金属腐蚀学原理教案(正文-第一部分)-2006-2007

备注

第一章 绪论

第一节 腐蚀的基本概念

研究对象：金属腐蚀学是一门研究金属材料在与其周围环境下发生破坏以及如何减缓或者防止

这种破坏的一门科学。

金属材料最常见也最重要的三种破坏形式： （1）断裂（fracture ） 指金属构件受力超过其弹性极限、塑性极限而发生的破坏。可以分为脆性断裂、塑性断裂、沿晶断裂、穿晶断裂、机械断裂等。一般指结构材料。 （2）磨损（wear and tear ） 指金属表面与其相接触的物体或与其周围环境发生相对运动，因摩擦而产生的损耗或破坏。这是一个渐变的过程。 （3）腐蚀（corrosion ） 指金属在与其周围环境的作用下引起的破坏或变质现象。 其定义为：金属与周围环境（介质）之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质。 金属腐蚀学是在金属学、金属物理、物理化学、电化学、力学等学科基础上发展起来的一门综合性的边缘科学，学习金属腐蚀学的主要目的和内容是：

研究和了解金属材料与环境介质作用的普遍规律，从热力学的角度研究腐蚀进行的可能性，从动力学方面研究腐蚀进行的速度和机理。研究和了解金属在各种条件下发生的原因以及控制或防止金属腐蚀的各种措施。研究和掌握金属腐蚀速度的测试方法和技术，制定腐蚀评定方法和防护措施的各种标准，发展腐蚀和现场监控技术等。 研究金属腐蚀具有重要的意义。例如，航空发动机的腐蚀与控制。钢铁的腐蚀与控制。等等。 第二节 腐蚀的分类方法 一、按腐蚀的环境分类

1．干腐蚀（dry corrosion 化学机理）： （1）失泽（tarnish ）：金属在露点以上的常温干燥气体中腐蚀（氧化），生成很薄的表面腐蚀产物，使金属失去光泽，主要为化学腐蚀的机理。 （2）高温氧化（high temperature oxidation ）：金属在高温气体中腐蚀（氧化），有时生成很厚的氧化皮（scaling ）

。在热应力和机械应力作用下引起氧化皮剥落（spalling ）。属于高温腐蚀（high temperature corrosion ）。

2．湿腐蚀（wet corrosion ） 湿腐蚀主要是指潮湿环境和含水的介质中的腐蚀。绝大部分常温腐蚀（ordinary temperature corrosion ）属于这一种。一般为电化学腐蚀机理。分为： （1）自然环境下的腐蚀

大气腐蚀（atmospheric corrosion ） 土壤腐蚀（soil corrosion ） 海水腐蚀（corrosion in sea water ） 微生物腐蚀（microbial corrosion ） （2）工业介质中的腐蚀 酸、碱、盐溶液中的腐蚀

备注

工业水中的腐蚀 高温高压水中的腐蚀

3．无水有机液体和气体中的腐蚀，为化学腐蚀机理。

（1）卤代烃中的腐蚀，如Al 在CCl 4和CHCl 3中的腐蚀。 （2）醇中的腐蚀，如Al 在乙醇中，Mg 和Ti 在甲醇中的腐蚀

这类腐蚀介质都是非电解质，不管是液体或是气体，腐蚀反应都是相同的。在这些反应中，水起到了缓蚀剂（inhibitor ）的作用。但是一般产生的腐蚀，都是由于有水的存在，腐蚀反应的发生都是在水中进行，水中有金属离子存在，因此属于电化学腐蚀机理。 4．熔盐和熔渣中的腐蚀，一般属于电化学腐蚀机制。 5．熔融金属中的腐蚀，为物理腐蚀机制。 二、按腐蚀机理分类

1．化学腐蚀（chemical corrosion ）

化学腐蚀是金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。其反应历程为金属的原子与氧化剂直接发生氧化还原反应，生成腐蚀产物。电子的传递是在金属与氧化剂之间直接进行的，没有电流产生。

2．电化学腐蚀（electrochemical corrosion ）

指金属表面与离子导电的介质（电解质）发生电化学反应而引起的破坏。任何以电化学机理进行的腐蚀反应应该至少包括含有一个阳极反应和一个阴极反应，并且以流过金属内部的电子流和介质中的离子流形成一个回路。阳极反应是氧化反应，金属失去电子，形成离子。阴极反应为还原反应，即介质中的氧化剂组分吸收来自阳极的电子的过程。

例如，碳钢在酸中腐蚀时，阳极反应为铁被氧化，成为铁离子，释放出的电子由阳极（Fe ）流至钢中的阴极（夹杂物Fe 3C ）上，被H +吸收而还原成氢气，反应过程如下：

阳极反应：Fe---------Fe 2++2e 阴极反应：2H +

+2e----------H 2 总反应：Fe+2H +---------Fe 2++H 2

电化学腐蚀的特点在于，它的腐蚀历程可以分为两个相对独立的并可同时进行的过程。由于在被腐蚀的金属表面上存在着在空间和时间分开的阳极区和阴极区，腐蚀反应过程中电子的传递可以通过金属从阳极区流向阴极区，其结果是必然会有电流产生。这种因电化学腐蚀而产生的电流与反应物的转移，有法拉第定律来约束。

电化学作用既可单独引起金属腐蚀，又可以和机械、生物共同作用导致金属腐蚀。当金属同时受拉应力和电化学作用时，可以引起应力腐蚀断裂（stress corrosion cracking ）。金属在交变应力和电化学共同作用下，可以产生腐蚀疲劳（corrosion fatigue ）。金属同时受到机械磨损和化学作用，可以引起磨损腐蚀（erosion corrosion ）。微生物的新陈代谢可以为电化学腐蚀创造条件，参与或促进金属的电化学腐蚀，称为微生物腐蚀（microbial or bacterial corrosion ）。 3．物理腐蚀（physical corrosion ）

备注

三、按腐蚀形态分类 1．全面腐蚀（general corrosion ）或称均匀腐蚀（uniform corrosion ） 2．局部腐蚀（localized corrosion ） （1）电偶腐蚀（galvanic corrosion ） （2）点蚀（pitting corrosion ） （3）缝隙腐蚀（crevice corrosion ） （4）晶间腐蚀（intergranular corrosion ） （5）剥蚀（exfoliation ）

（6）选择性腐蚀（selective corrosion ） （7）丝状腐蚀（filiform corrosion ）

备注

第三节 金属腐蚀速度的表示方法

根据不同的腐蚀破坏性蚀的不同，由各种不同的评定方法。对于全面腐蚀来说，通常用平均腐

蚀速度来评定。具体方法有失重法（增重法）、深度法和电流密度。

一、失重法和增重法

金属腐蚀程度的大小可用腐蚀前后的试样质量的变化来评定。失重法就是根据腐蚀后试样的质量的减小，用下式计算腐蚀速度： 01

m m S t

υ-=?失 上式中，v 失为腐蚀速度（g/m 2

.h ），m 0为试样腐蚀前的重量，m 1为试样清除腐蚀产物后的质量（g ），S 为试样表面积（m 2），t 为腐蚀时间（h ）。

这种方法适用于均匀腐蚀，而腐蚀产物完全脱落或很容易从试样表面清除掉的情况。 当腐蚀后试样质量增加并且腐蚀产物完全牢固的附着在试样表面时，可以使用增重法，用下式

计算腐蚀速度： 21

m m S t

υ-=?增 上式中，v 失为腐蚀速度（g/m 2.h ），m 2为带有腐蚀产物试样的质量（g ）。腐蚀速度除了使用g/m 2

.h

的单位外，还使用kg/m 2.a 、g/dm 2.d 、g/cm 2.h 、mg/dm 2.d 。还有mdd （mg/dm 2.d ）、gmd （g/m 2

.d ）。 二、深度法 用质量变化不能把腐蚀深度表示出来。因此，可以采用把腐蚀速度换算成腐蚀深度的公式： 8.76/υυρ=深失

上式中，v 深为以腐蚀深度表示的腐蚀速度，单位为mm/a 。v 失为腐蚀速度（g/m 2.h ）， ρ为金属

的密度，g/cm 2。8.76为单位换算系数。 根据金属年腐蚀深度的不同，可将其耐蚀性按十级标准和三级标准分类。 三、容量法

析氢腐蚀时，如果氢气析出量与金属的腐蚀量成正比，则可以用单位时间内单位试样表面积析出的氢气量来表示金属的腐蚀速度。 0V St υ=容 式中，v 容为氢气容积表示的腐蚀速度，单位为cm 3/cm 2.h ；V 0为换算成0℃、760mmHg 柱时的氢气体积，cm 3；S 为试样表面积，cm 2；t 为腐蚀时间，h 。 四、以电流密度表示的腐蚀速度法 电化学腐蚀中，阳极的溶解造成了金属的腐蚀。根据法拉第定律，阳极溶解每一当量的金属，通过的电量为1法拉第，即96500库仑。如果电流强度为I ，通电时间为t ，则通过的电量为It 。阳极所溶解的金属量△m 应该为： A It

m nF

?=

备注

对于均匀腐蚀，整个金属表面积S 可看成阳极面积，所以腐蚀电流密度为

/corr i I S = 得出腐蚀速度v 失与腐蚀电流密度i corr 之间的关系： corr m A

v i St nF ?==失 由上式可知，腐蚀速度与腐蚀电流密度成正比。一般常用腐蚀电流密度来表示金属的电化学腐蚀速度。

备注

第二章 腐蚀热力学

第一节 腐蚀倾向的热力学判据

在自然环境和许多腐蚀介质中，除了个别的贵金属之外，绝大部分的金属都会自动发生腐蚀的现象，也即它们的热力学状态是不稳定的。

金属腐蚀是冶金过程的逆过程。 自然界中的一切自发过程都是有方向性的，都有从自由能高的状态向自由能低的状态转变的趋势，并且其可逆反应不会自动发生，除非外界作功。 从热力学可知，判别物理过程或者化学反应，对于不同的条件，有不同的热力学判据。对于金属腐蚀和绝大部分化学反应而言，一般是在恒温恒压的敞开体系中进行的，这种情况下，一般采用吉布斯（Gibbs ）自由能来判断反应的方向和限度。在等温等压的条件下： ,()T P

G ?< 0 自发过程 ,()T P G ?= 0 平衡过程 ,()T P G ?> 0 非自发过程

必须指出，自由能的变化只能判断金属腐蚀的可能性以及腐蚀倾向的大小，而不能决定腐蚀速

度的高低。腐蚀倾向大的金属不一定是速度大，腐蚀速度属于动力学问题。 第二节 电化学腐蚀倾向的判断和电动序

多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀，电化学腐蚀倾向的大小，除了使用自由能的判据之外，还可以使用电极电位和标准电极电位来判断。

在腐蚀电池中，金属发生阳极溶解（腐蚀），其电位为E A （anode ），腐蚀剂在阴极发生还原反应，其电位为E C （cathode ）。根据腐蚀倾向的热力学判据，可以得出金属腐蚀倾向的电化学判据： E A ﹤E C 则电位为E A 的金属自发进行腐蚀 E A =E C 平衡状态 E A ﹥E C 电位为E A 的金属不发生腐蚀 例如，在无氧的还原性酸中，当金属的电极电位比该溶液中氢电极电位更负时，有可能发生析氢腐蚀。在含氧的溶液中，只有金属的电极电位比该溶液中氧电极电位更负时，才能发生吸氧腐蚀。当两种金属偶接时，电位较负的金属构成了阳极，发生溶解，即腐蚀。电位较正的金属构成阴极，不发生腐蚀。对于可逆电极，可以使用nernst 公式来计算其电位： 0

2.3lg

O R

a RT E E nF

a =+

式中，E 表示电极电位（electrode potential ），E 0

表示标准电极电位（standard electrode potential ）。电位的基准是标准氢电极（standard hydrogen electrode, SHE ），其电位是人为规定的：在任何温度下都为零。

备注

,1()i

m f i i

E G nF

ν

=

?∑

根据pH=7和pH=0中氢电极和氧电极的平衡电位（E 0

H =-0.414V , 0.000V ；E 0

O =+0.815V , +1.229V ），可以把金属划分成腐蚀热力学稳定性不同的五个组，这个序列称为电动序。

需要指出，热力学上的稳定性，不但取决于金属本身，同时也与周围的腐蚀介质有关。例如，电动序上非常稳定的金属Au ，在含有溶合剂的氧化性溶液中，电位变成负值，就可以发生腐蚀（金店中洗金就是利用此原理），而热力学上不稳定的金属，在饱和烃的溶液中，就会非常稳定的存在（金属Na 在煤油中）。

必须指出，使用标准电位E 0

作为金属腐蚀倾向的判据，有一定的局限性。主要原因：腐蚀介质中金属离子的浓度一般不为1mol/l ，与标准电位的条件不同；二是大多数金属的表面会有一层氧化层，不是裸露的纯金属，因此电极电位可能会有所不同。

第三节 电位-pH 图

一、电位-pH 图原理

多数金属的电化学腐蚀绝大多数是金属同水溶液相接触时发生的腐蚀过程。

水溶液中除了其它的金属离子外，总有H +和OH -离子。这两种离子含量的多少由溶液的pH 值来表示。金属在水溶液中的稳定性不但与它的电极电位有关，还与水溶液中的pH 值有关。若将金属腐蚀体系的电极电位与溶液pH 值的关系绘成图，就能直接从图上判断在给定的条件下发生腐蚀反应的可能性。

以电位E 为纵坐标，pH 为横坐标，对金属—水体系中每一种可能的化学反应或电化学反应，在取定溶液中金属离子活度的条件下，将其平衡关系表示在图上，这样金属—水体系中大量而复杂的均相和非均相化学反应与电化学反应的平衡关系，便简单明了地图示在一个很小的平面上，使我们能一目了然地对体系中的各种平衡关系得到一个总的轮廓。这种图叫做“电位—pH 平衡图”，亦称为理论电位—pH 图，又称为Pourbaix （布拜）图 。

二、电位-pH 图的绘制

电势—pH 图是以纵坐标表示电极反应的平衡电极电势(相对于SHE)，横坐标表示溶液pH 值的热力学平衡图。布拜和他的同事已作出90种元索与水构成的电位—pH 图，称之为电化学平衡图谱，也称为理论电势—pH 图。如通过热力学数据平衡常数、标准化学位和溶度积的计算，可以作出Fe —H 2O 腐蚀体系在25℃时的电势—pH 关系图：根据参与电极反应的物质不同，电势—pH 图上的曲线可分为三类：

① 只导电极电势有关，与溶液的pH 值无关的一类反应

xR yO ne +

式中 R 、O ———物质的还原态和氧化态； x 和y ——还原态和氧化态的化学计量系数。 n ——参与反应的电子数。

此反应的平衡电势表达式为：

ln

y

x

RT O E E nF

R

αα=+

可见，这类反应的电极电势与pH 值无关，在电势—pH 以上这类反应是平行于横轴的水平线。

备注

由?G=?G o +6RTln a H +-2RTln a Fe 3+

= ?G o -2.3×6RTpH-2.3×2RTlgGFe 3+=0 得：lg a Fe 3+=?G o /(+6RT)-3pH=0.723-3pH

对取定的a Fe 3+

,是一条垂直线

E

PH

②与pH 值有关，与电极电势无关的一类反应。

这些反应中有H +或OH —，但无电子参加反应，因此是化学反应，而不是电极反应，反应通式可写为

2yA zH O qB m H +

++

可见pH 与电势无关，在一定温度下，这类反应在电势—pH 图上是平行于纵轴的垂直线。

例沉淀反应： 2222()2Fe H O Fe O H H

+

+

++

Ee=E o +RT/2Fln a Fe 2+=E o +2.3RT/2Flg a Fe 2+ =-0.44+0.0295lg a Fe 2+

对取定的a Fe 2+

,是一条水平线：

E

PH

③既与电极电势有关，又与溶液的PH 值有关的反应。

这类反应的特点是氢离子(或氢氧根离子)和电子都参加反应。反应通式及电势表达式可分别写成：

2xR zH O yO m H

ne +

+++

ln

H y m

O R

O

R O

x

R

RT E E nF

ααα+

=+

备注

可见，在一定温度下，反应的平衡条件既与电势有关，又与溶液的pH 位有关。它们在电势—

pH 图上的平衡线是与离子浓度有关的一组斜线。平衡电势随pH 值升高而降低，其斜率为—2.3mRT

／nF 。 例：22232362Fe H O Fe O H e ++

+++ Ee=E o +3RT/Fln a H +-R5/Fln a Fe 2+

=E o (2.3×3RT)/Flg a H +-2.3RT/Flg a Fe 2+

=0.728-0.1773pH-0.0591lg a Fe 2+

对取定的a Fe 2+

,是一条斜线,斜率为-0.1773 E

PH 二、电势—pH 图的绘制 —般可按下列步骤绘制给定体系的电势—pH 图：

①列出体系中各物质的组成、状态及其标准化学势.μ0或标准生成自由能ΔG 0

m,f 。 ②列出各有关物质间可能发生的化学反应平衡方程式，并计算相应的电势—pH 表达式。

本书中把电极反应写成氧化形式。这与相对电极电位的规定一致。 ③在电势—pH 坐标图上画出各反应对应的平衡线，形成如下图完整的电势—pH 图。

以Fe —H 2O 体系为例，说明电势—pH 图的绘制。

平衡图相为

Fe ，

Fe2O3，

Fe3O4

2。01。61。20。80。40-0。4

-0。8-1。2

备注

三、电位—pH 图的应用

若以平衡金属离子浓度为l0-6mol/L 作为金属是否腐蚀的界限，即溶液中金属离子的浓度小于此值时就认为不发生腐蚀，则可将Fe —H 2O 体系图所示的电位—pH 图分为三个区域。

2。01。6

1。2

0。80。40-0。-0。-1。-1。

1．腐蚀区

处于稳定状态的是可溶性的Fe 2+、Fe 3+、FeO 42-和HFeO 2-等离子，金属处于不稳定状态，因此金属可能发生腐蚀。

2．免蚀区

在此区域内金属处于热力学稳定状态不发生腐蚀。 3．钝化区

腐蚀产物为固态氧化物、氢氧化物或盐膜。但是否具有真正意义上的“钝化”作用，则取决于所生成的固态膜的保护性。

电位—pH 图的主要用途是： （1）预测反应的自发进行方向。 （2）估计腐蚀产物的成分。

（3）预测减缓或防止腐蚀的控制因素。

例如，从图中A 、B 、C 、D 各点对应的电位和pH 条件，可判断铁的腐蚀情况： 点A 处于免蚀区，不会发生腐蚀。

点B 处于腐蚀区，且在氢线以下．即处于Fe 2+离子和H 2的稳定区。在该条件下铁将发生析氢腐蚀。其化学反应为

阳极反应 Fe 一Fe 2++ 2e

备注

若铁处于点C 条件下，既在腐蚀区，又在氢线以上仍会遭受腐蚀，发生的是吸氧腐蚀： 阳极反应 Fe —Fe 2+

+2e 阴极反应 2H +

+1/2O 2一H 2O

点D 对应的是Fe 被腐蚀，生成HFeO 2-的区域。

为了使铁免于腐蚀，可设法使其移出腐蚀区。点B 移出腐蚀区的三种可能的途径为： （1）把铁的电极电势降低至免蚀区，即对铁施行阴极保护。采用牺牲阳极法，即将铁与电极电位较低的锌或铝合金相连，构成腐蚀电偶；或将外加直流电源的负端与铁相连而正端与辅助阳极相连，构成回路，两种方法都可保护铁免遭腐蚀。 （2）把铁的电势升高，使之进入钝化区。这可通过阳极保护法或在溶液中添加阳极型缓蚀剂或钝化剂来实现。 （3）将溶液的pH 值调整至9—13之间，也可使快进入钝化区。途径(2)、(3)的钝化效果还与金属性质、环境的离子种类有关。

作业：P11：思考题：2 习题：9，11，12

备注

第四节 腐蚀电池及其工作历程

一、电化学现象与腐蚀电池 金属在电解质溶液中的腐蚀现象是电化学腐蚀，是腐蚀电池作用的结果。自然界中大多数腐蚀现象是在电解质溶液中发生的。其实质就是浸在电解质溶液中的金属表面上，形成了以金属阳极溶解，腐蚀剂发生阴极还原的腐蚀电池。电化学的动力学曲线一般都会有一个孕育期，经过了孕育期后金属的溶解速度急剧增长。对于化学的动力学曲线，如果是裸金属，则增长曲线为线性，如果表面有膜，则增长方式一般为抛物线形状或者对数形式。 将工业纯锌浸入到硫酸中，可以观察到金属被溶解，有气泡冒出。从电化学的机理出发，可以解释为：工业纯锌含有一定的杂质，杂质（Fe ）合金的电位比纯锌高。杂质为阴极，纯锌为阳极，

溶液中的H +

离子在阴极还原而构成腐蚀电池。此时构成的腐蚀电池处于微小的局部区域内，所以称为微电池。 下表为电化学腐蚀和化学腐蚀的比较。 二、金属腐蚀的电化学历程

腐蚀电池与作为电源用的干电池或蓄电池有明显的不同，腐蚀电池多为短路的原电池，对外不做有用功，只能导致金属的腐蚀。但是在工作历程上它们又是比较类似的。 一个腐蚀电池，必须包括阴极、阳极、电解质溶液和连接阴阳极的电子导体四个不可分割的部分。由电化学原理可知，凡是发生氧化反应的电极是阳极，凡是发生还原反应的电极为阴极。可见，腐蚀电池的工作历程主要由下列三个基本过程组成： （1）阳极过程 金属溶解，以离子形式进入溶液，并把等当量的电子留在金属上。 []n n M ne M ne ++

?→+ （2）阴极过程

备注

去极化剂：阴极还原中能够吸收电子的氧化性物质，在腐蚀学中称为去极化剂（depolariser or

depolarizer ）。

如果没有去极化剂，阴极区将由于电子的积累而发生阴极极化，从而阻碍腐蚀反应的进行。最常见的阴极去极化剂是溶液中的O 2和H +离子。

（3）电流的流动 电流的流动在金属中是依靠电子从阳极流向阴极，在溶液中则是依靠离子的迁移，即阳离子从

阳极区移向阴极区，阴离子从阴极区移向阳极区。在阳极和阴极界面上则分别发生上述的氧化和还

原反应，实现电子的传递。这样，整个电池体系就形成了一个回路。 腐蚀电池工作时所包含的上述三个基本过程既是相互独立的，又是彼此紧密联系的，只要其中

一个过程受到阻滞，其它的两个过程就会不能进行或延缓进行，从而使金属的腐蚀过程得到阻滞。 下图为化学腐蚀与电化学腐蚀的示意图。

在化学腐蚀时，被氧化的金属与环境中被还原的物质之间的电子交换是直接进行的，氧化与还

原只见是不可分割的。而电化学腐蚀过程中，金属的氧化与环境中物质的还原过程是在不同的部位相对独立的进行的，电子的传递是间接的。

三、电化学腐蚀的次生过程 腐蚀过程中，阳极和阴极反应的直接产物称为一次产物（primary product ）。由于腐蚀的不断进

行，电极表面附近一次产物的浓度不断增加，阳极产生的金属离子越来越多，阴极区由于H +

离子放

电或溶液中氧的还原导致OH -离子浓度增加，使pH 值升高。溶液中产生了浓度梯度，一次产物在梯度的作用下发生浓差扩散，当阴阳极产物相遇时，就可能导致腐蚀产物的次生过程的发生，也就是形成难熔性的产物，称为二次产物或次生产物（secondary product ）

。如上图中电化学氧化示意图所示。 第五节 腐蚀电池的类型

根据组成腐蚀电池的电极尺寸大小以及阴、阳极区分布随时间的稳定性，并考虑到促使形成腐

蚀电池的影响因素和腐蚀破坏的特征，一般将腐蚀电池分为三大类，宏观腐蚀电池、微观腐蚀电池、亚微观腐蚀电池。

一、宏观腐蚀电池 这类腐蚀电池通常是指肉眼可见的电极所构成，这类腐蚀电池的阴极区和阳极区往往保持长时间的稳定，因而导致明显的局部腐蚀。

备注

1．异金属接触腐蚀 不同的金属浸于不同的电解质溶液中，当电解液连通（通过半透膜）且两金属短路时，就构成

了宏观腐蚀电池。如丹聂尔电池。

不同的金属在同一电解液中相接触，就构成了电偶电池（galvanic cell ）。这时就可以观察到电位

较负的金属腐蚀加快，电位较正的金属腐蚀减慢甚至停止。电位差越大，这种状况越明显。这种腐蚀称为电偶腐蚀（galvanic corrosion ）。 2．浓差电池 同一金属浸入不同浓度的电解液中，或者虽在同一电解液中但局部浓度不同，可以形成浓差腐蚀电池。

可以分为金属离子浓差电池（metal ion concentration cell ）和差异充气电池（differential aeration cell ）或氧浓差电池（oxygen concentration cell ）

。 根据能斯特公式，金属的电位于金属离子的浓度有关，当金属与含有不同浓度的该金属离子的溶液接触时，浓度稀处，金属的电位较负，为阳极，从而导致腐蚀的发生。 最有意义的浓差电池是差异充气电池或氧浓差电池。它是普遍存在而危害严重的腐蚀电池。这种电池是由于金属与含氧量不同的介质接触时形成的。这是引起水线腐蚀（water-line attack ）、缝隙腐蚀（crevice corrosion ）

、沉积物腐蚀（deposit corrosion ）、盐滴腐蚀（salt drop corrosion ）、丝状腐蚀（filiform corrosion ）的主要原因。这些情况下，氧不容易到达，金属的电位比含氧量高的电位低，

成为阳极而遭到腐蚀。 3．温差腐蚀电池 浸入电解液中的金属个部分，由于温度不同，可能形成温差腐蚀。这常常发生在热交换器、锅炉等设备中。一般高温端的电极电位比低温端的低，因此成为阳极而遭到腐蚀。由两个部位间的温度差异而引起的电偶腐蚀称为热偶腐蚀（thermogalvanic corrosion ）。 4．电解池阳极腐蚀 电解池的阳极一般是发生溶解反应，因此利用此种特性，使金属作为阳极来进行腐蚀，称为阳极腐蚀（anode corrosion ）

。然而，由于机床、地铁等设备电盐的漏电也会引起金属的腐蚀，称为杂散电流腐蚀（stray current corrosion ）

。 二、微观腐蚀电池

微电池：由于金属表面的电化学不均匀性，在金属表面出现许多微小的电极，从而构成各种各样的微观电池，简称微电池。 1．由于金属表面化学成分的不均匀性而产生的微电池 工业金属常含有各种杂质，当它们与电解液接触时，表面的杂质便以微电极的形式与基体金属构成许多短路的微电池。如杂质作为阴极存在，便会造成金属的腐蚀。 例：纯锌中的铁，碳钢中的渗碳体，铸铁中的石墨等。 2．由于金属组织不均匀性而产生的微电池 金属微多晶体材料，晶界是原子排列较为紊乱的区域，晶体缺陷密度大。一般晶界的电位要比晶类内部低，为阳极。 多相合金种不同相之间的电位不相同，是形成腐蚀微电池的重要原因。例：奥氏体不锈钢在回

备注

3．由于金属物理状态不均匀性而产生的微电池 金属在机械加工或构件装配过程中，由于金属个部分形变的不均匀性，或应力的不均匀性，都

可能产生局部微腐蚀。例：铆钉头部易腐蚀（阳极）。

4．由于金属膜的不完整而产生的微电池

钝化膜或者其他具有电子导电性的表面膜或涂层，由于存在孔隙或者破损，电位低，形成膜-孔

电池。 三、亚微观腐蚀电池 对于使用肉眼和普通显微镜也难以分辨出阴阳极区的金属来说，在电解液中也可能发生电化学腐蚀。每个电极表面十分微小，遍布在整个金属表面，阳极无规律、统计的分布着，且随时间不断的发生变化，结果导致金属的均匀腐蚀。 按照经典微电池腐蚀理论，从热力学角度看，金属发生电化学腐蚀需要两个条件：一是构成腐蚀电池，即阴阳极之间存在电位差；二是存在着维持阴极过程进行的物质，即阴极去极化剂。 按照现代混合电位理论，金属发生电化学腐蚀的必要条件是：溶液中存在着可在金属上发生还原反应的物质。 作业：P50：思考题：5，7 习题：15，24

备注

第三章 电化学腐蚀动力学

第一节 腐蚀电池的电极过程

一、阳极过程

腐蚀电池中电位较低的金属为阳极，发生氧化反应。 水溶液中阳极溶解反应的通式为：

M n+

.ne + mH 2O = M n+

.mH 2O + ne (水化阳离子)

如果溶液中存在络合剂，可与金属形成络合离子，加速阳极溶解： M n+.ne + xA - + yH 2O = (MAx)n-x .yH 2O + ne 金属阳极溶解过程至少由以下几个联系步骤组成： （1）金属原子离开晶格转变为表面吸附原子

M 晶格→M 吸附 （2）表面吸附原子越过双电层进行放电转变为水化阳离子：

M 吸附 + mH 2O →M n+.mH 2O + ne

（3）水化阳离子M n+.mH 2O 从双电层溶液侧向溶液深处迁移

处于表面边角处的金属原子首先受到水分子的吸引，由晶格迁移到表面，变成吸附原子；在双电层电场的作用下，进一步变成水化阳离子，金属阳离子在晶格中的位能较高，在溶液中的水化离子位能较低。因此，金属离子的水化过程伴随着能量的降低，是一个自发过程。

阳极极化：由于腐蚀电池中阳极区的自由电子移向电位较高的阴极区，使阳极区电子缺乏而阳极产生的电子又来不及补充，因而发生极化，即由于电流的通过，阳极电位偏离原来的平衡电位向正方向移动，称之为阳极极化。

二、阴极过程

阴极过程：指电解质溶液中的氧化剂与金属阳极溶解后释放出来并转移到阴极区的电子相结合的反应过程。

阴极去极化剂：溶液中能在阴极区吸收电子而发生还原反应的氧化性物质。 阴极去极化剂和阴极反应：

（1）氢离子还原反应或析氢反应

2H + + 2e → H 2↑ （2）溶液中溶解氧的还原反应 在中性或碱性溶液中：

O 2 + 2H 2O + 4e = 4OH -

在酸性水溶液中：

O 2 + 4H + + 4e = 2H 2O

吸氧腐蚀：阴极过程为氧的还原反应的腐蚀，称之为氧还原腐蚀，也叫吸氧腐蚀。

大多数金属在大气、土壤、海水和中性溶液中的腐蚀主要是氧的阴极还原反应，受氧扩散控制。

（3）溶液中高价离子的还原

Fe 3O 4 + H 2O + 2e → 3FeO + 2OH -

（4）溶液中贵金属离子的还原

Cu 2+ + 2e → Cu

（5）氧化性酸或某些阴离子的还原

NO 3- + 2H + + 2e → NO 2- + H 2O

备注

（6）溶液中某些有机化合物的还原 R + 2H + + 2e → RH 2

阴极极化：由于腐蚀过程中阳极区释放的电子进入邻近的阴极区，如果阴极还原反应不能及时地把这些电子吸收，则电子在阴极积累，使阴极区的电位偏离了平衡电位，向负方向变化，称之为阴极极化。 第二节 腐蚀速度与极化作用 对于电化学腐蚀而言，腐蚀速度通常用电流密度表示。因为在稳态条件下通过腐蚀电池的电流与金属阳极溶解速度的大小有严格的法拉第定律约束。 一、腐蚀电池的极化现象 有腐蚀电池如下：

已知：

E 0,Zn =-0.80V ，E 0,Cu =0.05V ，原电池总电阻：R=230Ω。

开路时，R 0→∞,故I 0=0。

开始短路瞬间：电极表面来不及变化，根据欧姆定律： I 始=（E 0,Cu - E 0,Zn ）/R=3.7×10-3A 短路后几秒至几分钟：

现象：电流逐渐减小，最后达到一个稳定值0.2mA 。

原因：根据欧姆定律，电阻不会变，只有电极间的电位差变化。最后电位差变小。如下图：

备注

电池的极化作用：电池接通后，阴极电位向负方向变化，阳极电位向正方向变化，称之为电

池的极化作用。 电极的极化：当电极上有净电流通过时，电极电位显著偏离了未通电时的开路电位（平衡电

位或非平衡的稳态电位），这种现象称之为电极的极化。

二、阳极极化（Anodic Polarization ） 产生阳极极化有以下几个原因。

1．活化极化（Activation Polarization ）

阳极过程是金属离子从基体转移到溶液中，并形成水化离子的过程。 活化极化：如果金属离子进入溶液的反应速度小于电子由阳极通过导线流向阴极的速度，则阳极就会有过多的正电荷积累，改变双电层电荷分布及双电层间的电位差，使阳极向正向移动。

由于反应需要一定的活化能，使阳极溶解反应的速度迟缓于电子移动的速度，由此引起的极化称

之为活化极化。 2．浓差极化（Concentration Polarization ）

阴极溶液产生的金属离子，首先进入阳极附近的液层中，与溶液深处产生浓差。在浓度梯度

作用下金属离子向溶液深处扩散，但由于扩散速度不够快，致使阳极附近液层中金属离子的浓度逐渐升高，阻碍阳极的进一步溶解，因此电位变正，产生阳极极化。 3．电阻极化（Resistance Polarization ）

当金属表面有氧化膜，或在腐蚀过程中形成膜时，膜的电阻率远高于基体金属．则阳极电流

通过此膜时，将产生压降，使电势显著变正，由此引起的极化，称之为电阻极化。 可见。阳极极化越强烈，说明阳极过程的反应受阻滞越严重，这对防止金属腐蚀是有利的；

相反，去除阳极极化，会加速腐蚀过程的进行。这对消除或减弱阳极极化的过程，称阳极去极化

（Anodic Depolarization ）。例如，搅拌溶液，加速金属离子的扩散；使阳极产物形成沉淀或配离子；加入活化离子(如Cl -)，消除阳极钝化等，都可促进阳极去极化，从而加速腐蚀。

三、阴极极化（Cathodic Polarization ）

阴极上有电流通过时，其电势向负方向移动，即为阴极极化。阴极极化的原因是： 1．活化极化[或电化学极化) 由于阴极还原反应需达到一定的活化能才能进行，当阴极还原反应速度小于电子进入阴极的

速度，就会使电子在阴极堆积，电子密度增高，结果使阴极电势向负方向移动，产生了阴极极化。

2．浓差极化

阴极附近反应物或反应产物扩散速度缓慢可引起阴极浓差极化，使电极电势变负。阴极极化

表示极化受到阻滞，阻碍金属腐蚀的进行。消除阴极极化的过程叫做阴极去极化(Cathodic Depolarization)，可使阳极极化过程顺利进行，维持或加速腐蚀过程。绝大多数电化学离子的阴极去极化剂为溶液中的氢离子和氧分子。

第三节腐蚀极化图及混合电势理论

一、腐蚀极化图

下图为一腐蚀电池。开路时测得阴、阳极的电势分别为Eo,c 和Eo,a ，接入电阻只并使电阻R 值由大变小，电流则由小逐渐变大，相应地测出各电流强度下的电极电势，给出阴、阳极电势与电流强度的关系图，下图就是腐蚀极化图。

由图可见，电流随电阻R 减小而增加，闽时电流的增加引起电极极化：使阳极电势升高，阴极电势降．两极电势差变小。当包括电池内、外电阻在内的总电阻趋近于零时，电流达到最大值I max ，此时明、阳极极化曲线相交于点S 。两极电势相等，即ΔE=IR=0。但实际上根本得不到交点S 。因为总电阻不可能等于零，即使两电极短路，外电阻等于零，仍有电池内阻存在。因此，电流只能达到接近于I max 的I 。

备注

腐蚀极化图是一种电位-电流图，它是把表征腐蚀电池特征的阴、阳极极化曲线画在同一张图

上构成的。若将两个极化曲线简化成直线，可得到如下图所示的简化的腐蚀极化图，此极化图是

英国腐蚀科学家U.R.Evans及其学生们于1929年首先提出和应用的，故称Evans图。图中阴、阳

极的起始电位为阴极反应和阳极反应的平衡电位，分别以E0,C和E0,A表示。简化的极化曲线可交

于一点S。交点对应的电位，称混合电位(Mixd Potential)。出于此阴、阳极反应构成了腐蚀过程，

所以混合电位就是自腐蚀电位(Free Corrosion Potential)，简称为腐蚀电位(Corrosion Potential)，用

E corr表示。腐蚀电位是一种不可逆的非平衡电势，可通过实验测得。图中与腐蚀电位相对应的电

流，称为腐蚀电流，金属腐蚀电池中阴极和阳极面积是不相等的，但稳态下流过的电流强度是相

备注

在均匀腐蚀条件下，整个金属表面同时起阴极和阳极的作用，可以采用电势—电流密度极化

图，当阴、阳极反应均由电化学极化控制时，则用半对数坐标E-lg i 极化图更为确切。因为在电化学极化控制下，电流密度的对数与电位的变化呈直线关系。

E oa cor E oc E cor

二、混合电势理论（Mixed Potential Theory ）

混合电势理论包含两项基本假说：

①任何电化学反应都能分成两个或两个以上的氧化分反应和还原分反应。

②电化学反应过程中不可能有净电荷积累。即当一块绝缘的金属试样腐蚀时，氧化反应的总速度等于还原反应的总速度。

∑∑←

→=I I

混合电势理论扩充和部分取代了经典微电他腐蚀理论。它不但适用于局部腐蚀电池，也适用

于亚微观尺寸的均匀腐蚀。这一理论与动力学方程式—起，构成了现代电化学腐蚀动力学理论基

础。 根据混合电势理论，腐蚀电势是腐蚀体系的混合电势，它是由同时发生的两个电极极化过程，即金属的氧化和腐蚀利的还原过程共同决定的。因此，根据腐蚀极化图很容易确定腐蚀电势，并

解释各种因素对腐蚀电势的影响。而权据腐蚀电势的变化却不能淮确判断腐蚀速度的大小或变化，

必须测定相应的极化曲线，根据腐蚀极化图或动力学方程式才能确定腐蚀速度，研究腐蚀动力学

过程和机理。

三、腐蚀极化图的应用

腐蚀极化图是研究电化学腐蚀的重要工具，用途很广。例如，利用极化图可以确定腐蚀的主要控制因素、解释腐蚀现象、分析腐蚀过程的性质和影响因素、判断添加剂的作用机理．以及用图解法计算多电极体系的腐蚀速度等。可以说，极化图是腐蚀科学最重要的理论工具之一。 1．极化图用于分析腐蚀速度的影响因素

如前所述，当腐蚀电池通过电流时，两电极发生极化。如果电流增加时，电极电势的移动不大，则表明电极过程受到的阻碍较小，即电极的极化率较小，或者说极化性能较差。电极的极化率由极化曲线的斜率决定。如图所示。阴极极化率Pc 定义为：

αtan 1

1

,=?=-=

I E I E E Pc c c

o c

阳极极化率P A 定义为：

金属腐蚀理论复习题

金属腐蚀理论复习题

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金属腐蚀理论及腐蚀控制复习题 第一章 绪论 思考题 1.举例说明腐蚀的定义,腐蚀定义中的三个基本要素是什么,耐蚀性和腐蚀性概念的区别。 答：腐蚀的定义：工程材料和周围环境发生化学或电化学作用而遭受的破坏 举例：工程材料和周围环境发生相互作用而破坏 三个基本要素:腐蚀的对象、腐蚀的环境、腐蚀的性质。 耐蚀性：指材料抵抗环境介质腐蚀的能力。 腐蚀性:指环境介质对材料腐蚀的强弱程度。 2．金属腐蚀的本质是什么,均匀腐蚀速度的表示方法有哪些？ 答:⑴金属腐蚀的本质:金属在大多数情况下通过发生化学反应或是电化学反应后，腐蚀产物变为化合物或非单质状态；从能量观点看,金属与周围的环境组成了热力学上不稳定的体系,腐蚀反应使体系能量降低。 ⑵均匀腐蚀速度的表示方法: ①深度:年腐蚀深度 (p V ) V P =t h ?＝d -V △h 是试样腐蚀后厚度的减少量，单位ｍm ；V -代表失重腐蚀速 度; t 是腐蚀时间,单位ｙ;d 是金属材料的密度；ＶP 所以的单位是mm ／y 。 ②增重： V + =St W +? = St W W 10- Ｗ0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g ； W 1代表腐

蚀以后经除去腐蚀产物处理的试样质量，单位g; Ｓ代表试样暴露的表面积，单位m 2； t 代表腐蚀的时间,单位h 。 ③失重：失重腐蚀速度(-V ) - V ＝ St W -?=St W W 1 0- W0代表腐蚀前金属试样的质量,单位g; Ｗ１代表 腐蚀以后经除去腐蚀产物处理的试样质量,单位g; S 代表试样暴露的表面积， 单位m 2； t 代表腐蚀的时间，单位h 。 计算题 计算题 1. 根据表1中所列数据分别计算碳钢和铝两种材料在试验介质中的失重腐蚀速度Ｖ- 和年腐蚀深度Ｖｐ，并进行比较,说明两种腐蚀速度表示方法的差别。 表1 解:由题意得： （1)对碳钢在３０%HNO 3( 25℃)中有: Ｖˉ=△W ˉ/st =（18.7153-18.６７39)／45×２×(２０×40＋２0×3+４0×3０)×０.000０01 =0．4694 ｇ/㎡?h 又d=m ／v=18.７１54/20×4０×0.003=7.798g ／c ｍ2 ?h V ｐ=8.７6Ｖˉ/d=8.76×0．4694/７．798=０.53m ｍ/y 对铝在30％HNO 3(2５℃)中有: V ˉ=△W ˉ铝/s ｔ ＝(１6.１82０－16.１347)/2×(３０×４0+３0×5＋40×５）×45×1０-6

化学人教版选修精品教学案：金属的腐蚀与防护教案

第四章电化学基础 第四节金属的电化学腐蚀与防护 一、教材分析 《金属的电化学腐蚀与防护》是人教版高中化学选修四《化学反应原理》第四章第四节，在学习了原电池原理及电解池原理的基础上展开，介绍了金属腐蚀造成的严重危害、电化学腐蚀的原理及防止金属腐蚀的几种方法，重点是掌握金属电化学腐蚀（析氢腐蚀和吸氧腐蚀）的本质（金属表面形成了微型原电池），同时指出，人们根据对金属电化学腐蚀本质的认识，发现了防护金属电化学腐蚀的方法，并具体地介绍了牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法,不但运用原电池原理(牺牲阳极的阴极保护法)，也再次运用了电解原理(外加电流的阴极保护法),加深了学生对化学能与电能相互转化的认识。本节内容是本章理论知识的实际应用，有利于培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。 二、教学目标 1．知识目标： (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。 2．能力目标： （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。 3．情感、态度和价值观目标： （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。 三、教学重点难点 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 四、学情分析 学生对金属的腐蚀有一定的认识，包括它的产生和防治，生活中对金属腐蚀的危害也有所见闻，而对金属腐蚀及防腐的原理不太清楚，学生了解了铁的腐蚀是氧气和水共同作用的结果，并且学习了原电池原理，再此基础上学习比较容易接受。

高二人教版化学选修1教案：金属的腐蚀和防护

金属的腐蚀和防护 一、教学设计 在高中课程标准必修教科书化学2中，已经介绍了化学能与电能的转换，即原电池的相关知识。本节是在此基础上，引导学生了解金属的腐蚀原理和防护方法等。 本节包括两部分内容：金属的腐蚀和金属的防护。 金属的腐蚀包括化学腐蚀和电化学腐蚀两部分内容。在化学腐蚀中，以家用燃气灶的中心部位很容易生锈，而食品罐头放在南极已差不多90年了，却很少生锈为例（图3-14），强调温度（反应条件）对化学腐蚀的影响比较明显。在电化学腐蚀中，通过“科学探究”，让学生设计实验探究铁钉锈蚀需要哪些条件，以及在什么条件下锈蚀速率较快，引出电化学腐蚀。为了降低难度，教科书中没有出现“吸氧腐蚀”和“析氢腐蚀”这两个名词，只是介绍了钢铁发生电化学腐蚀时在正极上发生的这两类原电池反应。最后强调指出化学腐蚀和电化学腐蚀的本质是金属原子失去电子变成阳离子的过程。 由于对金属防护常用的方法，学生已经有许多生活经验。因此，教科书通过图示（图3-16和图3-18）和活动（2个“思考与交流”）的方式，由学生自己总结，并解释这些方法为什么可以达到防止金属腐蚀的目的。最后介绍了牺牲更活泼金属的防护方法。同样，为了降低难度，未出现“牺牲阳极的阴极保护法”这个名词，而是简单介绍这种保护方法的原理及其应用。 本节教学重点：金属的电化学腐蚀原理，金属防护的常用方法和意义。 本节教学难点：金属的电化学腐蚀原理。 教学建议如下： 1准确把握教学要求。 金属的腐蚀和防护属于化学学科的基础知识。对于选修《化学与生活》模块的学生来说，课程标准对这部分内容的要求是比较低的：能够“描述金属腐蚀的

化学原理，知道金属防护的常用方法，认识防止金属腐蚀的重要意义”。因此，教学过程中要准确把握教学要求，不宜加深和拓宽，以免加重学生的学习负担。 例如，对于钢铁发生电化学腐蚀的原理，只要求学生知道在负极上铁失去电子而被氧化成Fe2+，在正极上发生的反应有O 得电子和H+得电子两种情况，而发 2 生哪种反应是和钢铁表面吸附的水膜酸性有关。不要把电化学腐蚀分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀来加以对比和强化。 2充分发挥图画的直观教育效果。 本节中图画较多，图画和图注中包含了丰富的信息，这些信息都和正文内容有密切的联系。教学过程中应当挖掘这些图画的教育内涵，充分发挥其直观教育效果。需要注意的是，有的图注提出了一些问题，这些问题有的是强化某些观念，如图3－14是强调温度对化学腐蚀的影响，图3-17则是说明介质对金属腐蚀的影响；有的则属于开放性问题，如图3-18中的问题等，教学过程中对这些问题要引导学生积极思考。 3密切联系学生的生活实际，激发学生的学习兴趣。 金属的腐蚀和防护与学生的生活实际联系较为密切，教学过程中要充分利用这一点，调动学生学习的积极性。教科书中已经给出了一些例子，教师还可以作一些补充。例如，做饭用的铁锅日久天长越用越薄，炼钢倾倒钢水时钢花四溅，轧钢时火红的钢锭被氧化后层层脱落等都是发生的化学腐蚀。即在高温下，铁与空气中的氧气发生反应生成四氧化三铁。教学设计参考： 【教学设计1】 问题引入：列举生活实例→提出问题：金属腐蚀有哪些危害？金属为什么会被腐蚀？→探究金属腐蚀发生的条件→金属腐蚀的分类→多媒体展示：化学腐蚀和电化学腐蚀→电化学腐蚀的原理：电极反应→金属腐蚀的本质→讨论：金属腐蚀的防护思路和方法→思考与交流。 【教学设计2】 实验引入（提前做好实验，课上分析结果）：不同条件下铁钉的锈蚀→分组设计、操作→分析不同的实验结果→归纳：金属腐蚀的原因→金属腐蚀的分类→

金属腐蚀与防护

第一章绪论 腐蚀：由于材料与其介质相互作用(化学与电化学)而导致的变质和破坏。 腐蚀控制的方法： 1）、改换材料 2）、表面涂漆/覆盖层 3）、改变腐蚀介质和环境 4）、合理的结构设计 5）、电化学保护 均匀腐蚀速率的评定方法： 失重法和增重法；深度法； 容量法(析氢腐蚀)；电流密度； 机械性能(晶间腐蚀)；电阻性. 第二章电化学腐蚀热力学 热力学第零定律状态函数(温度) 热力学第一定律(能量守恒定律) 状态函数(内能) 热力学第二定律状态函数(熵) 热力学第三定律绝对零度不可能达到 2.1、腐蚀的倾向性的热力学原理 腐蚀反应自发性及倾向性的判据： ?G：反应自发进行 < ?G：反应达到平衡 = ?G：反应不能自发进行 > 注：ΔG的负值的绝对值越大，该腐蚀的自发倾向性越大. 热力学上不稳定金属，也有许多在适当条件下能发生钝化而变得耐蚀. 2.2、腐蚀电池 2.2.1、电化学腐蚀现象与腐蚀电池 电化学腐蚀：即金属材料与电解质接触时，由于腐蚀电池作用而引起金属材料腐蚀破坏. 腐蚀电池(或腐蚀原电池)：即只能导致金属材料破坏而不能对外做工的短路原电 池. 注：1)、通过直接接触也能形成原电池而不一定要有导线的连接； 2)、一块金属不与其他金属接触，在电解质溶液中也会产生腐蚀电池. 丹尼尔电池：(只要有电势差存在) a)、电极反应具有热力学上的可逆性； b)、电极反应在无限接近电化学平衡条件下进行； c)、电池中进行的其它过程也必须是可逆的. 电极电势略高者为阴极 电极电势略低者为阳极 电化学不均匀性微观阴、阳极微观、亚微观腐蚀电池均匀腐蚀

2.2.2、金属腐蚀的电化学历程 腐蚀电池： 四个部分：阴极、阳极、电解质溶液、连接两极的电子导体(即电路) 三个环节：阴极过程、阳极过程、电荷转移过程(即电子流动) 1)、阳极过程氧化反应 ++ - M n M →ne 金属变为金属离子进入电解液，电子通过电路向阴极转移. 2)、阴极过程还原反应 []- -? D D ne +ne → 电解液中能接受电子的物质捕获电子生成新物质. (即去极化剂) 3)、金属的腐蚀将集中出现在阳极区，阴极区不发生可察觉的金属损失，只起到了传递电荷的作用 金属电化学腐蚀能够持续进行的条件是溶液中存在可使金属氧化的去极化剂，而且这些去极化剂的阳极还原反应的电极电位比金属阴极氧化反应的电位高2.2.3、电化学腐蚀的次生过程 难溶性产物称二次产物或次生物质由于扩散作用形成，且形成于一次产物相遇的地方 阳极——[]+n M(金属阳离子浓度) (形成致密对金属起保护作用) 阴极——pH高 2.3、腐蚀电池类型 宏观腐蚀电池、微观腐蚀电池、超微观腐蚀电池 2.3.1、宏观腐蚀电池 特点：a)、阴、阳极用肉眼可看到； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、产生明显的局部腐蚀 1)、异金属(电偶)腐蚀电池——保护电位低的阴极区域 2)浓差电池由于同一金属的不同部位所接触的介质浓度不同所致 a、氧浓差电池——与富氧溶液接触的金属表面电位高而成为阳极区 eg：水线腐蚀——靠近水线的下部区域极易腐蚀 b、盐浓差电池——稀溶液中的金属电位低成为阴极区 c、温差电池——不同材料在不同温度下电位不同 eg：碳钢——高温阳极低温阴极 铜——高温阴极低温阳极 2.3.2、微观腐蚀电池 特点：a)、电极尺寸与晶粒尺寸相近(0.1mm-0.1μm)； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、引起微观局部腐蚀(如孔蚀、晶间腐蚀)

金属腐蚀理论总复习题

金属腐蚀理论及腐蚀控制复习题 第一章 绪论 思考题 1.举例说明腐蚀的定义，腐蚀定义中的三个基本要素是什么，耐蚀性和腐蚀性概念的区别。 答：腐蚀的定义：工程材料和周围环境发生化学或电化学作用而遭受的破坏 举例：工程材料和周围环境发生相互作用而破坏 三个基本要素：腐蚀的对象、腐蚀的环境、腐蚀的性质。 耐蚀性：指材料抵抗环境介质腐蚀的能力。 腐蚀性：指环境介质对材料腐蚀的强弱程度。 2.金属腐蚀的本质是什么，均匀腐蚀速度的表示方法有哪些？ 答:⑴金属腐蚀的本质：金属在大多数情况下通过发生化学反应或是电化学反应后，腐蚀产物变为化合物或非单质状态；从能量观点看，金属与周围的环境组成了热力学上不稳定的体系，腐蚀反应使体系能量降低。 ⑵均匀腐蚀速度的表示方法：深度：年腐蚀深度 （p V ）V P =t h ?=8.76d -V △h 是试样腐蚀后厚度的减少量，单位mm;V -代表失重腐蚀速度； t 是腐蚀时间， 单位y ；d 是金属材料的密度；V P 所以的单位是mm/y 。 失重：失重腐蚀速度(-V ) - V = St W -?=St W W 10- W0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g ； W1代表腐 蚀以后经除去腐蚀产物处理的试样质量，单位g ；S 代表试样暴露的表面积，单 位m 2； t 代表腐蚀的时间，单位h 。 计算题 计算题 1. 根据表1中所列数据分别计算碳钢和铝两种材料在试验介质中的失重腐蚀速度V- 和年腐蚀深度Vp ，并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。 表1 解：由题意得： （1）对碳钢在30%HNO 3( 25℃)中有： V ˉ=△W ˉ/st

《金属和金属材料》复习学案(1月18)

《金属和金属材料》复习学案 班级：姓名： 一、【复习目标】 1．了解金属的物理特征，知道生铁和钢等重要的合金。 2．掌握金属的化学性质，能灵活应用金属活动性顺序表解决实际问题。3．了解金属锈蚀条件及防锈措施，增强节约金属资源的意识。 二、【复习重点、难点】 1．金属的化学性质 2．金属活动性顺序表的应用 三、【复习方法指导】 整理本单元“学教案”的知识点并把错题归纳总结；记忆金属活动顺序表。 四、【复习过程】 （一）（知识整理） 几种常见的金属：、、 纯金属共性：常温下，大多是体，色，有金属光泽， 为电和热的，有延展性，密度，物理性质熔点。 金属特性：铜色，金呈色；常温下，为液体。材料几种常见的合金： 合金 合金与纯金属的性质比较：硬度：熔点： 1、与氧气的反应：、在常温下就能反应；但、在 高温下才与氧气反应；即使高温也不反应。 金属的2、与酸的反应：（镁、铁、锌、铝与盐酸、稀硫酸） 化学性质 3、与化合物溶液反应：（铁、铝与硫酸铜溶液和铜与硝酸银溶液） 4、金属活动性顺序： 1、原料： 1、生铁的冶炼 2、原理（方程式）： 金属资源的3、设备： 利用和保护1、金属的腐蚀与防护： 2、金属资源保护：铁锈蚀条件： 防锈措施： 2、保护的途径：

1.2010年上海世博会中国馆—“东方之冠”给人强烈的视觉冲击，它的主体结构为四根巨型钢 筋混凝上制成的陔心筒。其中钢属于（ ） A ．金属材料 B ．合成材料 C ．天然材料 D ．复合材料 2. 铝、铜、铁、金四种金属具有相似的性质是（ ） A ．都是银白色的固体 B ．有导电性 C ．能和稀硫酸反应 D ．通常状况下能与氧气反应 3. “金银铜铁锡”俗称五金。在这五种金属中，金属活动性最强的是（ ） A ．铁 B ．金 C ．银 D ．铜 4. 将甲、乙两种金属片分别放入丙的硫酸盐溶液中，甲表面有金属丙析出，乙表面没有任 何变化。据此判断，三种金属的活动性顺序是 （ ） A ．甲>丙>乙 B ．丙>甲>乙 C ．乙>甲>丙 D ．甲>乙>丙 5.下列反应中，属于置换反应的是（ ） A. 2H 2O 2 ＝ 2H 2O+ O 2↑ B. CuO+CO ＝ Cu+CO 2 C. H 2+CuO ＝ Cu+H 2O D. CO 2+H 2O ＝ H 2CO 3 6.下列化学方程式书写正确的是（ ） A. 4Fe+3O 22Fe 2O 3 B ．2Fe+6HCl=2FeCl 3+3H 2↑ C ．Al + CuS04== AlSO 4 + Cu D. Fe 2O 3+3CO 2Fe+3CO 2 7.判断下列物质能否发生反应？若能，写出相关化学方程式。 （1）银与稀盐酸 （2）锌与硫酸铜溶液 （3）铜与硫酸锌溶液 （4）铝与硝酸银溶液 （5）银与氯化铜溶液 （6）镁与硫酸亚铁溶液 8. 某钢铁厂高炉炼铁的主要反应过程如下： 焦炭 (1)请在方框内填入相应物质的化学式。 (2)写出步骤①②③的化学方程式：① ② ③ (3)从高炉上排出的废气叫高炉废气，请推测高炉废气的主要成份为 。 9．根据你的生活经验，回答下列问题： （1）家用铁锅除了硬度较大外，还利用了铁具有 这一性质； （2）在木材上钉钉一般用铁钉，在水泥墙上钉钉一般用钢钉，这是由于铁和钢的 不同； （3）铜的导电性强于铝，而高压输电一般用铝线不用铜线的原因是（只要能答出一个理由 就可以） ； （4）灯泡中的灯丝一般用的是 ，你能说出不用锡制的原因吗？ ； （5）区分两块金属材料硬度的大小时，一般采用的方法是 ； （6）铜合金和金的颜色基本相似，为什么在制作装饰品时用金而不用铜的合金？ ； 过量空气、高温 ① 焦炭、高温 ② 赤铁矿、高温 ③ 生铁

金属的腐蚀与防护教案

金属的腐蚀与防护教案 年级：高三年级 科目：化学 姓名：丁博利

金属的腐蚀与防护 教学目标 知识与技能： ①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认识金属吸氧腐蚀和析氢腐蚀发生的条件及原理，会书写电极反应方程式 ③能够利用电化学知识进行金属防护 过程与方法： ①通过图片，资料激发学生的责任感，从而走进生活，寻求解决金 属腐蚀的根源及方法。 ②通过对原理的分析，进一步提升学生发现问题，分析问题，解决问题的能力。 情感态度与价值观： 通过金属腐蚀对生产、生活的影响，感受化学对人类进步的意义。教学重难点： 重点：金属的电化学腐蚀及电化学防护原理 难点：钢铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的电化学原理 教学方法: 讨论法，讲授法，多媒体展示法，比较归纳法等。 课时安排: 2课时 第一课时

教学过程 一．创设情景，导入新课 1.图片展示，解释腐蚀的普遍性。 2.联系实际介绍金属腐蚀的危害性，。 3.了解腐蚀与防腐的必要性。 二．新课教学 学生阅读教材，回答相关问题 1.金属的腐蚀 ⑴概念：金属表面与周围的物质发生化学反应或因电化学 作用而遭到破坏，称为金属腐蚀. ⑵本质：M-ne-=M n+ (氧化反应) ⑶分类：化学腐蚀 电化学腐蚀 【交流研讨】：为什么铁在潮湿的环境中更容易腐蚀变红？ 2.金属的电化学腐蚀 ⑴原理：钢铁（Fe.C合金）在电解质溶液中形成原电池 ⑵分类：①析氢腐蚀 条件：电解质溶液酸性较强 Fe（-）：Fe-2e-= Fe2+ C(+): 2H+ + 2e- = H2↑ 总反应：Fe + 2H+ = Fe2++ H2↑ ②吸氧腐蚀

金属腐蚀与防护考试试卷(附实验)及答案

金属腐蚀与防护试卷1 一、解释概念:（共8分，每个2分） 钝性，碱脆、SCC、缝隙腐蚀 二、填空题：（共30分，每空1分） 1．称为好氧腐蚀，中性溶液中阴极反应为，好氧腐蚀主要为控制，其过电位与电流密度的关系为。 2．在水的电位-pH图上，线?表示关系，线?表示关系，线?下方是的稳定存在区，线?上方是的稳定存在区，线?与线?之间是的稳定存在区。 3．热力系统中发生游离CO2腐蚀较严重的部位是，其腐蚀特征是，防止游离CO2腐蚀的措施是，运行中将给水的pH值控制在范围为宜。 4．凝汽器铜管在冷却水中的脱锌腐蚀有和形式。淡水作冷却水时易发生脱锌，海水作冷却水时易发生脱锌。 5．过电位越大，金属的腐蚀速度越，活化极化控制的腐蚀体系，当极化电位偏离E corr足够远时，电极电位与极化电密呈关系，活化极化控制下决定金属腐蚀速度的主要因素为、。 ) 6．为了防止热力设备发生氧腐蚀，向给水中加入，使水中氧含量达到以下，其含量应控制在，与氧的反应式为，加药点常在。 7．在腐蚀极化图上，若P c>>P a，极极化曲线比极极化曲线陡，这时E corr值偏向电位值，是控制。 三、问答题：（共24分，每小题4分） 1．说明协调磷酸盐处理原理。 2．自然界中最常见的阴极去极化剂及其反应是什么 3．锅炉发生苛性脆化的条件是什么 4．凝汽器铜管内用硫酸亚铁造膜的原理是什么 5．说明热力设备氧腐蚀的机理。 6．说明腐蚀电池的电化学历程，并说明其四个组成部分。 /

四、计算：（共24分， 每小题8分） 1．在中性溶液中，Fe +2=106-mol/L ，温度为25℃，此条件下碳钢是否发生析氢腐蚀并求出碳钢在此条件下不发生析氢腐蚀的最小pH 值。（E 0Fe 2+/Fe = - ） 2．写出V -与i corr 的关系式及V t 与i corr 的关系式，并说明式中各项的物理意义。 3．已知铜在含氧酸中和无氧酸中的电极反应及其标准电极电位： Cu = Cu 2+ + 2e E 0Cu 2+/Cu = + H 2 = 2H + + 2e E 02H +/H = 2H 2O = O 2 + 4H + + 4e E 0O 2/H 2O = + 问铜在含氧酸和无氧酸中是否发生腐蚀 五、分析：（共14分，每小题7分） 1．试用腐蚀极化图分析铁在浓HNO 3中的腐蚀速度为何比在稀HNO 3中的腐蚀速度低 { 2. 炉水协调磷酸盐-pH 控制图如图1，如何根据此图实施炉水水质控制，试分析之。 (25 15 20 pH o C) 9.809.609.409.209.008.80 2 3 4 5 6 7 8 9 10 R =2.8R =2.6 R =2.4R =2.3R =2.2R =2.1

金属腐蚀与防护

《金属腐蚀与防护》教设计案 一、教材分析 山东科技出版选修《化学反应原理》第一章第三节三、金属腐蚀与防护，在学习电解及原电池原理的基础上，通过分析铜铁接触形成原电池的例子，理解金属腐蚀的电化学原理及防护的原则，介绍电化学在生产生活中的应用。 二、教学目标 【教学目标】 知识与技能：1．理解金属的电化学腐蚀，学会防止金属腐蚀的一般方法．2．结合电化学原理，探究分析影响金属腐蚀的外界条件. 过程与方法：从实验探究过程提高对实验现象的观察能力和分析能力 情感、态度与价值观：通过学习金属腐蚀与生产，生活实际相联系的内容，增强学生的学习兴趣，发展学生们的探究能力 【重点难点】金属腐蚀的电化学原理以及防护的原则。 三、教学过程 1、从生活案例引入（图片） 2、分析学习目标 3、对预习情况进行分析 4、学生实验探究并进行讨论，得出结论 5、总结并练习 学案设计如下： 【课前预习】 1、金属的腐蚀 （1）概念：金属或合金与周围环境中的物质发生反应而腐蚀损耗的现象。金属腐蚀一般分为和。 （2）铁锈的生成原理是怎样的？（用反应化学方程式表示） 2、金属的防护 （1）改变金属组成和结构，如在金属中添加其他元素形成等。 （2）加，如在钢铁表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等。 （3）电化学防护 【课内探究】 一、金属腐蚀

[实验探究] 将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入下图具支试管中，观察导管中水柱变化，并思考引起变化的原因？ 相同点： 不同点： 练习：如图所示，水槽中的试管内有一枚铁钉，放置数天观察： (1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于__________腐蚀． (2)若试管内的液 面上 升，则原溶液呈 _____________性，发生__________腐蚀；电极反应： 负极___________________，正极____________________． (3)若试管内的液面下降，则原溶液呈__________性，发 生__________腐蚀；电极反应：负极____________，正 极____________________． 总结： 二、金属的防护 电化学防护： ①牺牲阳极保护法——原理。（阴极）：被保护的金属 设备；（阳极）：比被保护的金属活泼的金属。 ②外加电流的阴极保护法——原理：：被保护的金属设 备；：惰性电极。

高中化学《金属的腐蚀与防护》导学案+课时作业

第三单元金属的腐蚀与防护[明确学习目标] 1.认识金属腐蚀的危害，并能解释金属发生电化学腐蚀的原因，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。2.熟知金属腐蚀的防护方法。 一、金属的电化学腐蚀 1．金属的腐蚀 (1)概念：金属或合金与周围环境中的物质发生□01化学反应而腐蚀损耗的现象。其本质为金属原子□02失去电子被□03氧化的过程。 (2)分类 ①化学腐蚀：金属与其他物质直接接触发生□04氧化还原反应而引起的腐蚀。 ②电化学腐蚀：不纯的金属或合金发生□05原电池反应，使较活泼的金属□06失去电子被□07氧化而引起的腐蚀。钢铁在潮湿的空气中生锈就是最典型的电化学腐蚀。在现实生活中，电化学腐蚀现象比化学腐蚀现象严重得多。 2．钢铁的电化学腐蚀 (1)吸氧腐蚀 通常情况下，在潮湿的空气中，钢铁的表面凝结了一层溶有氧气的水膜，这层水膜、铁和铁中存在的少量碳单质形成了无数微小的原电池。这些微小的原电池遍布钢铁的表面。在这些原电池中，铁是□08负极，碳是□09正极，在两电极分别发生□10氧化反应、□11还原反应而导致钢铁腐蚀。 相应的电极反应式分别为 负极：□122Fe－4e－===2Fe2＋(□13氧化反应) 正极：□14O2＋2H2O＋4e－===4OH－(□15还原反应) 总反应：□162Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 上述电化学腐蚀过程中吸收氧气，因此称为吸氧腐蚀。 (2)析氢腐蚀 当钢铁表面水膜呈较强的酸性时，正极析出氢气发生“析氢腐蚀”。 发生的电极反应式分别为

负极：□17Fe－2e－===Fe2＋(□18氧化反应) 正极：□192H＋＋2e－===H2↑(□20还原反应) 总反应：□21Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 上述电化学腐蚀会生成氢气，故称为析氢腐蚀。 (3)铁锈的生成 吸氧腐蚀中生成的Fe(OH)2会进一步被O2氧化成 Fe(OH)3：□224Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水生成铁锈□23Fe2O3·n H2O。 析氢腐蚀中，随着H2的析出，水膜的pH上升，Fe2＋与OH－结合生成Fe(OH)2，继而也会被空气中的O2氧化再脱水形成铁锈。 二、金属的电化学防护 1．电化学保护法 (1)牺牲阳极的阴极保护法 利用原电池原理，被保护金属作□01正极，比被保护金属更活泼的金属作□02负极。此方法常用于保护海轮外壳及石油管道等。 (2)外加电流的阴极保护法 利用电解原理，外加直流电源，被保护的钢铁设备作□03阴极，惰性电极作□04阳极。此方法主要用于防止土壤、海水及河水中的金属设备腐蚀。 2．其他保护法 (1)加涂保护层：如采用在钢铁表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等

金属的腐蚀和防护(教案)

第二节金属的腐蚀和防护（第１课时） 榆中七中孙志彪 【教学目标】：1、了解金属腐蚀的危害，认识金属腐蚀造成的经济影响．2、应用原电池原理，了解金属电化腐蚀的原因，能解释金属发生电化学腐蚀的原因3．了解一些选择防铁锈方法时应考虑的因素，通过实验探究防止金属腐蚀的措施， 【教学重点】：金属电化腐蚀【教学难点】：金属电化腐蚀；钢铁腐蚀【教学方法】：启发式、讨论式、实验法【教具】：实验投影仪教学过程：【引言】在日常生活中,金属腐蚀的现象随处可见。现在，请各小组代表把课前搜索的信息给全班同学展示一下。三个小组代表分别发言【学生演讲】(二分钟)介绍金属腐蚀造成的影响。【设问、过渡】钢铁为什么会生锈？我们怎么样利用化学知识来减小金属腐蚀？让我们一起来学习有关金属腐蚀的知识。以铁生锈为例来简单说明：【板书】金属的腐蚀与防护【小结】金属腐蚀就是游离态的金属单质被氧化成化合态的金属氧化物或其他化合物的过程，可表示为：【板书】金属腐蚀的实质：M → M n++ ne- 金属腐蚀的分类：化学腐蚀与电化学腐蚀【提问】举例说明什么是化学腐蚀和电化学腐蚀? 【学生回答】铁和氯气直接反应而腐蚀;钢管被原油中的含硫化合物腐蚀均为化学腐蚀。钢铁在潮湿的空气中生锈是电化学腐蚀。【过渡】钢铁在潮湿的空气里所发生的腐蚀，就是电化学腐蚀的最普通的例子。在一般情况下，金属腐蚀大多是电化学腐蚀。【提问】电化学腐蚀是怎样形成的？它具有哪些特征？让我们通过实验来研究学习有关电化学腐蚀的知识。【过渡】上学期我们已学习了有关原电池的知识，现在我们从金属腐蚀的角度来分析铜--锌原电池实验的原理。【课件演示】铜-锌原电池实验做如下实验：锌片投入稀硫酸中——腐蚀的种类及特点；用铜丝接触锌片——腐蚀的种类及特点。【投影、复习】原电池反应：Zn(-)：Zn→ Zn2+ +2e- (氧化反应) Cu(+)：2H++ 2e-

2013金属腐蚀理论及应用试题答案

2013金属腐蚀理论及应用试题 一、名词解释：（5分） 平衡电位：当金属正离子进入溶液成为水合金属离子后，由于静电作用不仅水合了该金属正离子能回到金属中去，而且也能将溶液中水合了的其他正离子吸引 到金属上去。当这两个相反过程速率相等且又可逆时，会产生一个稳定的 电极电位，称为平衡电位。 腐蚀电位：在金属腐蚀过程中，腐蚀金属电极表面上常常有两个或更多个电极电极反应同时进行，当这些电极反应的阴极反应和阳极反应痛同时以相等的速率 进行时，电极反应将发生相互耦合，阴、阳极反应的电位由于极化原因而 相互靠拢，最后达到一个共同的非平衡电位，此电位称之为混合电位，也 称为腐蚀电位。 绝对电位：浸在某一电解质溶液中并在其界面发生电化学反应的导体称之为电极。当金属和电解质溶液接触时，在金属/溶液界面处将产生电化学双电层，此双 电层的金属相与溶液相直接的电位差称之为电极电位。单个电极上的双电 层电位差的绝对值称之为绝对电位。但是单个电极的绝对电位无法测定。AISI：AISI是美国的一种行业标准，是“美国钢铁学会标准”的英文首字母缩写。 选择性氧化：在多个元素氧化过程中，存在着竞争氧化的现象，即存在着某一个元素优先氧化的问题，这个现象叫做选择性氧化。 二、回答下列问题：（15分） 1.含有二氧化碳的软水，通过两套不同的供水系统，（1）软水流经铜管进入镀锌的钢水槽，半年左右镀锌的钢水槽发生穿孔腐蚀；（2）软水流经镀锌管后进入镀锌的钢水槽，四年多尚未发现镀锌的钢水槽有局部腐蚀。请问这是为什么？ 答：（1）软水含有CO2呈酸性，为导电的腐蚀介质。铜与锌、铁比较，无论标准电位还是电偶序，其电位数值都较高，因此，理论上会发生电偶腐蚀。其原因有两种可能： 第一种可能性：如果铜管与镀锌水箱直接连接，在连接处附近会发生电偶腐蚀，导致水箱泄漏。 第二种可能性：如果采取了绝缘措施，对铜管而言，水中含氧可发生氧去极化腐蚀，即阳极Cu→Cu2++2e，阴极O2+4H++4e→2H2O,结果使水流经铜管后含有了Cu2+离子。含有Cu2+离子的水进入水箱后，与锌发生置换反应，实质是发生了铜离子还原的阴极反应Cu2++2e→Cu（Cu2+是极强的氧化剂），使铜沉积于水箱的靠近进口的部分表面，这样沉积铜的表面为阴极，金属锌为阳极，发生了间接电偶腐蚀。当镀锌层消耗后漏出铁时，铁仍为阳极，继续腐蚀，直至穿孔。 （2）不存在电偶腐蚀问题，发生的腐蚀为均匀腐蚀，而且镀锌层在常温水中耐腐蚀性较好，所以使用寿命更长。 2.为了防止双金属腐蚀，有人把涂料涂刷在贱金属（电位较负的金属）上，以防贱金属加速腐蚀，你对这种做法有何看法？ 答：这种做法是不对的，会加速贱金属的腐蚀，原因如下： 涂料一般指有机涂层，除添加锌粉等的特殊涂层外，一般有机涂层不导电，多为阴极性涂层，而且有空隙，避免不了水分子的渗透，因此单独使用涂料很容易出现大阴极

2021-2022年高中化学专题1化学反应与能量变化第三单元金属的腐蚀与防护教学案苏教版

2021-2022年高中化学专题1化学反应与能量变化第三单元金属的腐蚀与 防护教学案苏教版 —————————————————————————————————————— [课标要求] 1．了解金属腐蚀及其危害。 2．了解金属电化学腐蚀的原因及反应原理。 3．了解金属防护的方法，特别是电化学防护的方法。 1．金属腐蚀的本质是金属被氧化为金属阳离子，分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 2．钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，在中性或弱酸性环境中主要发生吸氧腐蚀，在酸性较强环境中主要发生析氢腐蚀。 3．钢铁发生电化学腐蚀的负极反应都是：Fe－2e－===Fe2＋，吸氧腐蚀正 极反应为O 2＋4e－＋2H 2 O===4OH－，析氢腐蚀正极反应为2H＋＋2e－ ===H 2 ↑。 4．金属腐蚀由快到慢的顺序：电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀> 原电池的正极>电解池的阴极被保护 5．金属电化学保护法分为牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。

金属的电化学腐蚀 1．金属的腐蚀及分类 概念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本质金属原子失去电子而被氧化的过程 类型 化学腐 蚀 金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀 电化学 腐蚀 不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失电子被氧化而引起的 腐蚀 2.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀 析氢腐蚀吸氧腐蚀 不同点 条件水膜酸性较强水膜呈弱酸性或中性正极反应2H＋＋2e－===H2↑O2＋4e－＋2H2O===4OH－电池反应Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2普遍性吸氧腐蚀更普遍 相同点负极反应Fe－2e－===Fe2＋ 正极材料碳 最终产物铁锈主要成分为Fe2O3·n H2O 钢铁腐蚀中发生的反应还有： 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3， 2Fe(OH)3===Fe2O3·n H2O＋(3－n)·H2O [特别提醒]

九年级化学下册第六章金属6.4珍惜和保护金属资源教案新版粤教版

6.4 珍惜和保护金属资源 课标要求 【教学目标】 1.知识与技能 （1）了解金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法。 （2）知道一些废弃金属对环境会造成污染，认识回收利用废旧金属等金属资源保护的重要性。 2.过程与方法 （1）通过观察、实验、阅读资料，联系实际等方法获取信息。 （2）运用比较、分析、联想、分类等方法对所获取的信息进行加工。 （3）能主动与他人进行交流与讨论，逐步形成良好的学习习惯和学习方法。 3.情感态度与价值观 （1）通过学习废弃金属对环境的污染，让学生树立环保意识，认识回收利用废旧金属等金属资源保护的重要性。 （2）通过对矿物可供开采的年限的介绍，让学生产生金属资源的危机意识，更让学生懂得要保护金属资源。 【教学重点】 1.铁的锈蚀条件及其防护。 2.金属资源的保护。 【教学难点】 对铁的锈蚀防护的“活动探究”的结论的辨析归纳，从而得出铁生锈的条件，以及防锈的方法。 【教具准备】 多媒体课件、在一周前做好的铁钉锈蚀条件探究的对比实验等。 教学过程 【导入新课】 大家知道吗？我们每年要向自然界索取大量的金属矿物资源，然而，每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于年产量的20%～40%，防止金属腐蚀已成为科学研究和技术领域中的重大问题。 【课件展示】 多媒体播放视频——钢铁的锈蚀和危害 【活动与探究】 让学生分组将一周前做的铁钉生锈的对比实验展示给大家，交流说明操作方法，记录现象，分析归纳出结论。

【交流归纳】 1.实验步骤:第一支试管中铁钉一半在空气中，一半在水中;第二支试管中铁钉完全浸没在刚煮过的蒸馏水中，上面盖一层植物油;第三支试管中,铁钉放在干燥的空气中。 2.实验现象:一周后第一支试管中铁钉生锈，且在水与空气的界面处生锈最严重;第二支和第三支试管中铁钉均没有生锈。 3.实验结论:铁生锈实质是铁、水、氧气共同作用的结果，铁锈的主要成分是Fe203?xH20，结构疏松，不能阻止里层的铁继续与氧气、水等反应。 【讨论回答】 1.根据铁生锈的条件请你提出可以用什么方法或思路来防止铁生锈？ 2.讨论自行车各部件分别采用什么防锈方法？并说明其中的道理？ 【归纳总结】 防锈的方法： 1.保持铁制品表面的洁净与干燥。 2.表面涂油、油漆或表面镀上其他耐腐蚀的金属。 3.通过化学反应使表面形成致密的氧化膜。 4.制成合金如不锈钢。 【过渡】 上面我们讨论分析了铁制品的锈蚀和防护，对金属资源，除了采取防止金属锈蚀的措施外，还可以通过什么途径来使金属资源得到保护呢？ 【阅读讨论】 请同学们阅读课本P18～P19相关内容，回答下列问题。 1.为什么要保护金属资源？ 2.保护金属资源的途径有哪些？ 3.回收金属，有哪些现实意义？ 【归纳总结】 保护金属资源的途径有： 1.防止金属的腐蚀; 2.回收利用废旧金属; 3.合理开采金属矿物; 4.寻找金属的代用品。 【课堂小结】 本节课我们主要探究了铁制品腐蚀和防护，同时讨论了金属资源的保护问题。 金属资源不可再生，随着我国经济的不断发展，金属资源呈日益短缺之势，故保护金属资源人人有责。希望大家能从身边做起，从自己做起，也希望大家能够好好学习，且能将来利用你的智慧找出更多的金属代用品，从而使我们不再为金属资源的匮乏而发愁。 【布置作业】 完成本课时对应练习，并提醒学生预习下一节的内容。 板书设计

金属腐蚀原理

3.3 金属腐蚀原理 3.3.1概述 从腐蚀的定义及分类，我们知道腐蚀主要是化学过程，我们可以把腐蚀过程分为两种可能的主要机理-----化学机理和电化学机理. 化学腐蚀是根据化学的多相反应机理，金属表面的原子直接与反应物（如氧﹑水﹑酸）的分子相互作用。金属的氧化和氧化剂的还原是同时发生的，电子从金属原子直接转移到接受体，而不是在时间或空间上分开独立进行的共轭电化学反应。 金属和不导电的液体（非电解质）或干燥气体相互作用是化学腐蚀的实例。最主要的化学腐蚀形式是气体腐蚀，也就是金属的氧化过程（与氧的化学反应），或者是金属与活性气态介质（如二氧化硫﹑硫化氢﹑卤素﹑蒸汽和二氧化碳等）在高温下的化学作用。 电化学腐蚀是最常见的腐蚀，金属腐蚀中的绝大部分均属于电化学腐蚀。如在自然条件下（如海水、土壤、地下水、潮湿大气、酸雨等）对金属的腐蚀通常是电化学腐蚀。 图3－11 铁的电化学腐蚀模型电化学腐蚀机理与纯化学腐蚀机理 的基本区别是：电化学腐蚀时，介质与金属的相互作用被分为两个独立的共轭反应。阳极过程是金属原子直接转移到溶液中，形成水合金属离子或溶剂化金属离子；另一个共轭的阴极过程是留在金属内

的过量 电子被溶液中的电子接受体或去极化剂接受而发生还原反应。左图即是铁的电化学腐蚀模型。（点击放大播放flash) 3.3.2金属腐蚀的电化学概念 1.电极反应及电极 相：由化学性质和物理性质一致的物质组成的、与系统的其他部分之间有界面隔开的集合叫做相。 电极系统：如果系统由两个相组成，一个相是电子导体（叫电子导体相），另一个相是离子导体（叫离子导体相),且通过它们互相接触的界面上有电荷在这两个相之间转移，这个系统就叫电极系统。 将一块金属（比如铜）浸在清除了氧的硫酸铜水溶液中，就构成了一个电极系统。在两相界面上就会发生下述物质变化： Cu (M)→Cu 2+(sol)+2e (M) 这个反应就叫电极反应，也就是说在电极系统中伴随着两个非同类导体相(Cu 和CuSO 4溶液）之间的电荷转移而在两相界面上发生的 化学反应，称为电极反应。这时将Cu 称为铜电极。 同样我们将一块金属放入某种离子导体相中，也会发生类似的电极反应：

四川理工学院金属腐蚀理论及应用试卷

四川理工学院试卷（2007 至2008 学年第 2 学期） 课程名称： 金属腐蚀理论及应用 命题教师： 龚敏，陈琳 适用班级： 2005级材料科学与工程专业（腐蚀与防护方向） 考试 2008年 5月 日 共 6 页 1、 满分100分。要求卷面整洁、字迹工整、无错别字。 2、 考生必须将姓名、班级、学号完整、准确、清楚地填写在试卷规定的地方，否 则视为废卷。 3、 考生必须在签到单上签到，若出现遗漏，后果自负。 4、 如有答题纸，答案请全部写在答题纸上，否则不给分；考完请将试卷和答题卷 分别一同交回，否则不给分。 试 题 一、简答题（共35分） 1. 什么是阳极保护，其适用条件是什么？（6分） 用阳极钝化方法达到减小金属腐蚀的目的，这种防护技术叫做阳极保护。 2分 阳极保护的适用条件是: （1）阳极极化曲线具有活态—钝态转变。 2分 （2）阳极极化时必须使金属的电位正移到稳定钝化区内。 2分 2. ++ >H H Cu Cu E E /0/0 22，为何在潮湿的大气中铜会受到腐蚀； ++

3. 从材料、环境和力学三方面叙述应力腐蚀破裂的主要特征。（6分） （1）主要是合金发生SCC，纯金属极少发生。2分 （2）对环境的选择性形成了所谓“SCC的材料―特定环境组合”。2分 （3）只有拉应力才引起SCC，压应力反而会阻止或延缓SCC的发生。2分 4. 简述腐蚀电池的三个工作环节。（6分） （1）阳极反应：通式：Me→Men++ne 2分 （2）阴极反应：通式：D+me＝[D.me] 2分析氢反应：2H++2e＝H2 吸氧反应：O2+4H++4e＝2H2O （酸性溶液中）； O2+2H2O+4e＝4OH-（中性或碱性溶液中） （3）电流回路2分金属部分：电子由阳极流向阴极 溶液部分：正离子由阳极向阴极迁移 5. 金属氧化膜具有良好保护性需要满足哪些基本条件？（6分） （1）P-B比大于1是氧化物具有保护性的必要条件。2分 （2）膜有良好的化学稳定性。2分（3）膜有一定的强度和塑性，与基体结合牢固。2分 【或（4）膜与基体金属的热膨胀系数差异小，不易剥落。（5）膜的组织结构致密、缺陷少。】 6. CPT和CCT的含义是什么？如何使用CPT、CCT来评价材料的耐蚀性能？（6分）（1）CPT：临界孔蚀温度1分CCT：临界缝蚀温度1分（2）临界孔蚀温度越高，材料的耐小孔腐蚀性能越好。2分临界缝蚀温度越低，材料的耐缝隙腐蚀性能越差。2分 第2页

公开课金属资源的利用和保护第二课时导学案.doc

学习好资料欢迎下载 课题 3 金属资源的利用和保护导学案第2课时 学习目标： 1、了解金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法。 2、知道废旧金属对环境的污染，认识回收利用废旧金属等金属资源保护的重要性。 复习提问： 1、背诵金属活动性顺序表； 2、铁与硫酸铜反应的化学方程式； 3、铜与硝酸银反应的化学方程式； 4、锌与稀盐酸反应的化学方程式。 课堂预习： 1、铁制品锈蚀 （ 1）铁制品锈蚀的过程实际上是、等了发生化学反应的过程。（ 2）铁锈（主要成分是_________）很 _______________ ，不能阻止里层的铁继续被腐蚀。2、防止铁生锈的方法 （1）隔绝 ___________________ ，如在铁制品表面 ______________ 、_________、电镀等。（2）改变铁的组成结构，可制成耐腐蚀的合金，如不锈钢。 3、金属资源的保护 （ 1）防止金属 ___________，（2）金属的__________________， （3） ________、 __________地开采矿物，（ 4）寻找金属的 ______________ 。 合作探究： 1、金属的腐蚀和保护 阅读第 17— 18 页内容，结合你们的实验结果，回答下列问题： (1)铁制品锈蚀的实质是？ (2)在金属活动性顺序中，铝比铁活泼，为什么生活中铁易生锈而铝却不生锈？ (3)如何防止铁生锈？ (4)完成课本第 18 页“讨论” (5)如图：在一试管中放有一根铁钉，使其一半在液面以上，一半在液面以下， 然后置于空气中，则铁钉最容易生锈的部位是( ) A ． a 点B． b 点 C. c 点 D ．无法判断 2、金属资源保护 根据课堂预习中的问题3，引导学生阅读课本19— 20 页内容。 你知道哪些废旧金属可对环境造成污染？ 展示交流、教师点拨：