知识讲解_金属的电化学腐蚀与防护(基础)
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第三节金属的腐蚀与防护一、金属的腐蚀(一)定义:金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象(二)特征:金属被腐蚀后,在外形,色泽以及机械性能方面会发生变化(三)本质:金属失电子变成阳离子发生氧化反应。
M-ne-=M n+(四)类型:化学腐蚀和电化学腐蚀1、化学腐蚀(1)定义:金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀(2)本质:金属失电子被氧化。
(3)举例:铁与氯气直接反应而腐蚀;输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀(4)特点:无电流产生,化学腐蚀的速度随温度升高而加快。
例如:钢材在高温下容易被氧化,表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的一层氧化物。
2、电化学腐蚀(1)定义:不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应,比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀,这种腐蚀叫做电化学腐蚀。
(2)本质:较活泼的金属失去电子被氧化(3)举例:钢铁制品在潮湿空气中的锈蚀就是电化学腐蚀(4)特点:有微弱的电流产生注:化学腐蚀与电化学腐蚀的联系:化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生,但电化学腐蚀更普遍,危害更大,腐蚀速率更快3、钢铁的电化学腐蚀(1)原电池的组成:负极:铁正极:碳电解质:潮湿空气(2)种类:根据钢铁表面水膜的酸性强弱分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀①析氢腐蚀:在酸性环境中,由于在腐蚀过程中不断有H2放出,所以叫做析氢腐蚀。
水膜酸性较强:负极:Fe—2e-=Fe2+正极:2H++2e-=H2↑总反应:Fe+2H+=Fe2++H2↑②吸氧腐蚀: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水膜中溶有O2,呈弱酸性、中性或碱性:负极:Fe—2e-=Fe2+ 正极:O2+4e-+2H2O=4OH-总反应:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3 =Fe2O3·xH2O(铁锈)+(3-x)H2O注:I、只有位于金属活动性顺序中氢前的金属才可能发生析氢腐蚀,氢后的金属不能发生II、氢前和氢后的金属都可发生吸氧腐蚀III、吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式,主要原因有两个,第一:水膜一般不显强酸性;第二:多数金属都可发生二、金属的防护(一)改变金属材料的组成1、方法:在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。
《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。
金属材料的电化学腐蚀行为与防护引言:金属材料是广泛应用于工业和日常生活中的重要材料之一。
然而,金属材料在使用过程中往往会受到电化学腐蚀的影响,而腐蚀会导致金属材料性能下降、损坏甚至失效。
因此,了解金属材料的电化学腐蚀行为及其防护对于延长材料寿命、提高使用性能具有重要意义。
一、电化学腐蚀行为1. 腐蚀机理金属腐蚀主要是通过电化学反应进行的。
在电化学腐蚀中,金属表面发生氧化和还原反应,形成电荷传递过程,导致金属离子溶解和产生腐蚀产物。
2. 影响因素电化学腐蚀行为受多种因素影响,包括金属材料的组成、结构、表面状态、溶液环境等。
其中,溶液环境的酸碱度、温度、溶解氧含量等因素对金属腐蚀具有重要影响。
3. 腐蚀类型金属腐蚀可分为多种类型,包括常见的均匀腐蚀、局部腐蚀和应力腐蚀等。
均匀腐蚀是指金属表面均匀溶解,而局部腐蚀则是指局部区域发生腐蚀。
应力腐蚀是指金属在受到应力作用下发生腐蚀。
二、电化学腐蚀防护方法1. 材料选择选择耐腐蚀性能好的金属材料是防护的首要措施。
不同金属的耐腐蚀性能不同,可以通过选择具有更好耐腐蚀性能的金属或合金来减轻腐蚀问题。
2. 表面处理通过表面处理来改变金属表面的状态,形成保护层来防止腐蚀的产生。
常见的表面处理方法包括电镀、喷涂、阳极氧化等。
3. 缓蚀剂缓蚀剂是一种能够与金属表面形成保护膜的物质,可以减缓金属腐蚀速率的发展。
常见的缓蚀剂包括钝化剂、缓蚀剂添加剂等。
4. 阴极保护阴极保护是通过将金属材料变为阴极,从而减少其腐蚀速度。
常见的阴极保护方法有外加电流阴极保护和阳极保护。
5. 涂层保护将金属表面涂覆一层抗腐蚀的涂层,形成保护层来防止金属腐蚀。
常见的涂层材料包括有机涂层、无机涂层等。
三、电化学腐蚀行为与防护应用举例1. 钢铁的电化学腐蚀行为与防护钢铁作为常见的金属材料,其电化学腐蚀问题尤为突出。
可以通过合金化、阴极保护等方式来减缓钢铁腐蚀速率。
2. 铜及其合金的电化学腐蚀行为与防护铜及其合金在湿润环境中易受电化学腐蚀。
金属的腐蚀与防护一、金属的腐蚀1、金属的腐蚀是金属与周围的气体或者液体物质发生而引起损耗的现象。
一般可分为腐蚀和腐蚀。
(1)化学腐蚀: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,温度越高,化学腐蚀越。
(2)电化学腐蚀: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。
两种腐蚀往往发生,但腐蚀更普遍,速度更快,危害更严重。
电化学腐蚀(以钢铁为例)(1)析氢腐蚀(酸性较强的溶液)负极: 正极:总方程式:(2)吸氧腐蚀(中性或极弱的酸性或碱性溶液)负极: 正极:总方程式:Fe(OH)2继续与空气中的氧气作用:2、影响金属腐蚀快慢的因素内因:(1)金属的活动性:金属越,越容易被腐蚀(2)纯度:不纯的金属比纯金属腐蚀,如纯铁比钢腐蚀。
电化学腐蚀:两电极活动性差别越大,氧化还原反应速率越,活泼金属被腐蚀得越快。
(3)氧化膜:如果金属被氧化形成致密的氧化膜,那么会保护内层金属,如、如果金属被氧化形成疏松的氧化膜,那么不会保护内层金属,如外因:介质:环境(腐蚀性气体,电解质溶液)金属腐蚀的快慢比较:电解池阳极原电池负极化学腐蚀原电池正极电解池阴极。
二、金属的防护(1)牺牲的保护法(被保护金属作为原电池的极)(2)外加电流的保护法(被保护金属作为电解池的极)(3)加防护层,如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法1.(2010·北京理综,6)下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是( )A.钢管与电源正极连接,钢管可被保护B.铁遇冷浓硝酸表面钝化,可保护内部不被腐蚀C.钢管与铜管露天堆放在一起时,钢管不易被腐蚀D.钢铁发生析氢腐蚀时,负极反应是Fe-3e-===Fe3+2.下列叙述正确的是()①锌跟稀硫酸反应制取氢气,加入少量硫酸铜溶液能加快反应速率②镀层破损后,白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易腐蚀③电镀时,应把镀件置于电解槽的阴极④冶炼铝时,把氧化铝加入液态冰晶石中成为熔融体后电解⑤钢铁表面常易锈蚀生成Fe 2O 3·nH 2OA .①②③④⑤B .①③④⑤C .①③⑤D .②④3.以下现象与电化腐蚀无关的是 ( )A .黄铜(铜锌)制作的铜锣不易产生铜绿B .生铁比纯铁易生锈C .铁质器件附有铜质配件,在接触处易生铁锈D .银质奖牌久置后表面变暗4.下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是( )A .纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗B .当镀锡铁制品的镀层破损时,镶层仍能对铁制品起保护作用C .在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法D .可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀5.关于金属腐蚀的如下各叙述中,正确的是( )A .金属被腐蚀的本质是:M+n H 2O=M(OH)n +2n H 2↑ B .马口铁(锡铁)镀层破损后被腐蚀时,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6.(2011·北京理综,8)结合下图判断,下列叙述正确的是( )A .Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护B .Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe -2e -===Fe 2+C .Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O 2+2H 2O +4e -===4OH -D .Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量NaOH 溶液,均有红褐色沉淀生成7.(2011·山东理综,15)以KCl 和ZnCl 2混合液为电镀液在铁制品上镀锌,下列说法正确的是( )A .未通电前上述镀锌装置可构成原电池,电镀过程是该原电池的充电过程B.因部分电能转化为热能,电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系C.电镀时保持电流恒定,升高温度不改变电解反应速率D.镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用8.(2011·泰州高二调研)有关如图装置的叙述不正确的是( )A.这是电解NaOH溶液的装置B.该装置中Pt为正极,电极反应为:O2+2H2O+4e-===4OH-C.该装置中Fe为负极,电极反应为:Fe-2e-+2OH-===Fe(OH)2D.这是一个原电池装置9.(2011·浙江理综,10)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),如右图所示。
高考总复习金属的电化学腐蚀与防护【考纲要求】1.金属腐蚀的种类,探究金属发生电化学腐蚀的原因。
2.了解金属腐蚀的危害,防止金属腐蚀的措施。
【考点梳理】考点一:金属腐蚀1.定义:金属腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。
2.本质:金属腐蚀的实质都是金属原子失去电子被氧化生成金属阳离子的过程。
M-ne-==M n+(M代表金属元素)。
3.类型:(1)化学腐蚀:金属或合金直接与具有腐蚀性的化学物质接触发生氧化还原反应而消耗的过程。
(2)电化学腐蚀:不纯金属或合金与电解质溶液接触发生原电池反应而消耗的过程。
考点二:金属的电化学腐蚀12(1)种类:吸氧腐蚀与析氢腐蚀(2)吸氧腐蚀与析氢腐蚀的比较(以钢铁为例)【高清课堂:399291金属腐蚀的一般规律】3.金属腐蚀的快慢一般规律(1) 在同一电解质溶液中,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。
(2) 在不同溶液中,金属在电解质溶液中的腐蚀>金属在非电解质溶液中的腐蚀;金属在强电解质溶液中的腐蚀>金属在弱电解质溶液中的腐蚀。
(3) 有保护措施的条件下,无防护条件的腐蚀>有一般防护条件下的腐蚀>牺牲阳极的阴极保护法条件下的腐蚀>外接电源(负极)的阴极保护法条件下的腐蚀。
(4) 对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。
(5) 由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液,故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式,只有在金属活动性顺序表中排在氢以前的金属才可能发生析氢腐蚀,而位于氢之后的金属腐蚀时只能是吸氧腐蚀。
考点三:金属的电化学防护1.在金属表面覆盖保护层。
①在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质;②用电镀、热镀、喷镀的方法,在钢铁表面镀上一层耐腐蚀的金属,如铁上镀锌、锡、铬等;③用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜保护(表面钝化),如钢铁制品表面生成Fe3O4,在铝制品表面生成Al2O3。
电化学腐蚀与防护知识讲解电化学腐蚀与防护是关于金属材料在电解质溶液中遭受腐蚀的一门学科。
电化学腐蚀是指金属在电解质中发生氧化或还原反应,从而造成金属表面的损坏。
在现实生活和工业生产中,电化学腐蚀是一个严重的问题,会导致设备的损坏、金属结构的衰退以及经济损失。
因此,了解电化学腐蚀的机理以及相应的防护措施显得尤为重要。
电化学腐蚀的机理主要涉及三个基本要素:金属、电解质和电流。
当金属与电解质接触并通电时,金属表面会发生氧化或还原反应。
这些反应产生的电流会通过电解质传递,导致金属表面的原子或离子发生变化,从而引起腐蚀。
在电化学腐蚀过程中,有两个重要的反应:阳极反应和阴极反应。
阳极反应是指金属表面的原子或离子失去电子并进入电解质中,从而形成阳极溶解。
阴极反应则是指电解质中的氧气或水接受电子并与金属表面的离子结合,从而形成阴极还原。
这两个反应共同作用,加速了金属的腐蚀过程。
为了防止电化学腐蚀,人们采取了各种防护措施。
其中最常见的方法是使用保护涂层。
保护涂层可以阻隔金属与电解质的直接接触,减少氧气和水分子进入金属表面的机会,从而降低了腐蚀的速度。
常见的保护涂层材料包括有机涂料、无机涂料和金属涂层。
有机涂料一般用于室温下的腐蚀防护,而无机涂料和金属涂层则适用于高温和腐蚀性环境下的防护。
除了保护涂层,还有其他的防护方法可以应用于电化学腐蚀。
例如,可以通过电化学方法来保护金属。
电化学保护是利用外加电流来抵消电化学腐蚀反应,从而保护金属不受腐蚀。
这种方法常常用于防护埋地管道和水下设备。
另外,还可以采用合金化、电镀和阳极保护等方法来提高金属的抗腐蚀性能。
还需要注意一些因素来预防电化学腐蚀。
例如,要控制电解质的浓度和温度,避免过高的浓度和温度加速腐蚀的发生。
电化学腐蚀与防护是一个重要的学科,关乎到工业生产和设备的正常运行。
了解电化学腐蚀的机理和防护措施对于保护金属材料的完整性和延长使用寿命至关重要。
通过合理的防护措施和预防措施,可以有效地减少电化学腐蚀的发生,降低经济损失。
金属的腐蚀与电化学防护导语:当金属与周围的环境接触时,会发生腐蚀现象,破坏金属的性能与外观。
针对金属腐蚀问题,我们可以采取多种防护措施,其中电化学防护是一种有效的方式。
本文将探讨金属的腐蚀原理、腐蚀的分类以及电化学防护的原理和方法。
一、金属腐蚀原理金属腐蚀是指金属与外界环境(如氧气、水、酸、碱等)发生化学反应而导致的金属表面的损失。
常见的金属腐蚀有钢铁的锈蚀、铝的氧化以及铜的氧化等。
金属腐蚀的过程可以简单概括为两个步骤:阳极反应和阴极反应。
阳极反应是金属离子的氧化过程,金属原子失去电子转变为阳离子;阴极反应则是物质还原的过程,物质从离子态回到中性态,同时获得电子。
二、金属腐蚀的分类根据金属腐蚀的性质和发生环境的不同,我们可以将金属腐蚀分为以下几类:1. 干腐蚀:即在无水环境下发生的金属腐蚀。
典型的例子是金属在干燥空气中发生氧化反应,形成氧化物。
2. 湿腐蚀:是在存在水分的环境中发生的金属腐蚀,水起到了催化剂的作用。
常见的湿腐蚀有金属在水中发生氧化反应以及在潮湿气候中发生氧化等。
3. 电化学腐蚀:是指金属腐蚀过程中涉及电化学反应的腐蚀类型,包括阳极溶解、阳极极化和阴极保护等。
三、电化学防护的原理和方法电化学防护的基本原理是通过改变金属与周围环境之间的电化学反应来减缓或抑制金属腐蚀的发生。
以下是一些常见的电化学防护方法:1. 阳极保护:通过在金属表面形成保护性的氧化膜,阻止金属表面的进一步腐蚀。
常见的例子包括金属的阳极氧化和镀层等。
2. 阴极保护:将金属表面连接到一个电源的负极,使金属处于阴极状态,从而减缓或抑制金属的腐蚀。
这常用于金属的阴极保护涂层、阴极保护电流等。
3. 缓蚀剂:缓蚀剂是一种可以在金属表面形成保护性膜的物质,能够减缓腐蚀的发生。
常见的缓蚀剂包括有机酸、缓蚀油等。
四、电化学防护的应用电化学防护广泛应用于金属材料的防腐领域,有效地减缓或抑制金属腐蚀的发生。
以下是电化学防护在实际应用中的一些例子:1. 阳极保护:在海洋工程中经常使用阳极保护技术来防止金属构件的腐蚀。
【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。
《金属的电化学腐蚀与防护》知识清单一、金属电化学腐蚀的基本原理1、原电池反应金属的电化学腐蚀本质上是一种原电池反应。
在原电池中,存在着两个电极,分别是阳极和阴极。
阳极发生氧化反应,金属原子失去电子成为金属离子进入溶液;阴极发生还原反应,溶液中的氧化剂得到电子。
2、电化学腐蚀的条件电化学腐蚀的发生通常需要以下几个条件:(1)存在两种不同金属或金属与非金属,它们的电极电位不同。
(2)存在电解质溶液,能够导电并形成回路。
(3)金属表面的物理状态不均匀,如存在缺陷、划痕等。
3、常见的电化学腐蚀类型(1)吸氧腐蚀在中性或弱酸性环境中,氧气作为氧化剂参与反应。
例如,铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀,其电极反应式为:阳极(Fe):Fe 2e⁻= Fe²⁺阴极(C):O₂+ 2H₂O + 4e⁻= 4OH⁻总反应:2Fe + O₂+ 2H₂O = 2Fe(OH)₂(2)析氢腐蚀在酸性较强的环境中,氢离子作为氧化剂参与反应。
例如,铁在酸性溶液中发生析氢腐蚀,其电极反应式为:阳极(Fe):Fe 2e⁻= Fe²⁺阴极(C):2H⁺+ 2e⁻= H₂↑总反应:Fe + 2H⁺= Fe²⁺+ H₂↑二、金属电化学腐蚀的影响因素1、金属的本性不同的金属具有不同的电极电位,电极电位越负的金属越容易失去电子发生腐蚀。
例如,在常见金属中,钾、钠、镁等金属的电极电位较负,比较容易被腐蚀;而金、铂等贵金属则相对稳定,不易被腐蚀。
2、电解质溶液电解质溶液的性质对腐蚀速率有很大影响。
溶液的导电性越强、离子浓度越大,腐蚀速率往往越快。
同时,溶液的酸碱度也很关键,酸性或碱性环境都可能加速腐蚀。
3、温度温度升高通常会加快化学反应的速率,从而加速金属的电化学腐蚀。
4、氧含量在吸氧腐蚀中,氧含量的高低直接影响阴极反应的速率。
氧含量越高,腐蚀越严重。
5、表面状态金属表面的粗糙度、损伤、污垢等都会影响腐蚀的发生和速率。
粗糙的表面和损伤部位更容易成为阳极,发生腐蚀。
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。
高考总复习金属的电化学腐蚀与防护
编稿:房鑫审稿:曹玉婷
【考纲要求】
1.金属腐蚀的种类,探究金属发生电化学腐蚀的原因。
2.了解金属腐蚀的危害,防止金属腐蚀的措施。
【考点梳理】
考点一:金属腐蚀
1.定义:金属腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。
2.本质:金属腐蚀的实质都是金属原子失去电子被氧化生成金属阳离子的过程。
M-ne-==M n+(M代表金属元素)。
3.类型:(1)化学腐蚀:金属或合金直接与具有腐蚀性的化学物质接触发生氧化还原反应而消耗的过程。
(2)电化学腐蚀:不纯金属或合金与电解质溶液接触发生原电池反应而消耗的过程。
考点二:金属的电化学腐蚀
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2.电化学腐蚀的种类:
(1)种类:吸氧腐蚀与析氢腐蚀
(2)吸氧腐蚀与析氢腐蚀的比较(以钢铁为例)
3.金属腐蚀的快慢一般规律
(1) 在同一电解质溶液中,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。
(2) 在不同溶液中,金属在电解质溶液中的腐蚀>金属在非电解质溶液中的腐蚀;金属在强电解质溶液中的腐蚀>金属在弱电解质溶液中的腐蚀。
(3) 有保护措施的条件下,无防护条件的腐蚀>有一般防护条件下的腐蚀>牺牲阳极的阴极保护法条件下的腐蚀>外接电源(负极)的阴极保护法条件下的腐蚀。
(4) 对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。
(5) 由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液,故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式,只有在金属活动性顺序表中排在氢以前的金属才可能发生析氢腐蚀,而位于氢之后的金属腐蚀时只能是吸氧腐蚀。
考点三:金属的电化学防护
1.在金属表面覆盖保护层。
①在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质;
②用电镀、热镀、喷镀的方法,在钢铁表面镀上一层耐腐蚀的金属,如铁上镀锌、锡、铬等;
③用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜保护(表面钝化),如钢铁制品表面生成Fe3O4,在铝制品表面生成Al2O3。
2.改变金属内部的组成结构,制成合金。
如把钢中加Cr、Ni制成不锈钢。
3.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。
(1)牺牲阳极的阴极保护法
此法应用原电池原理,让被保护金属作为正极(阴极),另
找一种活动性较强的金属作为负极(阳极)。
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:Zn-2e-==Zn2+
正极:O2+4e-+2H2O==4OH-
Zn不断被腐蚀,可定期拆换。
而铁得到保护。
(2)外加电流的阴极保护法
此法应用电解原理,让被保护金属作阴极(接电源负极),惰性电极
作辅助阳极(接电源正极),两者都存在于海水中。
接上直流电源。
例如钢
闸门,可用此法防止腐蚀。
此法中阳极上放电的微粒是海水中的阴离子,阴
极上放电的微粒是海水中的阳离子。
【典型例题】
类型一:金属的电化学腐蚀
例1.钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀,发生的原电池反应为:2Fe+2H2O+O22Fe2++4OH-。
以下说法正确的是A.负极发生的反应为:Fe-2e-Fe2+
B.正极发生的反应为:2H2O+O2+2e-4OH-
C.原电池是将电能转变为化学能的装置
D.钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
【答案】A
【解析】钢铁在潮湿的环境中发生吸氧腐蚀,负极反应为:Fe-2e-Fe2+,正极反应为:2H2O+O2+4e-4OH -,在空气与水交界处溶液中的氧气不断溶解,因此在空气与水交界处钢铁更容易腐蚀。
【总结升华】钢铁在潮湿的空气中的腐蚀,实质是发生原电池反应,属于电化学腐蚀。
举一反三:
【变式1】铁钉和碳棒用导线连接后,浸入到0.01mol·L-1的NaCl溶液中,可能发生的是()。
①碳棒上有氢气析出②碳棒附近产生OH-③碳棒上有氧气析出④铁钉被氧化
A.①③B.①④C.②③D.②④
【答案】D
【解析】铁钉在NaCl溶液中发生吸氧腐蚀。
【高清课堂:399291 例1】
【变式2】下列说法正确的是
A.钢铁因含杂质而容易发生电化腐蚀,所以合金都不耐腐蚀
B.原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因,故不能用来减缓金属的腐蚀
C.钢铁电化腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的pH不同,引起正极反应不同
D.无论哪种类型的腐蚀,其实质都是金属被氧化
【答案】CD
类型二:金属腐蚀快慢的比较
例2.下图各容器中盛海水,铁会在其中发生变化。
按铁极腐蚀的速度由快至慢的顺序为
【答案】D>B>A>C>E
【解析】A中Fe放置在海水中,形成了无数微小的原电池,发生电化学腐蚀。
B、C均构成原电池,B中Fe的活泼性强于Sn,Fe作负极被腐蚀;C中Zn的活泼性比Fe强,Zn作负极被腐蚀,而Fe被保护。
D、E 形成电解池,其中D中Fe作阳极被腐蚀,而E中Fe作阴极,被保护。
因此Fe被腐蚀由快到慢的顺序为:D>B>A>C>E。
【总结升华】在同一电解质溶液中,金属腐蚀的快慢由下列原则判断:电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
举一反三:
【变式1】下列几种金属制品的镀层损坏后,金属腐蚀的速率最快的是()。
A.镀铝塑料B.食品罐头盒(镀锡)C.白铁水桶(镀锌)D.镀银铜质奖章
【答案】B
【变式2】埋在地下的铸铁输油管道,在下列情况下,腐蚀最慢的是()。
A.在含铁元素较多的酸性土壤中
B.在潮湿疏松透气的土壤中
C.在干燥致密不透气的土壤中
D.在含碳粒较多的潮湿透气的中性土壤
【答案】C
【解析】为使铸铁腐蚀得慢,必须防水(防止形成电解质溶液)、防气(防止与氧气接触发生吸氧腐蚀),因此须干燥且不透气。
类型三:金属腐蚀的防护
例3.海水的进水钢闸门易被腐蚀,对此的下列说法不正确的是()
A.钢闸门腐蚀的本质是Fe―2e―==Fe2+
B.钢闸门腐蚀主要原因是发生电化学吸氧腐蚀,其阴极反应是O2+2H2O+4e―==4OH―
C.将钢闸门与浸入海水的锌块用导线相连,可防止钢闸门腐蚀
D.将钢闸门与直流电源的正极相连,可防止钢闸门腐蚀
【答案】D
【解析】钢闸门在腐蚀过程中铁被氧化为Fe2+,腐蚀原理为吸氧腐蚀型的电化学腐蚀,A、B项对;当将钢闸门与浸入海水的锌块用导线连接起来后就构成了原电池,锌块作负极,钢闸门作正极受到保护,C项对;若将钢闸门与电源正极相连,则其成为阳极被加速腐蚀掉,D项错。
举一反三:
【高清课堂:399291例5】
【变式1】下列关于金属腐蚀与防护的说法正确的是
A.金属腐蚀就是金属失去电子被还原的过程
B.铝制品的耐腐蚀性强,说明铝的化学性质不活泼
C.将海水中钢铁闸门与电源的负极相连,可防止闸门被腐蚀D.铁门上的铜铆钉处在潮湿的空气中直接发生反应:Fe-3e- = Fe3+【答案】C。