第一章金属腐蚀的基本原理1

腐蚀倾向的判断
• 标准电极电位：标准电极电位表 • 电位较负的电极（阳极）反应往氧化方向 进行，电位较正的电极（阴极）反应则往 还原方向进行。
自由讨论
• 为什么工业生产中要严格控制循环 冷却水的PH值？
课后练习 ：
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 _______________ 弱酸性或中性 吸氧 性，发生________ 腐蚀,电极反应式为： 阳极：________________________________, 2Fe - 4e-＝2Fe2+ 阴极： -＝4OH－ O +2H O+4e 2 2 ___________________________________ 较强酸性 性， ( 2)、若液面下降，则溶液呈__________ 析氢 发生_________ 腐蚀，电极反应式为： -＝Fe2+ Fe 2e 阳极：__________________________ 阴极：
2H++2e-＝H2↑
2、下列装置中四块相同的Zn片，放置一 段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是 (4) (2) (1) (3) _________________________________ ____
课后作业
P35 1-3 预习：腐蚀电池
（2）电化学腐蚀过程中的阴极反应，总是由溶 液中能够接受电子的物质（称为去极剂或氧化 剂）吸收从阳极流来的电子： D+ne →[D.ne] 式中D—去极剂或氧化剂； [D.ne]—去极剂接受电子后生成的物质； n—去极剂吸收的电子数。
• 3.常见的去极剂
（1）氢离子 2H++2e→H2↑——析氢反应 （2）溶解在溶液中的氧 中性或碱性溶液中O2+2H2O+4e → 4OH酸性溶液中O2+ 4H++4e →2H2O ——吸氧反应（好氧反应） （3）氧化性的金属离子 产生于局部区域，少见，可引起严重局部 腐蚀。
金属电化学腐蚀反应式由至少一个阳极反 应和一个阴极反应构成的电化学反应。
思考讨论
阅百度文库P7，回答以下问题：
• 1、腐蚀电化学的实质是什么？ • 2、阳极反应和阴极反应是否一定是同时同
地发生？
2实质
阳极 阴极
钢铁的析氢腐蚀示意图
• 腐蚀电化学反应实质 上是一个发生在金属 和溶液界面上的多相 界面反应。 • 电化学腐蚀过程：从 阳极传递电子到阴极， 再由阴极进入电解质 溶液的电子传递的电 极过程。
2Fe+O2 + 2H2O→ 2Fe2++4OH2Fe → 2Fe2+ + 4e（阳极反应） O2+2H2O+4e → 4OH- （阴极反应）
课堂练习：
钢铁的析氢腐蚀： 条件：钢铁在潮湿空气中形成酸性环境下 的腐蚀。 特点：有氢气产生。 H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3-
铁 阳极：＿＿，电极反应式： Fe－2e-＝Fe2+ 碳 阴极：＿＿，电极反应式： 2H++2e-＝H2↑ 总反应式： Fe+2H+＝ Fe2++H ↑
2 电极电位（E）
（1）电极 金属与电解质溶液构成的体系 （2）电位 将单位正电荷由无穷远处移至该点，因 反抗电场力所做的电功为该点的电位。 （3）电极电位 电极系统中金属与溶液之间的电位差 E=E金属-E溶液
（4） 电极电位的形成—双电层结构
金属侵入溶液中，在金属和溶液界面可能发 生带电粒子的转移，电荷从一相通过界面进入另 一相内，结果在两相中都会出现剩余电荷，并或 多或少地集中在界面两侧，形成一边带正电一边 带负电的“双电层”。
2
课堂练习：
钢铁的吸氧腐蚀： 条件：钢铁在很弱的酸性或中性环境下的腐蚀。 特点：有氧气参加反应。
铁 阳极：＿＿，电极反应式： 2Fe－4e-＝2Fe2+
碳 阴极：＿＿，电极反应式：
2H2O + O2 + 4e- ＝ 4 OH总反应式：Fe+ 2H2O + O2 ＝ Fe2++ 4 OH-
二、 金属电化学腐蚀倾向的判断
• 电化学腐蚀：金属在电解质溶液中发生的腐 蚀
基本条件：电解质溶液，即能导电的溶液。
• 金属在电解质溶液中发生的电化学腐蚀简单 看作是一个氧化还原过程。
1、 金属腐蚀的电化学反应式
（1）用化学方程式表示的电化学腐蚀 金属在酸中的腐蚀 Zn+2HCl → ZnCl2+H2↑ 金属在中性或碱性溶液中的腐蚀 4Fe+6H2O+3O2 → 4Fe(OH)3
• 电化学腐蚀与化学腐蚀的主要区别之一： 电化学腐蚀的过程中的阳极反应和阴极反应 式同时发生的，但不在同一地点进行。 • 电化学腐蚀过程中的任意一个反应停止了， 另一个反应（或是整个反应）也停止。
（1）电化学腐蚀过程中的阳极反应，总是金 属被氧化成金属离子并放出电子： M→Mn++ne 式中M— 被腐蚀的金属； Mn+—被腐蚀金属的离子； n— 金属放出的自由电子数。
1 电极电位与物质能量之间的关系 金属单质+环境→金属化合物+热量 ΔG=GMn+-GM • < 0 金属单质处于较高的能量状态，不稳 定，自发的向能量低的稳定状态（化合物 状态）转变，金属能被腐蚀。 ΔG越负。金 属腐蚀的倾向越大； • ≥ 0 金属不能被腐蚀。
思考讨论
• 1、生活中常见的金属是不是所有的金属都 会腐蚀？如：铁、铜、金、银、不锈钢？ • 2、在同一环境中，不同的金属材料腐蚀的 程度一样吗？比如铜和铁？ • 3、作为化工设备与维修专业的学生，在以 后的实际化工生产工作中，不同材质的换 热器，哪种材质的换热器使用寿命较长？
第一章 金属腐蚀的基本原理
• • • • 1 金属腐蚀的电化学反应式 2 金属电化学腐蚀倾向的判断 3 腐蚀电池 4 金属电化学腐蚀的电极动力学
复 习
• 1、什么是腐蚀？包括哪些内容？
• 2、金属腐蚀的本质是什么？ • 3、腐蚀按反应机理可以分为哪几类？特点
是什么？
第一节 金属电化学腐蚀的 基本概念
① 金属离子直接还原为金属—沉淀反应 Zn+Cu2+→ Zn2++Cu↓ 阴极反应 Cu2++2e→Cu↓ ② 还原为较低价态的金属离子 Zn+2Fe3+→ Zn2++ 2Fe2+ 阴极反应 Fe3++e→ Fe2+ 所有电化学腐蚀反应都是一个或几个阳极反应 和一个或几个阴极反应的综合反应。在实际腐蚀 过程中，往往会发生一种以上的阳极反应和一种 以上的阴极反应。
吸附双电层：由于某 些离子，极性分子或 原子金属表面上的吸 附形成。
b 标准电极电位表（电动顺序表，电动序）
金属的电动顺序表：
• K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au
• 钾、钙、纳、镁、铝、锌、铁、锡、铅、 （氢）、铜、汞、银、铂、金
• 例： （锌在氢前面，比氢活泼，所以在酸中较易 腐蚀） • 例： （铜在氢后面，比氢惰性，所以在酸中不反 应，就不易腐蚀） • 例： （铁在铜后面，所以在铜的盐溶液中会发生 化学反应，易腐蚀“铁溶解-铜沉积”）
金属在盐溶液中的腐蚀 Zn+2FeCl3 → 2FeCl2+ZnCl2
（2）用离子方程式表示的电化学腐蚀 Zn+2HCl → ZnCl2+H2↑ Zn+2H++2Cl- → Zn2++2Cl-+H2↑ Zn+2H+ → Zn2++H2↑
（3）用阳极反应阴极反应表示的电化学腐蚀 Zn+2H+ → Zn2++H2↑ 氧化反应（阳极反应） Zn→Zn2++2e 还原反应（阴极反应） 2H++2e→H2↑