金屬的腐蝕和防護(hù)

1、思考：考古發(fā)掘中經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)大型的青銅器皿，但罕有大型的鐵器被挖掘出來(lái)，這是為什么呢？ 指金屬或合金與周?chē)h(huán)境中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被腐蝕消耗的現(xiàn)象。金屬的腐蝕：金屬的腐蝕： 金屬的腐蝕在每時(shí)每地每個(gè)行業(yè)部門(mén)以金屬的腐蝕在每時(shí)每地每個(gè)行業(yè)部門(mén)以不同形式不同速度進(jìn)行著，造成設(shè)備、工不同形式不同速度進(jìn)行著，造成設(shè)備、工廠的停產(chǎn)、報(bào)廢、事故、環(huán)境的污染、生廠的停產(chǎn)、報(bào)廢、事故、環(huán)境的污染、生命的傷亡，巨大的經(jīng)濟(jì)損失。世界上許多命的傷亡，巨大的經(jīng)濟(jì)損失。世界上許多重大油氣輸送管道、儲(chǔ)桶、化工廠爆炸事重大油氣輸送管道、儲(chǔ)桶、化工廠爆炸事故大多是由腐蝕造成。據(jù)報(bào)道，全世界每故大多是由腐蝕造成。據(jù)報(bào)道，全世界

2、每年因金屬腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約達(dá)年因金屬腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約達(dá)70007000億美元，我國(guó)因金屬腐蝕造成的損失億美元，我國(guó)因金屬腐蝕造成的損失占國(guó)民生產(chǎn)總值的占國(guó)民生產(chǎn)總值的4%4%金屬的腐蝕和防護(hù)金屬的腐蝕和防護(hù)金屬腐蝕的本質(zhì)金屬腐蝕的本質(zhì):金屬原子失去電子變成陽(yáng)離子的過(guò)程金屬原子失去電子變成陽(yáng)離子的過(guò)程: M-ne-=Mn+ 已知在自然條件下，鐵腐蝕后變成鐵銹（Fe2O3.nH2O),銅腐蝕后變成銅綠（Cu2CO3(OH)2)。以鐵為例，舉例說(shuō)明在哪些條件下鐵會(huì)腐蝕？金屬腐蝕的類型金屬腐蝕的類型（1）化學(xué)腐蝕）化學(xué)腐蝕定義：金屬跟其它物質(zhì)直接接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起定義：金屬跟其它物

3、質(zhì)直接接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。例如：鐵絲在氧氣中燃燒，銅絲在氯氣中燃的腐蝕。例如：鐵絲在氧氣中燃燒，銅絲在氯氣中燃燒，鐵跟鹽酸和稀硫酸的反應(yīng)等。燒，鐵跟鹽酸和稀硫酸的反應(yīng)等。（2）電化學(xué)腐蝕）電化學(xué)腐蝕定義：不純的金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，定義：不純的金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失電子而被會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失電子而被氧化的腐蝕。氧化的腐蝕。探究一：電化學(xué)腐蝕的類型ANaCl正極正極: O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-負(fù)極：負(fù)極： Fe - 2e- = Fe2+溶液反應(yīng)：溶液反應(yīng)： Fe2+ 2OH- =Fe(OH)24Fe(O

4、H)2 +O2 + 2H2O =4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O+(3-n) H2OACH3COOH請(qǐng)寫(xiě)出相應(yīng)的電極反應(yīng)式請(qǐng)寫(xiě)出相應(yīng)的電極反應(yīng)式:負(fù)極：負(fù)極： Fe - 2e- = Fe2+正極：正極： 2H+ 2e- =H2吸氧腐蝕吸氧腐蝕析氫腐蝕析氫腐蝕 析氫腐蝕析氫腐蝕 吸氧腐蝕吸氧腐蝕電壓電壓 條件條件 正極正極 負(fù)極負(fù)極 溶液溶液 什么時(shí)候發(fā)生析氫腐蝕，什么時(shí)候發(fā)生析氫腐蝕，什么時(shí)候發(fā)生吸氧腐蝕呢？什么時(shí)候發(fā)生吸氧腐蝕呢？ 2H+ 2e- =H2 O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- Fe - 2e- = Fe2+ Fe2+ 2OH- =Fe(OH)24

5、Fe(OH)2 +O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O+(3-n) H2O水膜酸性較強(qiáng)水膜酸性較強(qiáng)水膜酸性很弱或中性，堿性水膜酸性很弱或中性，堿性0.204V 1.433V 每延長(zhǎng)大橋年壽命，將產(chǎn)生每延長(zhǎng)大橋年壽命，將產(chǎn)生至少個(gè)億的經(jīng)濟(jì)效益至少個(gè)億的經(jīng)濟(jì)效益 金屬防腐金屬防腐的方法的方法 改變金屬內(nèi)部的組成結(jié)構(gòu)，將金屬改變金屬內(nèi)部的組成結(jié)構(gòu)，將金屬制制成合金成合金，增強(qiáng)抗腐蝕能力。，增強(qiáng)抗腐蝕能力。電化學(xué)電化學(xué)保護(hù)法：利用電解池反應(yīng)將需保護(hù)法：利用電解池反應(yīng)將需要保護(hù)的金屬作為電解池的要保護(hù)的金屬作為電解池的陰極陰極而受到而受到保護(hù)或者利用原電池反應(yīng)將

6、需要保護(hù)的保護(hù)或者利用原電池反應(yīng)將需要保護(hù)的金屬作為電池的金屬作為電池的正極正極而受到保護(hù)。而受到保護(hù)。在金屬表面在金屬表面覆蓋保護(hù)覆蓋保護(hù)層層，使金屬和周?chē)铮菇饘俸椭車(chē)镔|(zhì)隔離開(kāi)來(lái)。質(zhì)隔離開(kāi)來(lái)。涂油，電鍍涂油，電鍍發(fā)黑，發(fā)藍(lán)發(fā)黑，發(fā)藍(lán) 特殊的杭州灣的海潮有極強(qiáng)的腐蝕性，按原來(lái)的預(yù)特殊的杭州灣的海潮有極強(qiáng)的腐蝕性，按原來(lái)的預(yù)計(jì)，用計(jì)，用2 2公分厚度的鋼管樁根本用不上公分厚度的鋼管樁根本用不上100100年。國(guó)外一個(gè)年。國(guó)外一個(gè)有著上百年造橋歷史的著名公司的專業(yè)人員建議將厚度從有著上百年造橋歷史的著名公司的專業(yè)人員建議將厚度從2 2公分增加到公分增加到4 4公分，但同時(shí)也意味著鋼管樁的成本

7、將隨公分，但同時(shí)也意味著鋼管樁的成本將隨之翻倍，代價(jià)太大。又是專家的研討和不停試驗(yàn)，結(jié)果是，之翻倍，代價(jià)太大。又是專家的研討和不停試驗(yàn)，結(jié)果是，鋼管樁的厚度不變，采用耐腐蝕的環(huán)氧鋼筋和阻止鋼筋腐鋼管樁的厚度不變，采用耐腐蝕的環(huán)氧鋼筋和阻止鋼筋腐蝕的阻銹劑，為鋼管樁工程質(zhì)量系上蝕的阻銹劑，為鋼管樁工程質(zhì)量系上“保險(xiǎn)索保險(xiǎn)索”。大橋還在國(guó)內(nèi)首次采用大橋還在國(guó)內(nèi)首次采用熔融結(jié)合環(huán)氧粉末涂層熔融結(jié)合環(huán)氧粉末涂層新技新技術(shù)材料、外掛術(shù)材料、外掛鋅鋁鋅鋁合金塊的合金塊的犧牲陽(yáng)極犧牲陽(yáng)極陰性保護(hù)法等陰性保護(hù)法等措施，措施， 2、犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法：、犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法：3、外加電源的陰極保護(hù)法：、外加電

8、源的陰極保護(hù)法：輔助陽(yáng)極輔助陽(yáng)極（不溶性）（不溶性）例：例：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 (5) (2) (1)(3) (4)金屬的金屬的電化學(xué)防護(hù)電化學(xué)防護(hù)小結(jié)小結(jié) 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)腐蝕有防腐措施的腐蝕化學(xué)腐蝕有防腐措施的腐蝕 防腐措施由好到差的順序如下：防腐措施由好到差的順序如下：外接電源的陰極保護(hù)法犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法外接電源的陰極保護(hù)法犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法一般防腐條件保護(hù)無(wú)防腐條件

9、一般防腐條件保護(hù)無(wú)防腐條件改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu) 防腐防腐 2000年年5月，保利集團(tuán)在香港拍賣(mài)會(huì)上花費(fèi)月，保利集團(tuán)在香港拍賣(mài)會(huì)上花費(fèi)3000多萬(wàn)港多萬(wàn)港幣購(gòu)回在火燒圓明園時(shí)流失的國(guó)寶：銅鑄的牛首、猴首幣購(gòu)回在火燒圓明園時(shí)流失的國(guó)寶：銅鑄的牛首、猴首和虎首，普通銅器時(shí)間稍久容易出現(xiàn)銅綠，其主要成分和虎首，普通銅器時(shí)間稍久容易出現(xiàn)銅綠，其主要成分是是Cu2(OH)2CO3這三件這三件1760年銅鑄的國(guó)寶在年銅鑄的國(guó)寶在240 年后看年后看上去仍然熠熠生輝不生銹，下列對(duì)起原因的分析，最可上去仍然熠熠生輝不生銹，下列對(duì)起原因的分析，最可能的是能的是（ D ）A.C.銅的金屬活動(dòng)

10、性比氫小，因此不宜被氧化；銅的金屬活動(dòng)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；它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金；環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，它們表面的銅綠被環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，它們表面的銅綠被酸雨溶解洗去；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；練練 習(xí)習(xí) 寶劍的成分是青銅，也就是銅錫合金。錫是一種抗銹能力很強(qiáng)的金屬，因此青銅的抗蝕防銹本領(lǐng)，自然要比鐵器高明得多。不過(guò)更主要的，還在于這些寶劍的表面都曾被作過(guò)特殊的處理。 越王勾踐劍劍身上的黑色菱形格子花紋及黑色劍格，是經(jīng)過(guò)硫化處理的，這是用硫或硫化物和劍的表層金屬發(fā)生化學(xué)

11、作用后形成的，檢測(cè)時(shí)還發(fā)現(xiàn)有一些別的元素，這種處理，不但使寶劍美觀，同時(shí)也大大增強(qiáng)了寶劍的抗蝕防銹能力。 1把鐵釘和碳棒用銅線連接后，浸入把鐵釘和碳棒用銅線連接后，浸入0.1molL的的NaCl溶液中，可能發(fā)生的現(xiàn)象為溶液中，可能發(fā)生的現(xiàn)象為 A碳棒上放出氯氣碳棒上放出氯氣 B碳棒附近產(chǎn)生碳棒附近產(chǎn)生OH- C碳棒上放出碳棒上放出O2 D鐵釘上放出鐵釘上放出H2 2下列事實(shí)與電化腐蝕無(wú)關(guān)的是下列事實(shí)與電化腐蝕無(wú)關(guān)的是 A純鋅與稀硫酸反應(yīng)時(shí)，滴入少量硫酸銅溶液純鋅與稀硫酸反應(yīng)時(shí)，滴入少量硫酸銅溶液 后速率加快后速率加快B為保護(hù)海船的螺旋漿和船殼，往往在螺旋漿和為保護(hù)海船的螺旋漿和船殼，往往在螺旋

12、漿和船殼上鑲?cè)脘\塊船殼上鑲?cè)脘\塊 C在空氣中金屬銀的表面生成一層黑色物質(zhì)在空氣中金屬銀的表面生成一層黑色物質(zhì) D鍍銀的鐵制品，鍍層部分受損后，露出的鐵表鍍銀的鐵制品，鍍層部分受損后，露出的鐵表面暴露在潮濕空氣中更易腐蝕面暴露在潮濕空氣中更易腐蝕 市場(chǎng)上出售的市場(chǎng)上出售的“熱敷袋熱敷袋”其主要成分是鐵其主要成分是鐵屑、碳粉木屑和少量氯化鈉、水等。熱敷屑、碳粉木屑和少量氯化鈉、水等。熱敷袋應(yīng)用之前用塑料袋使其與空氣隔絕，啟袋應(yīng)用之前用塑料袋使其與空氣隔絕，啟用時(shí)，打開(kāi)塑料袋輕輕揉搓就會(huì)放出熱量用時(shí)，打開(kāi)塑料袋輕輕揉搓就會(huì)放出熱量. .使用完后，會(huì)發(fā)現(xiàn)有大量鐵銹存在使用完后，會(huì)發(fā)現(xiàn)有大量鐵銹存在.

13、.請(qǐng)回答請(qǐng)回答下列問(wèn)題：下列問(wèn)題：（1 1）熱敷袋使用時(shí)，為什么能放出熱量？）熱敷袋使用時(shí)，為什么能放出熱量？（2 2）碳粉的主要作用是什么？氯化鈉起了）碳粉的主要作用是什么？氯化鈉起了什么作用？什么作用？（3 3）試寫(xiě)出有關(guān)的電極反應(yīng)式和化學(xué)方程）試寫(xiě)出有關(guān)的電極反應(yīng)式和化學(xué)方程式式 。3鋼鐵發(fā)生腐蝕時(shí)，正極上發(fā)生的反應(yīng)為鋼鐵發(fā)生腐蝕時(shí)，正極上發(fā)生的反應(yīng)為 A2Fe - 4e - = 2Fe2+B2Fe2+ + 4e - = 2FeC2H2O + O2 + 4e -= 4OH-DFe3+e - = Fe2+c4.下圖各容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕時(shí)，由快到下圖各容器中盛有海水，鐵在其中被腐

14、蝕時(shí)，由快到慢的順序是慢的順序是 A4213 B2134 C4231 D3241 練習(xí)練習(xí)分析下圖，哪些是原電池分析下圖，哪些是原電池哪些是電解池哪些是電解池1、3、56、72. 在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，用鉑電極電解在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，用鉑電極電解CuSO4溶液，溶液，當(dāng)陰極產(chǎn)生當(dāng)陰極產(chǎn)生6.4g銅時(shí)，陽(yáng)極放出的氣體是（銅時(shí)，陽(yáng)極放出的氣體是（ ） A、1.12L H2 B、1.12L O2 C、2.24L H2 D、2.24LO2B3.在銅的精煉過(guò)程在銅的精煉過(guò)程 中，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（中，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（ ）A、陽(yáng)極是粗銅，其中的鋅、銀等雜質(zhì)均、陽(yáng)極是粗銅，其中的鋅、銀等雜質(zhì)均 失電子被氧化失電子被氧化

15、B、陰極上首先析出銅、陰極上首先析出銅C、粗銅不斷溶解、粗銅不斷溶解D、電解溶液為硫酸酸化的硫酸銅溶液、電解溶液為硫酸酸化的硫酸銅溶液D 4. 在外界提供相同電量的條件下，在外界提供相同電量的條件下，Cu2+或或Ag+分別按分別按Cu2+2e-=Cu和和Ag+e-=Ag在電極上放在電極上放電，其析出銅的的質(zhì)量為電，其析出銅的的質(zhì)量為1.92 g，則析出銀的質(zhì)量為，則析出銀的質(zhì)量為（ ）A、1.62 g B、6.48 g C、3.24 g D、12.96 gB 5. 將分別盛有熔融將分別盛有熔融KCl、MgCl2、Al2O3的三個(gè)的三個(gè)電解槽串聯(lián)，在一定條件下通電一段時(shí)間后，析出電解槽串聯(lián)，在一

16、定條件下通電一段時(shí)間后，析出K、Mg、Al的物質(zhì)的量之比為（的物質(zhì)的量之比為（ ）A、1:2:3 B、3:2:1 C、6:3:1 D、6:3:2D6、寫(xiě)出下列裝置的電極反應(yīng)，并判斷、寫(xiě)出下列裝置的電極反應(yīng)，并判斷A、B、C溶液溶液PH值的變化。值的變化。 A BCCuSO4AgNO3AgNO3NaHSO4AgCuCuCPtPtAgFeD負(fù)極負(fù)極正極正極7 7. .右圖中右圖中x x、y y分別是直分別是直流電源的兩極流電源的兩極, ,通電后發(fā)通電后發(fā)現(xiàn)現(xiàn)a a極板質(zhì)量增加極板質(zhì)量增加,b,b極板極板處有無(wú)色無(wú)臭氣體放出處有無(wú)色無(wú)臭氣體放出, ,符合這一情況的符合這一情況的A 陰極保護(hù)的種類陰極

17、保護(hù)的種類陰極保護(hù)大致分為犧牲陽(yáng)極法和外加電流法兩種。陰極保護(hù)大致分為犧牲陽(yáng)極法和外加電流法兩種。1、 犧牲陽(yáng)極是由一種比被保護(hù)金屬電位更負(fù)的金屬或犧牲陽(yáng)極是由一種比被保護(hù)金屬電位更負(fù)的金屬或合金與被保護(hù)的金屬電連接所構(gòu)成。在電解液中，犧合金與被保護(hù)的金屬電連接所構(gòu)成。在電解液中，犧牲陽(yáng)極因較活潑而優(yōu)先溶解，釋放出電流供被保護(hù)金牲陽(yáng)極因較活潑而優(yōu)先溶解，釋放出電流供被保護(hù)金屬陰極極化，實(shí)現(xiàn)保護(hù)。犧牲陽(yáng)極法的優(yōu)點(diǎn)在于安裝屬陰極極化，實(shí)現(xiàn)保護(hù)。犧牲陽(yáng)極法的優(yōu)點(diǎn)在于安裝施工簡(jiǎn)便，對(duì)臨近金屬結(jié)構(gòu)的影響極小，運(yùn)行成本低，施工簡(jiǎn)便，對(duì)臨近金屬結(jié)構(gòu)的影響極小，運(yùn)行成本低，可實(shí)現(xiàn)零費(fèi)用維護(hù)，一次投資，長(zhǎng)期受益

18、?？蓪?shí)現(xiàn)零費(fèi)用維護(hù)，一次投資，長(zhǎng)期受益。 2、 強(qiáng)制電流法（外加電流法）是由外部的直流電源直強(qiáng)制電流法（外加電流法）是由外部的直流電源直接向被保護(hù)金屬通以陰極電流，使之陰極極化，達(dá)到接向被保護(hù)金屬通以陰極電流，使之陰極極化，達(dá)到陰極保護(hù)的目的。強(qiáng)制電流法在實(shí)施大范圍野外陰極陰極保護(hù)的目的。強(qiáng)制電流法在實(shí)施大范圍野外陰極保護(hù)時(shí)比較經(jīng)濟(jì)。但對(duì)附近金屬結(jié)構(gòu)的影響較大，需保護(hù)時(shí)比較經(jīng)濟(jì)。但對(duì)附近金屬結(jié)構(gòu)的影響較大，需要有專人管理維護(hù)，需要有穩(wěn)定可靠的不間斷電源。要有專人管理維護(hù)，需要有穩(wěn)定可靠的不間斷電源。故不適合用于市區(qū)內(nèi)的地下結(jié)構(gòu)的陰極保護(hù)。故不適合用于市區(qū)內(nèi)的地下結(jié)構(gòu)的陰極保護(hù)。年月，寧波科鑫腐蝕控制工程有限公司應(yīng)用超大型管道多層環(huán)氧粉末一次性噴涂施工工藝，完成了第一根涂層鋼管樁，為鋼管樁年壽命提供了保障。同