钢铁的电化学腐蚀

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高考化学精讲及练习：金属的电化学腐蚀与防护 2021届word答案版

第四节金属的电化学腐蚀与防护基础知识落实一、金属的腐蚀1.金属的腐蚀(1)概念：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。

其实质是金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。

(2)根据与金属接触的气体或液体物质不同，金属腐蚀可分为两类：①化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)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。

腐蚀的速率随温度升高而加快。

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。

2.钢铁的电化学腐蚀根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀：(1)析氢腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，腐蚀过程中有氢气放出。

①负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；②正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；③总反应方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。

(2)吸氧腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液呈中性或呈弱酸性并溶有一定量的氧气时，将会发生吸氧腐蚀。

①负极反应式为2Fe－4e－===2Fe2＋；②正极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－；③总反应方程式为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2。

铁锈(Fe2O3·x H2O)的形成：2Fe(OH)3===Fe2O3·x H2O＋(3－x)H2O。

总结归纳：1化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大。

2析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况中以吸氧腐蚀为主。

3钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极都是铁，失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。

二、金属的防护方法1.电化学保护法(1)牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理如图1所示，在被保护的钢闸门上装上若干的金属锌块(比铁活泼)，锌块作原电池的负极；钢闸门作原电池的正极。

图1图2(2)外加电流的阴极保护法——电解原理如图2所示，被保护的钢闸门作阴极，与电源的负极相连；惰性电极作阳极，与电源的正极相连。

铁的电化学腐蚀

铁的电化学腐蚀
电化学腐蚀就是金属和电解质组成两个电极，组成腐蚀性原电池。

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。

钢铁在潮湿的空气中所发生的腐蚀是电化学腐蚀最突出的例子。

钢铁在干燥的空气里长时间不易腐蚀，但潮湿的空气中却很快就会腐蚀。

因为，在潮湿的空气里，钢铁的表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少量的氢离子与氢氧根离子，还溶解了氧气等气体，所以在钢铁表面形成了一层电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。

在这些原电池里，铁是负极，碳是正极。

铁失去电子而被氧化，电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。

铁发生电化学腐蚀方程式

电化学腐蚀的方程式：
(1)析氢腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较强时)电化学腐蚀
负极(Fe)：Fe－2eˉ=Fe²+
Fe²+＋2H²O=Fe(OH)²＋2H+
正极(杂质)：2H+＋2eˉ=H²
电池反应：Fe＋2H²O=Fe(OH)²＋H²↑
由于有氢气放出,所以称之为析氢腐蚀。

(2)吸氧腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较弱时)
负极(Fe)：Fe－2eˉ=Fe²+
正极：O²＋2H²O＋4eˉ=4OHˉ
总反应：2Fe＋O²＋2H²O=2Fe(OH)²
由于吸收氧气,所以也叫吸氧腐蚀。

析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的Fe(OH)²被氧所氧化,生成Fe(OH)³脱水生成Fe²O³铁锈。

4Fe(OH)²+O²+2H²O=4Fe(OH)³
钢铁制品在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。

Fe＋2H²O=Fe(OH)²＋H²↑
O²＋2H²O＋4eˉ→4OHˉ
2Fe＋O²＋2H²O=2Fe(OH)²；2H+＋2eˉ→H²
析氢腐蚀主要发生在强酸性环境中,而吸氧腐蚀发生在弱酸性或中性环境中。

人教版高中化学选修4第15讲：金属的电化学腐蚀与防护

金属的电化学腐蚀与防护❖教学目标1.认识金属腐蚀的危害，能解释金属发生电化学腐蚀的原因。

2.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。

3.掌握金属腐蚀的防护方法。

❖知识梳理一、金属的腐蚀1．概念金属或合金与周围接触到的气体或液体物质发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。

2．本质金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。

3．分类(1)化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质溶液(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。

(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，比较活泼的金属失电子而被氧化。

4．钢铁的电化学腐蚀(1)钢铁的电化学腐蚀的分类(2)钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较：析氢腐蚀吸氧腐蚀图形描述钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的吸氧腐蚀示意图条件水膜酸性较强水膜呈中性_或酸性很弱__电极反应负极Fe－2e－===Fe2＋2Fe－4e－===2Fe2＋正极C 2H＋＋2e－===H2↑O2＋4e－＋2H2O===4OH－总反应2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)25.影响金属腐蚀的因素。

影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面，就金属本性而言，金属越活泼，越容易被腐蚀。

介质对金属的腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，就容易被腐蚀。

6.化学腐蚀与电化学腐蚀的相同点和不同点相同点都是造成金属被氧化腐蚀。

不同点是化学腐蚀是金属和氧化剂直接发生氧化还原反应，无电流产生；电化学腐蚀是发生原电池反应，有电流产生。

7.从字面上区别析氢腐蚀和吸氧腐蚀析氢腐蚀中的“析”是“析出”的意思，即发生该腐蚀时，有H2析出；吸氧腐蚀中的“吸”是“吸进”的意思，即发生该腐蚀时，空气中的氧气参加反应而被消耗。

8．铁在自然界中发生的腐蚀主要：主要是电化学腐蚀中的吸氧腐蚀。

电化学腐蚀中吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍，吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，在金属活动性顺序中位于氢前面和氢之后的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动性顺序表中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。

钢铁腐蚀原因

钢铁被腐蚀原因
钢铁腐蚀，是金属和周围环境发生化学或电化学反应而导致的一种破坏性侵蚀。

其表现就是钢铁表面产生铁锈。

在自然界中，金属为什么很容易受到腐蚀，这是因为绝大多数金属（除Au 、Pt、Po外）在大气中处于不稳定状态，它与周围介质具有发生
反应的倾向，这与金属本性有关，在热力学上，用吉布斯函数△
G值来衡量
如△G值为负值，则腐蚀反应是可能的。

△G值愈负，金属腐蚀倾向就愈大；如△G值为正值，则该腐蚀过程不可能进行，
例如金属发生氧化反应：
我们可以从其反应后生成的金属氧化物标准生成吉布斯函数△G值判断。

一般常见的金属，Fe、Mg、Cu、Zn、Sm 、Ni、Mn、Cr的氧化物△G值是负值。

说明这些金属与氧化反应生成金属氧化有自发进行倾向即可能发生腐蚀。

当钢铁被氧化后生成氧化铁，而氧化铁没有金属原有的物理性质，即较好的抗压强度。

且钢铁结构由于表层不断被氧化，钢铁的质量不断变小，会使钢铁结构件的物理性质（如抗压机拉伸）不断变弱。

如果不对钢铁材料进行保护，那么很短时间内就会被腐蚀而出现穿孔及结构件断裂。

金属的电化学腐蚀与防护

2.外加电流的阴极保护法利用电解池原理,把被保护的钢铁设备作为阴极,用惰性电极作为辅助阳极,在电解质溶液里,接外加直流电源。如图所示:
一二
思考感悟电化学防护的实质是什么? 提示:电化学防护的实质是把被保护的金属作原电池的正极或电解池的阴极,不参与电极反应,从而不被氧化。
一、化学腐蚀与电化学腐蚀的区别和联系
中性或碱性
性较强
现象无电流产生
有微弱电流产生
化学腐蚀电化学腐蚀(主要)
反应
负极:Fe-2e- Fe2+
式(以 2Fe+3Cl2 铁腐蚀 2FeCl3
为例)
正极:2H2O+O2+4e4OH-
正极:2H++2eH2↑
联系
两种腐蚀往往同时发生,只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍,危害更大
特别提醒只有在金属活动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ顺序中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀,位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀。
知识点1 知识点2 知识点3
点拨主要从以下几个方面来解决此类题目。 ①正确地判断出金属腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀。 ②如果是电化学腐蚀,判断出正、负极,一般活泼的金属为负极
被腐蚀,不活泼的金属为正极被保护。
知识点1 知识点2 知识点3
金属腐蚀快慢的比较【例题2】如图,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为( )
三、金属的电化学防护 1.金属的防护方法
2.金属的电化学防护 (1)牺牲阳极的阴极保护法。将还原性较强的金属作为保护极与被保护金属相连构成原电池, 还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而被损耗,被保护金属作为正极就可以避免被腐蚀。这种保护法牺牲了阳极保护了阴极。 (2)外加电流的阴极保护法。将被保护金属与外加直流电源的负极相连让其成为阴极,而将外加直流电源的正极接到惰性电极上,让其成为阳极。

电化学金属腐蚀与防护原理及应用

电化学金属腐蚀与防护原理及应用电化学金属腐蚀是指金属在电解质溶液中发生的一种化学反应，会导致金属表面产生氧化、溶解或析出等不可逆过程。

金属腐蚀会导致金属失去原有的性能，降低材料的强度、硬度和可靠性，造成经济损失。

因此，为了保护金属材料免受腐蚀的损害，人们研究了多种防护技术。

电化学金属腐蚀的原理是基于金属表面的电化学反应。

金属在电解质溶液中处于一种平衡状态，既有金属的氧化（腐蚀）反应，也有金属的还原反应。

这个平衡状态被称为电池电位或者腐蚀电位。

当金属表面存在助腐蚀因素（如氧、酸、碱、盐）时，金属表面的氧化反应将被加速，导致金属腐蚀的加剧。

如果能够降低或改变金属表面的电位，就可以减缓金属腐蚀的发生。

为了实现金属腐蚀的防护，我们可以采用以下几种方法：1.阻止金属与电解质接触：通过物理屏障（如油漆、涂层、涂料等）将金属表面与电解质隔开，阻止金属被电解液侵蚀，起到保护金属的作用。

2.加强阳极的保护：在金属表面形成一层更活泼、更易氧化的金属层，作为阳极，吸引电流，减缓金属的腐蚀。

常见的做法是采用镀层、热浸镀、电镀等方法，在金属表面形成一层保护膜。

3.采用阻止电流流动的方法：通过在金属表面施加外加电流或者电磁场，阻止电流在金属间流动，减缓金属的腐蚀。

常见的做法是采用阴极保护或者磁场保护方法。

4.控制电解质环境：通过改变电解质的成分、浓度、温度等参数，使其不利于金属的氧化反应，减缓金属的腐蚀。

例如，对于钢铁材料，可以通过控制水中的溶解氧、酸碱度等因素，来减少金属腐蚀的发生。

电化学金属腐蚀防护的应用非常广泛。

在船舶、桥梁、海洋工程、化工设备等领域，金属材料容易受到海水、氧气、酸碱等环境的腐蚀，因此需要采取有效的防护措施。

例如，对于船舶，在船体表面施加阴极保护，将船体作为阴极，以减缓钢铁的腐蚀。

在化工设备中，常常采用高温涂层、耐酸碱材料等措施，延长设备的使用寿命。

总之，电化学金属腐蚀防护技术的目标是保护金属材料免受腐蚀的侵害，延长材料的使用寿命。

电化学腐蚀原理与防护方法

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：（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。

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)在空气中氧分压=21kPa时：O2+4H＋＋4e-→2H2O；(O2+4H＋＋4e-→2H2O)＝1.229V,(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 Fe(OH)3乃是铁锈的主要成分。

这样不断地进行下去，机械部件就受到腐蚀。

（2）电解质溶液接触的一种金属也会因表面不均匀或含杂质微电池。

例如工业用钢材其中含杂质(如碳等)，当其表面覆盖一层电解质薄膜时，铁、碳及电解质溶液就构成微型腐蚀电池。

该微型电池中铁是阳极：Fe→Fe2++2e-碳作为阴极：如果电解质溶液是酸性，则阴极上有氢气放出（2H++2e-→H2）；如果电解质溶液是碱性，则阴极上发生反应O2+2H2O+4e-→4OH-。

钢铁的腐蚀介绍

钢铁的腐蚀介绍在金属材料中，钢铁的腐蚀无疑是其中最重要的，因为它使用的范围很广，影响也很大；举凡桥梁、机械、结构物或关系公共工程的建设，无不与钢铁材料有关。

基本上，钢铁材料的腐蚀现象，主要也是由于化学及电化学因素所引起，而其常见的形式有：直接氧化腐蚀、均匀腐蚀、伽凡尼腐蚀、穿孔腐蚀、间隙腐蚀、应力腐蚀、延晶腐蚀、浸蚀腐蚀、空洞腐蚀和磨擦腐蚀等，由于形式很多包含范围很多，包含均匀腐蚀、伽凡尼腐蚀、穿孔腐蚀、间隙腐蚀、应力腐蚀、和延晶腐蚀等。

1、直接氧化腐蚀高温或缺乏水份的情况下，铁的腐蚀型态将不同于常温下的反应，而直接与氧结合，其反应式：4Fe＋3O2 2Fe2O3氧化铁由于氧化铁并不够细致，因此氧气仍可渗入，并形成FeO（氧化亚铁）和Fe3O4（四氧化三铁）等氧化物，这样的情况在钢的热轧或是热处理时常会发生，称为鳞皮。

2、均匀腐蚀(Uniform attack corrosion)当一种金属置于电介质(或电解质)中，金属的某部分区域会比其他区域更为"阳极"，而且这些区域的位置会不时移动，有时也会周而复始，这样的现象使得腐蚀现象在各处均匀发生，称为均匀腐蚀。

这种型态如平常我们所见的铁生锈即属之，金属的高温氧化或是镍的成雾状(fogging)也都是均匀腐蚀的例子。

3、均匀腐蚀的量测均匀腐蚀的速率，通常可以用几种单位表示。

国内外常用的有：每年侵蚀的公厘mm数、密尔mil数(mpy，mils penetration per year，1mil=1/1000吋=0.025mm)、和英寸数(ipy，inches penetration per year)，但有时由于不易量度，也以损失的重量mdd (milligrams per square decimeter per day)或每年损失的重量再来推估mpy等其它各种数值。

以钢为例，在海水中的腐蚀速率约为25mdd，相当于5mpy。

一般来说，腐蚀的初始速率常较最终速率为大，因此测定腐蚀速率时，要记录整个过程，以外插法可能会产生很大的错误。

钢铁的电化腐蚀和电化学保护

废铁
金属的防护方法
1、在金属表面覆盖保护层
刷油漆、涂机油、加塑料层……
2、改变金属的内部组织结构
不锈钢、马口铁、白口铁……
3、金属的电化学防护
牺牲阳极的阴极保护法……
习题训练
1、如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：
（1）若液面上升，则溶液呈中性或弱酸性，发生
吸氧腐蚀,电极反应式为：负极：Fe–2e→Fe2+ , 正极： O2+2H2O+4e→4OH－
盐酸中，d比a反应强烈。将铜浸入b的盐溶液里，无明
显变化。如果把铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出。
据此判断它们的活动性顺序由强到弱的为： (
)
A．a > c > d > b
B
B．d > a > b > c
C．d > b > a > c
D．b > a > d > c
6、下列叙述正确的是（ A ）
A.锌跟稀硫酸反应制取氢气，加入少量硫酸铜溶液能加快反应速率
（2）若液面下降，则溶液呈酸性，发生析氢腐蚀，电极反应式为：负极： Fe–2e→Fe2+ 正极：2H++2e→H2↑ 。
(09高考)2．右图装置中，U型管内为红墨水，a、b 试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是
A．生铁块中的碳是原电池的正极 B．红墨水柱两边的液面变为左低右高
Fe–2e→Fe2+
O2+2H2O+4e→4OH2Fe+2H2O+O2→ 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3

金属的电化学腐蚀

金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀1、金属腐蚀：金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起金属损耗的现象。

2、金属腐蚀的本质：都是金属原子失去电子而被氧化的过程。

即Mn －e -﹦Mn+。

3、金属腐蚀的分类：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。

电化学腐蚀的分类析氢腐蚀——腐蚀过程中不断有氢气放出①条件：潮湿空气中形成的水膜,酸性较强（水膜中溶解有CO2、SO2、H2S等气体）②电极反应：负极: Fe – 2e- = Fe2+ 正极: 2H+ + 2e- = H2 ↑ 总式：Fe + 2H + = Fe2+ + H2 ↑吸氧腐蚀——腐蚀过程吸收氧气①条件：中性或弱酸性溶液②电极反应：负极: 2Fe – 4e- = 2Fe2+正极: O2+4e- +2H2O = 4OH总式：2Fe + O 2 +2H2O =2 Fe(OH)2离子方程式：Fe2++2OH-=Fe(OH) 2生成的Fe(OH)2被空气中的O2氧化，生成Fe(OH)3 ，Fe(OH)2 + O2 + 2H2O == 4Fe(OH)3Fe(OH)3 脱去一部分水就生成Fe2O3·x H2O（铁锈主要成分）规律总结：金属腐蚀的快慢程度：电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极＞电解池的阴极金属腐蚀快慢的规律：在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：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＞牺牲负极的正极保护法＞有一般防腐条件的腐蚀＞无防腐条件的腐蚀金属的电化学防护1、利用原电池原理进行金属的电化学防护（1）、牺牲阳极的阴极保护法原理：原电池反应中，负极被腐蚀，正极不变化应用：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原理：通电，使钢铁设备上积累大量电子，使金属原电池反应产生的电流不能输送，从而防止金属被腐蚀应用：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。

电化学腐蚀和化学腐蚀有什么区别

电化学腐蚀和化学腐蚀有什么区别
电化学腐蚀和化学腐蚀的区别主要体现在以下三个方面：
1.本质：电化学腐蚀是金属表面与电解质溶液形成原电池，发生
电子传递而引起的腐蚀；化学腐蚀是金属直接与氧化剂发生氧化还原反应而被氧化，不存在电子的传递。

2.影响因素：电化学腐蚀速率决定于电化学反应动力学，如电流
密度、电极材料、表面膜的性质、温度、压力、溶液成分及浓度等；化学腐蚀速率决定于氧化剂和金属的反应活性等，与金属的种类、表面状态、温度、压力以及氧化剂的浓度和特性等有关。

3.氧化物质：电化学腐蚀中活泼金属被氧化，例如电解质溶液跟
钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池发生腐蚀；
化学腐蚀是金属被氧化性气体或液体所氧化，例如高温炉气等氧化性气体使钢材表面生成氧化铁及表面脱碳的腐蚀。

总结来说，电化学腐蚀和化学腐蚀的主要区别在于它们的本质、影响因素以及氧化物质的不同。

电化学腐蚀的概念以及防止电化学腐蚀的方法-汇龙

电化学腐蚀的概念以及防止电化学腐蚀的方法金属被从矿石等化合物中提取出来之后，被赋予了较高的能量，在能量流失的过程中，金属因发生了电子的转移而发生腐蚀，这就是电化学腐蚀的基本原理。

金属腐蚀是非常普遍的现象，怎样杜绝或减缓金属的腐蚀，在日常生活及工农业生产及国防建设中都己成为普遍而严重的技术问题。

腐蚀给各国的国民经济所造成了巨大的损失，根据调查，腐蚀所造成的直接经济损失竟然占国民生产总值的1%-4%。

河南汇龙合金材料有限公司刘珍埋地钢质管线是埋在地下的最大的钢铁构件，可长达几千公里，穿越各种不同类型的土壤和河流湖泊，广泛应用于能源和资源运输，它的运行可靠性和稳定性对于国民经济和人民生活有密切的关系。

金属管道在土壤环境中会发生腐蚀，土壤冬、夏季的冻结与融化，地下水位变化，以及杂散电流等复杂的埋设条件是造成外腐蚀的环境。

管道内输送介质的腐蚀性差异也很大。

管道埋设于地下，很难直观地对其进行腐蚀状态的检查，构成管道防腐蚀的难度。

在严重的情况下，管道腐蚀穿孔，油气泄露而引起火灾，造成很大的损失。

因此，埋地管线的保护是长期安全生产的必要措施。

为控制埋地钢质管道在土壤中的电化学腐蚀，公认的做法是采用外防护层和阴极保护联合防护措施。

其中外防护层是主要防腐手段，即在钢管和腐蚀介质之间建立一个绝缘隔离层，避免腐蚀介质和钢管接触，从根本上防止钢管的电化学腐蚀;阴极保护作为防护层防腐的补充手段，为防护层缺陷处的钢管外表面提供电化学保护。

电化学保护方法主要有两种，一种是牺牲阳极阴极保护，一种是外加电流阴极保护。

选择一种其电极电位比被保护金属更负的活泼金属(合金)，把它与共同置于电解质环境中的被保护金属从外部实现电连接，这种负电位的活泼金属在所构成的电化学电池中作为阳极而优先腐蚀溶解，故被称为牺牲阳极，释放出的电流使被保护金属阴极极化到所需要的电位范围，从而抑制腐蚀，实现保护，这就是牺牲阳极阴极保护。

钢质管道通过与埋设于同一土壤中的牺牲阳极(镁阳极)保持电连接而得到阴极保护，钢管-金属导线-镁阳极-回填料-土壤-钢管构成了一个完整的电流回路。

《铁的电化学腐蚀》教案

《铁的电化学腐蚀》教案一、教学目标【知识与技能】1.了解金属腐蚀的危害；能说出吸氧腐蚀和析氢腐蚀的异同点。

2.能写出钢铁发生析氢腐蚀、吸氧腐蚀的电极反应方程式。

【过程与方法】通过讨论分析钢铁电化学腐蚀的过程，分析解决问题的能力有所提高。

【情感态度价值观】通过对金属电化学腐蚀及金属的电化学防护原理的学习，认识到学习科学知识的重要性，激发热爱科学、献身科学的热情。

二、教学重难点【重点】金属的电化学腐蚀及金属的电化学防护【难点】金属的电化学腐蚀的原理三、教学过程（一）导入新课【多媒体播放】影像资料：“自由女神像”被腐蚀，需要进行保养和维护。

【提出问题】通过对“自由女神像”构成材料的分析，结合之前所学习的原电池的原理，分析为什么铁架构的部分会被腐蚀，用电极反应方程式来表示钢铁腐蚀的过程。

【学生回答，教师总结】“自由女神像”表面覆盖一层铜，内部结构是铁，共同构成了原电池：负极：Fe－2e－=Fe2＋【提出问题】正极是哪种物质发生反应？引入本节新课。

（二）探究新知1.析氢腐蚀【提出问题】钢铁在干燥的空气中容易生锈，还是在潮湿的空气中容易生锈？由此说明钢铁的腐蚀与表面的水膜有没有关系？【学生回答】钢铁在潮湿的空气中容易生锈，钢铁的腐蚀与表面的水膜有关系。

【提出问题】结合空气的组成成分进行分析，水膜的酸碱性如何？由此判断在该情况下，钢铁发生电化学腐蚀的电极反应方程式应该如何书写？【学生回答，教师总结】水膜中溶解有来自大气中的CO2、SO2、H2S等气体，使水膜中含有一定量的H＋，因此水膜呈酸性。

在该情况下，钢铁发生电化学腐蚀的电极反应方程式为：负极：Fe－2e－=Fe2＋（氧化反应）正极：2H＋＋2e－=H2↑（还原反应）总反应式：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑由于在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫做析氢腐蚀。

这是在酸性环境中引起的腐蚀。

2.吸氧腐蚀【多媒体播放】钢铁制造的船只，水位线部分也会被腐蚀。

【提出问题】海水并不是呈现酸性，为什么钢铁也会被腐蚀？如果钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性时，钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式应该如何书写。

钢铁的常见腐蚀

红热的铁丝与水接触，外表形成蓝黑色的保护层，这属于化学腐蚀还是电化学腐蚀金属腐蚀的现象十分复杂,根据金属腐蚀的机理不同,通常可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类.1 化学腐蚀金属材料与干燥气体或非电解质直接发生化学反应而引起的破坏称化学腐蚀.钢铁材料在高温气体环境中发生的腐蚀,通常属化学腐蚀,在生产实际中常遇到以下类型的化学腐蚀.a.钢铁的高温氧化钢铁材料在空气中加热时,铁与空气中的02发生化学反应,在570℃以下反应如下:3Fe + 202 Fe304生成的Fe304是一层蓝黑色或棕褐色的致密薄膜,阻止了O2与Fe的继续反应,起了保护膜的作用.在570℃t22_k生成以FeO为主要成分的氧化皮渣,反应如下:2Fe + O2 2FeO生成的FeO是一种既疏松又极易龟裂的物质,在高温下O2可以继续与Fe反应,而使腐蚀向深层发展.不仅空气中的氧气会造成钢铁的高温氧化,高温环境中的CO2,水蒸气也会造成钢铁的高温氧化,反应如下:Fe + CO2 FeO + CO;Fe + H2O FeO + H2温度对钢铁高温氧化影响极大,温度升高,腐蚀速率显著增加,因此,钢铁材料在高温氧化性介质(O2,C02,H20等)中加热时,会造成严重的氧化腐蚀.b.钢的脱碳钢中含碳量的多少与钢的性能密切相关.钢在高温氧化性介质中加热时,外表的C或Fe3C极易与介质中O2,C02,水蒸气,H2等发生反应:Fe3C(C) + 1/2O2 3Fe + CO; Fe3C(C) + C02 3Fe + 2CO;Fe3C(C) + H20 3Fe + CO + H2; Fe3C(C) + 2H2 3Fe + CH4上述反应使钢铁工件外表含碳量降底,这种现象称为"钢的脱碳".钢铁工件外表脱碳后硬度和强度显著下降,直接影响零件的使用寿命,情况严重时,零件报废,给生产造成很大的损失.c.氢脆含氢化合物在钢材外表发生化学反应,例如:酸洗反应: FeO + 2HCl = FeCl2 + H20Fe + 2HCl = FeCl2 + 2H硫化氢反应: Fe + H2S = FeS + 2H高温水蒸气氧化: Fe + H20 = FeO + 2H这些反应中产生的氢,初期以原子态存在,原子氢体积小,极易沿晶界向钢材的内部扩散,使钢的晶格变形,产生强大的应力,降低了韧性,引起钢材的脆性.这种破坏过程称为"氢脆".合成氨,合成甲醇,石油加氢等含氢化合物参与的工艺中,钢铁设备都存在着氢脆的危害,特别对高强度钢铁构件的危害更应引起注意.d.高温硫化钢铁材料在高温下与含硫介质(硫,硫化氢等)作用,生成硫化物而损坏的过程称"高温硫化",反应如下:Fe + S = FeS ; Fe + H2S = FeS + H2高温硫化反应一般在钢铁材料外表的晶界发生,逐步沿晶界向内部扩展,高温硫化后的构件,机械强度显著下降,以至整个构件报废.在采油,炼油及高温化工生产中,常会发生高温硫化腐蚀,应该引起注意.e.铸铁的肿胀腐蚀性气体沿铸铁的晶界,石墨夹杂物和细微裂缝渗入到铸铁内部并发生化学作用,由于所生成的化合物体积较大,因此,不仅引起铸铁构件机械强度大大降低,而且构件的尺寸也显著增大,这种破坏过程称为"铸铁的肿胀".实践证明,加热的最高温度超过铸铁的相变温度时,肿胀现象会大大加强.阳极反应:Fe - 2e = Fe2+阴极反应:2H+ + 2e = H2水膜中H+在阴极得电子后放出H2,H20不断电离,OH-浓度升高并向整个水膜扩散,使Fe2+与OH-相互结合形成Fe(OH)2沉淀.Fe(OH)2还可继续氧化成Fe(OH)3:4Fe(OH)2 + 2H20 + O2 = 4Fe(OH)3Fe(OH)3可脱水形成nFe203·mH20,nFe203·mH20是铁锈的主要成分.由于这种腐蚀有H2析出,故称为"析氢腐蚀".水溶液中通常溶有O2,它比H+离子更容易得到电子,在阴极上进行反应.阴极反应: 02 + 2H20 + 4e = 40H-阳极反应: Fe - 2e = Fe2+阴极产生的OH-及阳极产生的Fe2+向溶液中扩散,生成Fe(OH)2,进一步氧化生成Fe(OH)3,并转化为铁锈.这种腐蚀称为吸氧腐蚀.在较强酸性介质中,由于H+浓度大,钢铁以析氢腐蚀为主;在弱酸性或中性介质中,发生的腐蚀是吸氧腐蚀.影响金属电化学腐蚀的因素很多,首先是金属的性质,金属越活泼,其标准电极电势越低,就越易腐蚀.有些金属,例如Al,Cr等,虽然电极电势很低,但可生成一层氧化物薄膜,紧密地覆盖在金属外表上,阻止了腐蚀继续进行.如果氧化膜被破坏,则很快被腐蚀.其次,金属所含的杂质如果比金属活泼,则形成的微电池,以金属为阴极便不易被腐蚀.如果杂质比金属不活泼,则金属成为微电池的阳极而被腐蚀.b.土壤腐蚀土壤是一类具有毛细管的多孔性物质,空隙中充满了空气和水,土壤中含有的盐类溶解在水中,成为电解质溶液,因此,埋设在土壤中的油,气,水管道及金属设备,具备了形成电化学腐蚀的条件而发生腐蚀损坏,以致管道穿孔,漏水,漏油,漏气,电讯发生故障,造成严重危害.而且这些管线埋设在地下,检修十分困难,给国民经济造成严重损失.土壤腐蚀是一种情况比较复杂的腐蚀过程.土壤中各部分含氧量不同,不同区域土壤的不均匀性,金属零件或管材在土壤中埋没的深度不同,土壤的温度,酸度,含盐量,透气性,温度等情况的差异,均影响腐蚀电池的工作特性,甚至土壤中的微生物对金属腐蚀也有影响.因此,埋设在地下的设备及管道必须采取严格的防腐蚀措施,以尽量减少损失.c.海水腐蚀海水是含盐浓度极高的天然电解质溶液,金属结构部件在海水中的腐蚀情况,除一般电化学腐蚀外,还有其特殊性.(1)氯离子是具有极强腐蚀活性的离子,以致使碳钢,铸铁,合金钢等材料的外表钝化失去作用,甚至对高镍铬不锈钢的外表钝化状态,也会造成严重腐蚀破坏.(2)海浪的冲击作用,对构件外表电解质溶液起了搅拌和更新作用,同时海浪的冲涮使已锈蚀的锈层脱落,加速了腐蚀的进度.(3)金属结构部件外表海生生物的生长(如船舷的水下部分)能严重破坏原物体的保护层(如油漆)使构件受到腐蚀破坏,同时海生生物的代谢产物(含有硫化物)使金属构件的腐蚀环境进一步恶化,导致了腐蚀作用的加剧.由于一般电化学腐蚀因素及上述情况的综合影响,浸人海水中的金属结构部件最严重的腐蚀区域分布在较水线略高的水的毛细管上升区域,在这个区域多种加速腐蚀因素同时作用着,造成了十分严重的腐蚀后果.不仅是浸人海水中的金属结构部件受到严重的腐蚀,在沿海地区安置的金属结构部件受大气中的潮湿盐雾的影响,也会受到十分严重的腐蚀.钛,锆,铌,钽是一类很好的耐海水腐蚀材料,但价格昂贵,使用受到一定的限制.d.常见的局部腐蚀材料及设备是一个协作运作的整体,某一区域的局部破坏将导致整个设备的运行故障,甚至造成整个设备的报废,特别是飞机,海轮,海上钻井平台机械等,由于局部破坏会造成不堪设想的后果,因此,局部腐蚀是最危险的一类腐蚀,务必引起工程技术人员的密切关注.常见的局部腐蚀有以下几种:(1)电偶腐蚀异种金属在同一电解质中接触,由于金属各自的电势不等构成腐蚀电池,使电势较低的金属首先被腐蚀破坏的过程,称接触腐蚀或双金属腐蚀.例如,某一铁制容器以镀锡保护,表层的锡被擦伤后造成Sn-Fe原电池的破坏,其中(Fe2+/Fe3+)较低,铁为阳极,受到损坏,以致穿孔,使整个设备损坏.因此,在这种条件下外表一旦损坏必须立即采取措施(修补涂层)以防造成严重后果.(2)小孔腐蚀在金属外表的局部区域,出现向深处发展的腐蚀小孔,其余地区不腐蚀或腐蚀很轻微,这种腐蚀形态称为小孔腐蚀,简称孔蚀或点蚀.在空气中能发生钝化的金属(合金),如不锈钢,铝和铝合金等在含氯离子的介质中,经常发生孔蚀.碳钢在含氯离子的水中亦会出现孔蚀的情况.(3)缝隙腐蚀金属部件在介质中,由于金属与金属或金属与非金属之间形成特别小的缝隙(宽度在0.025~0.1 mm之间),使缝隙内介质处于滞流状态,引起缝内金属的腐蚀,称为缝隙腐蚀.开始时,吸氧腐蚀在缝隙内外均进行.因滞流,缝内消耗的氧难以得到补充,缝内,外构成了宏观氧浓差电池,缝内缺氧为阳极,缝外富氧为阴极.随着蚀坑的深化,扩展,腐蚀力口速进行.(4)选择性腐蚀合金在腐蚀过程中,腐蚀介质不是按合金的比例侵蚀,而是发生了其中某成分(一般为电势较低的成分)的选择性溶解,使合金的组织和性能恶化,这种腐蚀称为选择性腐蚀.如黄铜(30%Zn和70%Cu组成)的脱锌腐蚀等.(5)应力腐蚀当金属中存在内应力或在固定外应力的作用下,都能促使腐蚀过程的进行.这种由于内,外应力的作用引起的腐蚀称应力腐蚀.例如长期处于拉应力作用下的紧固钢丝绳索,就比较容易受到腐蚀.机械零件的机械加工也能产生较大的内应力,这些应力集中区域极易发生腐蚀损坏.应力的存在使晶格发生畸变,原子处于不稳定状态,能量升高,电极电势下降,在腐蚀电池中成为阳极而首先受到破坏.因此,在金属材料和设备的加工和使用中,要及时采取措施,消除应力,防止产生应力腐蚀而引起的破坏.假设金属材料在固定方向拉应力的连续作用下,应力腐蚀的结果造成材料的开裂,称应力腐蚀开裂,这是一种破坏性十分严重的腐蚀后果,必须引起注意.合成纤维特点：吸水性好吗，弹性好吗，耐磨耐化学腐蚀吗，透气性好吗纤维分为天然纤维和化学纤维，化学纤维又分为人造纤维和合成纤维。