐵質(zhì)器件附著銅質(zhì)配件，在接觸處易生鐵銹 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2如圖所示，甲、乙兩試管中各放一枚鐵釘，甲試管中為如圖所示，甲、乙兩試管中各放一枚鐵釘，甲試管中為NaCl溶液，乙試管為溶液，乙試管為NH4Cl溶液溶液(溶液呈弱酸性溶液呈弱酸性).數(shù)天后觀察到數(shù)天后觀察到的現(xiàn)象是的現(xiàn)象是_，甲中正極反應(yīng)為甲中正極反應(yīng)為_.乙中正極反應(yīng)為乙中正極反應(yīng)為_.試管中殘留氣體平均相對分子質(zhì)量試管中殘留氣體平均相對分子質(zhì)量的變化為甲的變化為甲_， 乙乙 _. 203.防止鋼鐵腐蝕可以延長鋼鐵制品的防止鋼鐵腐蝕可以延長鋼鐵制品的使用壽命。在鋼鐵制品表面鍍銅可以使用壽命。在鋼鐵制品表面鍍銅可以有效地防止其腐蝕，電鍍的裝置如圖所示：有效地防止其腐蝕，電鍍的裝置如圖所示：(1)上面的電鍍裝置圖的上面的電鍍裝置圖的“直流電源直流電源”中中_(選填選填“a”或或“b”)是正極。是正極。(2) 接通電源前，裝置圖中的銅、鐵兩個電極質(zhì)量相等，電鍍完成接通電源前，裝置圖中的銅、鐵兩個電極質(zhì)量相等，電鍍完成后，將兩個電