人教版高中化学 第四章 电化学基础 4.4 金属的腐蚀和防护课件 新人教选修4.ppt

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1、4-4 4-4 金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护2021/8/9 星期一1钢铁生锈钢铁生锈钢铁生锈钢铁生锈金属的腐蚀在生活中非常普遍金属的腐蚀在生活中非常普遍2021/8/9 星期一2铜器生锈铜器生锈铜铜器器表表面面生生成成铜铜绿绿2021/8/9 星期一3我我我我国国国国作作作作为为为为世世世世界界界界上上上上钢钢钢钢铁铁铁铁产产产产量量量量最最最最多多多多的的的的国国国国家家家家，每每每每年年年年被被被被腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀的的的的铁铁铁铁占占占占到到到到我我我我国国国国钢钢钢钢铁铁铁铁年年年年产产产产量量量量的的的的十十十十分分分分之之之之一一一一，因因因因为为为为金金金金属属属属腐腐腐腐蚀

2、蚀蚀蚀而而而而造造造造成成成成的损失占到国内生产总值的的损失占到国内生产总值的的损失占到国内生产总值的的损失占到国内生产总值的2%2%2%2%4%4%4%4%。金金金金属属属属腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀的的的的主主主主要要要要害害害害处处处处，不不不不仅仅仅仅在在在在于于于于金金金金属属属属本本本本身身身身的的的的损损损损失失失失，更更更更严严严严重重重重的的的的是是是是金金金金属属属属制制制制品品品品结结结结构构构构损损损损坏坏坏坏所所所所造造造造成成成成的的的的损损损损失失失失比比比比金金金金属属属属本本本本身身身身要要要要大大大大到到到到无无无无法法法法估估估估量量量量。腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀不不不不仅

3、仅仅仅造造造造成成成成经经经经济济济济损损损损失失失失，也也也也经经经经常常常常对对对对安安安安全全全全构构构构成威胁。成威胁。成威胁。成威胁。面对这样惊人的数据和金属腐蚀危害事实，大家有没有想过，铁怎么会被面对这样惊人的数据和金属腐蚀危害事实，大家有没有想过，铁怎么会被腐蚀？怎样防腐？腐蚀？怎样防腐？2021/8/9 星期一4阅读课本回答以下问题：阅读课本回答以下问题：阅读课本回答以下问题：阅读课本回答以下问题：1.1.1.1.什么是金属腐蚀？其本质是什么？什么是金属腐蚀？其本质是什么？什么是金属腐蚀？其本质是什么？什么是金属腐蚀？其本质是什么？2.2.2.2.金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化

4、学腐蚀，两者有何金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀，两者有何金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀，两者有何金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀，两者有何不同？不同？不同？不同？金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀2021/8/9 星期一5金属的腐蚀金属的腐蚀金属与周围的气体或液体物质发生氧化金属与周围的气体或液体物质发生氧化金属与周围的气体或液体物质发生氧化金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。还原反应而引起损耗的现象。还原反应而引起损耗的现象。还原反应而引起损耗的现象。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。M-neM-ne-M Mn+n

5、+2021/8/9 星期一6化学腐蚀化学腐蚀金属跟接触到的干燥气体（如金属跟接触到的干燥气体（如金属跟接触到的干燥气体（如金属跟接触到的干燥气体（如O O O O2 2 2 2、ClClClCl2 2 2 2、SOSOSOSO2 2 2 2等）等）等）等）或非电解质液体（如石油）等直接发生化学反或非电解质液体（如石油）等直接发生化学反或非电解质液体（如石油）等直接发生化学反或非电解质液体（如石油）等直接发生化学反应而引起的腐蚀。应而引起的腐蚀。应而引起的腐蚀。应而引起的腐蚀。电化学腐蚀电化学腐蚀不纯的金属或合金与电解质溶液接触时，会发生不纯的金属或合金与电解质溶液接触时，会发生不纯的金属或合金

6、与电解质溶液接触时，会发生不纯的金属或合金与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化而消原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化而消原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化而消原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化而消耗的过程叫做金属的电化学腐蚀。耗的过程叫做金属的电化学腐蚀。耗的过程叫做金属的电化学腐蚀。耗的过程叫做金属的电化学腐蚀。2021/8/9 星期一7nZ4OS2HFeCl3FeCuFeFeCl3ZnFeH2SO4溶液化学腐蚀电化学腐蚀Zn腐蚀速率：Fe腐蚀速率：2021/8/9 星期一8化学腐化学腐蚀电化学腐化学腐蚀条件条件现象象本本质影响影响因素因素联系系金属跟

7、干燥气体或非金属跟干燥气体或非电解解质液体直接接触液体直接接触不不纯金属或合金金属或合金跟跟电解解质溶液接触溶液接触无无电流流产生生有微弱有微弱电流流产生生金属被氧化金属被氧化较活活泼金属被氧化金属被氧化与接触物与接触物质的氧化性及的氧化性及温度有关温度有关与与电解解质溶液的酸碱性溶液的酸碱性及金属活性有关及金属活性有关两者往往同两者往往同时发生，生，电化学腐化学腐蚀更普遍更普遍化学腐蚀与电化学腐蚀的区别化学腐蚀与电化学腐蚀的区别2021/8/9 星期一9钢铁在干燥的空气里长时间不易被腐蚀钢铁在干燥的空气里长时间不易被腐蚀,但在潮湿的空但在潮湿的空气里却很快被腐蚀气里却很快被腐蚀,这是什么原因

8、呢这是什么原因呢?在潮湿的空气里在潮湿的空气里在潮湿的空气里在潮湿的空气里,钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜。水钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜。水钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜。水钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜。水中溶有中溶有中溶有中溶有O O O O2 2 2 2、COCOCOCO2 2 2 2、SOSOSOSO2 2 2 2等气体，这样在等气体，这样在等气体，这样在等气体，这样在钢铁表面形成了一钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜层电解质溶液的薄膜,它跟钢铁里的铁和少量的它跟钢铁里的铁和少量的它跟钢铁里的铁和少量的它跟钢铁里的铁和少量的碳构成碳构成无数微小的原电池无数微小的原电池。2021/8/9 星

9、期一10负极：Fe-2e-=Fe2+正极：2H+2e-=H2请写出下列电极方程式？A钢铁的析氢腐蚀示意图总反应：2H+Fe=Fe2+H2条件：酸性环境2021/8/9 星期一11钢铁的析氢腐蚀钢铁的析氢腐蚀2021/8/9 星期一12钢铁的吸氧腐蚀示意图H2O溶液反应：Fe2+2OH-=Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O+(3-n)H2O正极：O2+2H2O+4e-=4OH-A负极：Fe-2e-=Fe2+总反应:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 条件：中性或酸性极弱环境2021/8/9 星期一13钢铁的吸氧腐蚀钢铁的

10、吸氧腐蚀2021/8/9 星期一14将用酸洗除锈的铁钉，在饱和食盐水浸泡后放在如图所示将用酸洗除锈的铁钉，在饱和食盐水浸泡后放在如图所示的装置中，几分钟后观察导管中水柱的变化的装置中，几分钟后观察导管中水柱的变化实验现象：实验现象：几分钟后几分钟后,装置中的装置中的导管中水柱上升导管中水柱上升说明装置中有气体参加反应。说明装置中有气体参加反应。结论：结论：2021/8/9 星期一15析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀条件条件电电极极反反应应负极负极(Fe)(Fe)正极正极(C)(C)总反应总反应进一步反应进一步反应联系联系水膜呈酸性水膜呈酸性水膜呈弱酸性或呈中性水膜呈弱酸性或呈中性2Fe+2H2

11、Fe+2H2 2O+OO+O2 2=2Fe(OH)=2Fe(OH)2 24Fe(OH)4Fe(OH)2 2+2H+2H2 2O+OO+O2 2=4Fe(OH)=4Fe(OH)3 3FeFe2 2O O3 3nHnH2 2O O通常两种腐蚀同时存在通常两种腐蚀同时存在,但以吸氧腐蚀为主但以吸氧腐蚀为主Fe-2eFe-2e-=Fe=Fe2+2+2Fe-4e2Fe-4e-=2Fe=2Fe2+2+2H2H+2e+2e-=H=H2 2O O2 2+4e+4e-+2H+2H2 2O=4OHO=4OH-Fe+2HFe+2H+=Fe=Fe2+2+H+H2 22021/8/9 星期一16讨论讨论鉴于金属发生腐蚀

12、的原因，我们可以从哪些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方面设想解决问题的思路？思路一：直接隔离思路一：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。开，以阻止金属的腐蚀。1、给金属穿上、给金属穿上“保护膜保护膜”例如：例如：喷涂漆；喷涂漆；涂油脂；涂油脂；表面钝化；表面钝化；电镀电镀(在钢铁表在钢铁表面形成铬等耐腐蚀性较强的金属镀层面形成铬等耐腐蚀性较强的金属镀层)等。等。二、金属的防护二、金属的防护2021/8/9 星期一17思路二：改变本质思路二：改变本质 即改变金属的内部组

13、成结构，使其具有较强的抗腐蚀性能。即改变金属的内部组成结构，使其具有较强的抗腐蚀性能。即改变金属的内部组成结构，使其具有较强的抗腐蚀性能。即改变金属的内部组成结构，使其具有较强的抗腐蚀性能。2、加入其他金属改变其组成、加入其他金属改变其组成 在钢铁中加入一定比例的铬和镍（如在钢铁中加入一定比例的铬和镍（如在钢铁中加入一定比例的铬和镍（如在钢铁中加入一定比例的铬和镍（如14%14%8%Cr8%Cr，7%7%9%Ni9%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，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，改变钢铁内部的组成和结构，可极大程度地提高钢

14、铁抗腐蚀性能，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，这就是常见的这就是常见的这就是常见的这就是常见的“不锈钢不锈钢不锈钢不锈钢”(合金合金合金合金)。2021/8/9 星期一18思路三：因势利导思路三：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接接触，采用还原性更强的物质

15、或其他替代方式来满足氧化剂对电接接触，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。子的需求，从而保护主体金属构件免受腐蚀。子的需求，从而保护主体金属构件免受腐蚀。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、电化学防护法重点掌握重点掌握牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法外加直流电源的阴极保护法外加直流电源的阴极保护法2021/8/9 星期一19原理：原理：形形成成原原电电池池时时，让让被被保保护护金金属属作作正正极极(阴阴极极)，不不反反应应受受到到保保护护；而而活活泼泼金金属属作作负负极极(阳阳极极)，反应受到腐蚀。反应受到腐蚀

16、。1.1.牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法金属的电化学防护金属的电化学防护 2021/8/9 星期一20牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法2021/8/9 星期一21辅助阳极（不辅助阳极（不溶性）溶性）2.2.外加电流的阴极保护法外加电流的阴极保护法 将被保护的钢铁设备（如钢闸门）做阴极，用惰性将被保护的钢铁设备（如钢闸门）做阴极，用惰性电极做辅助阳极，在外加直流电作用下，电子被迫流向电极做辅助阳极，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。近等于零。2021/8/9 星期一22金属的

17、电化学防护 在同一电解质溶液中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阳极的阴极保护法有一般防腐条件保护无防腐条件2021/8/9 星期一23 下列各情况下，其中下列各情况下，其中FeFe片腐蚀由快到慢的顺序是片腐蚀由快到慢的顺序是 。(5)(5)(2)(2)(1)(1)(3)(3)(4)(4)2021/8/9 星期一24金属腐蚀快慢的判断金属腐蚀快慢的判断金属腐蚀快慢的判断金属腐蚀快慢的判断金属腐蚀快慢的判断金属腐蚀快慢的判断(1)(1)(1)(1)(1)(1)与构成微电池两极的材料有关。两极材料的活动性与构成微电池两极的材料有关。两极材料的活动性与构成微电池两极的材料有关。两极

18、材料的活动性与构成微电池两极的材料有关。两极材料的活动性与构成微电池两极的材料有关。两极材料的活动性与构成微电池两极的材料有关。两极材料的活动性差别越大，氧化还原反应的速率越差别越大，氧化还原反应的速率越差别越大，氧化还原反应的速率越差别越大，氧化还原反应的速率越差别越大，氧化还原反应的速率越差别越大，氧化还原反应的速率越 ，活泼金属被，活泼金属被，活泼金属被，活泼金属被，活泼金属被，活泼金属被腐蚀的速度越腐蚀的速度越腐蚀的速度越腐蚀的速度越腐蚀的速度越腐蚀的速度越 。(2)(2)(2)(2)(2)(2)电解原理引起的腐蚀电解原理引起的腐蚀电解原理引起的腐蚀电解原理引起的腐蚀电解原理引起的腐蚀

19、电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的原电池原理引起的原电池原理引起的原电池原理引起的原电池原理引起的原电池原理引起的腐蚀腐蚀腐蚀腐蚀腐蚀腐蚀 化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀 有防腐措施的腐蚀。有防腐措施的腐蚀。有防腐措施的腐蚀。有防腐措施的腐蚀。有防腐措施的腐蚀。有防腐措施的腐蚀。(3)(3)(3)(3)(3)(3)同一种金属的腐蚀：在强电解质中同一种金属的腐蚀：在强电解质中同一种金属的腐蚀：在强电解质中同一种金属的腐蚀：在强电解质中同一种金属的腐蚀：在强电解质中同一种金属的腐蚀：在强电解质中_ 弱电解质中弱电解质中弱电解质中弱电解质中弱电解质中弱电解质中 非电解质中。非电解

20、质中。非电解质中。非电解质中。非电解质中。非电解质中。(4)(4)(4)(4)(4)(4)一般说来：原电池原理引起的腐蚀一般说来：原电池原理引起的腐蚀一般说来：原电池原理引起的腐蚀一般说来：原电池原理引起的腐蚀一般说来：原电池原理引起的腐蚀一般说来：原电池原理引起的腐蚀 化学化学化学化学化学化学腐蚀腐蚀腐蚀腐蚀腐蚀腐蚀 有防腐措施的腐蚀。有防腐措施的腐蚀。有防腐措施的腐蚀。有防腐措施的腐蚀。有防腐措施的腐蚀。有防腐措施的腐蚀。快快快快 2021/8/9 星期一252021/8/9 星期一261.1.钢铁锈蚀过程中可能发生的变化是钢铁锈蚀过程中可能发生的变化是()()Fe Fe由单质转化为由单质

21、转化为+2+2价；价；FeFe由由+2+2价转化为价转化为+3+3价；价；产生氢气；产生氢气；产生氧气；产生氧气；杂质杂质C C被氧化除去；被氧化除去；FeFe（OHOH）3 3失水变成失水变成FeFe2 2O O3 33H3H2 2O.O.A.B.C.A.B.C.只有只有 D.D.全部全部A A2021/8/9 星期一272.2.2.2.为保护地下钢管不被腐蚀，可采用的方法是为保护地下钢管不被腐蚀，可采用的方法是为保护地下钢管不被腐蚀，可采用的方法是为保护地下钢管不被腐蚀，可采用的方法是()()()()A.A.A.A.与直流电源负极相连接与直流电源负极相连接与直流电源负极相连接与直流电源负极

22、相连接 B.B.B.B.与直流电源的正极相连接与直流电源的正极相连接与直流电源的正极相连接与直流电源的正极相连接C.C.C.C.与铜板相连接与铜板相连接与铜板相连接与铜板相连接 D.D.D.D.与锌板相连接与锌板相连接与锌板相连接与锌板相连接ADAD2021/8/9 星期一283.3.以下现象与电化学腐蚀无关的是（以下现象与电化学腐蚀无关的是（）A.A.黄铜黄铜(铜锌合金铜锌合金)制作的锣不易产生铜绿制作的锣不易产生铜绿B.B.生铁比纯铁容易生锈生铁比纯铁容易生锈C.C.铁质配件附有铜质配件，在接触处易生铁锈铁质配件附有铜质配件，在接触处易生铁锈D.D.银质物品久置表面变暗银质物品久置表面变暗D D2021/8/9 星期一29