4.3 金屬的腐蝕與防護(hù) 課件高二上學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1

第三節(jié)金屬的腐蝕與防護(hù)

第四章化學(xué)反應(yīng)與電能鐵銹主要成分：Fe2O3

?xH2O銅綠主要成分：Cu2(OH)2CO3在日常生活中，我們經(jīng)常見到鋼鐵制品生銹，銅制品長出銅綠，這就是金屬腐蝕的現(xiàn)象。引入(1)外形、色澤、機(jī)械性能發(fā)生變化；(2)影響機(jī)器、儀表設(shè)備精度和靈敏度，以至報廢；(3)橋梁、建筑物強(qiáng)度降低而坍塌；(4)地下金屬管道泄漏；(5)輪船船體損壞；(6)金屬腐蝕還可能造成環(huán)境污染。金屬腐蝕的危害我國因金屬腐蝕造成的損失占國民生產(chǎn)總值(GNP)的2%～

4%，鋼鐵因腐蝕而報廢的數(shù)量約占鋼鐵當(dāng)年產(chǎn)量的25%-30%。全世界每年因?yàn)榻饘俑g造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約達(dá)7000億美元，是地震、水災(zāi)、臺風(fēng)等自然災(zāi)害造成損失總和的6倍。國內(nèi)外都曾發(fā)生過許多災(zāi)難性腐蝕事故，如飛機(jī)因某一零部件破裂而墜毀；橋梁因鋼梁產(chǎn)生裂縫而塌陷；油管因穿孔或裂縫而漏油，引起著火爆炸；化工廠中儲酸槽穿孔泄漏，造成重大環(huán)境污染；管道和設(shè)備跑、冒、滴、漏，破壞生產(chǎn)環(huán)境，有毒氣體如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更會危及工作人員和附近居民的生命安全。面對這樣驚人的數(shù)據(jù)和金屬腐蝕危害的事實(shí)，同學(xué)們有沒有想過，金屬是如何被腐蝕的以及怎樣防止金屬被腐蝕？金屬的腐蝕金屬或合金與周圍的氣體或液體物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。金屬的腐蝕金屬腐蝕實(shí)質(zhì)金屬失電子變成陽離子，被氧化，其反應(yīng)為：M-ne-=Mn+鐵發(fā)生腐蝕時，產(chǎn)物是Fe2+

金屬與其表面接觸的一些物質(zhì)（如O2、Cl2、SO2等）直接反應(yīng)而引起的腐蝕叫做化學(xué)腐蝕。（1）化學(xué)腐蝕金屬的腐蝕分類

鐵與氯氣直接反應(yīng)而腐蝕輸油、輸氣的鋼管被原油、天然氣中的含硫化合物腐蝕高溫條件被腐蝕的燃?xì)庠?/p>

當(dāng)不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時會發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕，這種腐蝕叫做電化學(xué)腐蝕。鋼鐵制品在潮濕空氣中的銹蝕就是電化學(xué)腐蝕的典型例子。（2）電化學(xué)腐蝕金屬的腐蝕分類分類化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件現(xiàn)象本質(zhì)影響因素聯(lián)系金屬與其表面接觸的一些物質(zhì)(如O2、Cl2、SO2等)直接反應(yīng)不純的金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸，形成原電池?zé)o電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生金屬被氧化較活潑的金屬被氧化化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕往往同時發(fā)生，但電化學(xué)腐蝕更普遍，速率更快與氧化劑的氧化性及溫度等有關(guān)與電解質(zhì)溶液的酸堿性及金屬活動性等有關(guān)（主）金屬的腐蝕分類化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件現(xiàn)象本質(zhì)影響因素聯(lián)系金屬與其表面接觸的一些物質(zhì)(如O2、Cl2、SO2等)直接反應(yīng)不純的金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸，形成原電池?zé)o電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生金屬被氧化較活潑的金屬被氧化化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕往往同時發(fā)生，但電化學(xué)腐蝕更普遍，速率更快與氧化劑的氧化性及溫度等有關(guān)與電解質(zhì)溶液的酸堿性及金屬活動性等有關(guān)（主）家用燃?xì)庠畹闹行牟课缓苋菀咨P食品罐頭放在南極80多年了，卻很少生銹

升溫可加快金屬腐蝕金屬的腐蝕

實(shí)驗(yàn)4-3-（2）金屬的腐蝕

潮濕的空氣中鋼鐵制品表面會形成一薄層水膜，空氣中的CO2、SO2、H2S等物質(zhì)溶解在其中形成電解質(zhì)溶液，并與鋼鐵制品中的鐵和少量單質(zhì)碳構(gòu)成無數(shù)微小的原電池。鋼鐵的電化學(xué)腐蝕析氫腐蝕條件負(fù)極反應(yīng)

正極反應(yīng)

總反應(yīng)式

水膜呈較強(qiáng)酸性Fe-2e-=Fe2+2H++

2e-

=H2↑Fe+2H+=Fe2++

H2↑

實(shí)驗(yàn)4-3-（1）金屬的腐蝕條件負(fù)極反應(yīng)

正極反應(yīng)

總反應(yīng)式

Fe－2e-=Fe2+O2+

4e-

+2H2O=4OH-

2Fe+O2+2H2O

=2Fe(OH)2電解質(zhì)溶液呈弱酸性或中性，且溶有一定量的氧氣4Fe(OH)2+

2H2O+O2=4Fe(OH)3Fe(OH)3Fe2O3·xH2O通常兩種腐蝕同時存在，但吸氧腐蝕更普遍。鋼鐵的電化學(xué)腐蝕吸氧腐蝕思考角度切斷原電池反應(yīng)給予電子改變金屬材料組成在金屬表面覆蓋保護(hù)層金屬防護(hù)的本質(zhì)：阻止M-ne-=Mn+

的發(fā)生根據(jù)金屬腐蝕的實(shí)質(zhì)M-ne-=Mn+，你能提出金屬的防護(hù)方法嗎？金屬的防護(hù)思考與討論不銹鋼扶手鈦合金髖關(guān)節(jié)在金屬中添加其他金屬或非金屬可以制成性能優(yōu)異的合金。例如，把鉻、鎳等加入普通鋼中制成不銹鋼產(chǎn)品；鈦合金不僅具有優(yōu)異的抗腐蝕性，還具有良好的生物相容性。金屬的防護(hù)改變金屬材料的組成在金屬表面覆蓋致密的保護(hù)層，將金屬制品與周圍物質(zhì)隔開。表面鍍鉻噴涂油漆涂油脂包裹塑料搪瓷發(fā)藍(lán)處理使鐵制品生成致密的四氧化三鐵薄膜鈍化處理使鋁制品形成致密的氧化膜金屬的防護(hù)在金屬表面覆蓋保護(hù)層【思考與討論】常用的白鐵皮是在薄鋼板表面鍍上一層鋅，罐裝食品用的馬口鐵是在薄鋼板表面鍍上一層錫。若上述兩種鋼鐵制品的表面出現(xiàn)破損時，請分析并說明白鐵皮、馬口鐵的腐蝕情況。金屬活潑性：Zn>Fe>Sn鍍層有破損白鐵馬口鐵鋅為負(fù)極，鐵為正極被保護(hù)錫為正極，鐵為負(fù)極腐蝕加快金屬的防護(hù)(1)犧牲陽極法原理：原電池原理，被保護(hù)的金屬作正極，活潑性更強(qiáng)的金屬作負(fù)極。應(yīng)用：鍋爐內(nèi)壁、船舶外殼、鋼鐵閘門安裝鎂合金或鋅塊。金屬的防護(hù)電化學(xué)保護(hù)法

實(shí)驗(yàn)4-4-（1）金屬的防護(hù)

實(shí)驗(yàn)4-4-（1）金屬的防護(hù)實(shí)驗(yàn)裝置電流表陽極陰極現(xiàn)象有關(guān)反應(yīng)——Zn－2e-=Zn2＋試管中滴入K3[Fe(CN)6]溶液，無明顯變化，即溶液中無Fe2+【結(jié)論】Fe電極被保護(hù)，不發(fā)生反應(yīng)。O2+4e?+4H+=2H2O

實(shí)驗(yàn)4-4-（1）金屬的防護(hù)偏轉(zhuǎn)鋅片逐漸溶解無現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)4-4-（2）金屬的防護(hù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)解釋及結(jié)論鋅皮包裹處顏色無變化，裸露的鐵釘處出現(xiàn)紅色鋅作負(fù)極：Zn－2e-=Zn2+鐵作正極：O2+2H2O+4e-=4OH-鐵作正極，不反應(yīng)，被保護(hù)。銅絲纏繞處出現(xiàn)紅色，裸露的鐵釘處出現(xiàn)藍(lán)色鐵作負(fù)極：Fe－2e-=Fe2+銅作正極：O2+2H2O+4e-=4OH-鐵作負(fù)極，被腐蝕。金屬的防護(hù)(2)外加電流法原理：電解池原理，被保護(hù)的金屬作為陰極，與電源的負(fù)極相連。應(yīng)用：鋼鐵閘門、高壓線鐵架、地下管道連接直流電源的負(fù)極。金屬的防護(hù)【思考與討論】犧牲陽極法和外加電流法都要采用輔助陽極，將被保護(hù)的金屬作為陰極。在這兩種方法中，輔助陽極發(fā)生的電極反應(yīng)類型是否相同？對于用作輔助陽極的金屬的化學(xué)性質(zhì)各有什么要求？犧牲陽極法：輔助陽極金屬材料必須比被保護(hù)的金屬活潑。外加電流法：輔助陽極只起導(dǎo)電作用，惰性電極和金屬均可

作輔助陽極，但最好選用惰性電極。金屬的防護(hù)犧牲陽極法和外加電流法采用的輔助陽極，在電極上發(fā)生的反應(yīng)類型是相同的，都是發(fā)生氧化反應(yīng)。犧牲陽極法外加電流法原理

保護(hù)方法

保護(hù)電流

注意事項

原電池電解池

使被保護(hù)的金屬與比它活潑的金屬接觸，被保護(hù)的金屬做正極。

使被保護(hù)的金屬與電源負(fù)極接觸，被保護(hù)的金屬做陰極。較小

較大負(fù)極（陽極）材料需要定期更換消耗電能，輔助陽極需要定期檢查金屬的防護(hù)電化學(xué)保護(hù)法的對比

B對點(diǎn)訓(xùn)練如圖裝置中，U形管內(nèi)為紅墨水，a、b試管內(nèi)分別盛有食鹽水和氯化銨溶液，各加入生鐵塊，放置一段時間。下列有關(guān)描述錯誤的是A.生鐵塊中的碳是原電池的正極B.紅墨水水柱兩邊的液面變?yōu)樽蟮陀腋逤.兩試管中相同的電極反應(yīng)式是Fe－2e－=Fe2＋D.a試管中發(fā)生了吸氧腐蝕，b試管中發(fā)生了析氫腐蝕Ba中中性環(huán)境吸氧腐蝕氣體壓強(qiáng)減小b中酸性較強(qiáng)析氫腐蝕氣體壓強(qiáng)增大對點(diǎn)訓(xùn)練下列關(guān)于如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置的判斷中錯誤的是(

)A．若X為碳棒，開關(guān)K置于A處可減緩鐵的腐蝕B．若X為鋅棒，開關(guān)K置于A或B處均可減緩鐵的腐蝕C．若X為鋅棒，開關(guān)K置于B處時，為犧牲陽極法D．若X為碳棒，開關(guān)K置于B處時，鐵電極上的反應(yīng)：

2H＋＋2e－=H2↑D【解析】若X為碳棒，開關(guān)K置于A處，F(xiàn)e作電解池的陰極，屬外加電流法，A正確；若X為碳棒，開關(guān)K置于B處，F(xiàn)e作原電池的負(fù)極，電極反應(yīng)為Fe－2e－==Fe2＋，D錯誤；若X為鋅棒，K置于A處，F(xiàn)e作電解池的陰極，屬外加電流的陰極保護(hù)法，K置于B處時，F(xiàn)e作原電池的正極，屬犧牲陽極法，B、C正確。XFe食鹽水BAK對點(diǎn)訓(xùn)練（雙選）銅板上鐵鉚釘處的吸氧腐蝕原理如圖所示，下列有關(guān)說法中，不正確的是(

)A．此過程中銅被腐蝕B．此過程中電子從Fe移向CuC．正極電極反應(yīng)式：2H＋＋2e－=H2↑D．此過程中還涉及反應(yīng)：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2=4Fe(OH)3AC【解析