第10讲 金属的电化学腐蚀

《金属的电化学腐蚀与防护》讲义一、金属腐蚀的危害在我们的日常生活和工业生产中，金属材料无处不在。

从小小的螺丝钉到庞大的桥梁建筑，金属都发挥着至关重要的作用。

然而，有一个“敌人”始终威胁着金属的稳定存在，那就是腐蚀。

金属腐蚀会带来诸多严重的危害。

首先，它会导致金属材料的强度降低，使得原本坚固的结构变得脆弱不堪。

比如，一座长期遭受腐蚀的桥梁，可能会在某一天突然坍塌，造成无法估量的生命和财产损失。

其次，腐蚀会增加设备的维修和更换成本。

工厂里的机器设备如果经常受到腐蚀，就需要频繁地进行维修，甚至提前更换，这无疑会增加企业的生产成本，降低生产效率。

再者，金属腐蚀还可能造成环境污染。

一些腐蚀产物可能是有毒有害物质，它们进入土壤、水源，会对生态环境造成破坏。

二、金属电化学腐蚀的原理要理解金属的电化学腐蚀，我们首先得明白什么是电化学。

简单来说，电化学就是研究电能和化学能相互转化的一门科学。

当金属与周围的电解质溶液接触时，就可能发生电化学腐蚀。

这主要包括两种常见的类型：吸氧腐蚀和析氢腐蚀。

吸氧腐蚀通常在中性或弱酸性环境中发生。

以铁为例，铁会失去电子变成亚铁离子进入溶液：Fe 2e⁻＝ Fe²⁺。

同时，空气中的氧气在水的作用下得到电子，生成氢氧根离子：O₂＋ 2H₂O ＋ 4e⁻＝ 4OH⁻。

亚铁离子和氢氧根离子进一步反应，生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁再被氧化为氢氧化铁，最终形成铁锈。

析氢腐蚀则常见于酸性较强的环境。

还是以铁为例，铁失去电子：Fe 2e⁻＝ Fe²⁺，同时溶液中的氢离子得到电子生成氢气：2H⁺＋2e⁻＝ H₂↑。

三、影响金属电化学腐蚀的因素金属电化学腐蚀的速率和程度受到多种因素的影响。

首先是金属本身的性质。

不同的金属在相同的环境中，腐蚀的难易程度是不同的。

例如，在潮湿的空气中，铁很容易生锈，而金则几乎不会被腐蚀。

这是因为金的化学性质非常稳定，不容易失去电子。

其次是环境因素。

湿度、温度、酸碱度等都会对腐蚀产生重要影响。

金属的电化学腐蚀及电池的概念电化学腐蚀是指在金属与溶液接触的条件下，由于电化学反应导致金属的损失和溶液中物质的释放的一种现象。

而电池则是一种能够将化学能转化为电能的装置。

本文将介绍金属的电化学腐蚀及电池的概念，并探讨二者之间的联系。

一、金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀是金属与周围环境中的溶液发生的一种电化学反应导致金属发生氧化损失的过程。

这一过程主要涉及两个基本反应：阳极反应和阴极反应。

阳极反应是金属本身的氧化，而阴极反应则是还原反应。

腐蚀的产生可以通过以下方程式表示：M → M^n+ + ne^-（阳极反应）2nH^+ + 2e^- → H2（阴极反应）这些反应产生的电流也被称为腐蚀电流，而腐蚀速率则取决于电流密度。

在腐蚀过程中，金属表面逐渐溶解，并形成无定型的金属离子和氧化物等产物。

二、电池的概念电池是一种将化学能转化为电能的设备。

其基本机制是通过两个半电池（即氧化半反应和还原半反应）之间的电子流动来产生电流。

电池由正极、负极和电解质组成。

正极是发生氧化反应的地方，负极则是发生还原反应的地方，而电解质则是连接正负极并允许离子在其中移动的介质。

电池的工作原理可以通过以下方程式表示：M（正极）→ M^n+ + ne^- （氧化反应）M'^n+ + ne^- → M'（负极）（还原反应）电迁移会在电解质中引起离子在正负极之间的传递，形成电势差，并导致电流的流动。

根据不同的反应类型和电子流动方向，可以将电池分为原电池和电解池。

三、金属的电化学腐蚀与电池的联系金属的电化学腐蚀与电池之间存在一定的联系。

事实上，我们可以将电化学腐蚀看作是一种“自发电池”的过程。

在金属腐蚀时，金属发生氧化反应并释放电子（作为电流）。

这些电子通过电解质传递到另一个区域（即金属的表面），在那里发生还原反应。

这样，金属腐蚀过程中的电化学反应形成了一个电池。

例如，铁的电化学腐蚀反应可以表示为：Fe → Fe^2+ + 2e^-（阳极反应）2H^+ + 2e^- → H2（阴极反应）这两个半反应构成了一个铁电池。

金属材料的电化学腐蚀与防护一、实验目的1.了解金属电化学腐蚀的基本原理;2.了解防止金属腐蚀的基本原理和常用方法;二、实验原理1．金属的电化学腐蚀类型1微电池腐蚀于吸氧腐蚀;两极的电极反应式分别如下：阳极反应式：Fe = Fe2＋＋2e－3Fe2＋＋2FeCN63－= Fe3FeCN62蓝色沉淀阴极铜表面反应式：O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－在阴极由于有OH－生成,使c OH－增大,所以酚酞变红;②金属铁和锌直接接触,环境同上,则由于ϕO Zn2＋/Zn< ϕO Fe2＋/Fe,锌作为阳极受到腐蚀,而铁作为阴极,铁表面的氧气得电子后不断生成氢氧根离子,导致酚酞变红属于吸氧腐蚀;两极的电极反应式分别如下：阳极反应式：Zn = Zn2＋＋2e－3Zn2＋＋2FeCN63－= Zn3FeCN62黄色沉淀阴极铁表面反应式：O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－2．金属腐蚀的防护防止金属腐蚀的方法很多;如研制耐腐蚀的金属材料、金属表面涂覆保护N、干,塑料镊子,洗瓶,细砂纸约3×3cm2;药品：NaCl0.1 mo1·L－1,K3FeCN60.1 mo1·L－1,乌洛托品CH26N420％,CuSO40.1 mo1·L－1,HCl0.1 mo1·L－1、6 mo1·L－1,浓,酚酞0.5％,洗洁精,检验液3％的CuSO4,磷化液配方：H3PO485％：45g·L－1,ZnO：28 g·L－1,ZnNO32：28 g·L－1,NaF：2 g·L －1 ,HNO3浓：29 g·L－1;四、实验内容1．金属的电化学腐蚀1准备铁钉和混合溶液①铁钉表面除锈：取8枚小铁钉浸在浓盐酸中,除锈约1～2分钟后用塑料镊子取出,以自来水淋洗后放在洁净的小烧杯中,再以去离子水浸泡备用;②配制含有少量酚酞的混合溶液：取1支试管,加入6mL 0.1 mo1·L-1的NaCl溶液增加导电性,加入4滴0.1 mo1·L-1K3FeCN6溶液,再加入3滴酚酞溶液,混合均匀备用;2微电池腐蚀①差异充气腐蚀用细砂纸把一块铁片表面磨光,洗净铁锈并吸干水分,在其中心处滴上2滴含有少量酚酞的混合溶液,形成直径约为2cm的圆斑,放置10 min后观察现象,并用两极;4后,观察现象并用反应式解释之;五、注意事项1. 铁钉一定要事先算好需要几个,然后集中除锈;2. 需要静置数分钟的实验,千万不要晃动试管,以免现象观察不明显;3. 用锌丝缠铁钉时要慢缓慢用劲缠紧,防止锌丝折断；不要缠满铁钉,只要铁钉有一段被缠上就可观察到现象;4.铁片,铜丝,锌丝,铁钉等用后洗净回收至原处;所有试剂用后放回原处;5．实验中一定要仔细观察现象有无变化,记录现象要完整,并用学过的知识和有关反应方程式解释之;六、实验记录。

金属的电化学腐蚀
金属的电化学腐蚀是金属受到流体或气体中的电化学反应而损坏
的过程。

近年来，金属的电化学腐蚀引起了人们越来越多的关注。

下
面我们来分步骤阐述一下金属的电化学腐蚀。

第一步：腐蚀的机理
金属的电化学腐蚀是由三个基本要素组成的：阳极、阴极和电解介质。

在这些组成部分的相互作用下，电流从阳极流向阴极，金属则被氧化。

这里所谓的阳极是指一个正在被氧化的金属位置，而阴极则是另一个
位置，它是由于电流需要流向而得以保持不变的金属位置。

第二步：影响
腐蚀的影响有很多，主要是金属腐蚀会使得金属的硬度、强度、塑性
和韧性都降低，最终导致金属断裂；整体性降低，导致设备的失效和
损毁；以及导致环境污染等等。

这些影响对工业生产和环境保护都非
常严重，必须引起重视。

第三步：防止腐蚀
为了防止金属的电化学腐蚀，我们可以采取一些措施，例如选择合适
的金属材料；在金属表面进行化学处理和镀层处理；使用防腐涂料和
防腐膜等等。

这些措施可以有效地降低金属的腐蚀速度，延长设备的
使用寿命以及保护环境。

第四步：应用
金属的电化学腐蚀理论不仅适用于一些特定的工业生产过程，也可以
用于石油开采、火箭发射等重要领域。

因此，对于金属的电化学腐蚀
問題的研究也成为研究热点之一。

总之，围绕“金属的电化学腐蚀”这个话题，在我们日常工作和
生活中都非常实用。

了解金属腐蚀的机理以及采取相应的措施能够有
效地延长设备使用寿命，减少生产事故和环境污染，提高生产效率。

金属的电化学腐蚀学号：12014424姓名：袁帅氧化还原反应是普遍存在的一类重要的反应。

金属锈蚀及许多化工生产都涉及到氧化―还原反应。

氧化还原反应的本质是电子得失或偏移，原子之间发生了较强烈的电子偏移、引起氧化数的改变。

由此产生了电子得失，即电化学。

电化学是化学学科中的一个重要内容。

电化学现象在工农业生产和生活中随处可见，如铁会生锈，而用铁制造的船则不会被腐蚀等。

本文就电化学腐蚀的有关问题对氧化还原反应阐述一些粗浅的认识。

众所周知，铁放在潮湿的空气中会被腐蚀，这就是通常所说的电化学腐蚀。

以下以铁的腐蚀为例分析电化学腐蚀的种类和规律。

（1）析氢腐蚀当生铁的表面吸附一层呈酸性的水膜时（水膜中溶有SO2或CO2），铁溶解并放出H2，这相当于Fe的酸液界面上形成了“短路电池”，这种腐蚀通常被称为析氢腐蚀。

正极反应：Fe(s)＝Fe2+(aq)＋2eFe(s)/Fe2+(aq)＝－0.4402 V负极反应：2H+(aq)＝H2(g)-2e-2H+(aq)/H2(g)＝0 V电池反应：Fe(s)＋2H+(aq) ＝Fe2+(aq)＋H2(g)ϕ1＝ϕH+(aq)/H2(g)－ϕFe(s)/Fe(aq)＝0.4402+（2.303RT/2F）lg（C2(H+)／C(Fe2+) ）故只要ϕ1＞0，铁就会被腐蚀，且腐蚀速度随T和C(H+)的升高而变快，即使在C(H+)＝10-7，C(Fe2+)＝10-6，T＝253 K 时，ϕ1仍大于0，反应仍可进行。

所以,不含氧的酸性（甚至中性）水膜中铁会发生析氢腐蚀。

（2）吸氧腐蚀若水膜中含有氧，上述的正极会变成：O2(P)＋4H+(aq)＝2H2O－4e-ϕO2/H2O＝1.229 V电池反应：2Fe(s)+ O2(P)＋4H+(aq)＝2Fe2+(aq)＋2H2Oϕ2＝ϕO2/H2O-ϕFe(aq)/Fe(s)＋（2.303 RT／4F）lg（lgC4(H+)／C2(Fe2+)）若在酸性或中性水膜中，有氧存在时，则发生吸氧腐蚀，铁的腐蚀会更严重。

【知识梳理归纳】一、金属的电化学腐蚀1．金属的腐蚀(1)概念金属或合金与周围的物质发生反应而引起损耗的现象．(2)实质金属原子电子变成阳离子的过程．即金属发生了反应．(3)类型根据与金属不同，可分为腐蚀和腐蚀．2．化学腐蚀金属跟接触到的干燥气体如(O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生而引起的腐蚀．3．电化学腐蚀(1)概念不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化．（2）分类以钢铁的腐蚀为例【问题探究】将纯铁放入稀H2SO4中，发生的是析氢腐蚀吗？提示：不是．析氢腐蚀是指不纯的金属(或合金)接触到酸性较强的电解质溶液所发生的原电池反应而引起的腐蚀，纯铁与稀H2SO4发生的是化学腐蚀．二、金属的防护1．改变金属内部组织结构如制成等．2．金属表面加保护层如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化等方法．3．电化学保护(1)牺牲阳极的阴极保护法——原理被保护的金属上连接一种更的金属，被保护的金属作原电池的极．(2)外加电流的阴极保护法——原理被保护的金属与电源的极相连，作电解池的极．【自我诊断训练】1．(2012·福建高三质检)打开右图所示装置中的止水夹，一段时间后，可能观察到的现象是 ( )A．烧杯中有气泡产生B．试管内有黄绿色气体产生C．铁丝网的表面产生锈迹D．烧杯内溶液变红色2．下列关于金属腐蚀的叙述中，正确的是 ( )A．金属被腐蚀的本质是M＋n H2O === M(OH)n＋n/2H2↑B．马口铁(镀锡铁)镀层破损后，首先是镀层被氧化C．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀3．如图所示，在水槽中装入蒸馏水后，铁块腐蚀速率的大小顺序正确的是( )A．Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ B．Ⅰ＞Ⅲ＞ⅡC．Ⅱ＞Ⅰ＞Ⅲ D．Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ4．下列有关钢铁制品防腐的说法正确的是 ( )A．在铁门、铁窗表面涂上油漆B．自行车各部件因有防护涂层或电镀等防腐措施，所以不需要停放在遮雨的地方C．家用铁制厨具每次用完后应擦干放置在干燥处D．把挡水铁闸门与直流电源的正极连接且构成回路，可减小铁闸门的腐蚀速率5．(1)将铜棒与锌棒用导线连接，依次插入分别盛有：①硫酸溶液；②硫酸铜溶液；③硫酸钠溶液的三个烧杯中，此时，铜棒上发生的主要反应是：①_____________________________________________；②_____________________________________________；③______________________________________________.【核心考点突破】考点一金属的腐蚀1．化学腐蚀与电化学腐蚀2．金属腐蚀快慢的影响因素不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗．金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关：(1)与构成原电池的材料有关，两极材料的活泼性相差越大，氧化还原反应的速率越快，金属被腐蚀的速率就越快．(2)与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀．一般说来可用下列原则判断：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐蚀措施的腐蚀．【*真题典例感悟*】【例1】（2011·浙江卷）将NaCl 溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。

金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀1、金属腐蚀：金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起金属损耗的现象。

2、金属腐蚀的本质：都是金属原子失去电子而被氧化的过程。

即Mn －e -﹦Mn+。

3、金属腐蚀的分类：化学腐蚀——金属和接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀电化学腐蚀——不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应。

比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。

电化学腐蚀的分类析氢腐蚀——腐蚀过程中不断有氢气放出①条件：潮湿空气中形成的水膜,酸性较强（水膜中溶解有CO2、SO2、H2S等气体）②电极反应：负极: Fe – 2e- = Fe2+ 正极: 2H+ + 2e- = H2 ↑ 总式：Fe + 2H + = Fe2+ + H2 ↑吸氧腐蚀——腐蚀过程吸收氧气①条件：中性或弱酸性溶液②电极反应：负极: 2Fe – 4e- = 2Fe2+正极: O2+4e- +2H2O = 4OH总式：2Fe + O 2 +2H2O =2 Fe(OH)2离子方程式：Fe2++2OH-=Fe(OH) 2生成的Fe(OH)2被空气中的O2氧化，生成Fe(OH)3 ，Fe(OH)2 + O2 + 2H2O == 4Fe(OH)3Fe(OH)3 脱去一部分水就生成Fe2O3·x H2O（铁锈主要成分）规律总结：金属腐蚀的快慢程度：电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极＞电解池的阴极金属腐蚀快慢的规律：在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀防腐措施由好到坏的顺序如下：外接电源的阴极保护法＞牺牲负极的正极保护法＞有一般防腐条件的腐蚀＞无防腐条件的腐蚀金属的电化学防护1、利用原电池原理进行金属的电化学防护（1）、牺牲阳极的阴极保护法原理：原电池反应中，负极被腐蚀，正极不变化应用：在被保护的钢铁设备上装上若干锌块，腐蚀锌块保护钢铁设备负极：锌块被腐蚀；正极：钢铁设备被保护（2）、外加电流的阴极保护法原理：通电，使钢铁设备上积累大量电子，使金属原电池反应产生的电流不能输送，从而防止金属被腐蚀应用：把被保护的钢铁设备作为阴极，惰性电极作为辅助阳极，均存在于电解质溶液中，接上外加直流电源。

金属电化学腐蚀的原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊金属电化学腐蚀这档子事儿。

你说这金属啊，平日里看着挺结实的，咋就会被腐蚀了呢？这就好比一个身强体壮的大汉，也会有生病的时候。

金属电化学腐蚀就像是金属的一场“疾病”。

咱就拿铁来说吧，那铁家伙要是碰到水和氧气，哎呀呀，那可就热闹了。

就像一个调皮的孩子碰到了他喜欢的玩具，反应可激烈了。

水里的氢离子和氧气就开始和铁“纠缠”起来，一点点地把铁给“啃”坏了。

这不是明摆着欺负铁嘛！
再想想，生活中那些生锈的铁制品，那斑斑锈迹，不就是电化学腐蚀留下的“罪证”吗？你说好好的一个东西，就这么被糟蹋了，多可惜呀！
这电化学腐蚀还特别会找“弱点”下手呢。

就像打蛇打七寸一样，它专挑金属容易被突破的地方进攻。

这多狡猾呀！咱平时用的那些金属制品，要是不注意保护，说不定哪天就被腐蚀得不成样子了。

那咱能任由它这么胡来吗？当然不能啦！咱得想办法对付它呀。

比如说，给金属涂上一层保护膜，就像给它穿上一件“铠甲”，让那些氢离子和氧气无从下手。

或者把金属放在干燥的地方，让水没机会和它接触，这不就减少了腐蚀的机会嘛。

还有啊，咱平时也得注意保养这些金属制品。

别让它们处在恶劣的环境中太久。

就跟咱人一样，总在恶劣的环境里待着，也容易生病呀。

你说这金属电化学腐蚀是不是挺有意思的？它就像一个隐藏在暗处的小怪兽，随时准备对金属发动攻击。

咱可得时刻保持警惕，不能让它得逞。

总之，金属电化学腐蚀虽然有点讨厌，但咱只要了解它的脾气，找到对付它的办法，就不怕它捣乱啦！咱就能更好地保护那些金属制品，让它们为我们服务更长时间呀！。