化學：4.4《金屬的電化學腐蝕與防護》課件(新人教版選修4)

1、第四章第四章 電化學基礎電化學基礎第四節(jié)第四節(jié) 金屬的電化學腐蝕與防護金屬的電化學腐蝕與防護金屬腐蝕金屬腐蝕 我國作為世界上鋼鐵產(chǎn)量最多的國家（我國作為世界上鋼鐵產(chǎn)量最多的國家（2005年全國生年全國生產(chǎn)鋼材產(chǎn)鋼材37117.02萬噸）萬噸） ，每年被腐蝕的鐵占到我國鋼，每年被腐蝕的鐵占到我國鋼鐵年產(chǎn)量的十分之一，因為金屬腐蝕而造成的損失占鐵年產(chǎn)量的十分之一，因為金屬腐蝕而造成的損失占到國內(nèi)生產(chǎn)總值的到國內(nèi)生產(chǎn)總值的2%4%；約合人民幣：；約合人民幣：3000億元億元（ 2005年我國國內(nèi)生產(chǎn)總值將達年我國國內(nèi)生產(chǎn)總值將達15萬億元）萬億元） 。 根據(jù)各國調(diào)查結果，一般說來，金屬腐蝕所造成的經(jīng)

2、根據(jù)各國調(diào)查結果，一般說來，金屬腐蝕所造成的經(jīng)濟損失大致為該國國民生產(chǎn)總值的濟損失大致為該國國民生產(chǎn)總值的4%左右。左右。 另據(jù)國外統(tǒng)計，金屬腐蝕的年損失另據(jù)國外統(tǒng)計，金屬腐蝕的年損失遠遠超過遠遠超過水災、火水災、火災、風災和地震（平均值）損失的災、風災和地震（平均值）損失的總和總和，在這里，在這里還不還不包括包括由于腐蝕導致的停工、減產(chǎn)和爆炸等造成的間接由于腐蝕導致的停工、減產(chǎn)和爆炸等造成的間接損失。損失。 金屬腐蝕的主要害處，金屬腐蝕的主要害處，不僅在不僅在于金屬本身的損失，于金屬本身的損失，更嚴重的是金屬制品結構損壞所造成的損失比金屬更嚴重的是金屬制品結構損壞所造成的損失比金屬本身要大到

3、無法估量。本身要大到無法估量。 腐蝕不僅造成經(jīng)濟損失，也經(jīng)常對安全構成威脅腐蝕不僅造成經(jīng)濟損失，也經(jīng)常對安全構成威脅。 國內(nèi)外都曾發(fā)生過許多災難性腐蝕事故，如飛機因國內(nèi)外都曾發(fā)生過許多災難性腐蝕事故，如飛機因某一零部件破裂而某一零部件破裂而墜毀墜毀；橋梁因鋼梁產(chǎn)生裂縫而；橋梁因鋼梁產(chǎn)生裂縫而塌塌陷陷；油管因穿孔或裂縫而漏油，引起著火；油管因穿孔或裂縫而漏油，引起著火爆炸爆炸；化；化工廠中儲酸槽穿孔泄漏，造成重大環(huán)境工廠中儲酸槽穿孔泄漏，造成重大環(huán)境污染污染；管道；管道和設備跑、冒、滴、漏，破壞生產(chǎn)環(huán)境，有毒氣體和設備跑、冒、滴、漏，破壞生產(chǎn)環(huán)境，有毒氣體如如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更會

4、危及工作人員和等的泄漏，更會危及工作人員和附近居民的附近居民的生命安全生命安全。金屬腐蝕的本質【問題討論問題討論1】我們通常使用的金屬是純金屬我們通常使用的金屬是純金屬 么？成分如何？么？成分如何？【問題討論問題討論2】你了解鐵銹、銅銹的主要成分么？你了解鐵銹、銅銹的主要成分么？【問題探究問題探究3】用氧化還原的觀點看，金屬腐蝕的本質是什么？用氧化還原的觀點看，金屬腐蝕的本質是什么？鐵銹成分：鐵銹成分：FeFe2 2O O3 3xHxH2 2O O銅綠成分：銅綠成分：CuCu2 2(OH)(OH)2 2COCO3 3純金屬、合金。純金屬、合金。如：鋼鐵（如：鋼鐵（FeFe、C C等）；銅合金：

5、等）；銅合金：(Cu(Cu、ZnZn、SnSn等）等）金屬腐蝕的本質金屬腐蝕的本質2、金屬腐蝕的條件：、金屬腐蝕的條件： 1、金屬腐蝕的本質：、金屬腐蝕的本質： M - ne- = Mn+ （失電子，被氧化）（失電子，被氧化） 金屬或合金金屬或合金與接觸的與接觸的氣體或液體氣體或液體物質物質發(fā)生發(fā)生氧化還原反應氧化還原反應而腐蝕損耗的現(xiàn)象。而腐蝕損耗的現(xiàn)象。金屬腐蝕的分類1、化學腐蝕：石油管道內(nèi)壁被原油中的含硫化合物嚴重腐蝕在南極存放80多年的食品罐頭，很少生銹家用燃氣灶的中心部位很容易生銹【問題討論】以上事實，說明化學腐蝕受什么因素影響較大？【金屬+氣體或非電解質】金屬的化學腐蝕金屬的化學腐

6、蝕 金屬跟接觸到的金屬跟接觸到的干燥氣體干燥氣體(如如O2、Cl2、SO2等等)或或非電解質液體非電解質液體(如石油如石油)等直等直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕 例如：例如： 鐵與氯氣直接反應而腐蝕；鐵與氯氣直接反應而腐蝕； 鋼管被原油中的含硫化合物腐蝕等鋼管被原油中的含硫化合物腐蝕等 化學腐蝕的速度隨著溫度的升高而加化學腐蝕的速度隨著溫度的升高而加快快三、金屬腐蝕的分類2、電化學腐蝕： 【不純金屬+電解質溶液】【思考】為什么鋼鐵在干燥的空氣中不易生銹，在潮濕空氣中卻易生銹？金屬的電化學腐蝕金屬的電化學腐蝕 不純不純的金屬跟的金屬跟電解質溶液電解質溶液接觸時，會發(fā)生接觸

7、時，會發(fā)生原電池反應原電池反應，比較活潑的金屬，比較活潑的金屬失去電子失去電子而而被氧化，這種腐蝕叫做電化學腐蝕。被氧化，這種腐蝕叫做電化學腐蝕。 例如鋼鐵在潮濕的環(huán)境中生銹例如鋼鐵在潮濕的環(huán)境中生銹 常見的電化學腐蝕種類常見的電化學腐蝕種類 1. 析氫腐蝕析氫腐蝕 2. 吸氧腐蝕吸氧腐蝕活動與探究活動與探究 P91向鐵粉中加入少量的炭粉，混合向鐵粉中加入少量的炭粉，混合均勻后，撒入內(nèi)壁分別用氯化鈉均勻后，撒入內(nèi)壁分別用氯化鈉和稀醋酸潤濕過的兩支試管分別和稀醋酸潤濕過的兩支試管分別標記為標記為a a、b b中，按圖中，按圖1-281-28裝置好裝置好儀器。幾分鐘后，打開止水夾，儀器。幾分鐘后，

8、打開止水夾，觀察、比較導管中水柱（在水中觀察、比較導管中水柱（在水中滴加幾滴紅墨水）的變化和試管滴加幾滴紅墨水）的變化和試管中的現(xiàn)象。中的現(xiàn)象。實驗現(xiàn)象：實驗現(xiàn)象： 裝置裝置a中的導管中水柱上升，裝置中的導管中水柱上升，裝置b中的導管中的導管中水柱下降。中水柱下降。思考：思考：導管中的水柱變化說明什么問題？導管中的水柱變化說明什么問題？討論，小結：討論，小結：裝置裝置a中的導管中水柱上升，說明大試管內(nèi)氣體壓強中的導管中水柱上升，說明大試管內(nèi)氣體壓強減小，減小， a裝置中有氣體參加反應。裝置中有氣體參加反應。裝置裝置b中的導管中水柱下降，說明大試管內(nèi)氣體生成。中的導管中水柱下降，說明大試管內(nèi)氣體

9、生成。思考思考：向鐵粉中加入炭粉的作用是什么？向鐵粉中加入炭粉的作用是什么？在在a裝置中鐵、炭、氯化鈉溶液及裝置中鐵、炭、氯化鈉溶液及b裝置中鐵、炭、裝置中鐵、炭、醋酸均構成原電池，能加快化學反應速率。醋酸均構成原電池，能加快化學反應速率。學生活動學生活動請大家根據(jù)原電池原理，寫出電極反應式請大家根據(jù)原電池原理，寫出電極反應式及及電池反應電池反應方程式。方程式。a裝置中：裝置中：負極：負極： Fe - 2e- = Fe2+正極：正極： O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-電池反應：電池反應： 2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)2分析：分析：中性中性或或酸性很弱酸性很弱或或堿性堿性

10、條件下，易發(fā)生條件下，易發(fā)生吸氧腐蝕吸氧腐蝕。4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O =4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O+(3-n) H2Oa裝置中：裝置中：進一步反應：進一步反應：正極：正極： 2H+ 2e- =H2 負極：負極： Fe - 2e- = Fe2+b裝置中裝置中:電池反應：電池反應： Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 分析：當鋼鐵處于分析：當鋼鐵處于酸性酸性氣氛中時，易發(fā)生氣氛中時，易發(fā)生析氫腐蝕析氫腐蝕；析氫腐蝕析氫腐蝕和和吸氧腐蝕吸氧腐蝕都都屬于屬于電化學腐蝕電化學腐蝕。鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較Fe2O3 nH2

11、O（鐵銹鐵銹）通常兩種腐蝕同時存在，但以后者更普遍。通常兩種腐蝕同時存在，但以后者更普遍。析氫腐蝕析氫腐蝕吸氧腐蝕吸氧腐蝕條件條件水膜呈水膜呈酸性酸性。水膜呈水膜呈中性中性或或酸性很弱或堿性酸性很弱或堿性。電極反應電極反應負極負極Fe(- )Fe-2e-=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+正極正極C(+)2H+2e-=H2O2+2H2O+4e-=4OH-總反應總反應:Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3聯(lián)系聯(lián)系化學腐蝕與電化腐蝕的比較化學腐蝕與電化腐蝕的比較:化學腐蝕化學腐蝕電化腐蝕電化腐蝕條件條

12、件現(xiàn)象現(xiàn)象本質本質聯(lián)系聯(lián)系金屬跟非金屬單質直金屬跟非金屬單質直接接觸接接觸不純金屬或合金不純金屬或合金跟電解質溶液接觸跟電解質溶液接觸無電流產(chǎn)生無電流產(chǎn)生有有微弱電流微弱電流產(chǎn)生產(chǎn)生金屬被氧化金屬被氧化較活潑金屬被氧化較活潑金屬被氧化兩者往往同時發(fā)生，電化腐蝕更普遍兩者往往同時發(fā)生，電化腐蝕更普遍交流與討論交流與討論鐵生銹除了必須有空氣及水的參與外，還受其他一些因素鐵生銹除了必須有空氣及水的參與外，還受其他一些因素的影響。請解釋下列有關鐵生銹現(xiàn)象的原因。的影響。請解釋下列有關鐵生銹現(xiàn)象的原因。1.相對于在內(nèi)河行駛的輪船來說，海輪更容易被腐蝕。相對于在內(nèi)河行駛的輪船來說，海輪更容易被腐蝕。因為海

13、水中含有較多的氯化鈉等鹽類，導電能力比內(nèi)河因為海水中含有較多的氯化鈉等鹽類，導電能力比內(nèi)河的水更強，而在的水更強，而在電解質溶液電解質溶液中，電化學腐蝕更容易進行。中，電化學腐蝕更容易進行。2. 1910年遺留在南極的食品罐頭盒，其表面至今很少有年遺留在南極的食品罐頭盒，其表面至今很少有鐵銹出現(xiàn)。鐵銹出現(xiàn)。是由于南極的溫度常年在是由于南極的溫度常年在0以下，說明在較高以下，說明在較高溫度溫度下，下，腐蝕更易進行。腐蝕更易進行。交流與討論交流與討論3.用于連接銅板的鐵螺絲容易生銹。用于連接銅板的鐵螺絲容易生銹。是由于鐵與銅及空氣中的水蒸汽構成了原電池，鐵作是由于鐵與銅及空氣中的水蒸汽構成了原電池

14、，鐵作原原電池的負極電池的負極，因此鐵易被腐蝕而生銹。，因此鐵易被腐蝕而生銹。4.當化工廠派出的廢氣為酸性氣體時當化工廠派出的廢氣為酸性氣體時,工廠附近的鐵制品工廠附近的鐵制品容易生銹。容易生銹。說明鐵制品在說明鐵制品在酸性條件酸性條件下比在中性條件下更容易被腐蝕。下比在中性條件下更容易被腐蝕。 下列各情況下，其中下列各情況下，其中FeFe片腐蝕由片腐蝕由快快到到慢慢的順序的順序是是 。(5)(2) (1)(3)(4)結論結論 判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律電解池的陽極原電池的負極化學腐蝕原電池的正電解池的陽極原電池的負極化學腐蝕原電池的正極電解池的陰極極電解池的陰極1、電解原理

15、引起的腐蝕、電解原理引起的腐蝕 原電池原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕 化學化學腐蝕防腐措施的腐蝕腐蝕防腐措施的腐蝕2、對同一種金屬來說，腐蝕的快慢：、對同一種金屬來說，腐蝕的快慢：強電解質溶液強電解質溶液 弱電解質溶液弱電解質溶液 非電解質溶液非電解質溶液 請大家根據(jù)鐵生銹的原理，思考請大家根據(jù)鐵生銹的原理，思考應采取什么措施防止鐵生銹？應采取什么措施防止鐵生銹？交流與討論交流與討論請大家閱讀課本請大家閱讀課本92-9392-93金屬的防護金屬的防護健身器材刷油漆電線外面包塑料餐具做成不銹鋼轉動部位涂油脂金屬的防護烤藍涂機油烤漆涂凡士林鍍鋅鍍鉻原理原理 ：形成原電池反應時，讓形成原電池反應

16、時，讓被保護金屬被保護金屬做做正正極極，不反應，起到保護作用；而，不反應，起到保護作用；而活潑金活潑金屬反應受到腐蝕屬反應受到腐蝕。1.1.犧牲陽極保護法犧牲陽極保護法金屬的電化學保護金屬的電化學保護 犧牲陽極犧牲陽極的的陰極保護法陰極保護法示意圖示意圖船舶、輸水管道裝上（連上）Zn塊或Mg合金 2.2.外加電流法外加電流法 將將被保護金屬被保護金屬與另一與另一附加電極附加電極作為電解池的作為電解池的兩個極，使兩個極，使被保護的金屬被保護的金屬作為作為陰極陰極，在外加直流，在外加直流電的作用下使陰極得到保護。此法主要用于防止電的作用下使陰極得到保護。此法主要用于防止土壤、海水及水中金屬設備的腐

17、蝕。土壤、海水及水中金屬設備的腐蝕。輔助陽極輔助陽極（不溶性）（不溶性）外加電流外加電流的的陰極保護法陰極保護法示意圖示意圖除此以外還有其它防護方法？除此以外還有其它防護方法？金屬防護的幾種重要方法金屬防護的幾種重要方法在金屬表面覆蓋保護層。在金屬表面覆蓋保護層。 改變金屬內(nèi)部的組織結構，制成合金。改變金屬內(nèi)部的組織結構，制成合金。 電化學保護法，即將金屬作為原電池的電化學保護法，即將金屬作為原電池的正極或電解池的陰極而受到保護。正極或電解池的陰極而受到保護。 小結小結2 2、20002000年年5 5月，保利集團在香港拍賣會上花費月，保利集團在香港拍賣會上花費30003000多多萬港幣購回在火燒圓明園時流失的國寶：銅鑄的牛首、萬港幣購回在火燒圓明園時流失的國寶：銅鑄的牛首、猴首和虎首，普通銅器時間稍久容易出現(xiàn)銅綠，其主猴首和虎首，普通銅器時間稍久容易出現(xiàn)銅綠，其主要成分是要成分是CuCu2 2(OH)(OH)2 2COCO3 3 這三件這三件17601760年銅鑄的國寶在年銅鑄的國寶在240 240 年后看上去仍然熠熠生輝不生銹，下列對起原因年后看上去仍然熠熠生輝不生銹，下列對起原因的分析，最可能的是的分析，最可能的是A、它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金；、它們的表面都