金属腐蚀与防护课后习题及实验答案

腐蚀与防护试题1、Fe—H2O的E—pH图说明该钢铁的防腐应用。

金属的E—pH图的应用预计一定条件下的金属腐蚀行为；反应金属自发腐蚀热力学倾向；指明金属实施保护的可能性与方向。

总结E—pH图的规律：上腐蚀、下稳定、两边（左右）腐蚀、中间钝化。

常见金属在中性介质中都比较稳定。

应用举例：当一定环境条件时，通过调整酸度可使其进入钝化区；实行阴极保护可使其进入保护区。

2、3、大阴极小阳极会加速腐蚀速率如钢管的氧化膜是金属热轧后与空气反应生成蓝黑色氧化铁层。

该氧化层不仅比金属目材还硬，而且相对于目材金属他是阴极，而目材纯金属相对是阳极。

腐蚀纯金属阳极来保护相对是阴极氧化皮地坪漆。

如果大面积氧化皮之中有破损，破损部位是阳极，周围的氧化皮就是阴极，这就形成了大阴极小阳极。

大阴极小阳极会加速腐蚀速率。

如果储罐的底部有泥沙沉积，泥沙和钢接触的部位氧气含量就很低，而泥沙周围的钢的表面氧气含量就相对很高。

氧气含量高的区域相对其他氧气含量低位置是阴极，氧气含量低的位置就相对是阳极，从而形成氧气浓度电池，促进氧气含量低的位置的腐蚀。

相互搭接的表面，开裂涂层的下面阴极保护，空洞位置等都会形成氧气浓度腐蚀电池，腐蚀也都很快，因为在他们四周氧气含量相对都很高。

4、腐蚀极化图说明其应用。

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。

腐蚀极化图的应用（1）极化图用于分析腐蚀速度的影响因素(a)腐蚀速度与腐蚀电池初始电位差的关系：腐蚀电池的初始电位差（EO,C- EO,A )，是腐蚀的原动力；（例氧化性酸对铁的腐蚀；不同金属平衡电位对腐蚀电流的影响）(b)极化性能对腐蚀速度的影响：若腐蚀电池的欧姆电阻很小，则极化性能对腐蚀电流有很大的影响；（例钢在非氧化酸中的腐蚀极化图）(c)溶液中含氧且及络合剂对腐蚀速度的影响；（例铜在含氧酸及氰化物中腐蚀极化图）(d)其他影响腐蚀速度的因素，如阴、阳极面积比和溶液电阻等。

（2）腐蚀速度控制因素：阳极控制、阴极控制、混合控制和欧姆控制。

5、阳极型缓蚀剂阳极型缓蚀剂多为无机强氧化剂，如铬酸盐、钼酸盐、钨酸盐、钒酸盐、亚硝酸盐、硼酸盐等。

它们的作用是在金属表面阳极区与金属离子作用，生成氧化物或氢氧化物氧化膜覆盖在阳极上形成保护膜。

这样就抑制了金属向水中溶解。

阳极反应被控制，阳极被钝化。

硅酸盐也可归到此类，它也是通过抑制腐蚀反应的阳极过程来达到缓蚀目的的。

因此有时又被称作阳极型缓蚀剂或危险型缓蚀剂，阳极型缓蚀剂要求有较高的浓度，以使全部阳极都被钝化，一旦剂量不足，将在未被钝化的部位造成点蚀。

1化学腐蚀的概念、及特点答案：化学腐蚀：介质与金属直接发生化学反应而引起的变质或损坏现象称为金属的化学腐蚀。

是一种纯氧化-还原反应过程，即腐蚀介质中的氧化剂直接与金属表面上的原子相互作用而形成腐蚀产物。

在腐蚀过程中，电子的传递是在介质与金属之间直接进行的，没有腐蚀电流产生，反应速度受多项化学反应动力学控制。

归纳化学腐蚀的特点在不电离、不导电的介质环境下反应中没有电流产生，直接完成氧化还原反应腐蚀速度与程度与外界电位变化无关2、金属氧化膜具有保护作用条件，举例说明哪些金属氧化膜有保护作用，那些没有保护作用，为什么？答案：氧化膜保护作用条件：①氧化膜致密完整程度；②氧化膜本身化学与物理稳定性质；③氧化膜与基体结合能力；④氧化膜有足够的强度氧化膜完整性的必要条件：PB原理：生成的氧化物的体积大于消耗掉的金属的体积，是形成致密氧化膜的前提。

PB原理的数学表示：反应的金属体积：V M = m/ρ m-摩尔质量氧化物的体积： V MO = m'/ ρ '用ϕ = V MO/ V M = m' ρ /（ m ρ ' ）当ϕ > 1 金属氧化膜具备完整性条件部分金属的ϕ值氧化物ϕ氧化物ϕ氧化物ϕMoO3 3.4 WO3 3.4 V2O5 3.2Nb2O5 2.7 Sb2O5 2.4 Bi2O5 2.3Cr2O3 2.0 TiO2 1.9 MnO 1.8FeO 1.8 Cu2O 1.7 ZnO 1.6Ag2O 1.6 NiO 1.5 PbO2 1.4SnO2 1.3 Al2O3 1.3 CdO 1.2MgO 1.0 CaO 0.7MoO3 WO3 V2O5这三种氧化物在高温下易挥发，在常温下由于ϕ值太大会使体积膨胀，当超过金属膜的本身强度、塑性时，会发生氧化膜鼓泡、破裂、剥离、脱落。

Cr2O3 TiO2 MnO FeO Cu2O ZnO Ag2O NiO PbO2 SnO2 Al2O3 这些氧化物在一定温度范围内稳定存在，ϕ值适中。

这些金属的氧化膜致密、稳定，有较好的保护作用。

MgO CaO ϕ值较小，氧化膜不致密，不起保护作用。

3、电化学腐蚀的概念，与化学腐蚀的区别答案：电化学腐蚀：金属与介质发生电化学反应而引起的变质与损坏。

与化学腐蚀比较：①是“湿”腐蚀②氧化还原发生在不同部位③有电流产生④与环境电位密切相关⑤有次生产物4、解释现象：试验1：铜块与锌块相互接触，放入稀盐酸介质中，在铜块一侧有氢气产生，而锌块逐渐溶解。

试验2：将铜块与锌块不相互接触，而在体系外用导线连接，若在导线间连接电流表。

铜块一侧有氢气产生，而锌块逐渐溶解，电流表针发生转动。

试验3：将锌块置于稀盐酸介质中，可见锌块不断溶解，氢气不断产生。

答案：在电动序上，锌比铜易失去电子，电子通过导线或与铜接触面进入铜块，在铜表面将电子传递给氢离子而形成氢气。

同时锌离子进入溶液。

Zn → Zn 2+＋2e 阳极 2H +＋2e(Cu) →H 2↑ 阴极锌块自身在盐酸介质之中的溶解问题的解释：微观动态腐蚀电池。

结论：将两种不同电极电位的金属相互接触（或用导线连接）放入同一种电解质溶液中。

现象：电位较正的一端产生气泡，较负的一端会逐渐溶解。

5、解释现象：试验：3%NaCl 水溶液1滴至光亮的铁片上，加少量铁氰化钾（K 3Fe(CN)6)和酚酞试剂，然后把铁片置于磁场中。

现象：在液滴上逐渐产生蓝红相间的斑点，接着液滴中心变蓝，边缘便成粉红，液滴缓慢旋转。

答案：解释现象：在液滴上，初期溶解氧一旦被还原，大气中的氧优先溶于液滴边缘，使液滴中心相对贫氧，使整个液滴产生氧浓差。

结果：液滴中心较负成为阳极， 发生：Fe →2e = Fe 2+反应。

Fe 2+ 与K 3Fe(CN)6作用，形成蓝色。

液滴边缘部位较正，成为阴极， 发生：O 2＋H 2O ＋4e →4OH －反应。

OH －与酚酞作用，形成粉红色。

又由于液滴中心的Fe 2+ 向边缘扩散， OH －向中心扩散，使在铁片内部的电子流向液滴边缘而形成磁场，在外磁场的相互作用下，使液滴发生旋转。

6、举例说明氧浓差腐蚀答案：例：金属在土壤中（与土接触点为贫氧，为负极，金属腐蚀；与空气接触点为富氧，为正极，金属不腐蚀。

）船的吃水线附近（水下为贫氧区，为负极，金属腐蚀；水上为富氧区，金属不腐蚀。

搅拌杆与液面接触处（同上）。

7、解释现象：试验：一根铜丝一端置于0.1mol/LCuSO 4溶液中，另一端置于1mol/LCuSO 4溶液中。

发现，铜丝置于0.1mol/LCuSO 4溶液中的一端发生腐蚀（不断溶解）。

答案：解释：由于两种浓度的盐通过铜丝组成了同一体系：高浓度一端铜离子有沉积的趋势，低浓度的一端铜有溶解的趋势，则，低浓度一端溶解给出的电子沿铜片流向另一端（高浓度一端），以满足沉积铜所需要的电子。

只所以发生电子流动，是因为在两端盐浓差使铜丝两端产生电位差。

8、解释现象：试验：一根铁丝一端置于高温溶液中，另一端置于低温溶液中。

发现，铁丝置于高温溶液中的一端发生腐蚀（不断溶解）。

答案：解释：高温部位金属活性强，易脱离金属表面而氧化，低温区或性弱。

这样形成高温区的金属氧化，产生的电子由铁丝流向低温一端，是低温一端的金属离子沉积。

各种热交换器、燃烧器等已发生温差腐蚀9、绘出Fe —H 2O 的E —pH 图，指出保护区、腐蚀区、钝化区和过钝化区。

并举例说明该图的应用。

答案：金属的E—pH图的应用预计一定条件下的金属腐蚀行为反应金属自发腐蚀热力学倾向指明金属实施保护的可能性与方向总结E—pH图的规律：上腐蚀、下稳定、两边（左右）腐蚀、中间钝化。

常见金属在中性介质中都比较稳定。

应用举例：如图1，当环境条件在红点处时，通过调整酸度可使其进入钝化区；实行阴极保护可使其进入保护区。

10、理论电位—pH图的局限性？答案：一些局限性：1．由于金属的理论电位—pH图是一种以热力学为基础的电化学平衡图，因此它只能预示金属腐蚀倾向的大小，而不能预测腐蚀速度的大小。

2．图中的各条平衡线，是以金属与其离子之间或溶液中的离子与含有该离子的腐蚀产物之间建立的平衡为条件的，但在实际腐蚀情况下，可能偏离这个平衡条件。

3．电位—pH图只考虑了OH-这种阴离子对平衡的影响。

但在实际腐蚀环境中，往往存在Cl-、SO42-、P032-等阴离子，它们可能因发生一些附加反应而使问题复杂化。

4．理论电位—pH图中的钝化区并不能反映出各种金属氧化物、氢氧化物等究竟具有多大的保护性能。

5．绘制理论电位—pH图时，往往把金属表面附近液层的成分和PH大小等同于整体的数值。

实际腐蚀体系中，金属表面附近和局部区域内的pH值与整体溶液的pH值其数值往往并不相同。

因此，应用电位—pH图时，必须针对具体情况，进行具体分析，过分夸大或贬低电位—pH图的作用都是不对的。

11、举例说明有哪些可能的阴极去极化剂?当有几种阴极去极化剂同时存在时，如何判断哪一种发生还原的可能性最大?自然界中最常见的阴极去极化反应是什么?答案：（1）氢离子还原反应或析氢反应（电极反应式）；（2）溶液中溶解氧的还原反应；（3）溶液中高价离子的还原反应；（4）溶液中贵金属离子的还原反应。

判断：（⊿G）T，P= nF⊿E（⊿G）T，P= nF（EC - EA）其中：EC 为氧化剂电位； EA为还原剂电位。

因此，⊿E越负，反应可能性越最大；有些情况下可利用氧化剂的平衡电极电位EC来粗略判断阴极去极化反应的可能性大小。

最常见的阴极去极化反应：析氢反应和吸氧反应12、何谓腐蚀极化图?说明其应用。

答案：一腐蚀电池，开路时，测得阴、阳极的电位分别为E0,C和E0,A。

然后用可变电阻把二电极连接起来，依次使电阻R值由大变小，电流则由零逐渐变大，相应地测出各电流强度下的电极电位，绘出阴、阳极电位与电流强度的关系图，就是腐蚀极化图。

因此，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。

腐蚀极化图的应用（1）极化图用于分析腐蚀速度的影响因素(a)腐蚀速度与腐蚀电池初始电位差的关系：腐蚀电池的初始电位差（EO,C- EO,A )，是腐蚀的原动力；（例氧化性酸对铁的腐蚀；不同金属平衡电位对腐蚀电流的影响）(b)极化性能对腐蚀速度的影响：若腐蚀电池的欧姆电阻很小，则极化性能对腐蚀电流有很大的影响；（例钢在非氧化酸中的腐蚀极化图）(c)溶液中含氧且及络合剂对腐蚀速度的影响；（例铜在含氧酸及氰化物中腐蚀极化图）(d)其他影响腐蚀速度的因素，如阴、阳极面积比和溶液电阻等。