金属腐蚀学第三章
金属腐蚀理论总复习题
金属腐蚀理论及腐蚀控制复习题第一章 绪论 思考题1.举例说明腐蚀的定义，腐蚀定义中的三个基本要素是什么，耐蚀性和腐蚀性概念的区别。
答：腐蚀的定义：工程材料和周围环境发生化学或电化学作用而遭受的破坏 举例：工程材料和周围环境发生相互作用而破坏三个基本要素：腐蚀的对象、腐蚀的环境、腐蚀的性质。
耐蚀性：指材料抵抗环境介质腐蚀的能力。
腐蚀性：指环境介质对材料腐蚀的强弱程度。
2.金属腐蚀的本质是什么，均匀腐蚀速度的表示方法有哪些？答:⑴金属腐蚀的本质：金属在大多数情况下通过发生化学反应或是电化学反应后，腐蚀产物变为化合物或非单质状态；从能量观点看，金属与周围的环境组成了热力学上不稳定的体系，腐蚀反应使体系能量降低。
⑵均匀腐蚀速度的表示方法：深度：年腐蚀深度 （p V ）V P =t h ∆=8.76d -V △h 是试样腐蚀后厚度的减少量，单位mm;V -代表失重腐蚀速度； t 是腐蚀时间，单位y ；d 是金属材料的密度；V P 所以的单位是mm/y 。
失重：失重腐蚀速度(-V )-V = StW -∆=St W W 10- W0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g ； W1代表腐蚀以后经除去腐蚀产物处理的试样质量，单位g ；S 代表试样暴露的表面积，单位m 2； t 代表腐蚀的时间，单位h 。
计算题计算题1. 根据表1中所列数据分别计算碳钢和铝两种材料在试验介质中的失重腐蚀速度V- 和年腐蚀深度Vp ，并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。
表1解：由题意得：（1）对碳钢在30%HNO 3( 25℃)中有： V ˉ=△W ˉ/st=(18.7153-18.6739)/45×2×(20×40＋20×3＋40×30)×0.000001=0.4694 g/㎡∙h又d=m/v=18.7154/20×40×0.003=7.798g/cm2∙hVp=8.76Vˉ/d=8.76×0.4694/7.798=0.53mm/y(25℃)中有：对铝在30%HNO3Vˉ=△Wˉ铝/st=(16.1820-16.1347)/2×(30×40＋30×5＋40×5)×45×10-6=0.3391g/㎡∙h/v=16.1820/(30×40×5×0.001)=2.697g/cm3d=m铝说明：碳钢的Vˉ比铝大，而Vp比铝小，因为铝在腐蚀的时候产生的是点腐蚀( 25℃)有：（2）对不锈钢在20%HNO3表面积S=2π×0.0152＋2π×0.015×0.004=0.00179 m2Vˉ=△Wˉ/st=(22.3367-22.2743)/0.00179×400=0.08715 g/ m2∙h 试样体积为：V=π×1.52×0.4=2.827 cm3d=W/V=22.3367/2.827=7.901 g/cm3Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.08715/7.901=0.097mm/y对铝有：表面积S=2π×0.022＋2π×0.02×0.005=0.00314 m2Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9151)/0.00314×20=0.7882 g/ m2∙h试样体积为：V=π×22×0.5=6.28 cm3d=W/V=16.9646/6.28=2.701 g/cm3Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.7882/2.701=2.56mm/y试样在98% HNO3(85℃)时有：对不锈钢：Vˉ=△Wˉ/st=(22.3367-22.2906)/0.00179×2=12.8771 g/ m2∙hVp=8.76Vˉ/d=8.76×12.8771/7.901=14.28mm/y对铝：Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9250)/0.00314×40=0.3153g/ m2∙hVp=8.76Vˉ/d=8.76×0.3153/2.701=1.02mm/y说明：硝酸浓度温度对不锈钢和铝的腐蚀速度具有相反的影响。
人教版高二年级选修1 第三章第二节 《金属的腐蚀和防护》教学设计
第三章探索生活材料第二节金属的腐蚀和防护一、教材分析《金属的腐蚀和防护》是人教版高中化学选修一《化学与生活》第三章第二节。
本节包括两部分内容:金属的腐蚀和防护。
内容涉及金属腐蚀的化学原理（化学腐蚀、电化学腐蚀）、影响腐蚀速率的因素、强调指出金属腐蚀的本质以及金属防护的常用方法等。
在学习了原电池原理的基础上，引导学生学习金属的腐蚀与防护，重点是能够用金属电化学腐蚀的原理解释生活中金属腐蚀的现象，加深了学生对化学与生活实际联系的认识。
本节内容是本章理论知识的实际应用，有助于学生将感性认识转化为理性认识，从而体会化学学习的价值，更有利于培养学生发现问题、分析问题、联系实际解决问题的能力。
二、学情分析已有基础：初中化学进行过活动与探究《铁钉锈蚀的条件》实验，了解了铁的腐蚀是氧气和水共同作用的结果，并且学习了原电池原理，再此基础上学习比较容易接受。
知识不足：对知识的学习只注重表面现象，缺少生活经验。
能力不足：缺乏理论联系实际的能力，缺乏一定的综合思维能力。
发展方向：了解化学与人类生产、生活的密切关系，培养学习化学的兴趣；培养由现象看本质的辩证唯物主义观点，发展从实践到理论、又从理论到实践的认知规律。
三、教学目标（一）知识与技能1.掌握金属腐蚀的化学原理；2.知道金属防护的常用方法，认识防止金属腐蚀的重要意义。
（二）过程与方法通过观察演示实验，结合日常生活经验，分析实验本质，体验科学探究的过程，学习探究方法，初步形成科学探究的能力。
（三)情感态度与价值观感受化学在生产生活中的重要地位，培养学生关注社会问题的意识和责任感。
四、教学重、难点重点：金属的电化学腐蚀原理难点：金属的电化学腐蚀原理五、教学过程六、课堂练习1.在新疆吐鲁番和海南省两地，哪个地区铁生锈相对慢一些？为什么？2.请你预测铁在月球上会不会生锈？为什么？七、作业布置完成教材P53页2、4题八、板书设计第二节金属的腐蚀和防护九、教学反思。
腐蚀电化学原理、方法及应用第3章金属腐蚀动力学
交换电流密度的意义
• i 0数值很大，表明电极上可以通过很大的外 电流，而电极电位改变很小，表明这种电 极反应的可逆性大；
i 0数值很小，说明电极上只要有少量的外电流 通过，就会引起电极电位较大的改变，表明这 种电极反应的可逆性小，
意义：可以根据交换电流密度的大小估计某一 电极的可逆性以及衡量电化学平衡到达的速度。
=Q / StnF =It / StnF = i / nF
V与电流密度的关系
i = nFv
i 的单位: A/m2 ，v 的单位: mol/m2s， F = 96500C/mol
电极上的电流密度与化学反应速度成正比 • 常用电流密度(单位电极截面上通过的电流，SI单
位为Am-2)来表示电化学反应速度的大小。
3.1.3 交换电流密度
• 如果电极上没有净电流通过，电极处于平衡状态， 其电极电位为平衡电位Ee。
O + ne
R
此平衡电位下，阴极反应速度和阳极反应速度相等，
方向相反，即
i i i0
交换电流密度
• 在平衡状态下，同一电极上大小相等、方 向相反的电流密度称为交换电流密度，简 称交换电流，以i0表示。
• 电极的两种状态
1. 平衡状态 电学极参反数应)。处氧于化平方衡向状和态还，原其方电向位的为反平应衡速电度位相E等e(热，其力 大小称为交换电流密度，记为i0。
i0 i i
• 2.极化状态 对电极系统通入外电流，电极反应的平衡状态被打 破叫极，化电电位流偏。离平衡电位Ee达到极化电位E。外电流又
• 对应于腐蚀电位的电流密度称为腐蚀电流密度或 腐蚀电流密度，用符号icorr表示。
• 平衡电极→平衡电位
• 非平衡电极→非平衡电位
第三章 电化学腐蚀的基本原理
宏观腐蚀电池
铜铆钉
1. 异种金属相接触 如 电偶腐蚀 2. 浓差电池 (1)金属离子浓度不同，
铝板
浓度低电位低，容易腐蚀 (2)氧浓度不同 氧浓度低电位低，更容易腐蚀 3. 温差电池 如金属所处环境温度不同，高温 电位低，更容易腐蚀
粘 土 沙 土
微观腐蚀电池
（1）材料本身的不均匀性
化学成分不均匀
平衡电极电位
当金属电极上只有一个确定的电极反应，并且该反应处于动态平衡，即金属 的溶解速度等于金属离子的沉积速度，在此平衡电极过程中，电极获得一个 不变的电位值，该值被称为平衡电极电位（可逆电极电位）。
Fe Fe2 2e Fe2 2e Fe
Fe Fe 2+
Fe 2+ Fe
电荷平衡： ia = ic
金属在25℃时的标准电极电位 e （V，SHE）
电极反应
K=K++e Na=Na++e
e，伏
-2.925 -2.714 -2.37 -1.66 -1.63
电极反应
Ni=Ni2++2e Mo=Mo3++3e
e，伏
-0.250
-0.2 -0.136 -0.126 -0.036 0.000 +0.337 +0.521 +0.189
组织结构不均匀
微观腐蚀电池
金属表面的物理状态不均匀
金属表面膜的不完整
（2）液相不均匀性
离子浓度（质子或氧离子浓度）
（3）系统外界条件不均匀性
温差、光照等分布不均匀
3.3 电极与电极电位
电极
电极的概念——电子导体（金属等）与离子导体（电 解质）相互接触，并有电子在两相之间迁移而发生氧 化还原反应的体系。 电极一般分为单电极和多重电极 单电极是指电极的相界面上发生唯一的电极反应 多重电极则可能发生多个电极反应
金属的腐蚀与防护教案
课题： 第三单元 金属的腐蚀与防护教学目标1、知识与技能：、知识与技能：（1）能描述金属腐蚀的定义、分类；）能描述金属腐蚀的定义、分类；（2）能描述电化学腐蚀的原理和金属腐蚀的本质；）能描述电化学腐蚀的原理和金属腐蚀的本质； （3）对钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀进行比较。
）对钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀进行比较。
2、过程与方法：、过程与方法：通过探究观察铁钉生锈的过程，学会对比、比较认识事物的科学方法和假设验证探究的思维方式，辩证的认识外因条件对化学变化的影响，再次体会实验是学习和研究物质化学性质的重要方法。
方法。
3、情感态度与价值观：、情感态度与价值观：体会实验探究铁钉生锈的条件及锈蚀速率的影响条件，获得电化学腐蚀的知识的成功愉悦，保持学习的兴趣。
电化学腐蚀的知识的成功愉悦，保持学习的兴趣。
教学的重点和难点教学重点：金属的电化学腐蚀原理、电化腐蚀的原因。
教学重点：金属的电化学腐蚀原理、电化腐蚀的原因。
教学难点：金属的电化学腐蚀原理、析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应方程式。
教学方法：通过情境导学法，讨论法，教师讲授法，多媒体辅助教学等方式通过情境导学法，讨论法，教师讲授法，多媒体辅助教学等方式 教学手段：多媒体，黑板多媒体，黑板 教学时数：第一课时第一课时教学过程：教师活动教师活动 学生活动学生活动 设计意图设计意图[实物展示] 展示生锈的铁钉,请同学们讨论，在我们的身边你看到了那些金属被腐蚀，情况如何？蚀，情况如何？学生讨论身边金属被腐蚀的现象,交流交流引起学生对”化学与生活”的关注;训练表达能力.[图片展示] 展示生活中被腐蚀的金属图片[板书]第二单元第二单元 金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护[介绍] (投影) 金属的腐蚀现象是普遍存在的，它所造成的危害也非常巨大。
全球每一分半钟就有1吨钢腐蚀成铁锈.根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成的经济损失大致为该国国民生产总值的4%左右。
腐蚀在世界各国、各行各业造成过重大损失，飞机坠毁，钢铁桥梁突然断塌、混凝土工程出现渗漏溶蚀、裂缝、钢筋断裂，输电塔杆倒塌，水轮机叶轮出现空泡腐蚀、腐蚀损伤、停电维修以至有的电厂突然停电，引起用电工厂成片停产。
人教版高中化学选修1 第三章 第二节 金属的腐蚀和防护练习含答案
第二节金属的腐蚀和防护1.为什么钢铁在潮湿的环境中比在干燥的环境中更容易生锈？提示：不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成微小原电池而发生电化学腐蚀，主要发生吸氧腐蚀，加快了反应速率。
►综合拓展一、化学腐蚀和电化学腐蚀的比较二、吸氧腐蚀与析氢腐蚀的比较（以钢铁腐蚀为例）►尝试应用1.钢铁在很弱的酸性或中性条件下发生电化学腐蚀时，正极的反应式为（C）A.Fe－2e－===Fe2＋B.2H＋＋2e－===H2↑C.2H2O＋O2＋4e－===4OH－D.Fe－3e－===Fe3＋解析：考查金属的电化学腐蚀的实质。
钢铁中含有多种杂质，在考虑钢铁的电化学腐蚀时，为了简化问题，主要讨论碳杂质问题，也就是以Fe为负极，C为正极的原电池反应。
在中性条件或弱酸性条件下发生的是吸氧腐蚀，原电池的正极为C，发生还原反应，即得电子反应，故A、D两项应排除，在B、C两项中，B项是析氢腐蚀的电极反应式，所以C项符合题意。
金属的防护2.镀锌铁与镀锡铁的镀层破损后，哪个更耐腐蚀？提示：镀锌铁更耐腐蚀，因为发生电化学腐蚀时，锌比铁活泼，因此适合作原电池的负极，失去电子被氧化，从而保护了铁。
而锡不如铁活泼，当镀锡铁镀层破损后，铁做负极，失去电子被氧化。
►综合拓展三、金属的防护1.保持金属表面清洁干燥。
2.金属表面涂抹油漆等保护层。
3.改变金属内部结构，如制成合金。
4.通过化学方法使其表面形成保护层，如电镀、形成氧化膜等。
5.电化学防护法——牺牲阳极的阴极保护法。
电化学防护法应用原电池原理，让被保护金属作为正极，另找一种活动性较强的金属作为负极。
例如在锅炉内壁、船舶外壳装上若干锌块，就可保护钢铁设备。
发生的电极反应：负极：2Zn－4e－===2Zn2＋；正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
锌块不断被腐蚀，可定期拆换，使铁得到保护。
►尝试应用2.下列做法不能起防锈作用的是（A）A.保留铁制品上的铁锈B.在铁制品表面镀锌C.在金属机械上涂油D.在车、船的表面刷油漆解析：铁锈是比较疏松的氧化膜，容易保存一些水分，形成电解质溶液加速铁的腐蚀，不能起到防锈的作用。
金属常见的金属腐蚀形式
TTS曲线清楚地表明被试验不锈钢敏化处理的温 度和时间范围。
1100
温 1000 度
点蚀的控制
缓蚀剂的应用：加入点蚀缓蚀剂是有 效手段之一。通常，点蚀的严重程度不 仅与溶液中的侵蚀性离子的浓度有关之 外，还与非侵蚀性离子的浓度有关。
点蚀的控制
电化学保护：对金属设备、装置采用 电化学保护是防止点蚀发生的较好措施。 阴极极化使电位低于保护电位Ep，使设 备材料处于稳定的钝化区。
点蚀的控制
镍：增加敏感性。
防止晶间腐蚀的措施
生产中常通过合金化、热处理及冷加工等 措施来控制合金晶界的吸附及晶界的沉淀，以 提高耐晶间腐蚀性能。如降低含碳量；加入适 量的钛和铌；适当热处理；采用适当的冷处理， 采用双向合金等。
晶间腐蚀的控制
基于奥氏体不锈钢的晶间腐蚀是晶界产生贫铬 而引起的，控制晶间腐蚀可以从控制碳化铬在晶 界上沉积来考虑。通常可采用下述几种方法。 1、重新固溶处理 2、稳定化处理 3、采用超低碳不锈钢 4、采用双相钢
新钝化。使小孔腐蚀停止成长。
形核
在钝态金属表面上，点蚀核优先在一些敏感位 置上形成，这些敏感位置(即腐蚀活性点)包括： 晶界(特别是有碳化物析出的晶界)，晶格缺陷 。 非金属夹杂，特别是硫化物，如FeS、MnS是 最为敏感的活性点。 钝化膜的薄弱点(如位错露头、划伤等)。
成长
影响点蚀的因素 材料因素 环境因素
镍在含有Cl- 、 Br- 、 I-的溶液中阳极极化时， 发生小孔腐蚀。不锈钢中Cr、Mo、N及Ni含量 增加，会提高对其对小孔腐蚀的耐蚀性。Cr提 高钝化膜的稳定性， Mo抑制金属溶解。
过程装备腐蚀与防护(闫康平)(二版)_第3章_金属在某些环境中的腐蚀
钢材受高温高压的氢气作用，变脆甚至破裂的现象 氢腐蚀分为两个阶段： I：氢脆阶段（也称为氢腐蚀的孕育期）；
II：氢侵蚀阶段
Fe3C +2H2→3Fe + CH4↑
Fe3C→ 3Fe + C C + 2H2→CH4
提高钢的抗氢腐蚀性能： 钢中加入强碳化物形成 元素（Cr、Mo、W、V、 Nb、Ti），使碳优先结 合成稳定的碳化物
（2）依靠选择氧化生成保护膜 合金元素的离子半径 < 基体金属离子半径 合金离子半径愈小,越容易发生选择氧化，添加量越多， 越能在低加热温度下发生选择氧化。如Fe中加Cr、Al形 成Cr2O3、Al2O3氧化膜,致密，阻止氧化的继续进行。 （3）生成稳定的新相（复合氧化物） 离子在AB2O4氧化膜中的扩散速度迟缓（移动所需活 化能提高） 合金元素和基体金属氧化物相互溶解形成新的复合氧 化物，使反应物质在其中的扩散速率非常小，提高了金属 抗氧化性质。如Fe中加入10%以上Cr生成FeO· Cr2O3尖 晶石型复合氧化膜，使离子在其中扩散迟缓，显示耐氧化 性。
氧化膜具有保护性的条件：
(i)膜必须是完整的。完整性是与庇林-贝德沃斯比r相关 r =VMO / VM
是金属氧化物体积VMO与所耗金属体积VM之比
r ≥1 膜保护性的必要条件，但不是充分条件 r<1 氧化膜疏松多孔，没有保护性。表3-2
•
(ii)膜具有足够强度和塑性,与基体金属结合力 强，膨胀系数相近。这是因为设备往往在热负荷 波动，温度剧变，流体冲刷或承受变载荷下的工 作。 • (iii)膜内晶格缺陷浓度低。如FeO是P型金属离 子不足氧离子过剩半导体，属岩盐(NaCl)立体结 构，晶格中有许多金属离子空位，膜保护性差。 磁性氧化铁Fe3O4具有尖晶石型的晶体结构，晶格 缺陷浓度低，膜具有高的保护性。 • (iv)氧化膜在高温介质中是稳定的,表现为高熔 点，高生成热。
金属腐蚀学 -电化学腐蚀动力学4
电极 Ni/Ni2+ Sn/Sn2+ Pb/Pb2+ Fe/Fe3+ H2/H+ Cu/Cu2+ Cu/Cu+ Hg/Hg2+ Ag/Ag+ Pd/Pd2+ Pt/Pt+ Au/Au3+ Au/Au+
E0（SHE）/V -0.25 -0.136 -0.126 -0.036 0.0 +0.337 +0.521 +0.789 +0.799 +0.987 +1.2 +1.5 +1.7
H aH bH lg i
14
不同金属电极的影响主要反映在对aH的影响上
1）高ηH金属（aH=1.0-1.5V）：Pb, Cd, Hg, Ti, Zn, Bi, Sn 控制步骤：电极上H＋的迟缓放电；
2）中ηH金属（aH=0.5-1.0V）：Fe, Co, Ni, Cu, Ag 控制步骤：吸附H的电化学脱附；
3）电化学步骤（快）+ 电化学脱附（慢） 4）电化学步骤（慢）+ 电化学脱附（快）
缓慢放电 机理
电化学脱 附机理
6
2. 析氢过电位
析氢电位——在一定电流密度下（i1），氢在阴极
析出的电位（ E ） H /H2
氢过电位——在一定电流密度下，氢的平衡电位 Ee,H /H2
和析氢电位
E H
之间的差值
O2＋2H2O＋ 4e-4OH可能的反应机制：
O2＋ e- O2 O2 - ＋H2O ＋ e- HO2 - ＋ OH-
HO2 - ＋H2O ＋ 2e- 3OH-
27
在酸性溶液中，氧分子还原的总反应为 O2＋4H+＋ 4e-2H2O
第三章 局部腐蚀
18 Cr) 缝隙 CPT Mo
流动状态
在流动介质中金属不容易发生孔蚀， 在流动介质中金属不容易发生孔蚀， 而在停滞液体中容易发生， 而在停滞液体中容易发生，这是因为介质 流动有利于消除溶液的不均匀性，所以输 流动有利于消除溶液的不均匀性， 送海水的不锈钢泵在停运期间应将泵内海 水排尽。 水排尽。
在钝态金属表面上，蚀孔优先在一些敏感位置 在钝态金属表面上，蚀孔优先在一些敏感位置 上形成，这些敏感位置(即腐蚀活性点)包括 包括： 上形成，这些敏感位置 即腐蚀活性点 包括： 晶界(特别是有碳化物析出的晶界 特别是有碳化物析出的晶界)， 晶界 特别是有碳化物析出的晶界 ，晶格缺陷 。 特别是硫化物 硫化物,如 非金属夹杂 特别是硫化物 如FeS、MnS，是 、 ， 最为敏感的活性点。 最为敏感的活性点。 钝化膜的薄弱点 如位错露头、划伤等)。 的薄弱点(如位错露头 钝化膜的薄弱点 如位错露头、划伤等 。 孕育期： 孕育期：1/τ=K[Cl-]
几
25-13-1MO-N
与 海 水 温 度 的 关 系
种 不 锈 钢 的 孔 蚀 电 位
( ( ( ( 系 ) ) ) )
蚀 1.6 电 位 （伏 1.2 ） 0.8
孔
孔蚀临界Cl 离子浓度与 孔蚀临界Cl-离子浓度与Cr 含量的关系
[H+]=iN 孔蚀临界Cl 孔蚀临界 -离 铬含量（%） 铬含量（ ） 子浓度（N） 子浓度（ ）
缝隙形成
机器和设备上的结构缝隙 机器和设备上的结构缝隙 结构 固体沉积 泥沙 腐蚀产物等)形成的缝 固体沉积(泥沙、腐蚀产物等 形成的缝 沉积 泥沙、 隙。 金属表面的保护模 如瓷漆 清漆、 如瓷漆、 金属表面的保护模 (如瓷漆、清漆、磷 化层、金属涂层)与金属基体之间形成的 化层、金属涂层 与金属基体之间形成的 缝隙。 缝隙。
金属腐蚀学习题
金属腐蚀学习题(总7页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--腐蚀学第一章习题1、导出腐蚀速度mm/a与mg/dm2·d间的一般关系式。
思考题2、什么是腐蚀为何提出几种不同的腐蚀定义3、举例说明研究腐蚀的意义.4、化学腐蚀和电化学腐蚀的区别是什么5、金属的主要腐蚀形态有哪些10、表示均匀腐蚀速度的方法有哪些它们之间有什么联系这些腐蚀速度表达式中，哪些是量方程式哪些是数值方程式它们之间的主要区别是什么腐蚀学第二章习题1、计算在25℃和50℃下的F值。
2、计算Zn在L ZnSO4溶液中的电极电位（相对于SHE），换算成SCE电位值是多少3、计算离子活度为10-6mol/L时，Ag/Ag+、Cu/Cu2+和Fe/Fe2O3/H+的平衡电极电位以及第三个电极的pH值。
(已知：uºAg=0 , uºCu=0 , uºFe=0, uºFe2O3=mol , uºAg+= mol , uºCu 2+= KJ/mol, uºH+=0)4、计算25℃时，下列电极的标准电极电位a)、Cu在氰化物溶液中（注意铜为1价）b)、Ni在氨溶液中c)、Zn在碱溶液中5、计算Ag/AgCl电极在1mol/L NaCl溶液中的电位。
6、计算40℃氢分压P H2=时氢电极在PH=7的溶液中电极电位。
7、计算25℃时，铁在pH=的L NaCl溶液中的电极电位。
10、Zn(阳极)与氢电极(阴极)在L ZnCl2溶液中组成电池的电动势为+，求溶液的pH 值。
11、把Zn浸入pH=2的 mol/LZnCl2溶液中，计算该金属发生析氢腐蚀的理论倾向。
(以电位表示)12、计算镍在pH =7的充空气的水中的理论腐蚀倾向。
假定腐蚀产物为H2和Ni(OH)2, Ni(OH)2的溶度积为×10-16。
13、铜电极和氢电极(P H2=浸在Cu2+活度为１且pＨ＝１的硫酸铜溶液中组成电池，求该电池的电动势，并判断电池的极性。
金属常见的腐蚀形式
第四节 缝隙腐蚀
1 缝隙腐蚀：金属部件在介质中，由于金属 与非金属或金属与金属之间形成特别小的 缝隙，使缝隙内介质处于滞留状态，引起 缝内金属加速度腐蚀。 特点：极为普遍，金属与任何材料；
Fe2++2Cl- →FeCl2
FeCl2+2H2O → Fe(OH)2+2HCl → 酸性增加导致金属的更大溶解→ Fe(OH)2在孔口氧化为Fe(OH)3疏松沉淀→ 氯离子不断向孔内迁移→水解pH下降→ 环境不断恶化——由闭塞电池引起孔内酸化 从而加速腐蚀的作用，称“自催化酸化作用”
--
3 影响因素：材料，介质成分，流速和温度 （1）材料
--
2 机理
点蚀为什么要有诱导期？为什么仅在极其 局部的区域内发生？
点蚀核的形成及材料表面状况
金属表面
膜不完整
钝化金属（钝化膜）：溶解—修复
➢ 基底金属与邻近完好钝化膜之间构成局部电池
（基底金属为阳极，钝化膜为阴极）→点蚀核→孔 口介质pH增大→有沉淀生成→ 孔口沉积形成闭塞 电池→保护穴位→酸度增加，腐蚀速度增大（自 催化酸化作用）→蚀坑增大→诱导期结束（进入 高速溶解阶段）
介质温度升高，会使低温下不发生点蚀 的材料发生点蚀。
--
4 防止 （1）从材料角度出发
①选用耐点蚀合金（钼、高纯不锈钢） ②保护表面膜 ③增加壁厚延长蚀孔穿透时间 （2）从环境、工艺角度出发 尽量降低介质中氯离子、溴离子及氧化性金属 离子的含量。 （3）添加缓蚀剂 （4）控制流速（滞流或缺氧下易发生点蚀） （5）电化学保护—阴极保护
并尽量避免大阴极/小阳极的面积组合； （2）施工中可考虑在不同金属的连接处加以绝
缘。（法兰连接处用绝缘材料的垫片） （3）涂料涂覆在阴极性金属，减小阴极面积； （4）缓蚀剂，减缓介质的腐蚀性； （5）设计时要考虑到易于腐蚀的阳极部件在维
腐蚀学第三章题目及答案
腐蚀学第三章题目及答案一、解释题1.腐蚀:材料由于环境的作用而引起的破坏和变质。
2.极化:由于电极上有净电流通过，电极电位显著地偏离了未通过净电流时的起始点位的变化现象。
3.外加电流阴极保护法:将被保护金属设备与直流电源的负极相连，使之成为阴极，阳极为一个不溶性的辅助电极，利用外加阴极电流进行阴极极化，二者组成宏观电池实现阴极保护的方法。
4.铸铁的石墨化腐蚀:铸铁的铁素体相对石墨是阳极，石墨为阴极。
铁被溶解下来，只剩下粉末状的石墨沉积在铸铁的表面上，称此现象为铸铁的石墨化腐蚀。
5.空泡腐蚀:流体与金属构件相对高速流动时，在金属表面局部区域产生涡流,伴随有气泡在金属表面迅速生成和破灭，造成材料表面粗化，导致材料丧失使用性能的一种破坏形式称为空泡腐蚀。
二、填空题1.按缓蚀剂的作用机理，可将缓蚀剂分为:阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂和混合型缓蚀剂，其中阻极型缓蚀剂用量不足易造成孔蚀。
2.在电化学保护法中，如控制不当，外加电流阴极保护法易造成杂散电流腐蚀，阳极保护法易加剧金属的腐蚀。
3.在海水中，小面积的不锈钢和大面积的黄铜接触时丕锈钢遭受腐蚀;大面积的不锈钢和小面积的黄铜接触时黄铜遣受腐蚀。
4.金属发生化学腐蚀和电化学腐蚀的倾向均可用自由能进行判断。
5.一根铁管经过腐殖土和沙土，腐殖土端易遭受腐蚀，其阴极反应式为: O2 +4H* +4e→2H20.6.已知Pb的标准电极电位E= -0.126V，在酸性土壤中会发生__吸氧腐蚀。
7. Fe:03是典型的n型半导体，在Fe20.中加入Li元素，则Fe20.的氧化速度_增加;而导电率_减小。
8.铝材在酸性介质中的腐蚀行为是_析氢腐蚀_____ ; 人体环境中的金属植入物的腐蚀行为是___吸氧腐蚀9.发生高温氧化时，金属表面一旦形成氧化膜，氧化过程的继续进行将取决于界面反应速度和参加反应的物质通过氧化膜的扩散速度。
10.阳极保护基本原理是将金属进入阳极极化，使其进入钝化区而得到保护三、问答题1.金属在极化过程中为什么腐蚀速度会减慢?请简述之。
人教版高中化学选修一第三章第二节 金属的腐蚀和防护 课件(共16张PPT)
二、电化学腐蚀
不纯的金属（或合金）跟电解质溶液接触时， 发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被 氧化，这种腐蚀叫电化学腐蚀。
回顾：1、什么是原电池？说明原电池原理。 2、构成原电池的条件？
原电池：
1、定义：把化学能转化为电能的装置。
2、原电池的工作原理
负极
3、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_中__性_或__碱__性，发生___吸_氧___ 腐蚀，电极反应式为：负极：___2_F_e__–_4_e_-_＝__2_F_e_2+_____, 正极：__O_2_+_2_H_2_O_+__4_e-_＝__4_O_H__－___；
金属在潮湿的空气中、接触腐蚀 性气体或者电解质溶液，容易被腐蚀。
防护的方法：
（1）金属表面覆盖保护层 如油漆、油脂等，电镀Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化
物薄膜作保护层。 原理：隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。
（2）改变金属的内部组织结构： 如：将Cr、Ni等金属加进钢里制成合金钢。
（3）电化学保护法：（牺牲阳极的阴极保护法） 原理：形成原电池反应时，让被保护金属做正极，
（2）若液面下降，则溶液呈___酸___性，发生__析__氢_____ 腐蚀，电极反应式为：负极：___F_e__–_2_e_－_＝__F_e_2_+_______ 正极：___2_H_+_+_2_e_-_＝__H_2_↑________。
课后思考题:
1、为什么实验室制H2用粗锌比纯锌反 应速率快？
正极：2H+ + 2e - = H2↑ O2 + 2H2O + 4e - = 4OH -
金属腐蚀学金属腐蚀学3
面膜存在孔隙或破损，则该处的基体金属通常因比表面膜的电极电位低，便形成
了膜—孔腐蚀电池，孔隙下的基体金属将作为阳极而遭到腐蚀。例如，不锈钢在
含有Cl- 离子的介质中，由于Cl-离子对钝化膜的破坏作用，使得膜破坏处的金属成
为微阳极而发生点蚀。它们与差异充气电池相配合，是引起易钝化金属的点蚀、
E Ae E Ce
E Ae E Ce
电位为E Ae的金属自发进行腐蚀
平衡状态
e
电位为E A的金属不会自发腐蚀
因此，利用金属在一定介质条件下的电极电位高低就可以判断某一腐蚀过程能否
自发进行。
电化学腐蚀倾向的判断
举两个腐蚀中的常见例子
可得到金属发生析氢腐蚀倾向的判据
可以得到金属发生吸氧腐蚀倾向的判据
各种各样的微观腐蚀电池，简称为微电池。微电池产生的原因主要有以下几个方
面。
➢ （1）金属化学成分的不均匀性引起的微电池
➢ 工业纯锌中的Fe杂质（以FeZn7存在），工业
纯铝中的杂质Fe和Cu等，都是微电池的阴极，
它们在电解液中都可加速基体金属的腐蚀。此
外，合金凝固时产生的偏析造成的化学成分不
均匀性，也是引起电化学不均匀性的原因
实际中的腐蚀电池类型
微观腐蚀电池
（2）金属组织结构的不均匀性构成的微电池
粒子种类、份量和它们的排列方式的统称。
例如，工业纯铝其晶粒内的电位为0.585伏，
晶界电位却为0.494伏，所以晶界成为微电池
的阳极，因此，腐蚀首先从晶界开始在同一
金属或合金内部存在着不同组织结构区域，
材料腐蚀与防护-5讲-腐蚀形态及机理
• 孔内介质呈滞流状态 • 溶解氧不易向内扩散
孔内金属难以钝化 • 金属离子不易向外扩散
金属离子增加，氯离子迁入以维持 电中性，形成氯化物（FeCl2）
不锈钢在充气NaCl溶液中的孔蚀
• 高浓氯化物水解，孔内酸度增 加，促使阳极溶解加快
MCl2 + 2 H2 O M (OH)2 + 2 H++ 2Cl-
• 蚀孔内部的电化学条件发生了显著的改变，对蚀孔的生长有很大的 影响，因此蚀孔一旦形成，发展十分迅速
• 蚀孔发展的主要理论是以“闭塞电池”的形成为基础，并进而形成 “活化-钝化腐蚀电池”的自催化理论
点蚀的机理-蚀孔发展
• 闭塞电池的形成条件：
(a)具备阻碍液相传质的几何条件
• 如在孔口腐蚀产物的塞积可在局部造成传质困难 • 缝隙及应力腐蚀的裂纹也都会出现类似的情况
不锈钢在充气NaCl溶液中的孔蚀
• 孔内金属表面：活化态，电位较负 • 孔外金属表面：钝化态，电位较正 • 孔内-孔外：活态-钝态微电偶腐蚀
电池 • 面积比：大阴极-小阳极，阳极电
流密度很大 • 蚀孔快速加深 • 孔外金属受到阴极保护
不锈钢在充气NaCl溶液中的孔蚀
• 孔内反应：Fe→Fe2++2e Cr →Cr3++3e、Ni →Ni2++2e
点蚀程度用点蚀系数来表示，即蚀孔的最大深 度和金属平均腐蚀深度的比值。
点蚀
• 点蚀的危害： 点蚀导致金属的失重非常小，由于阳极面积 很小，局部腐蚀速度很快，常使设备和管壁穿 孔，从而导致突发事故。 对孔蚀的检查比较困难。 蚀孔尺寸很小，且经常被腐蚀产物遮盖。
第三章 析氢腐蚀和吸氧腐蚀(09.3修改)
O ao bo lg ic
ao：与电极材料、表面状态、溶液组成和温度有关； bo：与电极材料无关。 • 氧离子化过电位越小，氧与电子结合越容易，腐蚀速率越大； 一般金属上氧离子化过电位都较高，多在1V以上。 当电流密度较小时，氧过电位与电流密度呈直线关系
ηO＝ω i = RFi
在一定的阴极电流密度下氧还原反应的实际电位与该溶液中 氧电极的平衡电位间的差值，称为该电流密度下氧离子化过 电位，简称氧过电位，以ηO表示。
•与氢离子还原反应相比，氧还原反 应可在正得多的电位下进行，因此 氧去极化腐蚀比氢去极化腐蚀更为 普遍。 •大多数金属在中性和碱性溶液中以 及少数正电性金属在含有溶解氧的 弱酸性溶液中的腐蚀都属于氧去极 化腐蚀。
吸氧腐蚀发生的场合：
海水、大气和土壤——自然环境介质中普遍存在
碱类、盐类介质 酸性介质：析氢+吸氧
(3)
析氢腐蚀的基本原理
金属发生析氢腐蚀时，阴极上将进行如下反应：
由反应式可知，其最终产物是氢分子。当电极电 位比氢的平衡电位负时，上式的平衡就向右移动， 发生氢离子放电，溢出氢气；若电极电位比氢的 平衡电位略正时，平衡将向左移动，氢气转变为 氢离子。
发生析H2腐蚀的必要条件: EH>EM 对于 2H++2e H2 25℃时 E2 H / H 2 0.059 pH (V , 相对于SHE)
(i)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 决定。这时阳极极化曲线与阴 极极化曲线相交于氧还原反应 的活化极化区(上图中的 Ee,OBC段)。
此时腐蚀电流密度小于极限扩 散电流密度，过程的控制步骤 是氧的离子化反应。 例如，铜在强烈搅拌的敞口溶 液中的腐蚀。
材料腐蚀与防护-第三章-金属的电化学腐蚀
气体电极的平衡电位
• 氢电极：将铂浸入酸性溶液中，不断地向溶液内通入氢气 ，于是铂的表面上会吸附氢气。这些吸附的氢与溶液中的 氢离子之间就会发生H2---2H++2e及2H++2e---H2的反应。 反应中放出或吸收的电子均由金属铂收存或供给。当反应 达到动态平衡时，铂与溶液界面上形成稳定的双电层，并 有一个相应的稳定电位。
* Nernst方程的应用
①计算不同浓度下的电极电位数值; ②计算不同pH条件下的电极电位数值;
例1. [Cr2O72-] = [ Cr3+] =1.00 mol/dm3, 求[H] = 10.0 mol/dm3及[H+] =
1.00´10-3 mol/dm3时电对Cr2O72- / +Cr3+ 的电极电位。 解： Cr2O72- + 14 H+ + 6 e = 2 Cr3+ + 7 H2O (1) 当 (H+) = 10.0 mol/dm3 时, 代入Nernst方程： (2) 当 [H+] = 1.00´10-3 mol/dm3 时，代入Nernst方程： 由此可见H+浓度增大，电极电位减小。
（c）金属离子不能进入溶液，溶液中的金属离子也不能沉 积到金属表面。此时可能出现另一种双电层，依靠吸附溶 解在溶液中的气体而形成双电层。
如铂浸在溶有氧的中性溶液中，氧分子被吸附在铂表面，并离解 为原子，再得到铂表面的电子成为负电荷离子，O2—2O;2O+4e--2O2-
双电层的特点：
• （1）双电层分处不同的两相-金 属相（电子导体相）和电解质溶 液（离子导体相）中；
电极反应导致在金属和溶液的界面上形成双电层，双电层两 侧的电位差，即为电极电位，也称为绝对电极电位。
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icorr
iA,E uv
iA,E r22 4 r1
三点法测定腐蚀速度
icorr
i10
exp
2.3 A
bA1
i10
exp
2.3(Ecorr bA1
E1e
)
icorr
i20
exp
2.3C
bC2
i20
exp
2.3(E2e bC2
Ecorr
)
i i i e 0bA / bA bc 0bc / bAbc 2.3(E2e E1e ) / bAbc
iC外 ECP
bAbC 2.3 bA bC
3.6浓差极化控制下的 腐蚀动力学方程式
一、浓差极化控制下的腐蚀速度
icorr＝iL＝nFD
C0
δ
阴极过程为浓差极化控制的腐蚀极化图
二、浓差极化控制下腐蚀金属的极化曲 线
iA外＝icorr
exp(
2.3EAP bA
)
1
对于腐蚀电池的阳极，极化程度越大， 金属的阳极溶解越难进行，因此阳极极 化对减缓金属腐蚀有利。
产生阴极极化（Cathodic Polarization） 的原因
阴极极化越大，说明阴极过程受阻越 严重，因此阴极极化同样可以减缓金属腐 蚀。
②极化的类型
极化的类型是根据控制步骤来划分的， 分为电化学极化、浓差极化和电阻极化。
3.7混合电位理论在多种阴极去极化反 应体系及多电极体系中的应用
一、多种阴极去极化反应的腐蚀行为 1、介质中含有两种阴极去极化剂时
的腐蚀行为 2、介质中有多种阴极去极化剂时的
腐蚀行为
金属M在含三价铁离子的酸性溶液中的腐蚀极化图
二、多电极体系的腐蚀行为 1、两种金属在介质中的相互作用 2．多电极体系的腐蚀行为
2、溶液中氢离子的还原反应 3、溶液中高价金属离子的还原反应
4、氧化性阴离子的还原反应 5、溶液中某些有机化合物的还原反应
3.2腐蚀速率与极化作用
一、金属的平衡电位与非平衡电位
1、平衡电位：当金属离子在金属/溶液两相中电化 学位相等而平衡时的电位差即为金属的平衡电位。
结论：在平衡电位下不会发生腐蚀。
二、自腐蚀电位 1、自腐蚀电位：金属在腐蚀介质中处于
自腐蚀状态下的电位称为自腐蚀电位， 简称腐蚀电位。
2、自腐蚀电位值的估算 3、研究和测量腐蚀电位的意义
3.4腐蚀金属的极化曲线及腐蚀极化图
一、腐蚀金属的极化曲线
1、理想极化曲线 理想极化曲线是指在理想电极上得到的
第三章 电化学腐蚀动力学
3.1腐蚀电池的电极过程
一、 阳极过程
腐蚀原电池的阳极过程就是金属发生电化学溶解 或阳极钝化的过程。
M1 + mH2O Mn+ mH2O + ne
二、阴极过程
阴极过程是指溶液中的氧化剂与金属阳极溶 解后所释放出来转移到阴极区的电子发生还原反 应。
1、溶液中溶解氧的还原反应
强极化时的近似公式 :
iA外＝icorr
exp
2.3EAP bA
iC外＝icorr
exp
2.3ECP bC
电化学极化控制的腐蚀极化图
线性极化时的近似公式：
icorrHale Waihona Puke iA外 EAP
bA bC 2.3 bA bC
icorr
三、 腐蚀速率与极化
铜-锌腐蚀电池示意图
腐蚀电池接通前后阴极、阳极电位变化
阴极的电极电位逐渐减小，而阳极的电 极电位逐渐增加，这就是极化，由于极 化使腐蚀速率变小
3.3混合电位理论及自腐蚀电位
一、混合电位理论
混合电位理论有两个基本假设： （1）任何电化学反应都能分成两个或两个 以上的氧化反应分和还原分反应； （2）电化学反应过程中不可能有净电荷积 累。
2、非平衡电位：我们将偏离平衡状态下 测得的电位通称为非平衡电位。
（1）稳定电位 （2）非稳定电位
3、静止电位:外电流为零时的电位称为静止
电位。
二、极化作用
1、极化：当有电流通过时，电极电位偏离静止电 位的现象称为极化。 2、极化的原因和类型：
①极化的原因 产生阳极极化（Anodic Polarization）的原因：
（1） 用腐蚀极化图分析腐蚀速度的影 响因素
初始电位差对腐蚀电流的影响
钢在非氧化性酸中的腐蚀极化图
（2）用腐蚀极化图分析腐蚀速度控制因 素
不同控制因素的腐蚀极化图 （a）阴极控制；（b）阳极控制；（c）混合控制；（d）欧姆控制
3.5 电化学极化控制下的 腐蚀动力学方程式
一、 电化学极化控制下的腐蚀速度表达式
腐蚀电池的阴、阳极电位随电流强度的变化
腐蚀极化图（Evans图）
有欧姆电位降的腐蚀极化图
2、电化学腐蚀过程的控制因素 控制程度：腐蚀过程中各项阻力与腐蚀过程总
阻力之比。 腐蚀过程的控制因素：某项阻力在腐蚀过程中
超过其它两项，起速度控制作用，称为控制因 素。
3、腐蚀极化图的应用
多电极腐蚀体系的极化图
3.8测定腐蚀速率的电化学方法
一、塔菲尔（Tafel）直线外推法 条件： （1）电化学极化控制的腐蚀体系； （2）强极化 用途：
（1）测腐蚀体系的icoor、Ecoor （2）测动力学参数bA和bC
（3）研究缓蚀剂对动力学参数的影响，确定 缓蚀机理，筛选缓蚀剂。
由阴、阳极塔菲尔直线外推法求腐蚀速度
由阳极或阴极塔菲尔直线外推与Ecorr水平直线相交求腐蚀速度
二、 线性极化法
用途：
（1）测定金属在电解液终的均匀腐蚀速 率；
（2）研究各种因素对腐蚀的影响，评定 耐蚀性；
（3）研究缓蚀剂； （4）现场监测使用。
三、弱极化区三点法
corr 1
2
二、电化学极化控制下腐蚀金属的极化 公式
iA外＝icorr exp
2.3E AP bA
exp
2.3E AP bC
iC外＝ic
orr
exp
2.3ECP bC
－exp
2.3ECP bA
极化曲线。
2、实测极化曲线
从自腐蚀电位开始实验测出 E i或E lgi的关
系曲线，称为实测极化曲线。 3、理想极化曲线及其与实测极化曲线的关系 4、外加电流对金属腐蚀的影响
二、腐蚀极化图及其应用 1、 腐蚀极化图 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。