4.3 金属的腐蚀与保护 课件 -2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第3讲 金属的腐蚀与防护 第四章 化学反应与电能 选择性必修一 化学反应原理 是指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。 金属阳离子 失e- (氧化反应) 3. 金属腐蚀的类型 化学腐蚀 金属原子 2. 金属腐蚀的本质： 1. 概念: M – ne- →Mn+ 一、金属腐蚀 电化学腐蚀 — 直接反应 —原电池反应 2 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 现象 本质 影响 因素 联系 金属与干燥气体或非电解质液体直接接触 不纯金属或合金与电解质溶液接触 无电流产生 有微弱电流产生 金属被氧化 较活泼金属被氧化 与接触物质的氧化性及温度有关 与电解质溶液的酸碱性及金属活性有关 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 化学腐蚀和电化学腐蚀的对比 3 负极： Fe - 2e- = Fe2+ 正极： O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- 电池反应： 2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)2 总结：金属表面吸附的水膜呈中性或酸性很弱条件下，溶有一定量氧气发生的电化腐蚀叫吸氧腐蚀。 装置中进一步反应： 4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O =4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x) H2O 4 正极： 2H++ 2e- =H2↑ 负极： Fe - 2e- = Fe2+ 电池反应： Fe + 2H+ =Fe2+ + H2↑ 总结：金属表面水膜溶解大气中的酸性气体，使水膜中含有一定量的H+，使溶液呈一定酸性发生的电化腐蚀叫析氢腐蚀 问题思考：如果将铁钉浸没在一定酸性的电解质溶液中电极反应有变化吗？ 析氢腐蚀和吸氧腐蚀都属于电化学腐蚀 5 钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较 Fe2O3 · nH2O （铁锈） 通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜呈酸性。 水膜呈中性或酸性很弱或碱性。 电极反应 负极Fe(-) Fe-2e-=Fe2+ 2Fe-4e-=2Fe2+ 正极C(+) 2H++2e-=H2↑ O2+2H2O+4e-=4OH- 总反应: Fe+2H+=Fe2++H2↑ 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 联系 6 二、金属的防护 1、目的：防止金属被氧化 2、依据：依据金属腐蚀的化学反应原理和腐蚀类型来确定金属防护的方法 〖讨论〗鉴于金属发生腐蚀的原因，我们可以从哪些方面设想解决问题的思路 ？ 思路一：直接隔离 即可选用适当的材料使金属与空气或其他腐蚀性试剂隔离开，以阻止金属的腐蚀。 例如：①喷涂漆；②涂油脂；③表面钝化；④电镀(在钢铁表面形成铬等耐腐蚀性较强的金属镀层)等。 1、给金属穿上“保护膜”-在金属表面覆盖保护层 7 思路二：改变本质 即改变金属的内部组成结构，使其具有较强的抗腐蚀性能。 在钢铁中加入一定比例的铬和镍(如14%～8%Cr，7%～9%Ni)，改变钢铁内部的组成和结构，可极大程度地提高钢铁抗腐蚀性能，这就是常见的“不锈钢”(合金)。 2、改变金属材料的组成 思路三：因势利导 电化学腐蚀还是用电化学方法来解决，不回避金属与氧化剂的直接接触，采用还原性更强的物质或其他替代方式来满足氧化剂对电子的需求，从而保护主体金属构件免受腐蚀。 3、电化学防护法——重点 8 1.牺牲阳极的阴极保护法 原理： 应用 原理，让被保护金属作 极， 原电池 正 负 找另一种活泼性较强金属作 级 用牺牲锌块的方法来保护船身，锌块必须定期更换 锌块 9 验证牺牲阳极的阴极保护法实验装置 （1）按图连接好装置，观察电压计和 Fe 电极上有什么现象发生？过段时间，取少量 Fe 电极区溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6] (铁氰化钾)溶液， 观察溶液颜色变化？Zn、 Fe 两个电极上发生了什么反应？在这个装置中有没有 Fe2+ 产生？说明什么问题？ 已知Fe2+与K3[Fe(CN)6]反应生成带有特征蓝色的KFe[Fe(CN)6]沉淀。 实验装置 电流表 阳极 阴极 现象 有关反应 2H＋＋2e=H2↑ Zn-2e-=Zn2＋ 偏转 锌片逐渐溶解 铁电极上有气泡冒出 试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6] (铁氰化钾)溶液，无明显变化 结论：Fe电极被保护，不发生反应 实验4-4 10 (2)将1 g琼脂加入250 mL烧杯中，再加入50 mL饱和食盐水和150 mL水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。稍冷后，趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中，各滴入5-6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀。取两个2~3 cm 的铁钉，用砂纸擦光。如图4-27(a) 所示，将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养皿中；如图4-27(b)所示，将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中。观察并解释实验现象。 实验现象：裹有锌片的铁钉，锌片逐渐溶解，铁钉附近溶液变红色； 实验结论： 锌作负极，发生反应：Zn-2e-=Zn2+； 铁作正极，发生反应：O2+2H2O+4e-=4OH- 铁作正极，不反应，被保护 实验现象：裹有铜丝的铁钉，铁钉逐渐溶解，铁钉附近溶液中产生蓝色固体； 实验结论： 铁作负极，发生反应：Fe-2e-=Fe2+； 铜作正极，发生反应：O2+2H2O+4e-=4OH- Fe2+与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的KFe[Fe(CN)6]沉淀 铁作负极，发生氧化反应，被腐蚀 11 原理：应用 原理，将被保护的钢铁设备做 极，用惰性电极做辅助 极，在外加直流电作用下，电子被迫流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面的腐蚀电流降至零或接近等于零。 2. 外加电流的阴极保护法 阴 阳 电解池 12 金属腐蚀快慢的规律： (1) 活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，氧化还原反应的速率越 ，活泼金属被腐蚀的速度越 。 (2) 同一电解质溶液中, 电解原理引起的腐蚀(阳极） 原电池原理引起的腐蚀（负极） 化学腐蚀 有防腐措施的腐蚀(电解池的阳极、原电池的正极及加有镀层的金属）。 (3) 同一种金属的腐蚀：在强电解质中 弱电解质中 非电解质中 > > > > > 快 快 金属腐蚀速率的判断，首先应确定金属所处装置是原电池，还是电解池。其次判断该金属是原电池的正、负极，还是电解池的阴、阳极。最后利用金属腐蚀快慢的规律进行判断。 13 $$