金属腐蚀与防护课件——析氢腐蚀和吸氧腐蚀

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高中化学课件【金属的腐蚀与防护】

高中化学课件【金属的腐蚀与防护】

D.石墨
(2)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率,其中铁
闸门应该连接在直流电源的____负____极。


练习
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8、下列对如图所示的实验装置的判断中错误的是( ) A.若X为碳棒,开关K置于A处可减缓铁的腐蚀 B.若X为锌棒,开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀 C.若X为锌棒,开关K置于B处时,为牺牲阳极保护法 D.若X为碳棒,开关K置于B处时,铁电极上发生的反应为 2H++2e-===H2↑
(3)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。
7
2.金属的防护
(1)在金属表面覆盖保护层 ①涂油漆等。 ②镀抗腐蚀金属,如电镀等。 ③镀膜,如烤蓝等。 (2)改变金属内部组成、结构等,如制成不锈钢。
8
(3)电化学防护
①牺牲阳极保护法 利用原电池原理,在被保护的金属上连接更活泼的金属,使被
正极反应 O__2+___2_H__2O__+__4_e_-__=_=_=__4_O_H_ - 2_H__+__+__2_e_-__=_=_=_H__2_
负极反应
Fe-__2__e_-_=_=_=__F_e_2_+_____
生成铁锈 的反应
4Fe(_O__H_)_F2_e+_2_+O_+_2_+2_O_2H_H-__2=_O=_==_F=_e_(=O_4H_F_)2e_、(_O__H_、)3
①实质:都是金属原子失去电子被_氧__化_而损耗;
②化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生,但 电__化__学__腐__蚀__更普遍,危害更大
(3)钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀
(1)排在H之前的金属才 能析氢腐蚀;
5
(2)吸氧腐蚀更普遍
类别
吸氧腐蚀

1.4 金属的腐蚀与防护(20张PPT) 课件 高二化学鲁科版(2019)选择性必修1

1.4 金属的腐蚀与防护(20张PPT) 课件 高二化学鲁科版(2019)选择性必修1
B
同学们再见!
授课老师:
时间:2024年9月15日
应用
原电池


锅炉内壁、船舶外壳安装镁合金或锌块
1.牺牲阳极保护法
目标二:金属腐蚀的防护方法
原理
________原理
电极要求
被保护的金属作为_____极,与电源的____极相连
应用
电解池


钢铁闸门,地下管道连接电源负极
2.外加电流阴极保护法
目标二:金属腐蚀的防护方法
1.两极材料:活泼性差别越大,活泼金属被腐蚀的速度越快。2.电解质溶液相同时,金属腐蚀由快到慢:电解池阳极腐蚀>原电池负极腐蚀>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极3.相同浓度的不同介质:在强电解质中>弱电解质中>非电解质中4.金属防腐措施由好到坏:外加电流的阴极保护法>牺牲阳极的阴极保护法>有一般防腐措施保护>无防腐措施保护5.同一种电解质溶液,浓度越大,腐蚀速率越快。注意:在钢铁的腐蚀过程中,其电化学腐蚀更严重,在电化学腐蚀中,吸氧腐蚀更普遍。
学以致用:自行车中用到哪些金属腐蚀的防护方法呢?
目标二:金属腐蚀的防护方法
③电化学保护法
金属在发生电化学腐蚀时,总是作为原电池负极(阳极)的金属被腐蚀,作为正极(阴极)的金属不被腐蚀,如果能使被保护的金属成为阴极,则该金属就不易被腐蚀。
原理
________原理
电极要求
被保护的金属作______极,活泼性更强的金属作______极
金属的腐蚀与防护
第1章 化学反应与能量转化
1.能从概念、本质上认识金属腐蚀及其分类,以钢铁腐蚀为例,了解金属腐蚀的危害;2.掌握金属的析氢腐蚀和吸氧腐蚀;3.了解金属腐蚀的防护措施。

析氢腐蚀和吸氧腐蚀

析氢腐蚀和吸氧腐蚀

(3) 腐蚀电位位于阴极极化曲线的析氢反应 平衡电位以下,在自然腐蚀状态,阴极反 应包括O2还原反应和H+还原反应。如Mg在 中性溶液中的腐蚀。
• 氧扩散控制吸氧腐蚀的特征
在自然腐蚀状态,阴极反应速度,因而 金属腐蚀电流密度等于O2的极限扩散电 流密度id
icor ic Ecor id
特征:
(2) 阳极极化控制
当ia0 << ic0,才会出现阳极极化控制。因为除Pt、 Pd等低氢过电位金属外,在常见的工程金属材料 表面上析氢反应的交换电流密度都不很大,故这 种类型的析氢腐蚀不可能发生在活化极化控制的 腐蚀体系,只有当金属在酸溶液中能部分钝化, 造成阳极反应阻力大大增加,才能形成这种控制 类型。比如铝和不锈钢在稀硫酸中发生析氢腐蚀 就是这种情况。显然,这种类型的析氢腐蚀的阳 极反应不再受活化极化控制。
• 析氢腐蚀的典型例子—Fe在酸中的腐蚀
(1)在pH < 3的酸溶液中,阴极反应受活化极化 控制。
(2)在弱氧化性和非氧化性酸溶液中,在反应速 度不是很大时,阳极反应亦受活化极化控制。
(3)在大多数情况下,Fe在酸溶液中的腐蚀形态 是均匀腐蚀。
所以,Fe在酸溶液中的腐蚀可以当作均相腐蚀电 极处理,作为活化极化控制腐蚀体系的典型例子。
温度:摄氏度 铁在盐酸巾的腐蚀速度与温度的关系
腐蚀影响因素
(2)溶液中的其他组分
(3)温度 温度升高,腐蚀速度迅速增大,因为温度升高时 阳极反应和阴极反应速度都加快了。 金属 方面 (1)金属材料种类和杂质 金属材料种类和所含杂质的影响既涉及阴极反应 又涉及阳极反应这一影响,混合控制腐蚀体系比 阴极极化控制腐蚀体系明显。 (2) 阴极区面积 (3) 金属表面的状态

金属腐蚀与防护 第5章 析氢腐蚀和吸氧腐蚀PPT课件

金属腐蚀与防护 第5章 析氢腐蚀和吸氧腐蚀PPT课件
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• 析氢腐蚀的三种控制类型
(1)阴极极化控制 如Zn在稀酸溶液中的腐蚀。因为Zn是高氢 过电位金属,析氢反应交换电流密度ic0很 小,而Zn的阳极溶解反应的交换电流密度 ia0较大,即ia0>> ic0,故为阴极极化控制。 其特点是腐蚀电位Ecor与阳极反应平衡电位 Eea靠近。对这种类型的腐蚀体系,在阴极 区析氢反应交换电流密度的大小将对腐蚀
氢过电位金属(如Cu,Fe,Ni,| a |的数值不大),
低氢过电位金属(如Pt,Pd,| a |的数值很小)。
3
由a = b lg i0可知,a的数值反映了交换电流密度i0 的大小。随着i0增大,| a |减小 。
(2) b值 b称为Tafel斜率,与金属材料和溶液关系很小, 故各种金属表面上析氢反应的b值相差不大。
第五章 析氢腐蚀和吸氧腐蚀
1 析氢腐蚀 • 发生析氢腐蚀的体系 能量条件 :;Eea(Me/Men+) < Eec(H2/H+) (1) 标准电位很负的活泼金属 (2) 大多数工程上使用的金属,如Fe (3) 正电性金属一般不会发生析氢腐蚀。但是当
溶 子液(如中C含u2+有、络A合g+)剂的(活如N度H保3,持C很N低- )时,,使正金电属离性 金属(如Cu,Ag)也可能发生析氢腐蚀。
速度产生很大影响。如下图 。
9
0.5N
()
析 氢 200 0.97%

Cu 1.23%Fe 1.07%Sb
毫 升
160
1.03%Sw
120
1.1% As
80
40
0 2
1%cd
纯锌
1%Pb 1%Hg
4
6
8
时间(小时)

材料腐蚀与防护-第五章-析氢腐蚀和吸氧腐蚀.

材料腐蚀与防护-第五章-析氢腐蚀和吸氧腐蚀.

氧去极化的阴极极化曲线: 由于氧去极化的阴极过程与氧向金属表面输送过程及 氧的离子化反应有关.所以氧去极化的阴极极化曲线比较 复杂。 分为四个部分: (1)阴极过程由氧离子化反应控制,即反应速度< <传输速度。 (2) 阴极过程由氧的扩散过程控制,即传输速度< <反应速度。 随着电流密度的不断增大,氧扩散过程缓慢引起浓差 极化。 (3)阴极过程由氧的离子化反应与氧的扩散过程混 合控制,即传输速度=反应速度。 (4)阴极过程由氧去极化及氢去极化共同控制。
析氢腐蚀的特征: 1.阴极反应浓度极化较小,一般可以忽略,原因: • (1)去极化剂是带电的半径很小的氢离子,在 溶液中有较大的迁移和扩散能力; • (2)去极化浓度较大,在酸性溶液中是氢离子, 在中性和碱性溶液中是水分子;H2O+e—H+OH• (3)氢气泡的搅拌作用; 2.与PH值关系较大。 3.与金属材料的本质和表面状态有关。 4.与阴极面积有关。 5.与温度有关。
影响氧去极化腐蚀的因素: (1)氧的浓度: 极限扩散电流密度随溶解氧的浓度增加 而增加,氧去极化腐蚀速度随着氧的浓度增加而增加。 (2)流动速度: 在氧浓度一定的情况下,极限扩散电流 密度与扩散层厚度呈成反比。溶液流速增加使扩散层 厚度减小,腐蚀速度增加。腐蚀速度随溶液流速的增 加而增加。 (3)温度:通常溶液温度升高有利于提高界面反应速度。 因此,在一定的温度范围内腐蚀速度将随温度升高而 加速。 (4)盐浓度:随着盐浓度增加,溶液的电导率增大,腐 蚀速度明显加快。
5.2 吸氧腐蚀 当电解质溶液中有氧存在时,在阴极上发生氧去极化反应, 在中பைடு நூலகம்或碱性溶液中: 在酸性溶液中:
由此引起阳极金属不断溶解的现象称作氧去极化腐蚀。
许多金属及其合金在中性或碱性溶液中,在潮湿大气、 海水、土壤中都可能发生氧去极化腐蚀,甚至在流动的弱 酸性溶液中也会发生氧去极化反应。因此,与析氢腐蚀比 较,氧去极化腐蚀更为普遍和重要。

36 析氢腐蚀和吸氧腐蚀

36 析氢腐蚀和吸氧腐蚀
阳极控制: 加强阳极钝化,防止其活化
16
3.6.2 氧去极化腐蚀(吸氧腐蚀)
必要条件: 金属的氧化电位比氧还原反应的电位负。 EM<EO2 中、碱性溶液中氧还原反应 O2+2H2O+4e 4OH酸性溶液中反应 O2+4H++4e 2H2O
相较于氢去极化腐蚀,氧还原反应可以在正 得多的电位下进行,因此氧去极化腐蚀要更为 普遍。
9
杂质对Zn在0.25M的H2SO4溶
液中腐蚀速度的影响
吸氧图
1 2
( ) 铝
速(
率 ;
) 铜
不 同 的
、 、杂
铅 铁质
、 、对
汞 锑锌
降 、腐
低 砷蚀
了 、速
锌 锡度
的 、的
腐 镉影
蚀 加响
速 速是
率 了不
。 锌同
的的
动力学数据
腐。 蚀 10
的 腐 蚀 过 程 。
是 高 氢 过 电 位 金 属 , 属 于 阴 极 控 制
17
氧向金属(电极)表面的输送过程-消耗型
18
吸氧腐蚀中氧气传输的特点
• 对于氧去极化的阴极过程,浓度极化很突出,常 常占有主要地位。这是因为作为阴极去极化剂的 氧分子与氢离子的本质不同所决定的。
• (1)氧分子向电极表面的输送只能依靠对流和扩 散;
• (2)由于氧的溶解度不大,所以氧在溶液中的浓 度很小,一般为10-4mol/L;
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四、氢去极化腐蚀概况
• 一般来说,电势较负金属在氧化性较弱的 酸和非氧化性酸中以及电极电位很负的金 属(如Mg)在中性或碱性溶液中的腐蚀都 属于氢去极化的腐蚀。
• 当金属中含有电位比金属电位更正的杂质 时,如果杂质上的氢过电位低,则阴极反 应过程将主要发生在杂质表面上进行,杂 质就成为阴极区。此时,杂质的氢过电位 的高低对基体金属的腐蚀有很大影响。

腐蚀与防护 第6讲 析氢和吸氧

腐蚀与防护 第6讲 析氢和吸氧

4. 影响ηH的因素
(3)溶液组成及温度 ) 溶液中存在正电性离子(将在电极表面还 原析出)
Pt, AsCl 缓蚀措施: 缓蚀措施:控制溶液组分
4. 影响ηH的因素-溶液组成及温度
溶液中存在正电性离子 溶液中含有表面活性物质(吸附在金属表面, 阻碍析氢,ηH增大。作缓蚀剂) η 溶液pH值对ηH的影响 酸性介质pH↑→ηH↑,碱性pH↑→ηH↓ 溶液温度 T↑→ηH↓
钝化效果
腐蚀速率一般将减小10 腐蚀速率一般将减小 4-106倍 电极电位正移 0.5-2.0 V
二、钝化途径
化学钝化 电化学钝化
谁能钝化?什么能使之钝化? 谁能钝化?什么能使之钝化?
钝化介质的因素
活性离子对钝化膜的破坏作用
用电化学方法评价钝化金属的点蚀抗力
三、钝化理论
谢谢大家 敬请批评指正!
讨论
电化学控制 氧的扩散控制区 混合控制区
5. 吸氧腐蚀的影响因素
根据公式:iL=nFDC/δ 溶解氧浓度C的影响 溶液流速或机械搅拌作用(影响δ) 溶液浓度的影响(影响溶液导电性和氧溶 解度) 溶液温度的影响(敞口、密封不同化现象
钝化定义
金属由于表面生成致密钝化膜,阻碍金 属氧化产生阳极极化的现象。
二、吸氧腐蚀 1. 概念 又叫氧去极化腐蚀,以氧还原反 应为阴极过程的腐蚀.
二、吸氧腐蚀 2. 发生条件
阳极金属电位<氧电极的平衡电位 为何是必要条件? 为何是必要条件?
(负电性很强的金属发生析氢腐蚀)
3. 阴极反应过程
氧通过空气/溶液界面进入溶液; ⑴ 氧通过空气/溶液界面进入溶液; 在溶液对流作用下,氧迁移到阴极表面附近; ⑵ 在溶液对流作用下,氧迁移到阴极表面附近; 在扩散层范围内, ⑶ 在扩散层范围内,氧在浓度梯度的作用下扩散 到阴极表面; 到阴极表面; 在阴极表面氧分子发生还原反应, ⑷ 在阴极表面氧分子发生还原反应,也叫氧的离 子化反应。 子化反应。 控制步骤多是第3 控制步骤多是第3步。 只有在加强搅拌或流动的腐蚀介质中, 只有在加强搅拌或流动的腐蚀介质中,④才可成 为控制步骤。 为控制步骤。

金属防护与腐蚀 第四章-析氢腐蚀和吸氧腐蚀

金属防护与腐蚀 第四章-析氢腐蚀和吸氧腐蚀
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金属腐蚀与防护(2009-2010学年)
腐蚀速度快
金属腐蚀与防护(2009-2010学年)
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金属腐蚀与防护(2009-2010学年)
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金属腐蚀与防护(2009-2010学年)
20
Zn在酸中的腐蚀是阴极控制下的析氢腐蚀,腐蚀速度主 要取决于ηH 。纯Zn和工业Zn在酸中的腐蚀极化图。 由于氢在Zn上的析H2过电位很高,故为阴极控制。阴极 控制下使icorr↑的腐蚀电位Ecorr变正。
根据现有的实验事实,大致可将氧还原反应过程 的机理分为两类。第一类的中间产物为过氧化氢或二 氧化一氢离子。在酸性溶液中的基本步骤为:
1.形成半价氧离子:O 2 e O2

2.形成二氧化一氢:O 2 H HO2 3.形成二氧化一氢离子:HO2 e HO2 4.形成过氧化氢:HO2 H H 2O2 5.形成水:H 2O2 2 H 2e 2 H 2O 1 或H 2O2 O 2 H 2O 2
金属腐蚀与防护(2009-2010学年) 33


在碱性溶液中的基本步骤为:
1.形成半价氧离子:O2 e O2


2.形成二氧化一氢离子:O2 H 2O e HO2 OH 3.形成氢氧离子:HO2 H 2O 2e 3OH 1 或HO2 O2 OH 2
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金属腐蚀与防护(2009-2010学年)
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吸氧腐蚀
• • • • 吸氧腐蚀的必要条件 发生吸氧腐蚀的体系 (1) 所有负电性金属在含溶解氧的水溶液中都能发生。 (2) 某些正电性金属(如Cu)在含溶解氧的酸性和中性 溶液中能发生吸氧腐蚀。
金属腐蚀与防护(2009-2010学年)

1.4 金属的腐蚀与防护(21张PPT) 课件 高二化学鲁科版(2019)选择性必修1

1.4 金属的腐蚀与防护(21张PPT) 课件 高二化学鲁科版(2019)选择性必修1

联系
被保护的金属都因为电子的流入而免遭腐蚀
请仔细阅读某品牌保暖贴使用说明书,思考以下问题:
1.保暖贴在发热过程中,其主要成分分别起什么作用?
铁粉——负极材料,发生氧化反应;食盐溶于水——离子导体;活性炭——正极材料;蛭石——保温材料;吸水性树脂——提供反应需要的水。
三、电化学腐蚀原理的应用
1.一次性保暖贴工作原理铁与氧气的反应是一个放热反应,这个反应在自然条件下进行得很慢,但当它以电池反应的形式发生时则会变得很快,并放出大量的热。
金属的腐蚀与防护
1.能从概念、本质上认识金属腐蚀及其分类,以钢铁腐蚀为例,了解金属腐蚀的危害;2.掌握金属的析氢腐蚀和吸氧腐蚀;3.了解金属腐蚀的防护措施。
双吸剂(吸氧、吸水)主要成分:铁粉、碳粉、钠盐、卤化物。特点:反应迅速,可在2小时内使包装袋内氧的浓度降到0.01%
暖贴主要成分:铁粉、活性炭、食盐、水、蛭石(保温材料)、吸水性树脂
不纯金属或合金与电解质溶液接触形成原电池
结果
金属被氧化
较活泼金属被氧化
实质
M-ne-===Mn+
关系
①化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生;②电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍,危害更大
铁生锈的现象随处可见。为什么铁在潮湿的环境中比在干燥的环境中更容易生锈?当一块铜板上有铁铆钉时,铁铆钉又更容易生锈?
一包“双吸剂”为什么能快速吸收 O2?一片暖贴为什么能快速产生大量热?
一、金属电化学腐蚀的原理
金属腐蚀:金属表面因与周围的物质发生氧化还原反应而遭到破坏的现象。
化学腐蚀
电化学腐蚀
(通过发生电化学反应产生的腐蚀)
(金属与化学物质直接接触发生反应而腐蚀)
化学腐蚀
电化学腐蚀

第三章2析氢腐蚀和吸氧腐蚀ppt课件

第三章2析氢腐蚀和吸氧腐蚀ppt课件

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氧的阴极还原过程
1. 2. 3. 4. 氧穿过空气/溶液界面进入溶液; 在溶液对流等传质过程的作用下,氧迁移到阴极表面附近; 在扩散层范围内,氧在浓度梯度作用下扩散到阴极表面; 在阴极表面氧分子发生还原反应。(离子化反应)
这四个步骤中,步骤(1)和(2)一般不成为控制步骤;多 数情况下步骤(3)为控制步骤;在加强搅拌或流动的腐蚀介质 中,步骤(4)可成为控制步骤。
2
3
二、析氢腐蚀步骤
在酸性溶液中:H3O++2e H2+2H2O 1、 H3O++ H+ + H2O 2、 H+ +M(e) MH(迟缓放电) 3、 MH+MH H2+2M(复合脱附) 或MH+H+ +M(e) H2+2M (电化学脱附) 4、 H2分子形成氢气泡逸出。 在中性与弱碱性溶液中:2H2O+2e H2+2OH1、 水分子到达电极表面,OH-离开电极表面 2、 H2O H++OHH+ +M(e) MH (迟缓放电) 3、 MH+MH H2+2M (复合脱附) [或MH+H+ +M(e) H2+2M (电化学脱附) 4、 H2分子形成氢气泡逸出。
4
三、氢去极化的阴极极化曲线与氢过电位
在氢去极化腐蚀的过程中,由于缓慢步骤所形成的阻力导 致了阴极的极化,一般情况下,控制步骤为电化学步骤。氢去 极化的阴极极化曲线如下图所示。 在一般腐蚀情况下,电极电势偏离平衡位置较大距离,处 于强极化区,过电势与电流密度满足关系式:
a b lg i
Cu(CN)43-

析氢腐蚀与吸氧腐蚀

析氢腐蚀与吸氧腐蚀

2.4.2 析氢电位
析氢电位等于情的平衡电位与析氢过电位之差。
析氢过电位 ɧH与氢离子的阴极 去极化的过程,电极的材 料和溶液 组成等因素有关
2.4.3 析氢腐蚀的控制过程
1. ★阴极控制:腐蚀速度主要取决于析氢过电位的大小。 例如:锌在酸中的溶解就是阴极控制下的析氢腐蚀。 2. ★阳极控制:阳极控制的析氢腐蚀主要是铝、不锈钢等钝化金属在稀 酸中的腐蚀。 3. ★混合控制 :阴、阳极极化大致相同。 例如:铁和钢在酸性溶液中的 析氢腐蚀中为阴、阳极混合控 制。
2.4.2.1 吸氧腐蚀的必要条件
吸氧腐蚀:以氧还原反应为阴极过程的金属腐蚀。
必要条件:金属的电位金属的电位比氧还原反应的电位负
2.4.2.2 氧的阴极还原过程及其过电位
★在中性和碱性溶液中氧分子的还原反应为: O2+2H2O+4e 4OH- ★在酸性溶液中氧分子的还原反应为: O2+4H++4e 2H2O ★在温度25℃, 氧压强po2=1atm条件下,以上两反应 的平衡电位均为 EO2=1.229-0.059pH ★整个吸氧的阴极过程可分为以下几个分步骤: 1)氧向电极表面输送; 2)氧吸附在电极表面上; 3)氧离子化。
2.4.2.3 吸氧腐蚀的控制过程及特点
1)如果腐蚀金属在溶液中的电位较正,腐蚀过程 中氧的传递速度又很大,则金属腐蚀速 度主要由氧在电极上的放电速度(吸氧阴极反应速度)决定,属于活化极化控制。
2)如果腐蚀金属在溶液中的电位非常负,如Zn、 Mn等,阴极过程将由氧去极化(吸氧反 应)和 氢离子去极化(析氢反应)两个反应共同组成。 3)如果腐蚀金属在溶液中的电位较负,如碳钢,处于活性溶解状态而氧的传输速度又有限 ,则金 属腐蚀速度受浓度极化控制,由氧的极限扩散电流密度决定。腐蚀? 2、析氢腐蚀和吸氧腐蚀的必要条件分别是什么? 3、析氢腐蚀和吸氧腐蚀的影响因素有哪些? 4、析氢腐蚀和吸氧腐蚀的过程是否可控?控制方式有哪些?

金属的腐蚀与防护完整版课件

金属的腐蚀与防护完整版课件

指津:A 项中黄铜(铜锌合金)若发生电化学 腐蚀,被腐蚀的金属应是金属性较强的锌 而不是铜。B 项中生铁中含较多的碳,比铁 芯(几乎是纯铁)在电解质作用下更容易形 成原电池,也更容易生锈。C 项在接触电解 质溶液时,铁作原电池的负极,易被腐蚀生 成铁锈。D 项这是化学腐蚀,与电化学腐蚀 无关。
2.将经过酸洗除锈的铁钉,用饱和食盐水
3.金属腐蚀的快慢规律
(1)在同一电解质溶液中,金属腐蚀由快到慢 的顺序为:电解原理引起的腐蚀>原电池原理 引起的腐蚀>化学腐蚀>应用原电池原理有保 护措施的腐蚀>应用电解池原理有保护措施的 腐蚀。 (2)同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的 顺序为:强电解质溶液中的腐蚀>弱电解质溶 液中的腐蚀>非电解质溶液中的腐蚀。
实例
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 金属直接将电子转移给有氧化性 的物质 无电流产生(电子不定向移动) 金属单质 金属与 Cl2、O2 等物质直接反应
2.电化学腐蚀
发生 条件
电极 反应
钢铁表面吸附了一层水膜,且溶有 CO2、O2 等 气体 负极:2Fe-4e- 2Fe2+
解题导引:
解析:a 为中性环境,发生吸氧腐蚀,氧气被消 耗,气体压强减小;b 中酸性较强,发生析氢腐 蚀,有氢气放出,气体压强增大,所以红墨水柱 两边的液面变为左高右低,故 B 项错。 答案:B。
【活学活用】
1.以下现象与电化学腐蚀无关的是 (D) 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.铁质器件附有铜质配件,在接触处易生 铁锈 D.银质奖牌久置后表面变暗
③镀锌铁发生电化学腐蚀时是锌被腐蚀, 而铁一定不会被腐蚀 ④金属发生电化学腐蚀时是较活泼金属 作负极先被腐蚀 A.①④ B.③④ C.②③ D.①② 指津:金属的电化学腐蚀也可以在中性或 碱性环境下进行;镀锌铁中锌若被腐蚀 完,Fe 也可继续被空气、水所腐蚀(即铁的 吸氧腐蚀)。
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• 析氢腐蚀的典型例子—Fe在酸中的腐蚀
(1)在pH < 3的酸溶液中,阴极反应受活化极化 控制。 (2)在弱氧化性和非氧化性酸溶液中,在反应速 度不是很大时,阳极反应亦受活化极化控制。 (3)在大多数情况下,Fe在酸溶液中的腐蚀形态 是均匀腐蚀。 所以,Fe在酸溶液中的腐蚀可以当作均相腐蚀电 极处理,作为活化极化控制腐蚀体系的典型例子。
腐 蚀 速 度 时 小 米 克
200 175
150
125 100 75 50 5 0
0.4 0.8 1.2 1.6 3.3
腐 蚀 速 20000 度 时 小 15000 米 克 10000
5000 0
(
( .2 / )
.2 / )
0.4 0.8 1.2 1.6 3.3
C.% 含碳量对铁碳合金在20%硫酸(25摄氏度) 中腐蚀速度的影响
在不同金属电极表面上的氧离子化过电位
(i=1mA/cm2)
电极材料
Pt Au Ag Cu Fe 石墨 Sn Fe3O4 Pb Hg Zn
η (O2/OH-)(伏)
-0.70 -0.85 -0.97 -1.05 -1.07 -1.17 -1.21 -1.26 -1.44 -1.62 -1.75
η (H+/H2)(伏)
-0.15(1NH2SO4) -0.24(2NH2SO4) -0.35(1NH2SO4) -0.48(1NH2SO4) -0.37(1NH2SO4) -0.60(2NH2SO4) -0.85(1NH2SO4) -1.18(1NH2SO4) -1.04(1NHCl) -0.72(2NH2SO4)
腐 蚀 动 力 学
析 氢 200 0.97% 量 Cu 1.23%Fe 1.07%Sb 毫 160 升
120 80 40 0 2 4
1.03%Sw
1.1% As 1%cd 纯锌 1%Pb 1%Hg 6 时间(小时) 8
蚀不 速同 度杂 的质 影对 响锌 在 0.5N 硫 酸 中 腐
( )
(根据Vondracek,Izak-krizko)
1N H2SO4 1N H2SO4 1.3N H2SO4 1N H2SO4 2N H2SO4 1N Hcl 1N Hcl 0.11N NaoH 1.1N KoH 1N Hcl
Ag
Fe Ni Pd 光亮Pt
-0.64
-0.53 -0.10
0.110
0.130 0.13
1.5x10-6
8x10-5 0.17 腐 蚀 动 力 学
第五章 析氢腐蚀和吸氧腐蚀
1 析氢腐蚀 • 发生析氢腐蚀的体系 能量条件 :;Eea(Me/Men+) < Eec(H2/H+) (1) 标准电位很负的活泼金属 (2) 大多数工程上使用的金属,如Fe (3) 正电性金属一般不会发生析氢腐蚀。但是当 溶液中含有络合剂(如NH3,CN- ),使金属离 子(如Cu2+、Ag+)的活度保持很低时,正电性 金属(如Cu,Ag)也可能发生析氢腐蚀。
●●
(3) 腐蚀电位位于阴极极化曲线的析氢反应 平衡电位以下,在自然腐蚀状态,阴极反 应包括O2还原反应和H+还原反应。如Mg在 中性溶液中的腐蚀。
某 些 电 极 反 应 的 交 换 电 流 密 度 室 温

电极材料

动 力
溶 液

io(安培/厘米2)
电极反应
Hg Pt Ag Cd Ni Fe Co Cu Zn
H++e=1/2H2
H++e=1/2H2 Ag++e=Ag
1.0NH2SO4
0.2NH2SO4 100g/lAgNo3
5x10-13
10-3 1.1x10-2
2
1。工业纯铁 2。10号钢 3。30号钢
腐 蚀 速 度 ( 年 毫 米 )
1。216克/升
400 350
2。180克/升
3。 75克/升
4。 25克/升
/
/
300
250 200
150
100
100 50 0
0 10 20 30 40 Hcl,%
10
20
30
40
50
60
温度:摄氏度 铁在盐酸巾的腐蚀速度与温度的关系
●●
由a = b lg i0可知,a的数值反映了交换电流密度i0 的大小。随着i0增大,| a |减小 。
(2) b值 b称为Tafel斜率,与金属材料和溶液关系很小, 故各种金属表面上析氢反应的b值相差不大。
2.3RT b 2.3 nF
对单电子反应n = 1,取传递系数 = 0.5,在25C,可以
(3) 混合控制
阳极极化和阴极极化程度差不多,称为混合控制 ,比如Fe在非氧化性酸中的腐蚀。这种类型的析 氢腐蚀体系的特点是:腐蚀电位离阳极反应和阴 极反应平衡电位都足够远,即Eea << Ecor << Eec。 因此第四章中得出的活化极化腐蚀体系的Ecor和 icor公式(4-17)完全适用。 对于混合控制的腐蚀体系,减小阴极极化或减小 阳极极化都会使腐蚀电流密度增大。

电子转移
(1)动力学关系
id
nFDC
b

在一般的吸氧腐蚀中,由于水溶液中氧的 溶解度小(约10-4mol/L),氧分子扩散系数 小(室温下约为1.910-5 厘米 2/秒,氧的极 限扩散电流密度id 很小,不能满足ic<< id 的条件。所以,浓度极化占有重要地位。
(2)比析氢反应复杂,这是因为O2还原 反应是四电子反应。 在酸性溶液中 O2 + 4H+ + 4e = 2H2O 在中性和碱性溶液中 O2 + 2H2O + 4e = 4OH反应必然包括许多步骤,中间产物多,且 不稳定,实验上难以确定。 其次,O2 还原反应的可逆性很小,即反应 难以进行。
2. 吸氧腐蚀
• 发生吸氧腐蚀的体系 (1) 所有负电性金属在含溶解氧的水溶液中都能 发生。 (2) 某些正电性金属(如Cu)在含溶解氧的酸性和 中性溶液中能发生吸氧腐蚀。 • 阴极过程 液相传质步骤 : (1)氧由气相通过界面进入水溶液 (2)氧借助于对流和扩散通过溶液主体层 (3)氧借助于扩散通过扩散层达到金属表面
• 析氢腐蚀的阴极过程
H+ 还原反应的动力学特征 当过电位c很小时,c = Rf ic 当过电位c比较大时,c = a – b lgic (1) a值 a是ic = 1单位时的过电位c值。文献中常称为 氢过电位。金属电极材料的种类对析氢反应的a 值有重大影响。按| a |的大小可划分高氢过电位 金属(如Hg,Pb,Zn,Cd,| a |的数值很大),中 氢过电位金属(如Cu,Fe,Ni,| a |的数值不大), 低氢过电位金属(如Pt,Pd,| a |的数值很小)。
极化曲线图 三种不同的腐蚀类型 • 腐蚀电位位于O2还原反应阴极极化曲线的 Tafel区。这种吸氧腐蚀属于活化极化控制腐 蚀体系,如Cu在充气的中性溶液中的腐蚀。 • 腐蚀电位位于阴极极化曲线的氧扩散控制电 位区,在自然腐蚀状态,阴极反应受浓度极 化控制。这种吸氧腐蚀属于阳极反应受活化 极化控制、阴极反应受浓度极化控制的体系, 是吸氧腐蚀中最常见的一类。如Fe在中性溶 液中的腐蚀。
• 析氢腐蚀的三种控制类型
(1)阴极极化控制
如Zn在稀酸溶液中的腐蚀。因为Zn是高氢 过电位金属,析氢反应交换电流密度ic0很 小,而Zn的阳极溶解反应的交换电流密度 ia0较大,即ia0>> ic0,故为阴极极化控制。 其特点是腐蚀电位Ecor与阳极反应平衡电位 Eea靠近。对这种类型的腐蚀体系,在阴极 区析氢反应交换电流密度的大小将对腐蚀 速度产生很大影响。如下图 。
1/2Cd2++e=1/2Cd
1/2Ni2++e=1/2Ni 1/2Fe2+e=1/2Fe
160g/lCdSO4
2.0NNiSO4 2.0NFeSO4
1.4x10-2
2x10-9 10-8
1/2Co2+e=1/2Co
1/2Cu2++e=1/2Cu 1/2Zn2+e=1/2Zu
2.0NCocl2
2.0NCuSO4 2.0NZuSO4
算出b=118mV ( = 51.24mV),这是一个典型的数值。
各种金属上析氢反应的常数a(i=1安培/厘米2), o b及交换电流密度i (根据Pymkuh)
金 属 Pb Hg Cd Zn Cu 溶 液 a 伏 -1.56 -1.415 -1.4 -1.24 -0.80 -0.95 -0.70 b 伏 0.110 0.113 0.12 0.118 0.115 0.116 0.125 i o(安培/厘米2) 6.6x10-15 3.0x10-13 2.2x10-12 3.1x10-11 1.1x10-7 6x10-9 2.5x10-6

电极反应极化大
反应总是在偏离平衡电位很远的电位进行, 故电极表面状态变化大。在很宽的正电 荷范围,电极表面会吸附氧和各种含氧 粒子。 有的文献中列举的O2还原反应历程有14种, 考虑到不同的速度控制步骤,可能得出 50多种方案。
阴极极化曲线 (1)活化极化控制段 (2)活化极化和浓度极化共同影响的区段 (3) 浓度极化控制段 (4)电位负移到Ee (H2/H+)以下,阴极反应 包括O2还原反应和H+还原反应,阴极电 流密度等于它们的反应速度之和。
8x10-7
2x10-5 2x10-5
( )
• 氢离子还原反应的历程
• 氢原子在金属中的扩散
吸附在金属表面的氢原子能够渗入金属并在金属 内扩散,就有可能造成氢鼓泡,氢脆等损害,金 属表面吸附氢原子浓度愈大,则渗入金属的氢原 子愈多,氢损害的危害性愈大。因此,凡是在金 属表面发生析氢反应的场合,如金属在酸性溶液 中发生析氢腐蚀,金属的酸洗除锈,电镀,阴极 保护,都应当注意是否会造成氢损伤问题。 • 阳极过程
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