腐蚀与防护概论第四章 工业及自然环境中的腐蚀

《材料腐蚀与防护》习题与思考题第一章绪论1．何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？2．表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？3．镁在海水中的腐蚀速度为 1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚？若铅以这个速度腐蚀，其ϖ深(mm/a)多大？4．已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度ϖ失和ϖ深。

问铁在此介质中是否耐蚀？第二章电化学腐蚀热力学1．如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向？如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向？2．何谓电势-pH图？举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。

3．何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。

4．金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？5．a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势（相对于SHE）。

b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。

6．当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀？7．Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应？当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止？第三章电化学腐蚀反应动力学1．从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。

2．在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？3．浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？4．混合电位理论的基本假说是什么？它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？5．何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。

6．试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。

7．何谓腐蚀电势？试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。

8．铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V（相对1mol/L甘汞电极）时的氢过电势是多少？9．Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V（相对1mol/L甘汞电极），计算该电极的极化值。

第四章金属在自然环境中的腐蚀与防护本章主要讨论金属在大气、海水、土壤这三种主要的自然环境中金属腐蚀的特征、规律、影响因素以及防护方法等有关内容。

第一节大气腐蚀一、大气腐蚀的概念及研究意义金属在常温大气中，由于空气中的水和氧等的化学和电化学作用而引起的腐蚀称为大气腐蚀。

大气腐蚀是一种常见的腐蚀现象，如钢铁在空气中的生锈即属于此类腐蚀。

在大气中使用的钢材量一般超过全世界钢产量的60%，厂房的钢梁、桥梁、钢轨、各种机械设备、车辆、电工产品、石油石化中的大部分生产设备以及武器装备等金属材料都是在大气环境下使用的。

据估计因大气腐蚀损失的金属约占总的腐蚀损失量的一半以上。

因此研究大气腐蚀的现象和规律，了解大气腐蚀的机理和影响因素，以及金属材料的耐大气腐蚀性能以及防止大气腐蚀的方法，都对节省能源、保护资源等具有重要的意义。

二、大气腐蚀分类㈠大气腐蚀的相关概念1．大气及其组成地球表面上自然状态的空气称为大气。

大气是组成复杂的混合物，其主要成分见表4-1。

表4-1 大气的基本组成（不包括杂质，10℃）2．绝对湿度和相对湿度参与金属大气腐蚀过程的主要组成是氧和水蒸汽。

二氧化碳虽参与锌和铁等某些金属的腐蚀过程，形成腐蚀产物的碳酸盐，但它的作用是次要的。

氧在大气腐蚀中主要是参与电化学腐蚀过程。

空气中的氧溶于金属表面存在的电解液薄层中作为阴极去极化剂，而金属表面的电解液层由大气中的水蒸汽所形成。

大气中的水分常用湿度来表示：①绝对湿度：一立方米大气中的水汽含量（g/m3）；一定温度下大气的最高绝对湿度叫做大气的饱和水蒸汽量。

②相对湿度（RH）：大气中的绝对湿度与同温度下的饱和水蒸汽量之比。

㈡大气腐蚀的分类按照金属表面的潮湿度不同，也就是按照电解液膜层的存在和状态不同，可把大气腐蚀分为三类：1. 干大气腐蚀在干燥大气中（通常RH< 60％--80％）金属表面不存在液膜时的腐蚀，这种腐蚀属于化学腐蚀中的常温氧化。

其特点是金属表面形成不可见的保护膜。

第4章非金属材料的腐蚀4.1 高分子材料的腐蚀4.2 无机非金属材料的腐蚀高聚物的化学结构聚集态结构配方条件物理因素化学因素生物因素内因外因高分子材料老化的原因银纹裂缝银纹和裂缝示意图银纹是由高聚物细丝和贯穿其中的空洞所组成。

介质向空洞加剧渗透和应力的作用，又使银纹进一步发展成裂缝。

裂缝的不断发展，可能导致材料的脆性破坏，使长期强度大大降低。

聚合物银纹体裂缝银纹发展成裂缝示意图（2）影响环境应力开裂的因素高分子材料的性质环境介质的性质试验条件：结晶度、杂质、缺陷等：溶度参数差值：试件的几何尺寸、加工条件、浸渍时间、外加应力等微生物能够降解天然聚合物，而人造的聚合物一般是很耐微生物腐蚀的。

但大多数添加剂如增塑剂、稳定剂和润滑剂等低分子材料，易受微生物降解。

4.1.4.8 微生物腐蚀微生物腐蚀的防护：化学改性抑制剂（杀菌剂）改善环境4.2.3 典型材料的腐蚀形式4.2.3.1 玻璃二氧化硅玻璃碱金属硅酸盐玻璃钠钙玻璃硼硅酸盐玻璃铝硅酸盐玻璃铅玻璃硅氧改性阳离子1改性阳离子2中间体阳离子(a)无规则的网络结构（玻璃）(b)多种阳离子的玻璃结构玻璃结构二维示意图溶解水解玻璃的腐蚀玻璃的风化选择性腐蚀（1）溶解pH玻璃的可溶SiO 2与pH 值之间的关系w S i O 2/%（3）玻璃的风化①吸附大气中的水，在表面形成一层水膜；②NaOH OH Si O H Na O Si +−≡⎯⎯⎯→⎯+−−≡离子交换2w SiO2/%w B 2O3/%Na 2O4.2.3.2 混凝土{浸析腐蚀化学反应引起的腐蚀水或水溶液从外部渗入混凝土结构，溶解其易溶的组分，从而破坏混凝土。

水或水溶液在混凝土表面或内部与混凝土某些组元发生化学反应，而引起混凝土的破坏。

腐蚀与防护《腐蚀与防护》课程教学大纲一、课程性质本课程是应用化学的专业选修课，有助于学生拓展知识面，更好的开展科研、生产专业学习。

通过介绍工业生产过程中产生的各种腐蚀过程及其原理，各种防腐蚀技术，腐蚀试验方法等，使学生熟悉企业不同生产过程中所产生的各种腐蚀，充分了解如何对其进行有效的防护。

二、教学目的本课程是化学工程专业一门应用性较强的专业课程。

主要目的是使学生了解材料发生各种腐蚀的基本规律及作用机理，掌握材料腐蚀的评价方法。

控制原理及防腐技术，并能够结合材料的成分与结构特征，分析耐腐蚀材料的设计及其热处理原理。

三、教材教参教参1. 王增品，姜安玺，腐蚀与防护工程高等教育出版社，19912. 美国腐蚀工程师协会编，腐蚀与防护技术基础，冶金工业出版社，19873. 化学工业部化工机械研究院主编，腐蚀与防护手册，化学工业出版社，19914. 尤里克，腐蚀与腐蚀控制，石油工业出版社，19965. 张远声，腐蚀破坏事故,100例，化学工业出版社，20016. 王保成，材料腐蚀与防护(21世纪全国高等院校材料类创新型应用人才培养规划教材)，北京大学出版社，2012四、教学方式本课程以课堂讲授为主、自学和讨论为辅的方式组织教学，适当使用多媒体课件进行教学，增大课堂容量，在有限的学时内取得最佳的教学效果。

五．教学内容及时数根据化学本科专业人才培养方案，本课程共1.5学分，总的教学时数为27学时，具体如下：第一章腐蚀与防护概论（2学时）基本内容：腐蚀的定义、分类，影响腐蚀的因素及腐蚀的普遍性与严重性。

腐蚀防护的意义，腐蚀与防护工作概况，防腐蚀方法。

防腐蚀设备的使用与保养；防腐蚀工作中劳动保护。

基本要求：掌握工业生产过程中的各种腐蚀及其具体的分类情况，了解腐蚀对环境所带来的危害，理解腐蚀防护的意义和方法。

重点：清晰的了解工业生产过程中所产生的不同类型的腐蚀，重点掌握影响腐蚀的因素，包括内因与外因。

难点：正确理解腐蚀的概念，各种防腐蚀方法的概念，掌握防腐蚀设备的保养。

腐蚀与防护第一大题填空题（每空1分，共10分）1．金属钝化理论可用成相膜理论和（吸附理论）来解释。

2．应力腐蚀断裂是金属在（拉伸应力和腐蚀介质）的共同作用下产生的破坏。

3. 根据腐蚀倾向的热力学判据，金属发生腐蚀的电化学判据为（(△G)T,P＜0 ）。

4．在酸性溶液的电化学反应中，溶解氧发生还原反应，其反应方程式为（O2+4H++4e→2H2O ）。

5．氧去极化腐蚀速度主要取决于（溶解氧向电极表面的传递速度和氧在电极表面的放电速度）。

6．在氧去极化的电化学反应中，对于敞开体系，当温度升高时，腐蚀速度（降低）。

7．产生严重大气腐蚀的条件是：（潮湿环境与盐分）。

8．点蚀通常发生在（有钝化膜）金属表面上，并且介质条件为（含有Cl-离子）。

9．缝隙腐蚀发生应满足的条件为：（氧浓差电池与闭塞电池自催化效应共同作用）。

第二大题名词解释题（每题2分，共10分）1．Cathodic polarisation在电流通过时，阴极电极电位偏离平衡电位，向负方向移动。

2．缝隙腐蚀由于缝隙的存在，使缝隙内溶液中与腐蚀有关的物质迁移困难而引起缝隙内金属的腐蚀的现象。

3．Mixed potential指腐蚀过程可分为两个或两个以上的氧化反应和还原反应，且反应过程不会有净电荷的积累，也称为自腐蚀电位。

4．局部腐蚀是指仅局限或集中在金属的某一特定部位的腐蚀，其腐蚀速度远大于其他部位的腐蚀速度。

5．保护电位在阳极极化曲线中，在极化电流上升时进行回扫，与正扫曲线相交，此点的电位称为保护电位。

第三大题简述题（每题4分，共16分）1．腐蚀极化图不能由实验直接测定，试画图说明使用Tafel极化曲线反推法如何得到腐蚀极化图。

测得Tafel曲线后，将两条曲线做切线，切线交点为S，过S做平行线，得Ecorr。

将S与两平衡电位，EO,A，EO,C连接起来就得到腐蚀极化图。

2．简述电化学腐蚀与化学腐蚀的区别。

电化学腐蚀所在环境要有电解液，阴阳极反应可以不在同一区域上发生，通过导线导电，化学能转变为电能，破坏金属。

《金属的腐蚀与防护》教学设计本节内容选自人教版高中化学选修4第四章第4节《金属的电化学腐蚀与防护》，本节知识用时二课时，本设计为第一课时。

以省级重点中学某平行班高二学生为教学对象。

一、教学设计思路分析1、教材分析本节课的地位和作用：金属腐蚀是生活、生产中常见的现象，与社会的发展息息相关。

它不但造成了巨大的资源的浪费，也给国民经济造成巨大的损失。

因此，我们要了解金属腐蚀的危害，掌握其原理，从而寻找对应的解决办法而达到节约资源的目的。

这一课题主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀的原理等知识。

它巩固了氧化还原反应、离子反应、原电池的知识。

金属的腐蚀是研究化学反应与能量具体直观的体现，为学习金属的防护打下基础。

教材重点：电化学腐蚀（析氢腐蚀和吸氧腐蚀）的本质。

教材难点：析氢腐蚀、吸氧腐蚀的原理2、学情分析本节课之前学生已经初步学习了氧化还原反应、离子反应、原电池的原理等,对金属腐蚀有感性认识，只是未归纳、整理、提升到具体腐蚀的条件及原理。

金属腐蚀是生活常见的化学现象。

省重高二平行班学生的知识结构基本清晰，但是在设计实验、观察、记录现象等方面的能力不够全面，往往会遗漏信息，因此在教学中教师要充分发挥引导作用，抛出问题让学生的思路更明了，运用旧知分析新的实验现象，可提高学生的逻辑思维能力。

二、教学方案设计1、教学目标知识与技能：通过情境激趣、实验探究等，分析、归纳、掌握析氢腐蚀和吸氧腐蚀原理。

过程与方法：通过比较不同条件下铁生锈的生活实例，了解“类比”与“对比”在化学学习中的作用和重要性，学会获取知识的方法。

情感、态度与价值观：通过金属腐蚀与生产、生活实际相联系的内容，提高学习兴趣；过了解化学腐蚀的危害性，认识到学习化学的重要性和必要性。

2、教学方法情境法﹑多媒体展示法、实验探究法。

3、教学准备信息素材：全球钢铁腐蚀的数据、潮湿环境下钢铁生锈图片，析氢腐蚀图片、吸氧腐蚀的模拟图片等；实验素材：铁粉、碳粉、10%稀硫酸、10%稀醋酸、红墨水、泡菜水、烧杯、滴定管等；课前分组：依据“同组异质，异组同质”的原则，将全班同学分组。