第三单元 金属的腐蚀与防护优质课一等奖

第三单元

金属的腐蚀与防护

学习目标：

1.

能通过多种方式了解金属腐蚀带来的危害，认识防止金属腐蚀的重要意义；

2.

了解化学腐蚀及电化学腐蚀的含义，理解电化学腐蚀发生的条件；

3.

通过实验探究铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀的区别，并认识不同腐蚀发生的条件；

4.

了解常见的防止金属腐蚀的方法，并能解释其中的原因。

日常生活中，我们经常会看到哪些金属腐蚀的现象？铁制品生锈、铜制品表面产生铜

绿、铝制品表面出现白斑等等。不少金属制品使用一段时间后表面失去光泽，这些都属于金属腐蚀的现象。

金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面就会发生变化，从而使机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，直至报废。金属腐蚀还会使桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成坍塌，地下金属管道发生泄漏，轮产船体损坏等等。全世界每年由于金属腐蚀造成的直接损失约全球GDP的2%-4%，远超过其他自然灾害造成损失的总和。因此，了解金属腐蚀的原因和寻求防止金属腐蚀的方法具有重要意义。

金属的腐蚀是指金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象。

化学腐蚀——P23

纯金属、直接反应；比如铁与氯气、铁与酸

电化学腐蚀——P23

不纯金属或合金、原电池反应、较活泼的金属被腐蚀

生活中用的铁制品几乎都是合金，它的生锈就是电化学腐蚀。在生产和生活中比较普遍且危害较大的，是金属的电化学腐蚀。

一．金属的电化学腐蚀

钢铁在潮湿的空气中生锈，就是电化学腐蚀最典型的例子。

为什么钢铁在干燥的空气中不易生锈，而在潮湿的空气中却易生锈呢？因为钢铁在潮湿的空气中表面会形成一薄层水膜（电解质溶液），钢铁是铁和碳的合金，形成了许多微小的原电池，遍布在钢铁的表面，就会发生电化学腐蚀了。

原理是怎样的呢？（画示意图）

1. 析氢腐蚀

如果某地方的酸雨很严重或在某些化工厂附近的酸性气氛中，钢铁表面的水膜酸性较强，此时就相当于形成了铁碳酸溶液的原电池。

正极、负极材料分别是什么？两极的电极反应式？总反应？

像这种铁的电化学腐蚀，我们把它称为析氢腐蚀。

2. 吸氧腐蚀

更多的地方酸雨不严重没有较强的酸性气氛，此时溶解在潮湿的空气中的氧气会参与反应，这层溶有氧气的水膜和钢铁中的铁碳也会形成原电池。

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这个原电池的正负极分别是什么？两极的电极反应式？总反应？

分析：正极具有氧化性的物质发生还原反应，什么物质？氧气化合价降低后生成什么产物？

由于这种电化学腐蚀过程中吸收了氧气，因此把它称为吸氧腐蚀。

亚铁离子与氢氧根离子能够大量共存？氢氧化亚铁在空气中很容易被氧化成氢氧化铁，氢氧化铁脱去一部分水就会生成氧化铁的水合物，这就是铁锈的主要成分。

相比较而言，吸氧腐蚀更普遍。

条件

电极

反应

负极（Fe）

正极（C）

总反应

析氢腐蚀

较强酸性

Fe-2e == Fe2+

2H++2e == H2↑

吸氧腐蚀（主要）

弱酸性、中性、碱性

2Fe-4e == 2Fe2+

O2+2H2O+4e == 4OH-

后续反应：4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3

Fe(OH)2部分脱水生成Fe2O3·xH2O

思考：（1）P23“活动与探究”推断实验现象。

（2）P25“交流与讨论”

不管是化学腐蚀还是电化学腐蚀，其本质是一样的，都是金属原子失去电子而被氧化的过程，只不过电化学腐蚀伴随有电流的产生，而化学腐蚀过程则没有。一般情况下，两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀普遍，腐蚀速度也快得多。

二．金属的电化学防护

通过前面的学习，我们知道，金属的腐蚀主要是电化学腐蚀。为什么金属会发生电化学腐蚀？电化学腐蚀的原理是形成了原电池。为什么会形成原电池？形成原电池的条件是什么？

从这些条件给你什么启发，可以怎么简单地防止金属的电化学腐蚀？

1. 表面防护——加保护层

比如在钢铁表面涂油（齿轮）、油漆（桥梁汽车船舶表面的防锈漆）、搪瓷（脸盆）、塑料（浴缸）、镀其他金属（不活泼）等等。通过上述措施使钢铁与空气、水隔绝，以达到防止钢铁锈蚀的目的。

还可以利用一些反应在金属表面生成一层致密的氧化膜来防腐，利用腐蚀来防腐。哪些金属在什么溶液中能生成一层致密的氧化膜？铝在浓硫酸浓硝酸中，铁在氢氧化钠和亚硝酸钠的混合溶液中会生成一层四氧化三铁的氧化膜（枪管），也可防止钢铁腐蚀。

但是有些金属通过加保护层的方法还不够，比如大轮船，那么还有哪些方法可以防止金属腐蚀呢？

既然电化学腐蚀的原理是原电池原理，那么，除了在金属表面覆盖保护层外，我们还可以利用原电池原理来保护金属，防止金属腐蚀。

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怎么利用呢？金属在形成原电池发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极的金属被氧化失去电子被腐蚀，而作为原电池正极的金属不被腐蚀。这给你什么启发？

2. 电化学防护

（1）牺牲“阳极”的“阴极”保护法——原电池原理

这种方法通常是在被保护的钢铁设备上（如锅炉的内壁、船舶的外壳等）装上若干比铁活泼的金属（如镁铝合金或锌块）。镁铝锌比铁活泼，它们就会成为原电池的负极（阳极），不断遭受腐蚀，可以定期拆换，而作为正极（阴极）的钢铁设备就被保护了下来。如P26图1-29。

P26“交流与讨论”

实际上应该是牺牲负极的正极保护法，因为到大学的电化学中，原电池的正负极也可成为阴阳极，所以这个说法沿用至今。但是高中不能混用，原电池是正负极，而电解池是阴阳极。所以这种方法是利用了原电池原理。

类似，电解池中如果是金属电极，哪一极很容易失去电子被腐蚀？所以我们可以接一个外加电源，把需要保护的金属作为电解池的阴极，阳极可以用惰性电极，以达到保护该金属的目的。

（2）外加电流的阴极保护法——电解池原理

不少江水、海水中的钢铁就是采用这样的方式防止腐蚀的，比如船闸，把钢闸门作为阴极，用惰性电极作为阳极，两者均存在于电解质溶液（海水）中，接外接电源。通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至接近与零，从而起到保护作用。

外加电流的阴极保护法主要用于防止土壤、海水及河水中的金属设备的腐蚀。

3. 改变金属成分

除了以上的方法外，还可以采用改变金属组成或结构的方法防止金属腐蚀，在金属中添加其他元素形成耐腐蚀的合金，比如不锈钢就是向钢铁中

加入铬和镍元素制成的合金。

练习：P27

1-4 同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢：电解腐蚀>原电池腐蚀>化学腐蚀>有防腐的腐蚀；反之，防腐措施的好坏顺序：外接电源的阴极保护>牺牲阳极的阴极保护>一般的保护>没有保护

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