金属的电化学腐蚀与防护
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第二章金属的电化学腐蚀通常规定凡是进行氧化反应的电极称为阳极;进行还原反应的电极就叫做阴极。
由此表明,作为一个腐蚀电池,它必需包括阴极、阳极、电解质溶液和电路四个不可分割的部分。
而腐蚀原电池的工作历程主要由下列三个基本过程组成:1、阳极过程:金属溶解,以离子的形式进入溶液,并把当量的电子留在金属上;2、阴极过程:从阳极过来的电子被电解质溶液中能够吸收电子的氧化性物质所接受;3、电流的流动:金属部分:电子由阳极流向阴极;溶液部分:正离子由阳极向阴极迁移。
4、腐蚀电池的类型可以把腐蚀电池分为两大类:宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池一、宏观腐蚀电池1)、异金属接触电池2)、浓差电池3)、温差电池二、微观腐蚀电池在金属表面上由于存在许多极微小的电极而形成的电池称为微电池。
微电池是因金属表面的电化学的不均匀性所引起的1、金属化学成分的不均匀性2、组织结构的不均匀性3、物理状态的不均匀性4、金属表面膜的不完整性当参与电极反应的各组分活度(或分压)都等于1,温度规定为25 C,这种状态称为标准状态,此时,平衡电位Ee等于E0,故E0称为标准电位。
由于通过电流而引起原电池两极间电位差减小并因而引起电池工作电流强度降低的现象,称为原电池的极化作用。
当通过电流时阳极电位向正的方向移动的现象,称为阳极极化。
当通过电流时阴极电位向负的方向移动的现象,称为阴极极化。
消除或减弱阳极和阴极的极化作用的电极过程称为去极化作用或去极化过程根据控制步骤的不同,可将极化分为两类:电化学极化和浓度极化极化分类:电化学极化:电子转移步骤最慢为控制步骤所导致浓度极化:电子转移步骤快,而反应物从溶液相中向电极表面运动成产物自由电极表面向溶液相内部运动的液相传质成为控制步骤电阻极化:电流通过电解质溶液和电极表面的某种类型膜而产生的欧姆降。
产生阳极极化的原因:1、阳极的电化学极化2、阳极的浓度极化3、阳极的电阻极化。
析氢腐蚀以氢离子作为去极化剂的腐蚀过程,称为氢离子去极化腐蚀吸氧腐蚀以氧作为去极化剂的腐蚀过程,称为氧去极化腐蚀氢去极化腐蚀的特征1、阴极反应的浓度极化小,一般可以忽略。
第四章第四节金属的电化学腐蚀与防护一、金属的腐蚀1. 金属腐蚀:是指金属或合金跟接触的气体或液体发生反应而腐蚀损耗的过程。
ne-⑴金属腐蚀的本质:金属原子金属阳离子M —ne- →M n+(反应)二、化学腐蚀与电化学腐蚀的区别化学腐蚀电化学腐蚀共同点M – xe- = M x+ M – xe- = M x+不同点(1)金属与氧化剂直接得失电子利用原电池原理得失电子(2)反应中不伴随电流的产生反应中伴随电流的产生(3)金属被氧化活泼金属被氧化电化学腐蚀是指________金属跟________溶液接触时,发生_________反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化,这种腐蚀叫电化学腐蚀。
⑴析氢腐蚀:当钢铁处于酸性环境中负极:正极:总反应:Fe + 2H+ =Fe2+ + H2↑⑵吸氧腐蚀:中性或酸性很弱条件下负极:正极:总反应:2Fe+ O2 +2 H2O =2Fe(OH)2生成的Fe(OH)2被空气中的O2氧化,形成Fe(OH)3,Fe(OH)3脱去一部分水就生成______,它是铁锈的主要成分。
二、金属的电化学防护1. 牺牲阳极的阴极保护法2. 外加电流的阴极保护法3. 金属防护的几种重要方法⑴在金属表面覆盖保护层。
⑵改变金属内部的组成结构,制成合金。
⑶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。
练一练:1、如右图所示,铁处于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种不同的环境中,铁被腐蚀的速率由大到小的顺序是(填序号) 。
2、下列各情况,Fe 片被腐蚀由快到慢的是巩固提高: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Fe 2O 3·H 2OA. 都正确B. ①③C. ①D. ②③2.X 、Y 、Z 、M 代表四种金属,金属X 和Z 用导线连接放入稀硫酸中时,X 溶解,Z 极上 有氢气放出;若电解Y 2+离子和Z 2+离子共存的溶液时,Y 先析出;又知M 2+离子的氧化性 强于Y 2+离子。
金属的电化学腐蚀与防护知识与技能目标(1)知道金属腐蚀的两种类型(化学腐蚀和电化学腐蚀)。
(2)能解释金属发生电化学腐蚀的原因,认识金属腐蚀的危害。
(3)掌握化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 (4)掌握影响金属腐蚀快慢的比较 一、金属的电化学腐蚀 (一)金属腐蚀:1、定义: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过程。
2、本质:M – ne- → Mn+(氧化反应)3、类型:化学腐蚀——直接反应 电化学腐蚀——原电池反应 (二)化学腐蚀1、定义:金属与接触到的干燥气体(如 、 、 等)或非电解质液体(如 )等直接发生化学反应而引起的腐蚀。
如:钢管被原油中的 腐蚀,2、影响因素:与接触物质的氧化性越强、温度越高,化学腐蚀越 。
(三)电化学腐蚀:1、定义:不纯的金属跟电解质溶液接触时。
会发生 反应 的金属失去电子而被 。
如 在潮湿的空气中生锈。
[实验探究]:将经过酸洗除锈的铁钉,用饱和食盐水浸泡一下,放入下图具支试管中,观察导管中2、类型:⑴ 吸氧腐蚀:中性或酸性很弱或碱性条件下,易发生 腐蚀。
负极:2Fe - 4e- = 2Fe 2+正极:O 2 + 2H 2O + 4e-= 4OH -电池反应:2Fe+ O 2 +2 H 2O =2Fe(OH)2 进一步反应:4Fe(OH)2 +O 2 + 2H 2O = 4 Fe(OH)32Fe(OH)3+ x H 2O =Fe 2O 3·xH 2O+3 H 2O ⑵析氢腐蚀:当钢铁处于酸性环境中 负极:Fe - 2e - = Fe 2+正极:2H ++ 2e- =H 2↑电池反应:Fe + 2H +=Fe 2++ H 2↑食盐水 浸泡过 的铁钉⑶析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条 件 水膜呈 水膜呈负极(Fe 极)电极反应正极(C 极)总反应联系3、化学腐蚀与电化学腐蚀的比较:例1、如图, 水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天观察:⑴若液面上升,则溶液呈 性, 发生 腐蚀,电极反应式为:负极: 正极:⑵若液面下降,则溶液呈 性,发生 腐蚀, 电极反应式为:负极: 正极:例2、钢铁在锈蚀过程中,下列5种变化可能发生的是 ( ) ①Fe 由+2价转化为+3价 ②O 2被还原 ③产生H 2 ④F e (O H )3失水形成Fe 2O 3·H 2O ⑤杂质碳被氧化除去A . ①②B . ③④C . ①②③④D . ①②③④⑤ 二、金属的电化学防护 1、牺牲阳极的阴极保护法原电池的负极(阳极)的金属被腐蚀原电池的正极(阴极)的金属被保护⑴原理:形成原电池反应时,让被保护金属做 极,不反应,起到保护作用;而活泼金属反应受到腐蚀。
金属的电化学腐蚀与防护在我们的日常生活和工业生产中,金属材料无处不在,从建筑结构中的钢铁到电子产品中的微小零部件,金属的应用极其广泛。
然而,金属材料面临着一个严重的问题——电化学腐蚀。
这种腐蚀现象不仅会导致金属材料的性能下降,缩短其使用寿命,还可能引发安全隐患和巨大的经济损失。
因此,了解金属的电化学腐蚀机制以及掌握有效的防护方法至关重要。
首先,我们来了解一下什么是金属的电化学腐蚀。
简单来说,电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中形成原电池,从而发生氧化还原反应导致金属腐蚀的过程。
在这个过程中,金属原子失去电子变成金属离子,进入溶液中,而电子则通过金属导体传递到另一个区域,与溶液中的氧化剂发生反应。
为了更清楚地理解电化学腐蚀,让我们以铁在潮湿空气中的生锈为例。
当铁暴露在潮湿的空气中时,表面会吸附一层薄薄的水膜,这层水膜中溶解了氧气和二氧化碳等物质,形成了电解质溶液。
铁中的杂质(如碳)与铁形成了无数微小的原电池。
在这些原电池中,铁作为负极失去电子,发生氧化反应:Fe 2e⁻= Fe²⁺。
电子通过铁传递到杂质处,氧气在杂质处作为正极得到电子,发生还原反应:O₂+ 2H₂O + 4e⁻= 4OH⁻。
生成的 Fe²⁺与 OH⁻结合形成氢氧化亚铁,氢氧化亚铁进一步被氧化为氢氧化铁,最终形成铁锈。
电化学腐蚀的类型多种多样,常见的有析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
析氢腐蚀通常发生在酸性较强的环境中,例如酸洗车间。
在这种环境下,氢离子作为氧化剂得到电子生成氢气。
而吸氧腐蚀则更为常见,如上述铁在潮湿空气中的生锈就属于吸氧腐蚀,氧气作为氧化剂参与反应。
金属电化学腐蚀的影响因素众多。
首先是金属的本性,不同的金属在相同的环境中腐蚀速率可能相差很大。
一般来说,化学性质越活泼的金属越容易发生腐蚀,例如钾、钠等活泼金属在空气中极易被氧化。
其次,电解质溶液的性质也起着关键作用。
溶液的酸碱度、离子浓度、导电性等都会影响腐蚀的速率。