工科大学化学--第七章-ppt
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大学普通化学课件第7章
面向21世纪教材 面向21世纪教材 21
7.2 高分子化合物基本结构和重要特性
7.2.1 高分子化合物基本结构 1. 高分子的几何形状 线型结构的高分子化合物： 线型结构的高分子化合物：高分子物质中存在独立的可以运动 大分子链；每个大分子链中，相邻的链节之间以σ单键相互联 大分子链；每个大分子链中，相邻的链节之间以σ单键相互联 结，可以保持一定的角度旋转，使分子具有不同的形态（可分 可以保持一定的角度旋转，使分子具有不同的形态（ 为四种） 为四种）
面向21世纪教材 面向21世纪教材 21 非晶态高聚物 高分子链无规则的排列，分子间作用力小， 高分子链无规则的排列，分子间作用力小，没
有一定的熔点，耐热性和耐机械强度较差。 有一定的熔点，耐热性和耐机械强度较差。 由于高分子链长，要使每部分高分子链有规律排列是很困难的， 由于高分子链长，要使每部分高分子链有规律排列是很困难的， 因此晶态高聚物也只有部分结晶。（图 ） 因此晶态高聚物也只有部分结晶。（图7.3） 。（
面向21世纪教材 面向21世纪教材 21 （3）按性能和用途分类 按性能和用途分类 塑料：热塑性塑料(受热软化变形,可以多次反复加热成型) 塑料：热塑性塑料(受热软化变形,可以多次反复加热成型) 热固性塑料(加热成型后不再变形,不能反复加热成型) 热固性塑料(加热成型后不再变形,不能反复加热成型) 橡胶： 橡胶：天然橡胶结构 合成橡胶 纤维：天然纤维；化学纤维： 纤维：天然纤维；化学纤维：分为合成纤维和再生人造纤维 涂料：涂布于物体表面能结成坚韧保护膜的涂装材料 涂料： 胶粘剂：可将两种相同或不相同的物体粘接在一起的连接材料 胶粘剂： 功能高分子：指在高分子主链和侧枝上带有反应性功能基团， 功能高分子：指在高分子主链和侧枝上带有反应性功能基团， 并具有可逆或不可逆的物理功能或化学活性的一类高分子 （4）按功能分类：通用高分子、工程材料高分子、医用高分 ）按功能分类：通用高分子、工程材料高分子、 子、功能高分子等
第七章 化学动力学-2
速率方程为： r
1 dcHCl 1/ 2 kcH 2 cCl 2 2 dt
，其反应机理及
相应元反应活化能如下：
反 应 (1) Cl2 + M → 2Cl· +M (2) Cl· + H2 → HCl + H· (3) H· + Cl2 → HCl + Cl· (4) 2Cl· + M → Cl2 + M Ea/kJ· mol-1 243 25 12.6 0 工科大学化学
教材P384以范特霍夫规则为例，取T1 = 300K，
T2 = 310K，γ1= 2 ， γ2= 4 代入下式
T1T2 R kT2 Ea ln T2 T1 kT1
解得：Ea,1 = 53.6kJ· mol-1， Ea,2 = 107.2kJ· mol-1
工科大学化学
四、简单碰撞理论（SCT）
链引发 链传递 链终止
由反应机理导出的表观速率常数为：
k1 k k2 k4
1 2
则其表观活化能为：
Ea =Ea,2 + 0.5(Ea,1 - Ea,4) = 146.5kJ· mol-1
如果从反应机理导出的速率方程和表观活
化能与实验值相符，说明反应机理是正确的。
工科大学化学
1. 双分子碰撞理论
设双分子反应Ａ+ F→产物
理论要点：
⑴ 反应物分子无内部结构和内部自由度的刚性
球，相互无作用，碰撞完全弹性；
⑵ 反应分子必须通过碰撞才可能发生反应，反应
速率与碰撞频率成正比；
工科大学化学
⑶ 碰撞未必反应，活化碰撞才有效； 活化碰撞——碰撞分子对的能量达到或超过某 一定值ε0(称为阈能)时，反应才能发生
普通化学第七章.ppt
(3) 与酸反应 一般不与稀酸反应，部分能与浓H2SO4 浓HNO3 反应
S + 2 HNO3 （浓） = H2SO4 + 2NO S + 2 H2SO4 （浓） = 3SO2 + 2H2O C + 2 H2SO4 （浓） = CO2 + 2SO2 + 2H2O
Si能溶于HF和HNO3的混合酸中 3Si +18HF+4 HNO3 =3H2［SiF6］+4NO + 8H2O
r Gmθ
rGmθ (T ) 0
kJ mol 1 kJ mol 1 K 1 kJ mol 1 kJ mol 1 T
(r
H
θ m
/
r
S
θ m
)
/
K
101
0.175
52.2 48.8
577
CaCO3 178
0.163
48.6 129.4
1092
SrCO3 234
7.1 非金属单质的结构和性质
(2) 多原子分子物质 如 S8 、P4 ，一般是固体，为分子晶体， 熔、沸点稍高，硬度小 (3) 大分子物质 如金刚石、硅、硼， 为原子晶体，
熔、沸点很高，硬度大
7.1 非金属单质的结构和性质
2) 非金属单质的化学性质 (1) 与水作用 大部分非金属单质不与水作用，只有B、C在 高温下与水蒸气反应，卤素仅部分与水作用
Rn+ Na+ Mg2+
Al3+
Si4+ P5+ S6+ Cl7+
半径 95
65
/pm
50
41 34 29 26
0.10 0.17
S + 2 HNO3 （浓） = H2SO4 + 2NO S + 2 H2SO4 （浓） = 3SO2 + 2H2O C + 2 H2SO4 （浓） = CO2 + 2SO2 + 2H2O
Si能溶于HF和HNO3的混合酸中 3Si +18HF+4 HNO3 =3H2［SiF6］+4NO + 8H2O
r Gmθ
rGmθ (T ) 0
kJ mol 1 kJ mol 1 K 1 kJ mol 1 kJ mol 1 T
(r
H
θ m
/
r
S
θ m
)
/
K
101
0.175
52.2 48.8
577
CaCO3 178
0.163
48.6 129.4
1092
SrCO3 234
7.1 非金属单质的结构和性质
(2) 多原子分子物质 如 S8 、P4 ，一般是固体，为分子晶体， 熔、沸点稍高，硬度小 (3) 大分子物质 如金刚石、硅、硼， 为原子晶体，
熔、沸点很高，硬度大
7.1 非金属单质的结构和性质
2) 非金属单质的化学性质 (1) 与水作用 大部分非金属单质不与水作用，只有B、C在 高温下与水蒸气反应，卤素仅部分与水作用
Rn+ Na+ Mg2+
Al3+
Si4+ P5+ S6+ Cl7+
半径 95
65
/pm
50
41 34 29 26
0.10 0.17
高考化学大一轮复习 第七章 化学反应速率与平衡 第二节 化学平衡状态 新人教版
答案：A
课件ppt
2．一定条件下，对于可逆反应 X(g)＋3Y(g) 2Z(g)，若 X、Y、Z 的起始浓度 分别为 c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X、Y、Z 的浓度分别为 0.1 mol·L－1、 0.3 mol·L－1、0.08 mol·L－1，则下列判断正确的是( )
A．c1∶c2＝3∶1 B．平衡时，Y 和 Z 的生成速率之比为 2∶3 C．X、Y 的转化率相等 D．c1 的取值范围为 0<c1<0.14 mol·L－1
角度一：极值思想在化学平衡状态中的应用
1．在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g) 2Z(g)，已知 X2、Y2、Z 的起始浓 度分别为 0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平
衡时，各物质的浓度可能是( )
A．Z 为 0.3 mol·L－1 C．X2 为 0.2 mol·L－1
答案：＜ ＞ ＜ ＜
课件ppt
3．对一定条件下进行的可逆反应 N2＋3H2 2NH3，若某一时刻： (1)n(N2)、n(H2)、n(NH3)不再随时间改变而改变，反应是否达到平 衡状态？ (2)v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2，反应是否达平衡状态？ (3)v 正(N2)＝v 逆(NH3)。此时反应是否达到平衡状态？
答案：②⑥⑨
课件ppt
4．在一个不传热的固定容积的密闭容器中，发生可逆反应 mA(g)＋
nB(g) pC(g)＋qD(g)，当 m、n、p、q 为任意整数时，反应达到平衡的标
志是( )
①体系的压强不再改变
②体系的温度不再改变
③各组分的浓度不再改变
④各组分质量分数不再改变
工科化学讲稿 05级材料工科化学讲稿 材料05第二学期 05材料7章5-6
4． 掌握酸碱质子理论：质子酸碱的定义，共轭酸碱对的关系，能
用解离常数判断弱酸（碱）相对强弱，缓冲溶液的概念；理解影响
质子酸、碱与水反应的因素及其溶液pH的计算；了解路易斯酸碱电
子理2020论/7/3对0 酸碱的定义。
1
5． 掌握配位平衡的概念以及配离子在水溶液中的解离平衡与有关 计算。 6． 了解EDTA的结构；明确EDTA在配位分析中的应用；了解副反 应对配合物稳定性的影响；掌握条件稳定常数与酸效应系数的关系。
△ν=0，则 J=KΦ △rGm=0 ，平衡不移动
结论 增大总压力平衡向分子数减小的方向移动；减小总压力 平衡2020将/7/3向0 分子数增加的方向移动。气体分子总数不变，平衡不移动24
若引入与反应系统无关的“惰性”气体(不参加反应的气体)， 对化学平衡的影响，视具体条件定
•定温定容：对平衡无影响
令 rGm mM lL aA bB
则
rGm
r
G
m
RT
ln
[fM [fA
/ p ]m[fL / p ]l / p ]a[fB / p ]b
r G m
rG
m
RT ln
B
fB p
B
定温定压反应达到平衡时，△rGm=0，则
2020/7/30
r
G
m
RT ln
B
fB p
B
11
令
K
”表
3
（二）化学平衡 ●定义
aA bB
lL mM
可逆反应的正、逆反应速率相等时的状态
●特征
（1）正、逆反应速率相等
（2）是动态平衡：系统达平衡后，正、逆反应仍进行，但v正=v负， 单位时间各物质的生成量和消耗量相等，宏观上，反应“停顿”， 总结果是各物质的量保持不变
基础化学第七章课件
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2011-5-25
酸和碱互为共轭，并组成共轭酸碱对，彼此之间差一 个H＋，所以酸碱共轭统一在同一体系中的H+的传递。 质子理论中的酸碱不局限于分子，也可以是离子。 质子酸可以是：分子(HCl)、正离子(NH4+)、负离子 (HCO3－) 质子碱可以是:分子(NH3)、负离子(Ac－)、正离子 [Fe(H2O)5OH]2+ 有些酸碱物质在不同共轭酸碱对中既可以作酸,又可作 碱，称为两性物质。(HCO3－H2O)
电子教案
扬州工业职业技术学院应用化学系 朱权
1．掌握酸碱的定义、酸碱的强度及其影响因素、酸碱反 ．掌握酸碱的定义、酸碱的强度及其影响因素、 应的实质； 应的实质； 2．掌握酸碱平衡中总浓度、平衡浓度及物料平衡的概念 ．掌握酸碱平衡中总浓度、 ； 3．掌握 的含义，熟悉 与氢离子浓度的相互换算； 的含义， 与氢离子浓度的相互换算； ．掌握pH的含义 熟悉pH与氢离子浓度的相互换算 4．了解溶液pH的近似测定； ．了解溶液 的近似测定； 的近似测定 5．能利用化学平衡移动原理分析水、弱酸、弱碱的电离 ．能利用化学平衡移动原理分析水、弱酸、 平衡； 平衡； 6．掌握多元弱酸电离的机理； ．掌握多元弱酸电离的机理； 7．掌握同离子效应、盐效应等影响电离平衡移动的因素 ．掌握同离子效应、 ； 8．熟练掌握有关离子浓度的计算； ．熟练掌握有关离子浓度的计算； 9．说明同离子效应和缓冲溶液的特点，并掌握溶液 ．说明同离子效应和缓冲溶液的特点，并掌握溶液pH 的计算了解缓冲容量和缓冲范围， 的计算了解缓冲容量和缓冲范围，会根据需要选择配制缓 上一内容 下一内容 回主目录 返回 冲溶液。 冲溶液。 2011-5-25
第三章酸碱平衡 第一节 酸碱理论基础
2011-5-25
酸和碱互为共轭，并组成共轭酸碱对，彼此之间差一 个H＋，所以酸碱共轭统一在同一体系中的H+的传递。 质子理论中的酸碱不局限于分子，也可以是离子。 质子酸可以是：分子(HCl)、正离子(NH4+)、负离子 (HCO3－) 质子碱可以是:分子(NH3)、负离子(Ac－)、正离子 [Fe(H2O)5OH]2+ 有些酸碱物质在不同共轭酸碱对中既可以作酸,又可作 碱，称为两性物质。(HCO3－H2O)
电子教案
扬州工业职业技术学院应用化学系 朱权
1．掌握酸碱的定义、酸碱的强度及其影响因素、酸碱反 ．掌握酸碱的定义、酸碱的强度及其影响因素、 应的实质； 应的实质； 2．掌握酸碱平衡中总浓度、平衡浓度及物料平衡的概念 ．掌握酸碱平衡中总浓度、 ； 3．掌握 的含义，熟悉 与氢离子浓度的相互换算； 的含义， 与氢离子浓度的相互换算； ．掌握pH的含义 熟悉pH与氢离子浓度的相互换算 4．了解溶液pH的近似测定； ．了解溶液 的近似测定； 的近似测定 5．能利用化学平衡移动原理分析水、弱酸、弱碱的电离 ．能利用化学平衡移动原理分析水、弱酸、 平衡； 平衡； 6．掌握多元弱酸电离的机理； ．掌握多元弱酸电离的机理； 7．掌握同离子效应、盐效应等影响电离平衡移动的因素 ．掌握同离子效应、 ； 8．熟练掌握有关离子浓度的计算； ．熟练掌握有关离子浓度的计算； 9．说明同离子效应和缓冲溶液的特点，并掌握溶液 ．说明同离子效应和缓冲溶液的特点，并掌握溶液pH 的计算了解缓冲容量和缓冲范围， 的计算了解缓冲容量和缓冲范围，会根据需要选择配制缓 上一内容 下一内容 回主目录 返回 冲溶液。 冲溶液。 2011-5-25
第三章酸碱平衡 第一节 酸碱理论基础
高考化学第一轮总复习 第七章 化学反应速率和化学平衡(第21课时)课件
(3)温度 升高温度，平衡向____吸__热__反__应__方向移动
降低温度，平衡向____放__热__反__应__方向移动
(4)催化剂
催化剂对正、逆反应速率改变的程度相同，所以使用
催化剂，平衡_____不__移动。
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5
2．勒夏特列原理 如果改变影响平衡的一个条件(如温度、压强、浓度 等)，平衡就向着__减__弱__这__种__改__变_____的方向移动。 注意：①该原理适用于化学平衡、溶解平衡、电离平 衡、水解平衡等动态平衡，不适合于未达到平衡的体 系。 ②这种减弱只能削弱外界条件的改变，而不能消除外 界条件的变化。
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1
一、可逆反应 1．概念 在同一条件下，既能向__正__反__应___方向进行，又可以同 时向__逆__反__应___方向进行的化学反应。 2．特点 反应物与生成物同时存在于同一体系，任何组分都不 可能完全转化为生成物，其转化率都__小__于__100%。 3．表示 在方程式中，用符号“________”表示。
ppt精选
6
1．对可逆反应 4NH3(g)＋5O2(g)
4NO(g) ＋
6H2O(g)，下列叙述正确的是( A )
A．达到化学平衡时，4v 正(O2)＝5v 逆(NO)
B．若单位时间内生成 x mol NO 的同时，消耗 x mol
NH3，则反应达到平衡状态 C．达到化学平衡时，若增大容器体积，则正反应
发生的反应，因此可以用排饱和食盐水法收集 Cl2，不 符合题意；D.工业制取金属钾 Na(l)＋KCl(l) NaCl(l)
＋K(g)的反应是可逆反应，若选适宜的温度使温度高于
K 的沸点而低于 Na 的沸点，就可以使 Na 仍然是液态，
大学化学ppt课件
6
Contents
物质可以以固态、液态、气态等状态存在，物质所处的状态取 决于它的温度、压力、密度、组成等状态参数。通常所说的气 体、固体或液体是指常温常压下的聚集状态。 空气是人类和一切生物赖以生存的必要条件。了解大气污染原 因、提出防治措施，是工程技术人员的重要任务之一。
7
1.1.1 理想气体状态方程式
一是使生物中毒死亡，二是减缓生物正常发育，三是降 低生物对病虫害的抵抗力。 ③.对器物和材料的影响
大气污染物对仪器、设备和建筑物等有腐蚀作用。
④.对能见度和气候的影响 24
几种主要大气污染物
气溶胶污染物
气溶胶是指悬浮在大气中的各种液态或固态微粒。 固体微粒有烟黑、粉尘、重金属及其化合物等； 液体微粒有水滴和酸滴等。通常所说的烟、雾、 尘等都是气溶胶。 烟是引起大气污染最明显，最常见的毒物。烟黑 是燃烧不完全而产生的小黑颗粒，含碳、氢、氧 多种元素，有的烟黑带有多种稠环芳烃—公认的 致癌物。
28
一氧化碳CO 一氧化碳CO主要来自交通运输，特别是汽车尾气。CO对人 体的危害主要是与血红蛋白结合生成羰血红蛋白，使血液 输氧能力降低，造成机体组织缺氧而致急性或慢性中毒。 共存于大气中的各种物质之间可能会发生相互作用，有的 作用使其对环境的危害比污染物简单的相加更为严重，这 类相互作用称为协同作用。
School of Chemical Engineering 大学化学
1
2
大学化学教学内容 第一章 气体、大气污染与防治 第二章 化学反应的基本规律 第三章 水溶液和水污染及其处理 第四章 物质结构基础 第五章 化学与能源 第六章 化学与材料 第七章 化学与生命 第八章 化学与生活
3
参考资料
1. 《大学化学学习指导》 谢克难
Contents
物质可以以固态、液态、气态等状态存在，物质所处的状态取 决于它的温度、压力、密度、组成等状态参数。通常所说的气 体、固体或液体是指常温常压下的聚集状态。 空气是人类和一切生物赖以生存的必要条件。了解大气污染原 因、提出防治措施，是工程技术人员的重要任务之一。
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1.1.1 理想气体状态方程式
一是使生物中毒死亡，二是减缓生物正常发育，三是降 低生物对病虫害的抵抗力。 ③.对器物和材料的影响
大气污染物对仪器、设备和建筑物等有腐蚀作用。
④.对能见度和气候的影响 24
几种主要大气污染物
气溶胶污染物
气溶胶是指悬浮在大气中的各种液态或固态微粒。 固体微粒有烟黑、粉尘、重金属及其化合物等； 液体微粒有水滴和酸滴等。通常所说的烟、雾、 尘等都是气溶胶。 烟是引起大气污染最明显，最常见的毒物。烟黑 是燃烧不完全而产生的小黑颗粒，含碳、氢、氧 多种元素，有的烟黑带有多种稠环芳烃—公认的 致癌物。
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一氧化碳CO 一氧化碳CO主要来自交通运输，特别是汽车尾气。CO对人 体的危害主要是与血红蛋白结合生成羰血红蛋白，使血液 输氧能力降低，造成机体组织缺氧而致急性或慢性中毒。 共存于大气中的各种物质之间可能会发生相互作用，有的 作用使其对环境的危害比污染物简单的相加更为严重，这 类相互作用称为协同作用。
School of Chemical Engineering 大学化学
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大学化学教学内容 第一章 气体、大气污染与防治 第二章 化学反应的基本规律 第三章 水溶液和水污染及其处理 第四章 物质结构基础 第五章 化学与能源 第六章 化学与材料 第七章 化学与生命 第八章 化学与生活
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参考资料
1. 《大学化学学习指导》 谢克难
有机化学第7章ppt课件
手性分子与非手性分子
手性分子的定义
不能与其镜像重合的分子。
手性中心的判断
连有四个不同基团的碳原子。
手性分子的性质
具有旋光性，即能使偏振光的 平面发生旋转。
非手性分子的定义
能与其镜像重合的分子，无旋 光性。
对称性与不对称性
对称性的定义
物体或图形在某种变换下保持不变的性质。
对称性的判断方法
根据对称元素和对称操作判断分子的对称性 。
结构特点与性质
结构特点
芳香族化合物的分子结构中含有苯环或其衍生物，具有共轭体系和稳定的芳香性 。
性质
芳香族化合物通常具有较高的熔点和沸点，定性，但同时也表现出一定的 反应活性，如亲电取代反应、氧化反应等。
04
立体化学基础
分析天平
正确使用分析天平，确保称量准确 。
04
实验数据处理和结果分析
数据记录
详细记录实验过程中的数据，包括原料用量、反 应条件、产品性状等。
熟悉实验室内安全设施，如紧急洗眼 器、灭火器等。
注意实验过程中的异常情况，如遇火 灾、泄漏等事故，应立即采取相应措 施并报告老师。
常用仪器设备及操作规范
01
玻璃仪器
正确使用烧杯、试管、滴管等玻璃 仪器，避免破裂或划伤。
分离设备
了解分液漏斗、蒸馏装置等分离设 备的原理及操作规范。
03
02
加热设备
掌握酒精灯、电加热套等加热设备 的使用方法，注意火源安全。
命名方法与规则
普通命名法
对于简单的脂肪族化合物，可以采用普通命名法，即根据化合物的来源或性质 来命名。
系统命名法
对于复杂的脂肪族化合物，需要采用系统命名法，即根据化合物的结构特征， 按照一定的规则进行命名。包括选取主链、编号、写出取代基名称等步骤。
工科化学课件05材料7章1314
J=Kspф, rGmф=0，反应处于平衡状态（饱和溶液）
J>Kspф,rGmф＞0，向沉淀生成的方向移动（过饱和溶液）
2024/7/22
16
（二） 溶度积规则的应用
1. 沉淀的生成与分步沉淀 ●原理 电解质溶液中，若某难溶盐的J＞Kspф,即有沉淀生成 ●分步沉淀(step sedimentation)
a
•
cB c
b
K
•
K
c
●注意
a c,B
c,B
•
cB c
（1）加入有相同离子强电解质会同时产生同离子和盐效应。沉 淀分离时，沉淀剂用量不宜过量太多，以过量20%～50%为宜
（20224/）7/22与同离子效应比较，盐效应的影响较小，通常忽略不计 12
（三）酸效应
●定义 溶液的酸度可能影响沉淀溶解度的现象
解： Ba2+ 开始沉淀时所需的CrO42- 的浓度为
[CrO
2 4
]
K sp,BaCrO 4 [Ba 2 ]
1.2 1010
0.10
1.2 109 mol dm 3
Ag+ 开始沉淀时所需的CrO42- 的浓度为
[CrO
2 4
]
K sp,Ag2CrO 4 [Ag ]2
2.0 1012 (0.10) 2
FeO(s) + CO(g); 标准平衡常数为K1
Fe(s) + H2O(g)
FeO(s) + H2(g); 标准平衡常数为K2
在不同温度时反应的标准平衡常数值如下：
T/K K1 K2 973 1.47 2.38
1073 1.81 2.00
试计算在上述两温度时反应：
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工程材料按其用途分为结构材料和功能材料。结构材料是目前使用量 最大的工程材料，进一步可分为工程结构材料、机器用材料、工具材料以 及有着特殊用途的材料；功能材料虽然应用量较小，却迅速得到发展，已 深深地影响社会发展。随着机电一体化技术的进步，结构材料和功能材料 日益融合，形成新型的结构功能材料。
7.1.1 工程材料的分类
复合材料是由两种或多种性质不同的材料通过物理或化学方法复合，在宏 观上组成具有新性能的材料；其综合性能明显优越于复合材料组成材料的性能； 具有“轻质高强”、比强度和比刚度高、可设计性好、耐腐蚀性能优、热性能 和电性能均好等优点。
7.2 工程材料的腐蚀与防护
7.2.1 金属的腐蚀与防护
金属腐蚀
指金属在环境介质（最常见的是液体和气体）的化学、电化学和物理 作用下而产生损坏或变质的现象。
图7-4牺牲阳极保护法
(2) 阳极保护 阳极保护是将被保护金属与外加直流电源正 极相连，由电源向其输送阳极电流使之发生阳极极化至一 定的电极电势，获得并维持钝态，使阳极过程受到阻滞， 导致金属腐蚀速度显著减小的一种电化学保护方法。
图7-5 阳极保护法
7.2.2 钢筋混凝土的腐蚀与防护
1.混凝土的腐蚀类型
传统的无机非金属材料通常包括水泥、玻璃、陶瓷以及耐火材料等；其特 点是物化性质稳定、抗腐蚀和耐高温性能较好；但脆性大、抗冷热冲击性能较 差。新型的无机非金属材料有先进陶瓷（压电陶瓷、导体和半导体陶瓷、高温 陶瓷和生物陶瓷等）、高纯硅、碳素材料（碳纤维、石墨和金刚石）、非晶态 材料（凝胶、非晶态半导体、金属玻璃）、人工晶体和无机涂层等；这些材料 具有强度高、耐高温，优良的电学、光学和生物相容性等特点。
陶瓷材料: 电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、结构陶瓷和耐酸陶瓷等
塑料：聚四氟乙烯、ABS、聚丙烯、聚砜和聚乙烯等
高分子材料 橡胶：天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶等
复合材料
合成纤维：聚酯纤维和聚酰胺纤维等 无机-有机复合材料：玻璃纤维增强塑料、聚合物混凝土、沥青混凝土等 非金属-金属复合材料：钢筋混凝土、钢丝网水泥、塑铝复合管、铝箔面油毡等
混凝土是以水泥为胶结材料，含砂子和碎石的混合物，是一种多微孔非 均质的结构材料。按腐蚀产物的形态，可将混凝土腐蚀分为五种类型。 (1) 溶出型腐蚀 溶出型腐蚀是指混凝土中的可溶性成分Ca(OH)2受到软水作 用，产生物理性溶解、浸出，引起水泥石中胶凝体水解，降低混凝土的强度。 (2) 分解型腐蚀 分解型腐蚀是由混凝土发生炭化以及酸性溶液或镁盐溶液对 混凝土侵蚀等原因引起的腐蚀。 (3) 膨胀型（结晶型）腐蚀 膨胀型（结晶型）腐蚀是指硫酸盐溶液进入混凝 土孔隙后，与混凝土中氢氧化钙发生反应生成硫酸钙，再进一步与水合铝酸 钙作用，生成硫铝酸钙；其体积膨胀至原来的两倍以上而引起混凝土的膨胀 腐蚀。
其它复合材料：水泥石棉制品、不锈钢包覆钢板等
图7-1工程材料的种类
7.1.2 工程材料的特点
工程材料的特点
是由其化学成分和内部的组织结构所决定，是其微观结构特征的宏观反映。 工程材料可分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料。这 些材料是分别由不同元素的原子、离子或分子通过金属键、离子键、共价键或 分子间作用力结合而成。由于它们的成分、结合力以及制造工艺不同，其特点 也会存在相当大的差异。 1. 金属材料的特点
7.1.2 工程材料的特点
无机非金属材料比金属材料的抗断强度低，缺少延展性；这是因与金属的 晶体结构相比，无机非金属材料的结构相对复杂，并且没有自由电子，具有比 金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。 3. 高分子材料的特点
高分子材料通常是相对分子量在10000以上的高分子化合物的总称；按其 用途可分为：塑料、橡胶、纤维、涂料、胶黏剂和功能性高分子材料；这些高 分子材料各有其特点。
工程材料按其化学成分的具体分类，如图。
黑色金属材料：钢、铸铁和合金
金属材料 有色金属材料：铝、铅、铜、镁、镍等及其合金
耐火材料：耐火砌体材料、耐火水泥及耐火混凝土
工程材料
耐火隔热材料：硅藻土、蛙石、玻璃纤维、石棉及其制品
无机非金属材料 耐蚀（酸）非金属材料：铸石、石墨、耐酸水泥、天然耐酸石材和玻璃等
密度大、较高的硬度和强度、良好的延展性、导电性和导热性优良、热膨 胀系数大；切削加工性能好，可锻性、可铸性、可焊性均良好；但易发生锈蚀 现象，对其防护要求高。
7.1.2 工程材料的特点
金属材料具有以上特点是由金属内部结构和原子之间的结合方式所决定。 金属材料的内部结构一般为多晶体，而每个晶粒内原子按一定方式（如体心立 方、面心立方或密排六方等）有序排列。大部分金属原子之间是以金属键结合， 而过渡金属结合键是金属键和共价键的混合键。 2. 无机非金属材料的特点
7.2.1 金属的腐蚀与防护
4. 电化学保护 是通过采用去除介质中有害成分、调节介质的pH值或加入缓蚀剂等方法，
改变介质的性质，降低或消除介质对金属的腐蚀作用；分为阴极保护和阳极 保护。 (1) 阴极保护 阴极保护是将被保护金属作为阴极，使之发生阴极极化以减小 或停止金属腐蚀的方法；可分为外加电流和牺牲阳极两种阴极保护法。
4）在应力作用下，钝化膜受到破坏。当拉应力和介质侵蚀同时作用，会使钢 筋表面出现裂缝，甚至突然断裂；
5）钢筋中含有碳、硅、锰等合金元素和杂质，不同元素处于相同或不同介质 中，其电极电势也不同，不同元素之间存在着电势差；混凝土中的介质（水 等）构成离子通路；钢筋本身构成电子通路；具备了腐蚀电池的必要条件。 因此，混凝土中钢筋锈蚀，是电化学腐蚀作用的结果。
引起高分子材料腐蚀的原因，既有内在因素，又有外在因素，通常是内 外因素综合作用的结果。
（1）内在因素 1）高分子的化学结构 高分子化学键中的弱键，易断裂而成为自由基，从而引 发材料的腐蚀反应；
1）混凝土保护层出现了裂缝，环境腐蚀介质易通过裂缝到达钢筋表面而引起 腐蚀；
7.2.2 钢筋混凝土的腐蚀与防护
2）CO2、SO2、酸雨、工业酸性介质等渗入混凝土中，并与所含碱性物质反 应，使其pH＜11.5时，钢筋表面开始活化，钝化膜遭到破坏；
3）混凝土保护层出现了裂缝，环境腐蚀介质易通过裂缝到达钢筋表面而引起 腐蚀；盐酸、NaCl溶液、CaCl2溶液等中的Cl-或亚氯酸盐、硫酸盐、铵盐等 这些物质渗透进混凝土，到达钢筋表面，使钢筋钝化膜活化，引起腐蚀；
7.2.2 钢筋混凝土的腐蚀与防护
(4) 微生物腐蚀 微生物腐蚀是在有氧和水的环境中，细菌（硫杆菌等）可将 硫转变为硫酸，而硫酸可以引起混凝土的分解腐蚀。 (5) 碱集料反应 碱集料反应是指水泥石中的强碱（Na2O和K2O）会与骨料中 的 SiO2 发 生 作 用 ， 在 骨 料 中 形 成 一 层 致 密 的 碱 - 硅 酸 盐 凝 胶 （ 如 Na2SiO3·2H2O），凝胶遇水膨胀，使骨料与水泥石之间的界面胀裂，致使混 凝土破坏。 2. 混凝土中钢筋腐蚀的原因
包镀：铜、黄铜、镍、铝等
金属层
喷镀：锌、铝、铅、铜、铜合金、铁等 渗镀：锌、铝、硅、铬等 浸镀：锌、铝锡等 电镀：锌、镉、锡、镍、铜、铬、银、金合金等 化学镀：镍、铜
非金属层
有机物：漆、树脂、橡胶、沥青等 无机物：珐琅、水泥、耐酸材料等 有色金属的氧化处理
有色金属的钝化处理
钢铁的氧化处理、磷化处理
图7-2 常用保护层的分类
7.2.2 钢筋混凝土的腐蚀与防护
3. 钢筋混凝土的防护措施
1）提高混凝土自身的防护措施。选择优质水泥、增加水泥用量；降低水灰比； 使用优良的外加剂、掺合料、增加混凝土保护层厚度；混凝土表面增设耐腐层， 如涂刷氯磺化聚乙烯涂料等； 2）在满足建筑结构要求的前提下，选择耐蚀性强的材料。如：选用耐蚀水泥； 采用聚合物水泥混凝土（树脂混凝土）等； 3）加入多功能、综合性的钢筋阻锈剂； 4）对钢筋混凝土管道、公路桥梁等采用阴极保护措施。
7.2.3 高分子材料的腐蚀与防护
1. 高分子材料的腐蚀
高分子材料（日常生活常见的塑料、涂料、纤维、橡胶等）由于其结构特 点，在对其进行加工、贮存以及使用的过程中，受到热、光、辐射、气候等环 境和化学环境作用下，导致高分子材料的物理化学性能和机械性能逐渐退化， 直至其使用价值丧失，俗称为“老化”。 2. 高分子材料的腐蚀特点
7.2.1 金属的腐蚀与防护
在酸性溶液中氧的还原反应为：O2 +4H+ +4e 2H2O 在碱性溶液中氧的还原反应为：O2 +2H2O+4e 4OH-
(3) 浓差腐蚀 浓差腐蚀是指由于氧浓度不同而造成的腐蚀。 目前常用的金属防腐的方法有： 1. 改善金属腐蚀性能
尽量地除去或减少金属中的有害杂质；降低金属表面的粗糙度；将不 同金属制成合金，既不改变金属的性能，又可提高金属的耐蚀性能。 2. 改变环境
塑料具有质轻、比强度高、电绝缘和耐腐蚀性等性能优良，且易加工成型。 橡胶通常在-40℃~80℃温度范围内有显著的弹缩性；其抗疲劳、电绝缘、耐化 学腐蚀及耐磨等性能也均良好。
7.1.2 工程材料的特点
纤维具有比重小、强度和弹性高、耐磨和耐酸碱性好、防蛀、防霉等优点。 涂料的成分不同，其性能也不同。胶黏剂根据其用途，可分为具有承载负荷大、 化学稳定性好、耐冷热性能良好的结构胶和承载负荷小、耐热性差的通用胶。 功能性高分子材料是将适当的官能团引进高分子中，生成具有光敏性、导电性、 催化性、生物特性、能量转化性、信息传递、转换或贮存等特定功能的材料； 其应用对计算机超小型化、能源开发等都起到促进作用。 4. 复合材料的特点
金属腐蚀按照腐蚀过程的特点分为物理腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀。 1.物理腐蚀
指金属由于单纯的物理溶解作用所引起的破坏。 2.化学腐蚀
指金属与环境介质直接发生纯化学反应而引起的变质和损坏。
7.2.1 金属的腐蚀与防护
3.电化学腐蚀
指金属和环境介质因发生电化学作用而引起的破坏；主要形式有析氢腐蚀、 吸氧腐蚀和浓差腐蚀。 (1) 析氢腐蚀 析氢腐蚀，也称为氢去极化腐蚀，是以氢离子还原反应为阴极 过程的腐蚀。当金属的平衡电极电势比氢的平衡电极电势更负时，两电极存在 着一定电势差，金属与氢电极组成腐蚀原电池，阳极反应放出的电子不断地由 阳极流向阴极，致使金属腐蚀，同时不断地析出氢气。 (2) 吸氧腐蚀 吸氧腐蚀，也称为氧去极化腐蚀，是以氧分子还原反应为阴极 过程的腐蚀，是电化学腐蚀的主要形式。大多数金属在中性和碱性溶液中，以 及少数电极电势较正的金属（如Cu）在含有溶解氧的弱酸溶液腐蚀都属于吸氧 腐蚀。
7.1.1 工程材料的分类
复合材料是由两种或多种性质不同的材料通过物理或化学方法复合，在宏 观上组成具有新性能的材料；其综合性能明显优越于复合材料组成材料的性能； 具有“轻质高强”、比强度和比刚度高、可设计性好、耐腐蚀性能优、热性能 和电性能均好等优点。
7.2 工程材料的腐蚀与防护
7.2.1 金属的腐蚀与防护
金属腐蚀
指金属在环境介质（最常见的是液体和气体）的化学、电化学和物理 作用下而产生损坏或变质的现象。
图7-4牺牲阳极保护法
(2) 阳极保护 阳极保护是将被保护金属与外加直流电源正 极相连，由电源向其输送阳极电流使之发生阳极极化至一 定的电极电势，获得并维持钝态，使阳极过程受到阻滞， 导致金属腐蚀速度显著减小的一种电化学保护方法。
图7-5 阳极保护法
7.2.2 钢筋混凝土的腐蚀与防护
1.混凝土的腐蚀类型
传统的无机非金属材料通常包括水泥、玻璃、陶瓷以及耐火材料等；其特 点是物化性质稳定、抗腐蚀和耐高温性能较好；但脆性大、抗冷热冲击性能较 差。新型的无机非金属材料有先进陶瓷（压电陶瓷、导体和半导体陶瓷、高温 陶瓷和生物陶瓷等）、高纯硅、碳素材料（碳纤维、石墨和金刚石）、非晶态 材料（凝胶、非晶态半导体、金属玻璃）、人工晶体和无机涂层等；这些材料 具有强度高、耐高温，优良的电学、光学和生物相容性等特点。
陶瓷材料: 电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、结构陶瓷和耐酸陶瓷等
塑料：聚四氟乙烯、ABS、聚丙烯、聚砜和聚乙烯等
高分子材料 橡胶：天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶等
复合材料
合成纤维：聚酯纤维和聚酰胺纤维等 无机-有机复合材料：玻璃纤维增强塑料、聚合物混凝土、沥青混凝土等 非金属-金属复合材料：钢筋混凝土、钢丝网水泥、塑铝复合管、铝箔面油毡等
混凝土是以水泥为胶结材料，含砂子和碎石的混合物，是一种多微孔非 均质的结构材料。按腐蚀产物的形态，可将混凝土腐蚀分为五种类型。 (1) 溶出型腐蚀 溶出型腐蚀是指混凝土中的可溶性成分Ca(OH)2受到软水作 用，产生物理性溶解、浸出，引起水泥石中胶凝体水解，降低混凝土的强度。 (2) 分解型腐蚀 分解型腐蚀是由混凝土发生炭化以及酸性溶液或镁盐溶液对 混凝土侵蚀等原因引起的腐蚀。 (3) 膨胀型（结晶型）腐蚀 膨胀型（结晶型）腐蚀是指硫酸盐溶液进入混凝 土孔隙后，与混凝土中氢氧化钙发生反应生成硫酸钙，再进一步与水合铝酸 钙作用，生成硫铝酸钙；其体积膨胀至原来的两倍以上而引起混凝土的膨胀 腐蚀。
其它复合材料：水泥石棉制品、不锈钢包覆钢板等
图7-1工程材料的种类
7.1.2 工程材料的特点
工程材料的特点
是由其化学成分和内部的组织结构所决定，是其微观结构特征的宏观反映。 工程材料可分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料。这 些材料是分别由不同元素的原子、离子或分子通过金属键、离子键、共价键或 分子间作用力结合而成。由于它们的成分、结合力以及制造工艺不同，其特点 也会存在相当大的差异。 1. 金属材料的特点
7.1.2 工程材料的特点
无机非金属材料比金属材料的抗断强度低，缺少延展性；这是因与金属的 晶体结构相比，无机非金属材料的结构相对复杂，并且没有自由电子，具有比 金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。 3. 高分子材料的特点
高分子材料通常是相对分子量在10000以上的高分子化合物的总称；按其 用途可分为：塑料、橡胶、纤维、涂料、胶黏剂和功能性高分子材料；这些高 分子材料各有其特点。
工程材料按其化学成分的具体分类，如图。
黑色金属材料：钢、铸铁和合金
金属材料 有色金属材料：铝、铅、铜、镁、镍等及其合金
耐火材料：耐火砌体材料、耐火水泥及耐火混凝土
工程材料
耐火隔热材料：硅藻土、蛙石、玻璃纤维、石棉及其制品
无机非金属材料 耐蚀（酸）非金属材料：铸石、石墨、耐酸水泥、天然耐酸石材和玻璃等
密度大、较高的硬度和强度、良好的延展性、导电性和导热性优良、热膨 胀系数大；切削加工性能好，可锻性、可铸性、可焊性均良好；但易发生锈蚀 现象，对其防护要求高。
7.1.2 工程材料的特点
金属材料具有以上特点是由金属内部结构和原子之间的结合方式所决定。 金属材料的内部结构一般为多晶体，而每个晶粒内原子按一定方式（如体心立 方、面心立方或密排六方等）有序排列。大部分金属原子之间是以金属键结合， 而过渡金属结合键是金属键和共价键的混合键。 2. 无机非金属材料的特点
7.2.1 金属的腐蚀与防护
4. 电化学保护 是通过采用去除介质中有害成分、调节介质的pH值或加入缓蚀剂等方法，
改变介质的性质，降低或消除介质对金属的腐蚀作用；分为阴极保护和阳极 保护。 (1) 阴极保护 阴极保护是将被保护金属作为阴极，使之发生阴极极化以减小 或停止金属腐蚀的方法；可分为外加电流和牺牲阳极两种阴极保护法。
4）在应力作用下，钝化膜受到破坏。当拉应力和介质侵蚀同时作用，会使钢 筋表面出现裂缝，甚至突然断裂；
5）钢筋中含有碳、硅、锰等合金元素和杂质，不同元素处于相同或不同介质 中，其电极电势也不同，不同元素之间存在着电势差；混凝土中的介质（水 等）构成离子通路；钢筋本身构成电子通路；具备了腐蚀电池的必要条件。 因此，混凝土中钢筋锈蚀，是电化学腐蚀作用的结果。
引起高分子材料腐蚀的原因，既有内在因素，又有外在因素，通常是内 外因素综合作用的结果。
（1）内在因素 1）高分子的化学结构 高分子化学键中的弱键，易断裂而成为自由基，从而引 发材料的腐蚀反应；
1）混凝土保护层出现了裂缝，环境腐蚀介质易通过裂缝到达钢筋表面而引起 腐蚀；
7.2.2 钢筋混凝土的腐蚀与防护
2）CO2、SO2、酸雨、工业酸性介质等渗入混凝土中，并与所含碱性物质反 应，使其pH＜11.5时，钢筋表面开始活化，钝化膜遭到破坏；
3）混凝土保护层出现了裂缝，环境腐蚀介质易通过裂缝到达钢筋表面而引起 腐蚀；盐酸、NaCl溶液、CaCl2溶液等中的Cl-或亚氯酸盐、硫酸盐、铵盐等 这些物质渗透进混凝土，到达钢筋表面，使钢筋钝化膜活化，引起腐蚀；
7.2.2 钢筋混凝土的腐蚀与防护
(4) 微生物腐蚀 微生物腐蚀是在有氧和水的环境中，细菌（硫杆菌等）可将 硫转变为硫酸，而硫酸可以引起混凝土的分解腐蚀。 (5) 碱集料反应 碱集料反应是指水泥石中的强碱（Na2O和K2O）会与骨料中 的 SiO2 发 生 作 用 ， 在 骨 料 中 形 成 一 层 致 密 的 碱 - 硅 酸 盐 凝 胶 （ 如 Na2SiO3·2H2O），凝胶遇水膨胀，使骨料与水泥石之间的界面胀裂，致使混 凝土破坏。 2. 混凝土中钢筋腐蚀的原因
包镀：铜、黄铜、镍、铝等
金属层
喷镀：锌、铝、铅、铜、铜合金、铁等 渗镀：锌、铝、硅、铬等 浸镀：锌、铝锡等 电镀：锌、镉、锡、镍、铜、铬、银、金合金等 化学镀：镍、铜
非金属层
有机物：漆、树脂、橡胶、沥青等 无机物：珐琅、水泥、耐酸材料等 有色金属的氧化处理
有色金属的钝化处理
钢铁的氧化处理、磷化处理
图7-2 常用保护层的分类
7.2.2 钢筋混凝土的腐蚀与防护
3. 钢筋混凝土的防护措施
1）提高混凝土自身的防护措施。选择优质水泥、增加水泥用量；降低水灰比； 使用优良的外加剂、掺合料、增加混凝土保护层厚度；混凝土表面增设耐腐层， 如涂刷氯磺化聚乙烯涂料等； 2）在满足建筑结构要求的前提下，选择耐蚀性强的材料。如：选用耐蚀水泥； 采用聚合物水泥混凝土（树脂混凝土）等； 3）加入多功能、综合性的钢筋阻锈剂； 4）对钢筋混凝土管道、公路桥梁等采用阴极保护措施。
7.2.3 高分子材料的腐蚀与防护
1. 高分子材料的腐蚀
高分子材料（日常生活常见的塑料、涂料、纤维、橡胶等）由于其结构特 点，在对其进行加工、贮存以及使用的过程中，受到热、光、辐射、气候等环 境和化学环境作用下，导致高分子材料的物理化学性能和机械性能逐渐退化， 直至其使用价值丧失，俗称为“老化”。 2. 高分子材料的腐蚀特点
7.2.1 金属的腐蚀与防护
在酸性溶液中氧的还原反应为：O2 +4H+ +4e 2H2O 在碱性溶液中氧的还原反应为：O2 +2H2O+4e 4OH-
(3) 浓差腐蚀 浓差腐蚀是指由于氧浓度不同而造成的腐蚀。 目前常用的金属防腐的方法有： 1. 改善金属腐蚀性能
尽量地除去或减少金属中的有害杂质；降低金属表面的粗糙度；将不 同金属制成合金，既不改变金属的性能，又可提高金属的耐蚀性能。 2. 改变环境
塑料具有质轻、比强度高、电绝缘和耐腐蚀性等性能优良，且易加工成型。 橡胶通常在-40℃~80℃温度范围内有显著的弹缩性；其抗疲劳、电绝缘、耐化 学腐蚀及耐磨等性能也均良好。
7.1.2 工程材料的特点
纤维具有比重小、强度和弹性高、耐磨和耐酸碱性好、防蛀、防霉等优点。 涂料的成分不同，其性能也不同。胶黏剂根据其用途，可分为具有承载负荷大、 化学稳定性好、耐冷热性能良好的结构胶和承载负荷小、耐热性差的通用胶。 功能性高分子材料是将适当的官能团引进高分子中，生成具有光敏性、导电性、 催化性、生物特性、能量转化性、信息传递、转换或贮存等特定功能的材料； 其应用对计算机超小型化、能源开发等都起到促进作用。 4. 复合材料的特点
金属腐蚀按照腐蚀过程的特点分为物理腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀。 1.物理腐蚀
指金属由于单纯的物理溶解作用所引起的破坏。 2.化学腐蚀
指金属与环境介质直接发生纯化学反应而引起的变质和损坏。
7.2.1 金属的腐蚀与防护
3.电化学腐蚀
指金属和环境介质因发生电化学作用而引起的破坏；主要形式有析氢腐蚀、 吸氧腐蚀和浓差腐蚀。 (1) 析氢腐蚀 析氢腐蚀，也称为氢去极化腐蚀，是以氢离子还原反应为阴极 过程的腐蚀。当金属的平衡电极电势比氢的平衡电极电势更负时，两电极存在 着一定电势差，金属与氢电极组成腐蚀原电池，阳极反应放出的电子不断地由 阳极流向阴极，致使金属腐蚀，同时不断地析出氢气。 (2) 吸氧腐蚀 吸氧腐蚀，也称为氧去极化腐蚀，是以氧分子还原反应为阴极 过程的腐蚀，是电化学腐蚀的主要形式。大多数金属在中性和碱性溶液中，以 及少数电极电势较正的金属（如Cu）在含有溶解氧的弱酸溶液腐蚀都属于吸氧 腐蚀。