c03-电化学腐蚀动力学
第三章电化学腐蚀动力学
§3-1 电化学腐蚀过程——电极过程动力学基础
一. 电极过程的特征[1]
电化学腐蚀本质上是一种电极过程。
电化学反应是在两类导体界面上发生的有电子参加的氧化反应或还原反应。电极本身既是传递电子的介质，又是电化学反应的反应点。为了使这个反应在一定电位下得以在电极与溶液界面间顺利进行，不可避免地会涉及到某些与之有联系的物理和化学变化。通常将电流通过电极与溶液界面时所发生的一连串变化的总和，称为电极过程。
在两类导体界面上发生的电极过程是一种有电子参加的异相氧化还原反应。电极相当于异相反应的催化剂。因此，电极过程应当服从异相催化反应的一般规律。首先，反应是在两相界面上发生的，反应速度与界面面积的大小和界面的特性有关。其次，反应速度在很大程度上受电极表面附近微薄液层中反应物和产物的传质过程（溶液中朝着一定方向输送某种物质的过程）的影响。如果没有传质过程，则反应物来源断绝或产物疏散不出去，反应自然不能持续地进行。此外，这类反应还与新相（气体、晶体等）生成过程密切相关。但是，电极过程除了具有一般异相催化反应的共性外，还有它自己的特殊性。界面电场对电极过程速度具有重大作用。界面间电位差只要改变0.1V左右，就足以使反应速度成十倍地增加。
根据对电极反应历程的分析研究得知，它是由一系列性质不同的单元步骤组成的。除了接续进行的步骤之外，还可能由平行的步骤存在。其中包括三个必不可少的接续进行的单元步骤。1. 反应物粒子自溶液内部或自液态电极内部向电极表面附近输送的单元步骤，称为液相传质步骤；2. 反应物粒子在电极与溶液界面间得电子或失电子的单元步骤，称为电子转移步骤；3. 产物粒子自电极表面向溶液内部或向液态电极内部疏散的单元步骤，这也是个液相传质步骤；或者是电极反应生成气态或晶态（例如形成金属晶体）的产物，这个步骤称为新相生成步骤。
有时在步骤1与步骤2之间，还可能存在着反应物粒子得失电子之前，于界面附近液层中或电极上进行的某些变化，称为前置的表面转化步骤。在某些电极过程中，步骤2与步骤3之间也可能存在着电子转移步骤产物进一步转化为其它物质的反应，称为后继的表面转化步骤。
电极过程在电极与溶液界面间进行，可以用一般的表示异相反应速度的方法来描述电极过程的速度v r，即以单位表面上所消耗的反应物摩尔数表示，其单位是摩尔/秒·米2。例如反应物O与电子结合形成产物R的总反应可表示为 O + ne = R，其中n为一个反应物粒子O 在反应中所需要的电子数。在电极反应的前后还有液相传质过程等步骤存在。因为在稳态下进行的各步骤速度应当相等，故可根据单位时间内这个电极反应式所需要的电量来表示这个电极过程的反应速度。
由法拉第定律可知，电极反应所消耗的反应物的克当量数等于电极上通过电量的法拉第数。因此，可将摩尔数表示的反应速度转化为克当量数，然后再将它转换成以库仑表示的电量。
在上述反应式中每个反应物粒子需要消耗n个电子。物质O的摩尔数乘以n则为克当量
数。所以nv r的单位变成克当量/秒·米2，若以电量表示，则为法拉第/秒·米2。如果1法拉第=F库仑=96500库仑，
则nFv r的单位变成库仑/秒·米2或安培/米2。因此
i = nFv r (3-1)
式中i为以安培/米2表示的电流密度。因为nF为常数，故i 与v r成正比。在电化学中总是习惯于用电流密度来表示反应速度。
电极过程中各个单元步骤进行的阻力并不一样大。在一定大小推动力作用下，某个单元步骤的阻力越大，它进行起来越困难，其速度也就越慢。这里所说的快慢，是指其它单元步骤不存在的条件下，该步骤单独进行时的速度。如果是几个步骤接续进行的话，在稳态下各个单元步骤的速度都应当相同。每个单元步骤单独进行时速度有大有小，说明它们所蕴藏的反应能力大小不同；几个单元步骤在稳态下接续进行时，它们的速度又都一样，这就意味着在这种情况下，某些单元步骤的反应能力得不到充分发挥。
几个接续进行的单元步骤中，如果有一个步骤的速度比其它的步骤小得多，则电极过程中每个步骤的速度，在稳态下，都应当与这个最慢步骤的速度相等，即由它来控制整个电极过程的速度。这个控制着整个电极过程速度的单元步骤，称为电极过程的速度控制步骤。只有采取措施提高速度控制步骤的速度，才能提高整个电极过程的速度。
为了使电极过程得以在所要求的速度下进行，必须增加对电极过程的推动力，即需要一定的过电位。电极过程的过电位可以是由各种不同原因引起的。根据电极过程中速度控制步骤的不同，可将过电位分为四类：（1）由电子转移步骤控制整个电极过程速度而引起的过电位，称为电子转移过电位；（2）由液相传质步骤控制整个电极过程速度而引起的过电位，称为浓度过电位；（3）由表面转化步骤为控制整个电极过程速度而引起的过电位，称为反应过电位；（4）由原子进入电极的晶格或形成新相存在困难而引起的过电位，称为结晶过电位。
当前对过电位成相过电位的分类并非都一致。例如，也有人主张把电极与溶液界面间出现的各种膜电阻（例如氧化膜）所引起的电位变化（欧姆电位降）称为欧姆过电位，将它作为过电位的另一种类型。还有人把电子转移过电位与反应过电位合在一起，称为活化过电位，因为它们均与反应的活化自由焓有关。
应当注意，当电极过程受到几个步骤共同控制时的过电位，并不等于这几个步骤独自作为控制步骤时得出的各个过电位的总和，而仍然相当于其中“最慢”步骤的过电位。
改变速度控制步骤的速度就可以改变整个电极过程的速度，所以在电极过程中找出它的速度控制步骤，显然是一个很重要的任务。为此，首先要通过实验对每个单元步骤的动力学特征分别进行研究，采取措施使电极过程中其它步骤都远比需要研究的步骤容易进行，或者是使其它单元步骤的影响变成已知的，从而可以定量地修正它对我们需要研究的步骤的干扰。这样就可以研究出某一单元步骤的特征和影响这个步骤速度的各个因素。
掌握了各单元步骤的动力学特征后，可以把由实验得到的我们需要研究的电极过程动力学特征加以分析。如果它与某个单元步骤动力学特征相同，即某个单元步骤的动力学公式可以代表整个电极过程的动力学公式，则这个单元步骤就是电极过程的速度控制步骤。影响这个单元步骤速度的因素，也就是影响整个电极过程速度的因素。
二. 电化学极化过程
电极过程中至少要有一个步骤是电子转移步骤，其特点是反应发生在电极与溶液界面之间，而且有电子直接参加。电极过程中的电子转移步骤可能不止一个，在电子转移步骤前后也常常还存在着各种形式的表面转化步骤，由这些步骤组成了整个电极反应。无论其中哪一个步骤成为速度控制步骤，在外电流通过电极时，都将引起电极电位偏离平衡电位。我们将电极反应不可逆而产生的这种极化称为电化学极化。在很多情况下，尽管电极反应本身是可逆的，可以在平衡电位下进行；但是在电极表面附近液层中，由于反应消耗的反应物得不到及时补充，或者是聚积在电极表面附近的产物不能及时疏散开，就相当于把电极浸在一个较稀或较浓的溶液中。这种情况下的电极电位，自然与依照溶液总体浓度计算出的平衡电位不一样，即电极电位也偏离了平衡电位，通常将这种极化称为浓度极化。
如果对溶液加强搅拌，加速溶液的流动，使得液相传质步骤没有任何困难，那么整个电极过程的速度就可以是由电子转移步骤或表面转化步骤控制。因为电子转移步骤是电化学中的核心问题，这里要重点讨论一下电子转移步骤为控制步骤时的动力学公式。
在进行电子转移步骤时，意味着电极上发生了两件事：一个是有化学反应发生，另一个是有电流通过。电子转移步骤将化学反应与电流紧密地联系在一起。
有些电子转移反应不是发生在两类导体的界面上，而是在溶液的体相内部发生。这种情况下的电子转移是杂乱无章的，方向是任意的，所以不能形成电流。例如对于溶液中存在Fe 2+ - e = Fe 3+平衡来说，只要溶液中存在着可以接受Fe 2+给出的电子的粒子，例如Cr 2O 72-可以按照下列反应式接受电子
Cr 2O 7- + 14H + + 6e = 2Cr 3+ + 7H 2O
电子转移反应就可以发生。这种反应显然不是我们这里讨论的对象。
在电极上发生的电子转移反应是具有方向性的，或者是反应物将电子传给电极，发生氧化反应；或者反应物从电极得到电子发生还原反应。二者总是同时存在的。如果在同一电极上的两个方向的反应速度相等，则宏观上看来无电流表现；但当二者反应速度不同时，就会在电极上产生静电流（外电流）。当还原反应速度大于氧化反应速度时，电极上产生阴极电流；反之，则产生阳极电流。
设电极反应为R →O + ne ，其中O 为氧化产物，R 为还原产物。在推导电子转移步骤反应速度与电极电位的关系时，我们假定液相传质步骤速度很快，紧靠电极表面的液层中反应物与产物的浓度与溶液内部的总体浓度相同，并且认为正在参加电极反应的反应物位于外紧密层。为了使问题简化，我们还规定物质O 与物质R 以及溶液中的局外电解质均不能吸附于电极上。此外还假定电极本身与物质O 和物质R 之间不存在任何化学的相互作用。
根据过渡状态理论，反应物O 转变为产物R 时需要越过一定的势垒，即需越过图3-1中的过渡态#，此时单位面积上的阳极反应和阴极反应速率分别为：
氧化反应（阳极）：R o a R a o a C K RT W C A v =-=)exp(1 （3-2） 还原反应（阴极）：O o c O c o c C K RT
W C A v =-=)exp(2 （3-3）
金属的电化学腐蚀与防护测试题(含答案)
金属的电化学腐蚀与防护测试题(含答案) 《金属的电化学腐蚀与防护》 一、选择题 1. 为了防止钢铁锈蚀，下列防护方法中正确的是 A. 在精密机床的铁床上安装铜螺钉 B. 在排放海水的钢铁阀门上用导线 连接一块石墨，一同浸入海水中 C. 在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里 D. 在地下输油的铸铁管上接直流电源的负极 2. 以下现象 与电化学腐蚀无关的是 A. 黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿 B. 生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈 C. 铁制器件附有铜制配件，在接触处易生铁锈 D. 银制奖牌久置后表面变暗 3. 埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下被腐蚀的速度最慢的是 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. 含碳粒较多、潮湿透气的中性土壤中 4. 下列各方法中能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是①金属表面涂抹油漆②改变金属的内部结构③保持金属表面清洁干燥④在金属表面进行电镀⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜 A．①②③④ B．①③④⑤ C．①②④⑤ D．全部 5. 下列对金属及其制品的防护措施中，错误的是 A. 铁锅用完后，用水刷去其表面的油污，置于潮湿处 B. 通过特殊工艺，增加铝制品表面的氧化膜 C. 对于易生锈的铁制品要定期刷防护漆 D. 把Cr、Ni等金属加入到普通钢里制成不锈钢 6. 为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩里保存一星期后，下列对实验结束时现象描述不正确的是 A．装置Ⅰ左侧的液面一定会上升 B．左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低 C．装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重 D．装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀 7. 下列关于金属腐蚀正确的是： A. 金属在潮湿的空气中腐蚀的实质是：M + n H2O === M(OH)n + n/2 H2↑ B. 金属的化学腐蚀的实质是：M ?C ne- ＝ Mn+ ，电子直接转移给氧化剂 C. 金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行 D. 在潮湿的中性环境中，金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀 8. 随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提上议事日程，其首要原因是 A．利用电池外壳的金属材料 B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染 C．不使电池
电化学腐蚀力学
电化学腐蚀动力学 20世纪40年代末50年代初发展起来的电化学动力学是研究非平衡体系的电化学行为及动力学过程的一门科学，它的应用很广，涉及能量转换(从化学能、光能转化为电能)、金属的腐蚀与防护、电解以及电镀等领域，特别在探索具有特殊性能的新能源和新材料时更突出地显示出它的重要性，其理论研究对腐蚀电化学的发展也起着重要作用。 电化学动力学中的一些理论在金属腐蚀与防护领域中的应用就构成了电化学腐蚀动力学的研究内容，主要研究范围包括金属电化学腐蚀的电极行为与机理、金属电化学腐蚀速度及其影响因素等。例如，就化学性质而论，铝是一种非常活泼的金属，它的标准电极电位为-1．662V。从热力学上分析，铝和铝合金在潮湿的空气和许多电解质溶液中，本应迅速发生腐蚀，但在实际服役环境中铝合金变得相当的稳定。这不是热力学原理在金属腐蚀与防护领域的局限，而是腐蚀过程中反应的阻力显著增大，使得腐蚀速度大幅度下降所致，这些都是腐蚀动力学因素在起作用。除此之外，氢去极化腐蚀、氧去极化腐蚀、金属的钝化及电化学保护等有关内容也都是以电化学腐蚀动力学的理论为基础的。电化学腐蚀动力学在金属腐蚀与防护的研究中具有重要的意义。 第一节腐蚀速度与极化作用 电化学腐蚀通常是按原电池作用的历程进行的，腐蚀着的金属作为电池的阳极发生氧化（溶解）反应，因此电化学腐蚀速度可以用阳极电流密度表示。 例如，将面积各为10m2的一块铜片和一块锌片分别浸在盛有3%的氯化钠溶液的同一容器中，外电路用导线连接上电流表和电键，这样就构成一个腐蚀电池，如2-1。 图2-1 腐蚀电池及其电流变化示意图
查表得知铜和锌在该溶液中的开路电位分别为+0.05伏和-0.83伏，并测得外 电路电阻R 外=110欧姆，内电路电阻R 内=90欧姆。 让我们观察一下该腐蚀电池接通后其放电流随时间变化的情况。 外电路接通前，外电阻相当于无穷大，电流为零。 在外电路接通的瞬间，观察到一个很大的起始电流，根据欧姆定律其数值为 o o 3k a -0.05(0.83)= 4.41011090 I R ??---==?+始安培 式中o k ?-——阴极（铜）的开路电位，伏； o a ?——阳极（锌）的开路电位，伏； R ——电池系统的总电阻，欧姆 在达到最大值I 始 后，电流又很快减小，经过数分钟后减小到一个稳定的电 流值I 稳=1.5×10-4 安培，比I 始 小约30倍 。 为什么腐蚀电池开始作用后，其电流会减少呢？根据欧姆定律可知，影响电 流强度的因素是电池两极间的电位差和电池内外电路的总电阻。因为电池接通后 其内外电路的电阻不会随时间而发生显著变化，所以电流强度的减少只能是由于 电池两极间的电位差发生变化的结果。实验测量证明确实如此。 图2-2表示电池电路接通后，两极电位变化的情况。从图上可以看出，当电 路接通后，阴极(铜)的电位变得越来越小。最后，当电流减小到稳定值I 稳时两 极间的电位差减小到（k ?-a ?），而k ?和a ? 分别是对应于稳定电流时阴极和阳极 的有效电位。由于k a -??（）比(o o k a -??)小很多，所以，在R 不变的情况下， I 稳 = k a -R ?? 必然要比I 始小很多。
电化学腐蚀热力学剖析说课讲解
电化学腐蚀热力学 电化学腐蚀是金属材料腐蚀破坏的最主要和最普遍的腐蚀形式。 金属材料与电解质溶液相互接触时，在界面上发生电化学腐蚀的倾向有多大，正是腐蚀热力学所要回答的问题。 §1－1 电池过程 一、原电池 考查锌片放入硫酸溶液中的化学反应： 阳极反应：Zn为阳极 阴极反应：Cu为阴极 ?反应前后反应物的化合价发生了变化，即在化学反应过程中，反应物和生成物之间有电子的得失，电子由Zn直接转移给溶液中的H+，且电子的流动是无秩序的，不能形成电子的定向流动。 ?有电子得失的化学反应称为氧化还原反应。 ?化合价升高的物质称为还原剂。 ?化合价降低的物质称为氧化剂。 ?如果能设计一种装置，使氧化还原反应的电子转移转变为电子的定向移动，即电子有秩序地由一处流向另一处，那么，通过这种装置，就能使氧化还原反应的化学能转变为电能。 ?借助于氧化还原反应将化学能直接转变为电能的装置叫做原电池。 ?由阴极和阳极及电解液组成的系统为原电池 ?电流产生的原因：阳极与阴极在电解质溶液中电位不同，而产生的电位差所引起 ?原电池的电位差是电池反应的推动力 1、电极系统 能够导电的物体称为导体。 根据导体中形成电流的荷电粒子的不同，导体可分为两种类型： ?由电子形成电流的导体称为电子导体相，简称为电子导体。
?由离子形成电流的导体称为离子导体相，简称为离子导体。 由相互接触的电子导体相和离子导体相构成，且不同的荷电粒子能在两个相界面间自由转移电荷的导电系统，称为电极系统。 2、电极反应 与电子导体间的导电不同，在电极系统中，电荷通过相界面从电子导体相和离子导体相之间穿越，必然要依靠两种不同的荷电粒子（电子和离子）之间相互转移电荷来实现。这一过程也就是物质得到或释放外层电子的过程（发生化学变化），而这正是电化学变化的基本特征。电极反应：电极系统中，伴随着电子导体相和离子导体相之间的电荷转移，在两相界面上所发生的电化学反应。 3、电极反应的类型 1）第一类电极反应：由金属与含有该金属离子的溶液或由吸附了某种气体的惰性金属（如Pt）与被吸附元素离子的溶液构成的电极反应。如： 2）第二类电极反应：由一种金属及该金属的难溶盐（或该金属氧化物）与含有该难溶盐的负离子（或含有氧的负离子，如OH-、SO42-等）溶液构成的电极反应。如： 4、原电池的电化学过程 原电池的电化学过程是由阳极的氧化过程、阴极的还原过程以及电子和离子的输运过程组成。电子和离子的运动就构成了电回路。 二、腐蚀原电池 腐蚀原电池实质上是一个只能导致金属材料破坏，而不能对外界作功的短路原电池。 电子通过锌与铜内部直接传递，没有经过外电路，是一个短路的腐蚀原电池 化学能→电能→热能 三、腐蚀原电池的化学反应及理论 不论是何种类型的腐蚀原电池，它都必须包括：阳极、阴极、电解质溶液和电路等四个不可分割的组成部分，缺一不可。这四个组成部分构成了腐蚀原电池工作的基本过程。 1、阳极和阳极过程
金属材料的电化学腐蚀与防护
金属材料的电化学腐蚀与防护 一、实验目的 1.了解金属电化学腐蚀的基本原理。 2.了解防止金属腐蚀的基本原理和常用方法。 二、实验原理 1．金属的电化学腐蚀类型 (1)微电池腐蚀 ①差异充气腐蚀 同一种金属在中性条件下，如果不同部位溶解氧气浓度不同，则氧气浓度较小的部位作为腐蚀电池的阳极，金属失去电子受到腐蚀；而氧气浓度较大的部位作为阴极，氧气得电子生成氢氧根离子。如果也有K3[Fe(CN)6]和酚酞存在，则阳极金属亚铁离子进一步与K3[Fe(CN)6]反应，生成蓝色的Fe3[Fe(CN)6]2沉淀；在阴极，由于氢氧根离子的不断生成使得酚酞变红（亦属于吸氧腐蚀）。两极反应式如下： 阳极(氧气浓度小的部位)反应式： Fe = Fe2＋＋2e－ 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) 阴极(氧气浓度大的部位)反应式： O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－ ②析氢腐蚀 金属铁浸在含有K3[Fe(CN)6]2的盐酸溶液中，铁作为阳极失去电子，受腐蚀，杂质作为阴极，在其表面H＋得电子被还原析出氢气。两极反应式为： 阳极：Fe = Fe2＋＋2e－ 阴极：2H＋+2e－= H2↑ 在其中加入K3[Fe(CN)6]，则阳极附近的Fe2＋进一步反应： 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) （2）宏电池腐蚀 ①金属铁和铜直接接触，置于含有NaCl、K3[Fe(CN)6]、酚酞的混合溶液里，由于?O(Fe2＋/Fe)< ?O（Cu2＋/Cu），两者构成了宏电池，铁作为阳极，失去电子受到腐蚀（属于吸氧腐蚀）。两极的电极反应式分别如下： 阳极反应式： Fe = Fe2＋＋2e－ 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) 阴极(铜表面)反应式： O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－ 在阴极由于有OH－生成，使c(OH－)增大，所以酚酞变红。
金属的电化学腐蚀与防护习题
金属的电化学腐蚀与防 护习题 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
训练5 金属的电化学腐蚀与防护 一、金属的腐蚀 1．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 H 2O===M(OH)n ＋n 2 H 2↑ B ．马口铁(镀锡铁)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 2．下列事实与电化学腐蚀无关的是 ( ) A ．光亮的自行车钢圈不易生锈 B ．黄铜(Cu 、Zn 合金)制的铜锣不易生锈 C ．铜、铝电线一般不连接起来作导线 D ．生铁比熟铁(几乎是纯铁)容易生锈 3．出土的锡青铜(铜锡合金)文物常有Cu 2(OH)3Cl 覆盖在其表面。下列说 法不正确的是( ) A ．锡青铜的熔点比纯铜低 B ．在自然环境中，锡青铜中的锡可对铜起保护作用 C ．锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快 D ．生成Cu 2(OH)3Cl 覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程 二、铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀 4．下列关于钢铁的析氢腐蚀的说法中正确的是 ( ) A ．铁为正极 B ．碳为正极 C ．溶液中氢离子浓度不变 D ．析氢腐蚀在任何溶液中都会发生 5．在铁的吸氧腐蚀过程中，下列5种变化可能发生的是 ( ) ①Fe 由＋2价转化成＋3价 ②O 2被还原 ③产生H 2 ④Fe(OH)3失水 形成Fe 2O 3·x H 2O ⑤杂质C 被氧化除去 A ．①②④ B ．③④ C ．①②③④ D ．①②③④⑤ 6．钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为2Fe ＋2H 2O ＋ O 2===2Fe(OH)2。以下说法正确的是 ( ) A ．负极发生的反应为Fe －2e －===Fe 2＋
高中化学复习知识点：金属的化学腐蚀与电化学腐蚀
高中化学复习知识点：金属的化学腐蚀与电化学腐蚀 一、单选题 1．埋在地下的钢管道可以用如图所示方法进行电化学保护，下列说法正确的是（） A．钢管道表面发生了还原反应 B．该方法将电能转化为了化学能 C．该方法称为外加电流阴极保护法 D．镁块上发生的电极反应：O2+2H2O+4e→4OH- 2．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是（） A．图1中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B．图2中，插入溶液中的铁棒容易溶解，主要是发生电化学腐蚀 C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生电化学腐蚀 D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的负极 3．美籍华裔化学家钱永健获得诺贝尔化学奖。少年时代，他就对化学产生了浓厚的兴趣。16岁时，他凭借一个金属易受硫氰酸盐腐蚀的调查项目，荣获有“少年诺贝尔”
之称的著名奖项。下列说法正确的是 A．金属腐蚀就是金属原子失去电子被还原的过程 B．合金都比纯金属易被腐蚀 C．将金属与外加直流电源的负极相连，而将正极接到废铁上，可以防止金属被腐蚀。D．镀锌铁比镀锡铁更容易被腐蚀 4．各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为（） A．④②①③B．④③①②C．②①③④D．③②④①5．关于金属腐蚀和防护原理的叙述中，错误的是（） A．镀锌铁皮发生电化腐蚀时，锌发生还原反应 B．船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀 C．钢铁析氢腐蚀的正极反应：2H+＋2e → H2↑ D．埋在地下的钢管与电源负极连接可以减缓腐蚀 6．埋在地下的铸铁输油管道，在下列情况下被腐蚀得最慢的是 A．在潮湿疏松的碱性土壤中B．在干燥致密的酸性土壤中 C．将输油管道与电源负极相连D．在输油管道接口处包上铜皮 7．每年由于腐蚀造成的钢铁损失约占年产量的10~20%，金属的防腐十分重要。钢铁防腐方法有许多种，图—1与图—2是两个典型的例子。对其中原理的描述正确的是（） A．图—1：a为电源正极B．图—1：辅助电极上发生氧化反应C．图—2：电流方向d→c D．图—2：金属A可以是耐腐蚀的金属铜8．关于金属腐蚀和防护原理的叙述中，错误的是( ) A．埋在地下的钢管与电源负极连接可以减缓腐蚀 B．原电池负极和电解池阳极发生的都是氧化反应 C．钢铁析氢腐蚀的正极反应：2H+＋2e → H2↑ D．为了避免青铜器生成铜绿，将青铜器放在银质托盘上 9．有关金属腐蚀的叙述正确的是
一电化学腐蚀原理
一电化学腐蚀原理 1．腐蚀电池(原电池或微电池) 金属的电化学腐蚀是金属与介质接触时发生的自溶解过程。在这个过程中金属被氧化，所释放的电子完全为氧化剂消耗，构成一个自发的短路电池，这类电池被称之为腐蚀电池。腐蚀电池分为三（或二）类： 微电池示意图 （1）不同金属与同一种电解质溶液接触就会形成腐蚀电池。 例如：在铜板上有一铁铆钉，其形成的腐蚀电池如图10—7所示。 铁作阳极（负极）发生金属的氧化反应： Fe → Fe2+ + 2e-；（Fe → Fe2+ + 2e）＝－0.447V. 阴极（正极）铜上可能有如下两种还原反应： (a)(a)在空气中氧分压=21 kPa 时：O2+4H＋＋4e- →2H2O； ( O2+4H＋＋4e- →2H2O )＝1.229 V , (b) 没有氧气时，发生2H+ + 2e-→ H2；（2H+ + 2e-→ H2）＝0V， 有氧气存在的电池电动势E1=1.229－(-0.447)＝1.676V; 没有氧气存在时，电池的电动势E2＝0-(-0.447)=0.447V。可见吸氧腐蚀更容易发生，当有氧气存在时铁的锈蚀特别严重。铜板与铁钉两种金属(电极)连结一起，相当于电池的外电路短接，于是两极上不断发生上述氧化—还原反应。 Fe氧化成Fe2+进入溶液，多余的电子转向铜极上，在铜极上O2与H＋发生还原反应，消耗电子，并且消耗了H＋，使溶液的pH值增大。 在水膜中生成的Fe2+离子与其中的OH—离子作用生成Fe(OH)2，接着又被空气中氧继续氧化，即： Fe2+ + 2OH-→ Fe(OH)24Fe(OH)2 + 2H2O + O2→ 4Fe(OH)3
电化学腐蚀和防护
电化学腐蚀和防护 1、金属腐蚀内容：金属的腐蚀是指金属或者合金跟周围接触到的化学物质发生化学反应而腐蚀损耗的过程 2、金属腐蚀的本质：金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应 3、金属腐蚀的类型： (1)化学腐蚀——金属和接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀 化学腐蚀实质：金属和非电解质或其它物质相接触直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀。其腐蚀过程没有电流产生 (2)电化学腐蚀——不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应。比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。电化学腐蚀过程有电流产生 (3)化学腐蚀与电化学腐蚀 类型化学腐蚀电化学腐蚀 条件金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触 现象无电流产生有微弱电流产生 本质金属被氧化较活泼金属被氧化 联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 4、电化学腐蚀的分类————以钢铁的腐蚀为例进行分析 类型析氢腐蚀(腐蚀过程中不断有氢气放出) 吸氧腐蚀(反应过程吸收氧气) 条件水膜酸性较强(pH≤4.3)水膜酸性很弱或呈中性 电极反 应 负极Fe－2e－===Fe2＋Fe－2e－===Fe2＋ 正极2H＋＋2e－===H2↑O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 总反应 式 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O4Fe(OH)3 Fe(OH)3脱去一部分水就生成Fe2O3·xH2O (铁锈主要成分) 联系吸氧腐蚀更普遍 5 (1)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：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)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中 (3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快 (4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快 6、金属的防护 (1)电化学防护 ①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理 a．负极：比被保护金属活泼的金属 b．正极：被保护的金属设备 c．应用：在被保护的钢铁设备上装上若干锌块，腐蚀锌块保护钢铁设备，负极：锌块被腐蚀；正极：钢铁设备被保护 ②外加电流的阴极保护法—电解原理 a．阴极：被保护的金属设备 b．阳极：惰性金属或石墨 c．应用：把被保护的钢铁设备作为阴极，惰性电极作为辅助阳极，均存在于电解质溶液中，接上外加直流电源。通电后电子大量在钢铁设备上积累，抑制了钢铁失去电子的反应 (2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等 (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 7、两种保护方法的比较：外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法 【课后作业】 1、判断正误，正确的划“√”，错误的划“×” (1)所有金属纯度越大，越不易被腐蚀() (2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样() (3)干燥环境下金属不被腐蚀() (4)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物() (5)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋() (6)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用() (7)外加电流的阴极保护法，构成了电解池；牺牲阳极的阴极保护法构成了原电池。二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀() 2、如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为() A．②①③④⑤⑥B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥D．⑤③②④①⑥ 3、下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是()
c03-电化学腐蚀动力学
第三章电化学腐蚀动力学 §3-1 电化学腐蚀过程——电极过程动力学基础 一. 电极过程的特征[1] 电化学腐蚀本质上是一种电极过程。 电化学反应是在两类导体界面上发生的有电子参加的氧化反应或还原反应。电极本身既是传递电子的介质，又是电化学反应的反应点。为了使这个反应在一定电位下得以在电极与溶液界面间顺利进行，不可避免地会涉及到某些与之有联系的物理和化学变化。通常将电流通过电极与溶液界面时所发生的一连串变化的总和，称为电极过程。 在两类导体界面上发生的电极过程是一种有电子参加的异相氧化还原反应。电极相当于异相反应的催化剂。因此，电极过程应当服从异相催化反应的一般规律。首先，反应是在两相界面上发生的，反应速度与界面面积的大小和界面的特性有关。其次，反应速度在很大程度上受电极表面附近微薄液层中反应物和产物的传质过程（溶液中朝着一定方向输送某种物质的过程）的影响。如果没有传质过程，则反应物来源断绝或产物疏散不出去，反应自然不能持续地进行。此外，这类反应还与新相（气体、晶体等）生成过程密切相关。但是，电极过程除了具有一般异相催化反应的共性外，还有它自己的特殊性。界面电场对电极过程速度具有重大作用。界面间电位差只要改变0.1V左右，就足以使反应速度成十倍地增加。 根据对电极反应历程的分析研究得知，它是由一系列性质不同的单元步骤组成的。除了接续进行的步骤之外，还可能由平行的步骤存在。其中包括三个必不可少的接续进行的单元步骤。1. 反应物粒子自溶液内部或自液态电极内部向电极表面附近输送的单元步骤，称为液相传质步骤；2. 反应物粒子在电极与溶液界面间得电子或失电子的单元步骤，称为电子转移步骤；3. 产物粒子自电极表面向溶液内部或向液态电极内部疏散的单元步骤，这也是个液相传质步骤；或者是电极反应生成气态或晶态（例如形成金属晶体）的产物，这个步骤称为新相生成步骤。 有时在步骤1与步骤2之间，还可能存在着反应物粒子得失电子之前，于界面附近液层中或电极上进行的某些变化，称为前置的表面转化步骤。在某些电极过程中，步骤2与步骤3之间也可能存在着电子转移步骤产物进一步转化为其它物质的反应，称为后继的表面转化步骤。 电极过程在电极与溶液界面间进行，可以用一般的表示异相反应速度的方法来描述电极过程的速度v r，即以单位表面上所消耗的反应物摩尔数表示，其单位是摩尔/秒·米2。例如反应物O与电子结合形成产物R的总反应可表示为 O + ne = R，其中n为一个反应物粒子O 在反应中所需要的电子数。在电极反应的前后还有液相传质过程等步骤存在。因为在稳态下进行的各步骤速度应当相等，故可根据单位时间内这个电极反应式所需要的电量来表示这个电极过程的反应速度。 由法拉第定律可知，电极反应所消耗的反应物的克当量数等于电极上通过电量的法拉第数。因此，可将摩尔数表示的反应速度转化为克当量数，然后再将它转换成以库仑表示的电量。 在上述反应式中每个反应物粒子需要消耗n个电子。物质O的摩尔数乘以n则为克当量
电化学腐蚀的种类和金属
电化学腐蚀的种类和金属 金属是以稳定状态的氧化物、硫化物、碳酸盐等物质存在于大自然的矿石之中，经开采、冶炼得到较纯金属。金属不是十分稳定的，它与大自然中的水、氧接触，会使其表面发生氧化还原反应，生成多种金属氧化物或氢氧化物。氧、水与金属反应生成的这些金属氧化物有固态的、液态的和气态的，其物理化学性质对金属都是有害的，因为它们存在与金属表面可以加快金属的腐蚀过程。即使给金属提供各种较好的存放条件，若不采取防腐措施，也是无济于事的。金属在干燥条件中或理想环境中，只能降低或减缓腐蚀的进程。因此，必须认真研究金属腐蚀的机理，了解金属遭受腐蚀过程、腐蚀的种类及表现形式，以便有针对性地采取有效的防腐措施。 金属腐蚀的种类很多，依据腐蚀过程中表现的不同特点，可分化学腐蚀、电化学腐蚀两大类。其腐蚀分类的含义如下： 化学腐蚀顾名思义，化学腐蚀就是金属表面在各种化学介质作用下所受到的腐蚀，称为化学腐蚀。化学腐蚀又分为在气体中腐蚀和在下导电溶液中的腐蚀。气体腐蚀是指干燥气体同金属相接触，使金属表面生成化合物，例如氧化物、氯化物、硫化物等。又如钢材在扎制、焊接、热处理过程中，因高温氧化而生成氧化皮。有时在常温下，放置一段时间后的电镀件表面光泽发暗等也属此类腐蚀。金属在不导电溶液中的腐蚀是指金属在诸如石油、乙醇等有机液体中受到腐蚀（是硫化物作用的结果）。 电化学腐蚀电化学腐蚀是金属与周围的电解质溶液相接触时，由于电流作用而产生的腐蚀。电化学腐蚀是很普遍的，为人们所常见，其腐蚀原理与原电池一样。电化学腐蚀的表面形式很多，又可分为：空气腐蚀、导电介质中的腐蚀和其它条件下的腐蚀。空气腐蚀，是金属在潮湿的空气中的腐蚀。导电介质中的腐蚀，是金属在受到雨水浇淋，或在各种酸、碱、盐类的水溶液中的腐蚀。其它条件下的腐蚀，是指地下铺设的金属管道、构件等，长期受到潮湿土壤中的多种腐蚀介质的侵蚀而遭到的腐蚀破坏。 我国作为世界上钢铁产量最多的国家（2005年全国生产钢材37117.02万吨），每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年产量的十分之一，因为金属腐蚀而造成的损失占到国内生产总值的2%~4%；约合人民币：3000亿元（ 2005年我国国内生产总值将达15万亿元）。 根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成的经济损失大致为该国国民生产总值的4%左右。 另据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的总和，在这里还不包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。
第四节 金属的电化学腐蚀与防护
第四节 金属的电化学腐蚀与防护 教学目标： 1、了解金属的化学腐蚀和电化学腐蚀。 2、了解金属电化学腐蚀的原理及其防护。 教学重点 金属的电化学腐蚀 教学难点 电极反应式的写法 教学过程 【学生看书讨论】 1. 什么是金属的腐蚀?金属腐蚀的本质是什么? 2. 化学腐蚀与电化学腐蚀的共同点和不同点是什么? 一、金属腐蚀的本质: M – xe - = M x+ 二、化学腐蚀与电化学腐蚀的区别 化学腐蚀 电化学腐蚀 共同点 M – xe - = M x+ M – xe - = M x+ 不同点 (1)金属与氧化剂直接得失电子 利用原电池原理得失电子 (2)反应中不伴随电流的产生 反应中伴随电流的产生 (3)金属被氧化 活泼金属被氧化 三、金属的电化学腐蚀 (以钢铁为例) 1.析氢腐蚀 (酸性较强的溶液) 负极: Fe – 2e - = Fe 2+ 正极: 2H + + 2e - = H 2 ↑ 总式：Fe + 2H + = Fe 2+ + H 2 ↑ 2. 吸氧腐蚀 (中性或弱酸性溶液) 负极: 2Fe – 4e - = 2Fe 2+ 正极: O 2+4e - +2H 2O = 4OH - 总式：2Fe + O 2 +2H 2O =2 Fe(OH)2 4 Fe(OH)2 + O 2 + 2H 2O = 4Fe(OH)3 四、金属的电化学防护 1． 影响金属腐蚀快慢的因素
本性：（1）金属的活动性（2）纯度（3）氧化膜 介质：环境（腐蚀性气体，电解质溶液） 2．金属的电化学防护 （1）牺牲阳极的阴极保护法 （2）外加电流的阴极保护法 【练习】:如图所示,试管中的铁钉如果在酸性溶液或在食盐溶液中的腐蚀的现象有何不同?
电化学腐蚀的种类和金属防护常用的方法
电化学腐蚀的种类和金属防护常用的方法 在日常生活中，学生对于金属的腐蚀较为熟悉，但只停留在简单的对于金属腐蚀的条件的理解，知道金属腐蚀需要水和氧气，但是对于电化学腐蚀的原理还不了解，电化学反应也是比较难以理解和掌握的，因此，要使学生能够掌握电化学腐蚀的种类和金属防护常用的方法需要我们联系实际，从生活中的实际入手，提高学生的化学素养。 例如，首先介绍金属腐蚀会导致国民经济的巨大损失，美国在20世纪80年代初期的统计年损失达1千多亿美元；估计我国的年损失在300亿元以上。电化学腐蚀与防护问题既有我们日常生活常见到的钢铁生锈、电池的点蚀等问题，也与当前新能源、新材料等领域密切相关，使学生了解金属防护的重要性，树立节约保护的意识。 根据学生的了解知道在有氧气和水的条件下，金属容易腐蚀，铁会生成四氧化三铁，铜会生成硫酸铜，再通过阅读课本内容，了解一般化学腐蚀和电化学腐蚀的区别，金属腐蚀的本质是电子的得失，并使学生考虑环境的影响是否对金属的腐蚀有所影响，引导学生分析酸性环境和碱性环境下，电化学腐蚀的反应原理。以钢铁为例，经过分析后，分别写出在酸性环境下和碱性环境下的反应原理。归纳出电化学腐蚀的种类： 1.析氢腐蚀 (酸性较强的溶液) 负极: Fe – 2e- = Fe2+ 正极: 2H+ + 2e- = H 2 ↑ 总式：Fe + 2H+ = Fe2+ + H 2 ↑ 2. 吸氧腐蚀 (中性或弱酸性溶液) 负极: 2Fe – 4e- = 2Fe2+ 正极: O 2+4e- +2H 2 O = 4OH- 总式：2Fe + O 2 +2H 2 O =2 Fe(OH) 2 离子方程式：Fe2+ + 2OH- = Fe(OH) 2 4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH) 3 进而，根据金属腐蚀的条件分析出影响金属腐蚀快慢的因素一是本性（1）金属的活动性（2）纯度（3）氧化膜；二是介质：环境（腐蚀性气体，电解质溶液），最后根据影响因素思考金属防护的方法： 1、改变金属的内部结构（钢→不锈钢，在钢中加入镍和铬） 2、覆盖保护膜。在金属表面覆盖保护层，使金属制品与周围腐蚀介质隔离，
电化学腐蚀
2）电化学腐蚀速率的测定 金属的腐蚀速度可用腐蚀失重或腐蚀深度表示，也可用腐蚀电流密度表示。在电化学腐蚀过程中，一般以自腐蚀电流密度i corr的大小来衡量金属的腐蚀速度。测定腐蚀电流密度的方法很多，本实验用塔费尔直线外推法来测定金属电化学腐蚀过程中的腐蚀电流密度，来衡量金属的腐蚀速度。如图2-1为塔费尔直线。 图2-1极化曲线外延法测得金属腐蚀速度 极化曲线的这一区段称为塔费尔区，也叫强极化区。在极化曲线中，塔费尔直线延长线的交点处，金属阳极溶解的速度和阴极的去极化反应的速度相等。金属的腐蚀达到相对稳定，这时的电位即是自腐蚀电位，自腐蚀电位的高低反应了材料发生腐蚀的难易程度，自腐蚀电位越高，材料越不容易发生腐蚀，自腐蚀电位越低，材料就越容易发生腐蚀；所对应的电流就是金属腐蚀电流，腐蚀电流反应了金属发生腐蚀的快慢程度，腐蚀电流越大，金属发生腐蚀的速度就越大，腐蚀电流越小，金属发生腐蚀的速度就越小。根据这一原理，测定金属的极化曲线。将阳极或者阴极的塔费尔直线外推到与过电位为零的直线相交，交点对应的电流为腐蚀速度。 3）实验设备及条件 ①实验设备 实验采用电化学测量系统对各试样进行电化学腐蚀性能测试实验。其装置如图2-2所示：
图2-2 电化学极化曲线测量装置示意图 实验装置中三电极体系中以饱和甘汞（SCE）电极作为参比电极（reference electrode）；Pt 电极作为辅助电极（auxiliary electrode）；代测试样为研究电极（research electrode）。参比电极和研究电极间用盐桥连接，鲁金毛细管（capiliary）距研究电极1～2毫米。 电化学工作站部分参数如下： 初始电位(V)：-2；终止电位(V)：2.2；扫描段数：1；终止电位处保持时间：0；静置时间：2s；电流灵敏度(A/V)：1.e-0.04。 ②实验条件 a．腐蚀试样：对1#到12#试样进行蜡封，即：在试样上用油性笔取1cm×1cm 的面积，并在其上放置橡皮，而后将烧化的蜡汁快速滴于试样表面，即蜡封处理。 b．腐蚀溶液：3.5%的NaCl水溶液（与浸泡实验相对应）
金属的电化学腐蚀与防护
金属的电化学腐蚀与防护 教案 课题：第四节金属的电化学腐蚀与防护授课班级 课时 1.5 教 学 目 的知识 与 技能 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、知道防护金属腐蚀的方法。 过程 与 方法 1、学会设计控制单一变量进行对比实验以及对实验设计进行评价。 2、从实验探究过程中提高对实验现象的观察能力和分析能力。 情感 态度 价值观 1、通过金属腐蚀与生产、生活实际相联系的内容,增强学生学习兴趣.
2、通过课堂探究活动,发展学生的探究能力,学会与人合作与交流,共同研究，探讨科学问题。 3、通过化学实验（设计、验证和评价）这一科学研究方法，培养学生实事求是的科学精神，帮助学生树立正确的科学态度。 重点金属的电化学腐蚀及金属的电化学防护。 难点金属发生吸氧腐蚀的电化学原理 知 识 结 构 与 板 书 设 计第二节金属的腐蚀与防护 一、金属腐蚀 金属腐蚀：金属（或合金）跟周围接触到的气体（或液体）反应而腐蚀损耗的过程。 1、化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。特点：反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。 2、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，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀。 3、化学腐蚀与电化腐蚀的对比
（1）本质：金属原子失电子而被氧化 M – ne == Mn+ (2) （3）相互关系：往往同时发生，电化腐蚀要比化学腐蚀普遍得多。 4、金属腐蚀的快慢判断 在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢可用下列规律判断：电解原理引起的腐蚀>原电池引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐蚀措施的腐蚀 二、金属的电化学保护 1、金属的常见防护方法 (1).在金属表面覆盖保护层 a.涂矿物质油脂、油漆或覆盖搪瓷塑料. b.镀抗蚀金属－电镀、热镀、喷镀法 c.用化学方法使其表面形成一层致密氧化膜，如烤蓝. (2).改变金属内部组成结构而增强抗腐蚀能力，如制成不锈钢. 2、电化学防护 （1）、牺牲阳极保护法：形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀. （2）、外加电流法：将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。 教学过程
金属的电化学腐蚀与防腐
金属的电化学腐蚀与防腐 李泽升 宁夏大学资源环境学院 12级环境科学1班 摘要：腐蚀现象都是由于金属与一种电解质（水溶液或熔盐）接触，因此有可能在金属／电解质界面发生阳极溶解过程（氧化）。这时如果界面上有相应的阴极还原过程配合，则电解质起离子导体的作用，金属本身则为电子导体，因此就构成了一种自发电池，使金属的阳极溶解持续进行，产生腐蚀现象。 关键词：电化学腐蚀原理晶间腐蚀均匀腐蚀应力腐蚀防护与应用镀层阳极保护 一、引言 随着社会生产力的发展，人民生活水平的提高，金属的使用在日常生活中应用的越来越普遍，由金属腐蚀所带来的损失也越来越严重，这样研究金属的腐蚀与防护便显得非常的重要，本论文主要综合讲述了金属的电化学腐蚀的基本原理和分类，以及讨论了有关现实生产生活中具体的防护措施，以更好的指导现实实践。 二、电化学腐蚀原理 金属表面由于外界介质的化学或电化学作用而造成的变质及损坏的现象或过程称为腐蚀。介质中被还原物质的粒子在与金属表面碰撞时取得金属原子的价电子而被还原，与失去价电子的被氧化的金属“就地”形成腐蚀产物覆盖在金属表面上，这样一种腐蚀过程称为化学腐蚀。由于金属是电子的良导体，如果介质是离子导体的话，金属被氧化与介质中被还原的物质获得电子这两个过程可以同时在金属表面的不同部位进行。金属被氧化成为正价离子（包括配合离子）进入介质或成为难溶化合物（一般是金属的氧化物或含水氧化物或金属盐）留在金属表面。这个过程是一个电极反应过程，叫做阳极反应过程。被氧化的金属所失去的电子通过作为电子良导体的金属材料本身流向金属表面的另一部位，在那里由介质中被还原的物质所接受，使它的价态降低，这是阴极反应过程。在金属腐蚀学中，习惯地把介质中接受金属材料中的电子而被还原的
金属的电化学腐蚀与防护知识要点与方法指导
【选修四】金属的电化学腐蚀与防护知识要点与方法指导 [知识要点] 一：金属的电化学腐蚀 1、金属的腐蚀 ①金属腐蚀：金属（或合金）与周围接触到的气体（或液体）发生氧化还原反应而引起损耗的过程。 金属腐蚀的本质：M – xe- = M x+金属失去电子变成阳离子，发生氧化反应。 ②金属腐蚀类型： ③金属的化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。 如：铁与氯气直接发生化学反应而引起的腐蚀。特点：反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。 如：钢管被原油中的含硫化合物腐蚀，温度越高，化学腐蚀越快。 ④电化学腐蚀：不纯的金属或合金与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化的腐蚀。 如：钢铁在潮湿的空气中生锈，铁做负极、碳做正极、溶有来自大气中的CO2、SO2、H2S 等气体的水膜做电解质溶液，在钢铁表面形成无数微小的原电池。 说明：两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，速度更快，危害更严重。 2、化学腐蚀与电化学腐蚀的共同点和不同点： 化学腐蚀电化学腐蚀 共同点 M – xe- = M x+ M – xe- = M x+ 不同点(1)金属与氧化剂直接得失电子利用原电池原理得失电子 (2)反应中不伴随电流的产生反应中伴随电流的产生 (3)金属被氧化活泼金属被氧化 3、电化学腐蚀 (以钢铁为例，钢铁及其制品通常为含碳的铁合金) ①析氢腐蚀 (当钢铁表面的水膜酸性较强时) 负极: Fe – 2e- = Fe2+ 正极: 2H+ + 2e- = H2 ↑ 总方程式：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 ↑ ②吸氧腐蚀 (当钢铁表面的水膜呈中性或弱酸性) 负极: 2Fe – 4e- = 2Fe2+正极: O2+4e- +2H2O = 4OH- 总方程式：2Fe + O2 +2H2O =2Fe(OH)2 Fe(OH)2继续与空气中的氧气作用：4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 Fe(OH)3脱去一部分水就生成铁锈(Fe2O3·xH2O)，铁锈疏松地覆盖在钢铁表面，不能阻止钢铁继续腐蚀。
金属的电化学腐蚀与防护
《金属的电化学腐蚀与防护》 -、选择题 1. 为了防止钢铁锈蚀，下列防护方法中正确的是 A. 在精密机床的铁床上安装铜螺钉 B. 在排放海水的钢铁阀门上用导线连接一块石墨，一同浸入海水中 C. 在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里 D. 在地下输油的铸铁管上接直流电源的负极 2. 以下现象与电化学腐蚀无关的是 A. 黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿 B. 生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈 C. 铁制器件附有铜制配件，在接触处易生铁锈 D?银制奖牌久置后表面变暗 3. 埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下被腐蚀的速度最慢的是 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.含碳粒较多、潮湿透气的中性土壤中 4. 下列各方法中能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是 ①金属表面涂抹油漆②改变金属的内部结构③保持金属表面清洁干燥 ④在金属表 面进行电镀⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜 A .①②③④B.①③④⑤C.①②④⑤ D .全部 5. 下列对金属及其制品的防护措施中，错误的是 A. 铁锅用完后，用水刷去其表面的油污，置于潮湿处 B. 通过特殊工艺，增加铝制品表面的氧化膜 C. 对于易生锈的铁制品要定期刷防护漆
D. 把Cr、Ni等金属加入到普通钢里制成不锈钢 6. 为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固 定在图示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩里保存一星期后，下列对实验结束时现象描述不正确的是 A .装置I左侧的液面一定会上升 B. 左侧液面装置I比装置n的低 C. 装置n中的铁钉腐蚀最严重 D .装置川中的铁钉几乎没被腐蚀 7. 下列关于金属腐蚀正确的是： A. 金属在潮湿的空气中腐蚀的实质是：M + n H20 === M(OH)n + n/2 H2 f B. 金属的化学腐蚀的实质是：M -ne- = Mn+ ，电子直接转移给氧化剂 C. 金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行 D. 在潮湿的中性环境中，金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀 8. 随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提上议事日程，其首 要原因是 A?利用电池外壳的金属材料 B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染 C ?不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D?回收其中石墨电极 9. 将金属A和金属B分别放入稀H2SO4中均有氢气生成.若将金属A和金属B相连后投 入稀H2SO4中发现A被腐蚀；B未被腐蚀.关于B的叙述正确的是 A .金属活动性A>B B.还原性B>A
高考化学知识点金属的电化学腐蚀与防护(基础)
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 1 2 （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；
电化学腐蚀与防护
子《新课标》高三化学（人教版）第一轮复习选修修（4）单元讲座 第四章电化学基础 第四节金属的电化学腐蚀与防护 复习目标： 1.解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害。 2.探究防止金属腐蚀的措施。 复习重点：电化腐蚀的原因． 复习难点：析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应方程式． 课时划分：一课时 教学过程： 知识梳理 一、金属腐蚀 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿反应而腐蚀损耗的过程。 1、化学腐蚀：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿反应而引起的腐蚀。特点：反应＿、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。 2、电化学腐蚀：＿＿＿＿＿＿与电解质溶液接触，会发生原电池反应，＿＿＿＿的金属失电子被氧化的腐蚀。 分类析氢腐蚀吸氧腐蚀 条件水膜酸性较强（弱酸）水膜酸性较弱或呈中性 负极反应Fe –2e－ === Fe2+2Fe –4e －=== 2 Fe2+ 正极反应2H2O + 2e－ === H2↑+2OH－ 总反应2Fe + 2H2O + O2 == 2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+ 2H2O + O2= 4Fe(OH)3 Fe2O3.xH2O 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2= 4Fe(OH)3 Fe2O3.xH2O 次要主要 3、化学腐蚀与电化腐蚀的对比 （1）本质：金属原子失电子而被氧化 M – ne == M n+ 金属腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀 条件 本质 现象 （2）相互关系：往往同时发生，电化腐蚀要比化学腐蚀普遍得多。
二、金属的电化学保护 1、牺牲阳极保护法 2、外加电流法 【总结】判断金属腐蚀快慢的规律： (1)电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护腐蚀措施的腐蚀； (2)同种金属的腐蚀在强电解质中>弱电解质中>非电解质中； (3)活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快； (4)对同一电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。 典例剖析 A．2H＋＋2e-＝H2 B．2H2O＋O2＋4e-＝4OH- C．Fe－2e-＝Fe2＋ D．4OH-－4e-＝2H2O＋O2 解析：钢铁发生电化学腐蚀时，负极上发生的电极反应是：Fe－2e-＝Fe2＋；正极上发生的电极反应，吸氧腐蚀是：2H2O＋O2＋4e-＝4OH-，析氢腐蚀是：2H＋＋2e-＝H2。答案 C 例2、在体积相同、浓度同为4.0mol/L的盐酸中，一份加入纯锌，另一份加入含有杂质铜的金属锌，哪个反应产生的氢气速率快？简述其原因。 解析：纯锌跟盐酸发生的是置换反应，含有铜的金属锌跟盐酸发生的电化学反应，无数Cu－Zn微小原电池的形成，使化学反应速率加快。含有杂质铜的金属锌跟盐酸反应速率快，这是由于Cu、Zn构成原电池的正极和负极，其电极反应式为： （－）极Zn-2e—= Zn2＋（＋）极2H＋＋2e-＝H2↑。 在相同条件下，电化学反应比化学反应的反应速率快得多。 例3：埋在地下的钢铁管道容易腐蚀而损坏，其原因在哪里？应采取何种措施保护埋在地下的管道？ 解答：地下钢铁管道容易腐蚀的原因是发生电化学腐蚀。可在管道外壁涂沥青保护层，使钢铁管道跟周围电解质溶液隔离开来，破坏原电池形成的条件，从而使地下钢铁管道得到保护。另外，可把比Fe更活泼的Zn联结在钢铁管道，Zn作为原电池的负极被腐蚀，而钢铁管道则被保护。 例4、如图各容器中盛有海水，铁在其中腐蚀时由快到慢的顺序是 A．④>②>①>③B．②>①>③>④C．④>②>③>①D．③>②>④>①解析：金属腐蚀的快慢判断方法：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；同一种金属腐蚀：强电解质>弱电解质>非电解质溶液。②、③实质均为原电池装置，④为电解池装置，Fe作阳极，腐蚀最快。③中Fe为正极，被保护； ②中Fe为负极，被腐蚀，①中因铁不纯而发生微电池反应。答案：A。 例5：有4种金属。a、b、c、d，当它们两两组成原电池时，金属a都是正极；在这4种金属组成的混合物中，加入足量的盐酸，可使金属b和c溶解；过滤后，在滤液中加入过量NaOH溶液，得到c离子形成的沉淀。由此可知这4种金属的活动性由强到弱的正确顺序可能是下列中的 A、a c b d B、c b d a C、b c d a D、a b c d