金属的电化学腐蚀与防护

金属的电化学腐蚀与防护专题
1、金属的腐蚀
①金属腐蚀：金属（或合金）与周围接触到的气体（或液体）发生氧化还原反应而引起损耗的过程。

金属腐蚀的本质：M – xe- = M x+金属失去电子变成阳离子，发生氧化反应。

②金属腐蚀类型：
③金属的化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。

如：铁与氯气直接发生化学反应而引起的腐蚀。

特点：反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。

如：钢管被原油中的含硫化合物腐蚀，温度越高，化学腐蚀越快。

④电化学腐蚀：不纯的金属或合金与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化的腐蚀。

如：钢铁在潮湿的空气中生锈，铁做负极、碳做正极、溶有来自大气中的CO2、SO2、H2S等气体的水膜做电解质溶液，在钢铁表面形成无数微小的原电池。

说明：两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，速度更快，危害更严重。

2、化学腐蚀与电化学腐蚀的共同点和不同点
化学腐蚀电化学腐蚀
共同点M – xe- = M x+M – xe- = M x+
不同点(1)金属与氧化剂直接得失电子利用原电池原理得失电子
(2)反应中不伴随电流的产生反应中伴随电流的产生
(3)金属被氧化活泼金属被氧化
3、电化学腐蚀(以钢铁为例，钢铁及其制品通常为含碳的铁合金)
①析氢腐蚀(当钢铁表面的水膜酸性较强时)
负极: Fe – 2e- = Fe2+
正极: 2H+ + 2e-= H2↑
总方程式：Fe + 2H+ = Fe2++ H2↑
②吸氧腐蚀(当钢铁表面的水膜呈中性或弱酸性)
负极:
正极: O2+4e- +2H2O = 4OH-
总方程式：2Fe + O2 +2H2O =2Fe(OH)2
Fe(OH)2继续与空气中的氧气作用：
4 Fe(OH)2+ O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
Fe(OH)3脱去一部分水就生成铁锈
(Fe2O3·xH2O)，铁锈疏松地覆盖在钢
铁表面，不能阻止钢铁继续腐蚀。

说明：通常两种腐蚀同时存在，但
后者更普遍。

4、金属的防护
1.影响金属腐蚀快慢的因素
①金属的活动性：金属越活泼，越容易被腐蚀；
②纯度：不纯的金属比纯金属更易被腐蚀，如纯铁比钢难腐蚀；
③电化学腐蚀：两电极活动性差别越大，氧化还原反应速率越快，活泼金属被腐蚀得越快；
④氧化膜：如果金属被氧化形成致密的氧化膜，会保护内层金属。

如果金属被氧化形成疏松的氧化膜，那么不会保护内层金属，如钢铁；
⑤外因：介质、环境（腐蚀性气体，电解质溶液）。

2.金属的防护
金属防护的基本思路是：
①防止金属与氧化性介质直接接触；
②防止金属表面形成电解质溶液层。

金属防护的常用方法有：
①覆盖保护膜，如采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀、表面钝化等方法使金属与空
气、水等物质隔离，防止金属被氧化腐蚀。

②改变金属的内部结构，使金属性质改变，成为耐腐蚀金属，如不锈钢等；
③电化学保护
a、牺牲阳极的阴极保护法：这种方法通常是在被保护的钢铁设备（如锅炉内壁、船体外壳等）上装上若干锌块，作原电池的负极，不断遭受腐蚀，定期拆换，而使作为正极的锅炉内壁、船体外壳被保护了下来。

b、外加电流的阴极保护法：这种方法是将被保护的钢铁设备（如钢闸门）作为阴极，用惰性电极做阳极，两者均存在于电解质溶液中，接上电源。

通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面产生负电荷的积累，这样就抑制了钢铁失去电子的作用，从而防止了钢铁的腐蚀（外加电流，使钢铁被迫成为阴极受保护）。

5、规律总结
1.金属发生电化学腐蚀的本质
①电化学腐蚀过程中发生的化学反应是原电池反应，有电流产生。

②影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。

就金属本性来说，金属越活泼，就越容易电子而被腐蚀。

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

③由于钢铁制品通常所处的外部环境干燥度较低，氧气的存在又非常广泛，在相同条件下，原电池反应比一般的氧化还原反应速率高，因此，在钢铁的腐蚀类型中主要是电化学腐蚀，其次是化学腐蚀。

但是，钢铁的腐蚀类型并不单一，一般是电化学腐蚀和化学腐蚀并存。

④无论那种类型的金属腐蚀，其本质都是金属被氧化。

2.判断金属腐蚀快慢的规律：
①电解原理引起的腐蚀(做阳极)>原电池原理引起的腐蚀(做负极)>化学腐蚀>有防护腐蚀措施的腐蚀(做正极) >有防护腐蚀措施的腐蚀(做阴极)
②同种金属的腐蚀在强电解质中>弱电解质中>非电解质中
③活泼性不同的两金属组成原电池，活泼性差别越大，腐蚀越快
④对同一电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快
题1、如下图所示，各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时，由快到慢的顺序是（）
A、4>2>1>3
B、2>1>3>4
C、4>2>3>1
D、3>2>4>1
难题解析：
在原电池中，活泼金属为极，该金属被氧化，不活泼金属便被保护起来，其被腐蚀的速率大大减小，所以装置3中的铁被腐蚀的速率比1中的
反之，当铁与比它不活泼的金属，如Sn、Cu等连接起来，其被腐蚀的速率，在容器2中的铁比容器1中的铁腐蚀得。

容器4是一个，在这里Fe是阳极，不断地以Fe2+的形式进入容器中，加速了铁的腐蚀。

在上述四种容器中，容器4中的铁的腐蚀过程是最快的。

题2、下列有关纯铁的描述正确的是（）
A、熔点比生铁的低
B、与相同浓度的盐酸反应生成氢气的速率比生铁的快
C、在潮湿空气中比生铁容易被腐蚀
D、在冷的浓硫酸中可钝化
题3、下列叙述不正确的是（）
A、锌跟稀硫酸反应制取氢气，加入少量的硫酸铜能加快反应速率
B、镀层破损后，白铁（镀锌的铁）比马口铁（镀锡的铁）更易被腐蚀
C、钢铁表面常易被锈蚀生成Fe2O3·nH2O
D、钢铁在发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀时，完全相同的反应是负极反应
难题解析：锌与CuSO4发生置换反应后，铜附着在锌的表面上，浸泡在稀硫酸中形成铜锌原电池，负极锌被氧化速率加快，A正确；
B中白铁，锌为负极、铁为正极，铁被；马口铁，铁作极、锡作极，加快铁的腐蚀，B错；
钢铁的腐蚀主要是吸氧腐蚀，其电极反应为：
负极（Fe）：2Fe-4e-==2Fe2+正极（C）：2H2O+O2+4e-==4OH-
Fe(OH)2在空气中发生4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3，
久置后2Fe(OH)3==Fe2O3+3H2O，所以铁锈的成分是Fe2O3·nH2O，C正确；
钢铁在发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀时，负极反应相同，都是Fe-2e-==Fe2+，但正极反应不同，分别析出氢气和吸收氧气，D正确。

题5、为了防止钢铁锈蚀，下列防护方法中正确的是（）
A、在精密机床的铁床上安装铜螺钉
B、在排放海水的钢铁阀门上用导线连接一块石墨，一同浸入海水中
C、在轮船舷上用铁丝系住锌板浸在海水里
D、在地下输油的铸铁管上接直流电源的负极。