走進奇妙的化學世界2022-2023選擇性必修1第四章·化學反應與電能第三節

金屬的腐蝕與防護【情景思考】鐵銹主要成分：Fe2O3

?xH2O銅綠主要成分：Cu2(OH)2CO3

學習

目標第1課時金屬的腐蝕PART01PART02了解金屬腐蝕及其危害了解金屬電化學腐蝕的原因及反應原理金屬腐蝕，無處不在！！！我國作為世界上鋼鐵產量最多的國家（2005年全國生產鋼材37117.02萬噸），每年被腐蝕的鐵占到我國鋼鐵年產量的十分之一，因金屬腐蝕而造成的損失占到國內生產總值的2%~4%；（中國統計局：2016年我國國內生產總值達158526億元）。另據國外統計，金屬腐蝕的年損失遠遠超過水災、火災、風災和地震（平均值）損失的總和，在這里還不包括由于腐蝕導致的停工、減產和爆炸等造成的間接損失。1、什么是金屬腐蝕？2、金屬腐蝕的實質是什么？3、金屬腐蝕的種類有哪些？4、金屬腐蝕有哪些危害？【思考】1、金屬腐蝕：(1)概念：金屬或合金與周圍的氣體或液體發生氧化還原反應而

引起損耗的現象。(2)金屬腐蝕的本質：金屬原子失去電子，被氧化。

M-ne-=Mn+(3)特征：金屬腐蝕后，在外形，色澤及機械性能方面會發生變化。(4)由于與金屬接觸的氣體或液體物質不同，發生腐蝕的情況也不同，一般金屬腐蝕可分為化學腐蝕和電化學腐蝕。一.金屬腐蝕的種類及分析

金屬腐蝕化學腐蝕：電化學腐蝕：金屬與其表面接觸的一些物質（如O2、Cl2、SO2）直接反應而引起的腐蝕。如：Fe與Cl2直接反應特點：無電流產生，受溫度影響大,溫度升高而腐蝕速率加快。例如：鋼材在高溫下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4組成的一層氧化物。

當不純的金屬與電解質溶液接觸時會發生原電池反應，比較活潑的金屬發生氧化反應而被腐蝕。例如：鋼鐵制品在潮濕空氣中的銹蝕就是電化學腐蝕。特點：有微弱的電流產生，最為普遍，危害大，腐蝕速率快。說明：金屬腐蝕過程中，化學腐蝕和電化學腐蝕同時發生，只是電化學腐蝕比化學腐蝕更普遍，速率更大，危害更大。【化學腐蝕】家用燃氣灶的中心部位很容易生銹食品罐頭放在南極80多年卻很少生銹溫度升高會加快化學反應速率，溫度對化學腐蝕的影響較為明顯。為什么鋼鐵在干燥的空氣中不易生銹，而在潮濕的空氣中卻易生銹呢？鋼鐵潮濕空氣水膜CO2、SO2、H2S電解質溶液（H+)鐵C原電池電解質溶液形成：H2O+CO2H++HCO3-H2OH++OH-鋼鐵在這過程發生了電化學腐蝕。根據電解質溶液的酸堿性的不同電化學腐蝕可分為兩種。??【思考】生活中的鋼鐵發生的是化學腐蝕還是電化學腐蝕？如何證明？食鹽水浸泡過的純鐵實驗1實驗2現象：導管中水柱液面上升，鐵釘表面有鐵銹生成裝置中Fe、C以及飽和食鹽水構成了Fe—C—飽和食鹽水原電池，

Fe作負極，C作正極，飽和食鹽水作電解質溶液，由于NaCl溶液呈中性，發生吸氧腐蝕2．鋼鐵的電化學腐蝕⑴根據鋼鐵表面水膜的酸性強弱，鋼鐵腐蝕可分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕兩種類型。析氫腐蝕吸氧腐蝕鋼鐵腐蝕鋼鐵的析氫腐蝕（水膜酸性較強）負極：Fe－2e－

=Fe2+正極：2H++2e－

=H2↑總反應：

Fe+2H+=Fe2++H2↑

金屬表面的電解質溶液酸性較強，腐蝕過程中有H2放出，如右圖所示。電極反應如下：鋼鐵的吸氧腐蝕（水膜酸性很弱或中性）負極：2Fe-4e=2Fe2+正極：O2+2H2O+4e=4OH－總反應：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2后續反應：4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3鐵銹的形成過程：Fe2O3·XH2O鋼鐵表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性時，溶解的氧氣參加電極反應，發生吸氧腐蝕。如右圖所示。電極反應如下：Fe2O3·xH2O脫去一部分水②電化學腐蝕：（1）定義：不純的金屬與電解質溶液接觸時會發生原電池反應，比較活潑的金屬發生氧化反應而被腐蝕，這種腐蝕叫做電化學腐蝕。

（2）本質：較活潑的金屬失去電子被氧化（3）舉例：鋼鐵制品在潮濕空氣中的銹蝕就是電化學腐蝕（4）特點：有微弱的電流產生注：化學腐蝕與電化學腐蝕的聯系：化學腐蝕和電化學腐蝕往往同時發生，但電化學腐蝕更普遍，危害更大，腐蝕速率更快說明：(1)化學腐蝕和電化學腐蝕往往同時發生，只是電化學腐蝕比化學腐蝕更普遍，速率更大，危害更大。析氫腐蝕和吸氧腐蝕都屬于電化學腐蝕(2)析氫腐蝕和吸氧腐蝕取決于金屬表面電解質溶液的酸堿性，實際情況中以吸氧腐蝕為主。(3)鋼鐵發生析氫腐蝕或吸氧腐蝕時，負極都是鐵，失電子生成Fe2＋，而非Fe3＋。化學腐蝕和電化學腐蝕的對比化學腐蝕電化學腐蝕條件現象本質影響因素聯系金屬跟干燥氣體或非電解質液體直接接觸不純金屬或合金跟電解質溶液接觸無電流產生有微弱電流產生金屬被氧化較活潑金屬被氧化與接觸物質的氧化性及溫度有關與電解質溶液的酸堿性及金屬活性有關兩者往往同時發生，電化學腐蝕更普遍(1)實驗1：將經過酸洗除銹的鐵釘用飽和食鹽水浸泡一下，放入下圖所示的具支試管中。幾分鐘后，觀察導管中水柱的變化。實驗4－3現象及原因：實驗1中導管中的水柱上升，鐵釘生銹。說明該過程鐵釘被腐蝕。鐵釘發生的是吸氧腐蝕。實驗結論：裝置中Fe、C、飽和食鹽水構成了Fe-C-飽和食鹽水原電池，Fe作負極，C作正極，飽和食鹽水作電解質溶液，由于NaCl溶液呈中性，發生吸氧腐蝕(2)實驗2:取兩支試管，分別放入兩顆鋅粒和等體積、等濃度的稀鹽酸，觀察現象。然后，向其中一支試管中滴加1～2滴硫酸銅溶液，再觀察現象。現象及原因：開始時試管中均有無色氣體產生，且兩支試管中產生氣泡的速率相等；滴加硫酸銅溶液后①試管產生氣體的速率明顯加快。原因是鋅置換出銅后構成了銅鋅原電池，鋅作負極，腐蝕速率加快。實驗結論：滴加硫酸銅溶液后，裝置中Zn、Cu、稀鹽酸構成了Zn-Cu-稀鹽酸原電池，Zn作負極，Cu作正極，稀鹽酸作電解質溶液，由于稀鹽酸呈酸性，發生析氫腐蝕【比較下列現象的差異】鐵與酸反應，鐵被腐蝕。腐蝕速率較慢。鐵作負極，鐵被腐蝕。腐蝕速率較快。【思考】在新疆吐魯番和海南省兩地，哪個地區鐵生銹相對較慢？新疆吐魯番，因為該地區相對干燥，水分少，而海南地區潮濕多雨，溫度高，易發生電化學腐蝕。二.金屬腐蝕快慢分析影響金屬化學腐蝕速率的因素：①本性：金屬越活潑，越易被腐蝕；②溫度：環境溫度越高，腐蝕速率越快；③濃度：氧化劑濃度越大，腐蝕速率越快。金屬腐蝕快慢的規律1．無論哪種類型的金屬腐蝕，其本質都是金屬被氧化的過程。由于鋼鐵制品通常所處的外部環境干燥程度較低，氧氣的存在又非常廣泛，在相同條件下，原電池反應比一般的氧化還原反應速率快，因此，在鋼鐵的腐蝕類型中主要是電化學腐蝕，其次是化學腐蝕。但是，鋼鐵的腐蝕類型并不單一，一般是電化學腐蝕和化學腐蝕并存，只是有主次之分罷了。2．電化學腐蝕過程中發生的化學反應是原電池反應，有電流產生。3．影響金屬腐蝕的因素包括金屬的本性和介質兩個方面。就金屬本性來說，金屬越活潑，就越容易失去電子而被腐蝕。介質對金屬腐蝕的影響也很大，如果金屬在潮濕的空氣中，接觸腐蝕性氣體或電解質溶液，較容易被腐蝕。

(1)與構成微電池兩極的材料有關。兩極材料的活動性差別越大，氧化還原反應的速率越快，活潑金屬被腐蝕的速度越快。(2)在同一電解質溶液中：電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防腐措施的腐蝕。(3)同一種金屬在相同濃度不同介質中：在強電解質中>弱電解質中>非電解質中(4)有無保護措施的腐蝕快慢順序：無保護措施的金屬腐蝕>有一定保護措施的金屬腐蝕>犧牲陽極的陰極保護法引起的金屬腐蝕>有外加電流的陰極保護法引起的金屬腐蝕。(5)對同一種電解質溶液來說，電解質溶液濃度越大，腐蝕速率越快。注意：在鋼鐵的腐蝕過程中，其電化學腐蝕更嚴重，在電化學腐蝕中，吸氧腐蝕更普遍。4．判斷金屬腐蝕快慢的規律例1:下列各情況下，其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是

。(5)(2)(1)(3)(4)注意：原電池正極、電解池陰極受到保護。結論：在同一電解質溶液中，金屬腐蝕的快慢規律如下：電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞防腐措施的腐蝕例2:下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時間后腐蝕速率由慢到快的順序是(4)(2)(1)(3)(1)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物。(

)(2)銅在酸性較強的溶液中均可發生析氫腐蝕。(

)(3)鋼鐵發生電化學腐蝕時,負極鐵失去電子生成Fe3+。(

)(4)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣。(

)(5)鍍銅鐵制品鍍層受損后,鐵制品比鍍銅前更容易生銹。(

)1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)√××××2．如圖所示，各燒杯中均盛的是海水，鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的順序為(

)A．②①③④⑤⑥

B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥

D．⑤③②④①⑥

解析:②③④均為原電池，③中Fe為正極，被保護；②④中Fe為負極，均被腐蝕，但Fe和Cu的金屬活動性差別大于Fe和Sn的，故Fe-Cu原電池中Fe被腐蝕的較快。⑤是Fe接電源正極作陽極，Cu接電源負極作陰極的電解腐蝕，加快了Fe的腐蝕。⑥是Fe接電源負極作陰極，Cu接電源正極作陽極的電解腐蝕，防止了Fe的腐蝕。根據以上分析可知鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的順序為⑤>④>②>①>③>⑥。C3．下列有關金屬腐蝕的說法中正確的是(

)A．金屬腐蝕指不純金屬與接觸到的電解質溶液進行化學反應而損耗的過程B．電化學腐蝕指在外加電流的作用下不純金屬發生化學反應而損耗的