铁的吸氧腐蚀 析氢腐蚀 电化学腐蚀 化学腐蚀的关系

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金属腐蚀的现象十分复杂，根据金属腐蚀的机理不同，通常可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。

1 化学腐蚀金属材料与干燥气体或非电解质直接发生化学反应而引起的破坏称化学腐蚀。

钢铁材料在高温气体环境中发生的腐蚀，通常属化学腐蚀，在生产实际中常遇到以下类型的化学腐蚀。

a、钢铁的高温氧化钢铁材料在空气中加热时，铁与空气中的02发生化学反应，在570℃以下反应如下：3Fe + 202 Fe304生成的Fe304是一层蓝黑色或棕褐色的致密薄膜，阻止了O2与Fe的继续反应，起了保护膜的作用。

在570℃t22_k生成以FeO为主要成分的氧化皮渣，反应如下：2Fe + O2 2FeO生成的FeO是一种既疏松又极易龟裂的物质，在高温下O2可以继续与Fe反应，而使腐蚀向深层发展。

不仅空气中的氧气会造成钢铁的高温氧化，高温环境中的CO2，水蒸气也会造成钢铁的高温氧化，反应如下：Fe + CO2 FeO + CO；Fe + H2O FeO + H2温度对钢铁高温氧化影响极大，温度升高，腐蚀速率显著增加，因此，钢铁材料在高温氧化性介质（O2，C02，H20等）中加热时，会造成严重的氧化腐蚀。

b、钢的脱碳钢中含碳量的多少与钢的性能密切相关。

钢在高温氧化性介质中加热时，表面的C或Fe3C极易与介质中O2，C02，水蒸气，H2等发生反应：Fe3C（C） + 1/2O2 3Fe + CO； Fe3C（C） + C02 3Fe + 2CO；Fe3C（C） + H20 3Fe + CO + H2； Fe3C（C） + 2H2 3Fe + CH4上述反应使钢铁工件表面含碳量降底，这种现象称为"钢的脱碳"。

析氢腐蚀和吸氧腐蚀都是金属在潮湿的空气中发生的电化学腐蚀的例子。

析氢腐蚀是指金属在酸性环境中发生的腐蚀，例如铁在酸性溶液中发生的腐蚀。

在这个过程中，铁失去电子形成亚铁离子进入电解质溶液，电子经过一段导体到达碳等不活泼电极，溶液中的氢离子结合电子生成氢气。

吸氧腐蚀是指金属在溶有一定量氧气的中性或弱酸性溶液中发生的腐蚀，例如钢铁在潮湿空气中的腐蚀。

在这个过程中，铁失去电子形成亚铁离子进入电解质溶液，电子经过一段导体到达碳等不活泼电极，溶液中的氧离子结合电子生成氧气。

通过观察虚拟仿真电化学装置可以观察到这两个过程的电子的得失及流动过程。

同时可以通过生活中的一些例子理解这两种腐蚀。

比如析氢腐蚀的一个例子是在氢脆化处理的铝制容器中放置硫酸，因为容器壁的铝能够与稀硫酸反应产生氢气，而氢气的存在会导致容器壁的铝发生析氢腐蚀。

而吸氧腐蚀的一个例子是钢铁生锈的过程，因为钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气，此时就会发生吸氧腐蚀，生活中的钢铁腐蚀主要是发生的吸氧腐蚀。

知识点总结3 金属的腐蚀与防护知识点总结三·金属的腐蚀与防护知识点1·金属的腐蚀1. 金属腐蚀的概念（1）金属的腐蚀是指金属或合金与身边环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象。

（2）金属腐蚀的实质：金属原子失去电子被氧化的过程，M -ne - === M n+（M 表示金属）（3）金属腐蚀的类型：化学腐蚀和电化学腐蚀表1 化学腐蚀与电化学腐蚀2. （1）化学腐蚀：4Fe + 3O 2 + 2nH 2O === 2Fe 2O 3·nH 2O （2）电化学腐蚀：吸氧腐蚀和析氢腐蚀① 吸氧腐蚀通常事情下，在潮湿的空气中，钢铁的表面凝聚了一层溶有氧气的水膜，这层水膜、铁和铁中存在少量碳单质形成了无数弱小的原电池。

这些弱小的原电池遍布钢铁表面。

当身边环境呈若酸性或中性时，发生“吸氧腐蚀”。

负极：；正极：。

总反应：。

上述电化学腐蚀中汲取氧气，故称为吸氧腐蚀。

② 析氢腐蚀当钢铁表面水膜呈较强的酸性时，正极析出氢气发生“析氢腐蚀” 负极：；正极：。

总反应：。

上述电化学腐蚀会生成氢气，故称为析氢腐蚀。

（3）铁锈的生成铁锈的要紧成分：Fe 2O 3·nH 2O钢铁在中性或弱酸性条件下发生吸氧腐蚀后，生成的氢氧化亚铁会进一步被O 2氧化，生成氢氧化铁，氢氧化铁部分脱水生成Fe 2O 3·nH 2O （铁锈的要紧成分）。

要紧的化学方程式： 4Fe(OH)2+ 2H 2O+O 2==4Fe(OH)32Fe(OH)3== Fe 2O 3 · nH 2O+(3-n)H 2O知识点2·金属的防护1. 金属防护的原理金属腐蚀的实质是金属原子失去电子被氧化的过程。

防止金属被腐蚀，算是阻断金属发生氧化反应的途径。

2. 金属防护的常用办法：（1）改变金属组成或结构如：将铬、镍加入一般钢里制成别锈钢。

（2）在金属表面覆盖爱护层原理：隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。

电化学腐蚀的方程式：
(1)析氢腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较强时)电化学腐蚀
负极(Fe)：Fe－2eˉ=Fe²+
Fe²+＋2H²O=Fe(OH)²＋2H+
正极(杂质)：2H+＋2eˉ=H²
电池反应：Fe＋2H²O=Fe(OH)²＋H²↑
由于有氢气放出,所以称之为析氢腐蚀。

(2)吸氧腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较弱时)
负极(Fe)：Fe－2eˉ=Fe²+
正极：O²＋2H²O＋4eˉ=4OHˉ
总反应：2Fe＋O²＋2H²O=2Fe(OH)²
由于吸收氧气,所以也叫吸氧腐蚀。

析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的Fe(OH)²被氧所氧化,生成Fe(OH)³脱水生成Fe²O³铁锈。

4Fe(OH)²+O²+2H²O=4Fe(OH)³
钢铁制品在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。

Fe＋2H²O=Fe(OH)²＋H²↑
O²＋2H²O＋4eˉ→4OHˉ
2Fe＋O²＋2H²O=2Fe(OH)²；2H+＋2eˉ→H²
析氢腐蚀主要发生在强酸性环境中,而吸氧腐蚀发生在弱酸性或中性环境中。

第二节金属的腐蚀和防护1.为什么钢铁在潮湿的环境中比在干燥的环境中更容易生锈？提示：不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成微小原电池而发生电化学腐蚀，主要发生吸氧腐蚀，加快了反应速率。

►综合拓展一、化学腐蚀和电化学腐蚀的比较二、吸氧腐蚀与析氢腐蚀的比较（以钢铁腐蚀为例）►尝试应用1.钢铁在很弱的酸性或中性条件下发生电化学腐蚀时，正极的反应式为（C）A.Fe－2e－===Fe2＋B.2H＋＋2e－===H2↑C.2H2O＋O2＋4e－===4OH－D.Fe－3e－===Fe3＋解析：考查金属的电化学腐蚀的实质。

钢铁中含有多种杂质，在考虑钢铁的电化学腐蚀时，为了简化问题，主要讨论碳杂质问题，也就是以Fe为负极，C为正极的原电池反应。

在中性条件或弱酸性条件下发生的是吸氧腐蚀，原电池的正极为C，发生还原反应，即得电子反应，故A、D两项应排除，在B、C两项中，B项是析氢腐蚀的电极反应式，所以C项符合题意。

金属的防护2.镀锌铁与镀锡铁的镀层破损后，哪个更耐腐蚀？提示：镀锌铁更耐腐蚀，因为发生电化学腐蚀时，锌比铁活泼，因此适合作原电池的负极，失去电子被氧化，从而保护了铁。

而锡不如铁活泼，当镀锡铁镀层破损后，铁做负极，失去电子被氧化。

►综合拓展三、金属的防护1.保持金属表面清洁干燥。

2.金属表面涂抹油漆等保护层。

3.改变金属内部结构，如制成合金。

4.通过化学方法使其表面形成保护层，如电镀、形成氧化膜等。

5.电化学防护法——牺牲阳极的阴极保护法。

电化学防护法应用原电池原理，让被保护金属作为正极，另找一种活动性较强的金属作为负极。

例如在锅炉内壁、船舶外壳装上若干锌块，就可保护钢铁设备。

发生的电极反应：负极：2Zn－4e－===2Zn2＋；正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

锌块不断被腐蚀，可定期拆换，使铁得到保护。

►尝试应用2.下列做法不能起防锈作用的是（A）A.保留铁制品上的铁锈B.在铁制品表面镀锌C.在金属机械上涂油D.在车、船的表面刷油漆解析：铁锈是比较疏松的氧化膜，容易保存一些水分，形成电解质溶液加速铁的腐蚀，不能起到防锈的作用。

析氢腐蚀和吸氧腐蚀的条件当负极与电解质溶液不反应时，会发生吸氧腐蚀或析氢腐蚀①吸氧腐蚀：中性或弱酸性介质正极：2H2O +O2 +4e====4OH- 负极：Fe --- 2e ===Fe2+②析氢腐蚀: 酸性介质正极：2H+ + 2e ==== H2 负极：Fe --- 2e===Fe2+解释：①析氢腐蚀，在酸性较强的溶液中金属发生电化学腐蚀时放出氢气，这种腐蚀叫做析氢腐蚀。

在钢铁制品中一般都含有碳。

在潮湿空气中，钢铁表面会吸附水汽而形成一层薄薄的水膜。

②吸氧腐蚀是指金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属表面水膜中而发生的电化学腐蚀。

吸氧腐蚀的阴极去极化剂是溶液中溶解的氧。

扩展资料：吸氧腐蚀是金属在空气中最普遍发生的一种腐蚀方式，在酸性、碱性和中性条件下都能发生作用。

发生机理是由于金属表面有水分，后通过原电池原理发生作用，使得金属（如：钢铁）被空气中的氧气腐蚀，产生生锈，由于此过程中需要消耗氧气，故名为：吸氧腐蚀或者耗氧腐蚀。

发生析氢腐蚀的体系标准电位很负的活泼金属大多数工程上使用的金属，如Fe正电性金属一般不会发生析氢腐蚀。

但是当溶液中含有络合剂时，正电性金属（如Cu，Ag）也可能发生析氢腐蚀。

⑴pH < 3时，阴极反应受活化极化控制。

⑵在弱氧化性和非氧化性酸溶液中，在反应速度不是很大时，阳极反应亦受活化极化控制。

⑶Fe在酸溶液中的腐蚀形态，一般是均匀腐蚀。

所以，Fe在酸溶液中的腐蚀可以当作均相腐蚀电极处理，作为活化极化控制腐蚀体系的典型例子。

1 阴极极化控制如Zn在稀酸溶液中的腐蚀。

因为Zn是高氢过电位金属，故为阴极极化控制。

其特点是腐蚀电位与阳极反应平衡电位靠近。

对这种类型的腐蚀体系，在阴极区析氢反应交换电流密度的大小将对腐蚀速度产生很大影响。

2 阳极极化控制只有当金属在酸溶液中能部分钝化，造成阳极反应阻力大大增加，才能形成这种控制类型。

有利于阳极钝化的因素使腐蚀速度减小。

红热的铁丝与水接触，外表形成蓝黑色的保护层，这属于化学腐蚀还是电化学腐蚀金属腐蚀的现象十分复杂,根据金属腐蚀的机理不同,通常可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类.1 化学腐蚀金属材料与枯燥气体或非电解质直接发生化学反响而引起的破坏称化学腐蚀.钢铁材料在高温气体环境中发生的腐蚀,通常属化学腐蚀,在生产实际中常遇到以下类型的化学腐蚀.a.钢铁的高温氧化钢铁材料在空气中加热时,铁与空气中的02发生化学反响,在570℃以下反响如下:3Fe + 202 Fe304生成的Fe304是一层蓝黑色或棕褐色的致密薄膜,阻止了O2与Fe的继续反响,起了保护膜的作用.在570℃t22_k生成以FeO为主要成分的氧化皮渣,反响如下:2Fe + O2 2FeO生成的FeO是一种既疏松又极易龟裂的物质,在高温下O2可以继续与Fe反响,而使腐蚀向深层开展.不仅空气中的氧气会造成钢铁的高温氧化,高温环境中的CO2,水蒸气也会造成钢铁的高温氧化,反响如下:Fe + CO2 FeO + CO;Fe + H2O FeO + H2温度对钢铁高温氧化影响极大,温度升高,腐蚀速率显著增加,因此,钢铁材料在高温氧化性介质(O2,C02,H20等)中加热时,会造成严重的氧化腐蚀.b.钢的脱碳钢中含碳量的多少与钢的性能密切相关.钢在高温氧化性介质中加热时,外表的C或Fe3C极易与介质中O2,C02,水蒸气,H2等发生反响:Fe3C(C) + 1/2O2 3Fe + CO; Fe3C(C) + C02 3Fe + 2CO;Fe3C(C) + H20 3Fe + CO + H2; Fe3C(C) + 2H2 3Fe + CH4上述反响使钢铁工件外表含碳量降底,这种现象称为"钢的脱碳".钢铁工件外表脱碳后硬度和强度显著下降,直接影响零件的使用寿命,情况严重时,零件报废,给生产造成很大的损失.c.氢脆含氢化合物在钢材外表发生化学反响,例如:酸洗反响: FeO + 2HCl = FeCl2 + H20Fe + 2HCl = FeCl2 + 2H硫化氢反响: Fe + H2S = FeS + 2H高温水蒸气氧化: Fe + H20 = FeO + 2H这些反响中产生的氢,初期以原子态存在,原子氢体积小,极易沿晶界向钢材的部扩散,使钢的晶格变形,产生强大的应力,降低了韧性,引起钢材的脆性.这种破坏过程称为"氢脆".合成氨,合成甲醇,石油加氢等含氢化合物参与的工艺中,钢铁设备都存在着氢脆的危害,特别对高强度钢铁构件的危害更应引起注意.d.高温硫化钢铁材料在高温下与含硫介质(硫,硫化氢等)作用,生成硫化物而损坏的过程称"高温硫化",反响如下:Fe + S = FeS ; Fe + H2S = FeS + H2高温硫化反响一般在钢铁材料外表的晶界发生,逐步沿晶界向部扩展,高温硫化后的构件,机械强度显著下降,以至整个构件报废.在采油,炼油及高温化工生产中,常会发生高温硫化腐蚀,应该引起注意.e.铸铁的肿胀腐蚀性气体沿铸铁的晶界,石墨夹杂物和细微裂缝渗入到铸铁部并发生化学作用,由于所生成的化合物体积较大,因此,不仅引起铸铁构件机械强度大大降低,而且构件的尺寸也显著增大,这种破坏过程称为"铸铁的肿胀".实践证明,加热的最高温度超过铸铁的相变温度时,肿胀现象会大大加强.阳极反响:Fe - 2e = Fe2+阴极反响:2H+ + 2e = H2水膜中H+在阴极得电子后放出H2,H20不断电离,OH-浓度升高并向整个水膜扩散,使Fe2+与OH-相互结合形成Fe(OH)2沉淀.Fe(OH)2还可继续氧化成Fe(OH)3:4Fe(OH)2 + 2H20 + O2 = 4Fe(OH)3Fe(OH)3可脱水形成nFe203·mH20,nFe203·mH20是铁锈的主要成分.由于这种腐蚀有H2析出,故称为"析氢腐蚀".水溶液常溶有O2,它比H+离子更容易得到电子,在阴极上进展反响.阴极反响: 02 + 2H20 + 4e = 40H-阳极反响: Fe - 2e = Fe2+阴极产生的OH-及阳极产生的Fe2+向溶液中扩散,生成Fe(OH)2,进一步氧化生成Fe(OH)3,并转化为铁锈.这种腐蚀称为吸氧腐蚀.在较强酸性介质中,由于H+浓度大,钢铁以析氢腐蚀为主;在弱酸性或中性介质中,发生的腐蚀是吸氧腐蚀.影响金属电化学腐蚀的因素很多,首先是金属的性质,金属越活泼,其标准电极电势越低,就越易腐蚀.有些金属,例如Al,Cr等,虽然电极电势很低,但可生成一层氧化物薄膜,严密地覆盖在金属外表上,阻止了腐蚀继续进展.如果氧化膜被破坏,那么很快被腐蚀.其次,金属所含的杂质如果比金属活泼,那么形成的微电池,以金属为阴极便不易被腐蚀.如果杂质比金属不活泼,那么金属成为微电池的阳极而被腐蚀.b.土壤腐蚀土壤是一类具有毛细管的多孔性物质,空隙中充满了空气和水,土壤中含有的盐类溶解在水中,成为电解质溶液,因此,埋设在土壤中的油,气,水管道及金属设备,具备了形成电化学腐蚀的条件而发生腐蚀损坏,以致管道穿孔,漏水,漏油,漏气,电讯发生故障,造成严重危害.而且这些管线埋设在地下,检修十分困难,给国民经济造成严重损失.土壤腐蚀是一种情况比拟复杂的腐蚀过程.土壤中各局部含氧量不同,不同区域土壤的不均匀性,金属零件或管材在土壤中埋没的深度不同,土壤的温度,酸度,含盐量,透气性,温度等情况的差异,均影响腐蚀电池的工作特性,甚至土壤中的微生物对金属腐蚀也有影响.因此,埋设在地下的设备及管道必须采取严格的防腐蚀措施,以尽量减少损失.c.海水腐蚀海水是含盐浓度极高的天然电解质溶液,金属结构部件在海水中的腐蚀情况,除一般电化学腐蚀外,还有其特殊性.(1)氯离子是具有极强腐蚀活性的离子,以致使碳钢,铸铁,合金钢等材料的外表钝化失去作用,甚至对高镍铬不锈钢的外表钝化状态,也会造成严重腐蚀破坏.(2)海浪的冲击作用,对构件外表电解质溶液起了搅拌和更新作用,同时海浪的冲涮使已锈蚀的锈层脱落,加速了腐蚀的进度.(3)金属结构部件外表海生生物的生长(如船舷的水下局部)能严重破坏原物体的保护层 (如油漆)使构件受到腐蚀破坏,同时海生生物的代产物(含有硫化物)使金属构件的腐蚀环境进一步恶化,导致了腐蚀作用的加剧.由于一般电化学腐蚀因素及上述情况的综合影响,浸人海水中的金属结构部件最严重的腐蚀区域分布在较水线略高的水的毛细管上升区域,在这个区域多种加速腐蚀因素同时作用着,造成了十分严重的腐蚀后果.不仅是浸人海水中的金属结构部件受到严重的腐蚀,在沿海地区安置的金属结构部件受大气中的潮湿盐雾的影响,也会受到十分严重的腐蚀.钛,锆,铌,钽是一类很好的耐海水腐蚀材料,但价格昂贵,使用受到一定的限制.d.常见的局部腐蚀材料及设备是一个协作运作的整体,某一区域的局部破坏将导致整个设备的运行故障,甚至造成整个设备的报废,特别是飞机,海轮,海上钻井平台机械等,由于局部破坏会造成不堪设想的后果,因此,局部腐蚀是最危险的一类腐蚀,务必引起工程技术人员的密切关注.常见的局部腐蚀有以下几种:(1)电偶腐蚀异种金属在同一电解质中接触,由于金属各自的电势不等构成腐蚀电池,使电势较低的金属首先被腐蚀破坏的过程,称接触腐蚀或双金属腐蚀.例如,某一铁制容器以镀锡保护,表层的锡被擦伤后造成Sn-Fe原电池的破坏,其中(Fe2+/Fe3+)较低,铁为阳极,受到损坏,以致穿孔,使整个设备损坏.因此,在这种条件下外表一旦损坏必须立即采取措施 (修补涂层)以防造成严重后果.(2)小孔腐蚀在金属外表的局部区域,出现向深处开展的腐蚀小孔,其余地区不腐蚀或腐蚀很轻微,这种腐蚀形态称为小孔腐蚀,简称孔蚀或点蚀.在空气中能发生钝化的金属(合金),如不锈钢,铝和铝合金等在含氯离子的介质中,经常发生孔蚀.碳钢在含氯离子的水中亦会出现孔蚀的情况.(3)缝隙腐蚀金属部件在介质中,由于金属与金属或金属与非金属之间形成特别小的缝隙(宽度在0.025~0.1 mm之间),使缝隙介质处于滞流状态,引起缝金属的腐蚀,称为缝隙腐蚀. 开场时,吸氧腐蚀在缝隙外均进展.因滞流,缝消耗的氧难以得到补充,缝,外构成了宏观氧浓差电池,缝缺氧为阳极,缝外富氧为阴极.随着蚀坑的深化,扩展,腐蚀力口速进展.(4)选择性腐蚀合金在腐蚀过程中,腐蚀介质不是按合金的比例侵蚀,而是发生了其中某成分(一般为电势较低的成分)的选择性溶解,使合金的组织和性能恶化,这种腐蚀称为选择性腐蚀.如黄铜(30%Zn和70%Cu组成)的脱锌腐蚀等.(5)应力腐蚀当金属中存在应力或在固定外应力的作用下,都能促使腐蚀过程的进展.这种由于,外应力的作用引起的腐蚀称应力腐蚀.例如长期处于拉应力作用下的紧固钢丝绳索,就比拟容易受到腐蚀.机械零件的机械加工也能产生较大的应力,这些应力集中区域极易发生腐蚀损坏.应力的存在使晶格发生畸变,原子处于不稳定状态,能量升高,电极电势下降,在腐蚀电池中成为阳极而首先受到破坏.因此,在金属材料和设备的加工和使用中,要及时采取措施,消除应力,防止产生应力腐蚀而引起的破坏.假设金属材料在固定方向拉应力的连续作用下,应力腐蚀的结果造成材料的开裂,称应力腐蚀开裂,这是一种破坏性十分严重的腐蚀后果,必须引起注意.合成纤维特点：吸水性好吗，弹性好吗，耐磨耐化学腐蚀吗，透气性好吗纤维分为天然纤维和化学纤维，化学纤维又分为人造纤维和合成纤维。