第四章__金属在各种环境中的腐蚀
高中化学选择性必修一第4章第3节 金属的腐蚀与防护 基础知识讲义
第三节金属的腐蚀与防护一、金属的腐蚀（一）定义：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象（二）特征：金属被腐蚀后，在外形，色泽以及机械性能方面会发生变化（三）本质：金属失电子变成阳离子发生氧化反应。
M-ne-=M n+（四）类型：化学腐蚀和电化学腐蚀1、化学腐蚀（1）定义：金属与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2、SO2等）直接反应而引起的腐蚀（2）本质：金属失电子被氧化。
（3）举例：铁与氯气直接反应而腐蚀；输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀（4）特点：无电流产生，化学腐蚀的速度随温度升高而加快。
例如：钢材在高温下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的一层氧化物。
2、电化学腐蚀（1）定义：不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。
（2）本质：较活泼的金属失去电子被氧化（3）举例：钢铁制品在潮湿空气中的锈蚀就是电化学腐蚀（4）特点：有微弱的电流产生注：化学腐蚀与电化学腐蚀的联系：化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更大，腐蚀速率更快3、钢铁的电化学腐蚀（1）原电池的组成：负极：铁正极：碳电解质：潮湿空气（2）种类：根据钢铁表面水膜的酸性强弱分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀①析氢腐蚀：在酸性环境中，由于在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫做析氢腐蚀。
水膜酸性较强：负极：Fe—2e-=Fe2+正极：2H++2e-=H2↑总反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑②吸氧腐蚀：钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气，此时就会发生吸氧腐蚀水膜中溶有O2，呈弱酸性、中性或碱性：负极：Fe—2e-=Fe2+ 正极：O2+4e-+2H2O=4OH-总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3 =Fe2O3·xH2O（铁锈）+(3-x)H2O注：I、只有位于金属活动性顺序中氢前的金属才可能发生析氢腐蚀，氢后的金属不能发生II、氢前和氢后的金属都可发生吸氧腐蚀III、吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，主要原因有两个，第一：水膜一般不显强酸性；第二：多数金属都可发生二、金属的防护（一）改变金属材料的组成1、方法：在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。
第四章 第三节 金属的腐蚀与防护
第四章 化学反应与电能
必备知识·自主预习
关键能力·新知探究
课时作业
2．在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种 普遍采用的防护方法。 (1)在钢铁制品的表面喷涂_油__漆_、矿__物__性__油__脂__或覆盖搪瓷、塑料等。 (2)用电__镀__等方法在钢铁表面镀上一层锌、锡、铬、镍等金属。 (3)用化学方法在钢铁部件表面进行发__蓝__处理(生成一层致密的四氧 化三铁薄膜)。 (4)利用阳__极__氧__化__处理铝制品的表面，使之形成致密的氧化膜而钝 化等。另外，采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面也可以形成稳 定的钝__化__膜__等。
第四章 化学反应与电能
必备知识·自主预习
关键能力·新知探究
课时作业
2．下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是( ) A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护 B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀 C．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀 D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是 Fe－3e－===Fe3＋
第四章 化学反应与电能
必备知识·自主预习
关键能力·新知探究
课时作业
AD [题图所示吸氧腐蚀中，铁作负极，铜作正极，溶解了 O2 的 水膜作电解质溶液，正极电极反应式为 O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A 错误；负极电极反应式为 Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋和正极产生的 OH－结 合生成 Fe(OH)2，Fe(OH)2 不稳定，容易被空气中的 O2 氧化生成 Fe(OH)3，化学方程式为 4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3，B 正确； 形成的原电池中铜作正极，负极失电子容易被腐蚀，正极被保护，所以 铜不被腐蚀，C 正确；腐蚀过程中，外电路上电子从负极铁流向正极铜， D 错误。]
人教版高中化学选择性必修一 第四章 第三节 金属的腐蚀与防护
随堂练习
5.下列对如图所示的实验装置的判断错误的是 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↑
【答案】1.B 2.B 3.B 4.A 5.D
思考与讨论
若表面出现破损时，请分析并说明白铁皮、马口铁的腐蚀情况。 金属活动性：Zn > Fe > Sn 白铁皮：薄钢板表面镀上一层锌
破损时，锌作负极而被腐蚀
马口铁：薄钢板表面镀上一层锡
破损时，铁作负极而被腐蚀
金属的防护
3.电化学防护法 （1）牺牲阳极法
被保护金属作为 正极（阴极）
活泼金属作为 负极（阳极）
在酸性环境中，由于在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫做析氢腐蚀。
负极：Fe－2e－＝Fe2＋ 正极：2H＋＋2e－＝H2↑ 总反应： Fe＋2H＋＝Fe2＋＋H2↑
金属的腐蚀
2.电化学腐蚀 （2）吸氧腐蚀
如果钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气， 此时就会发生吸氧腐蚀。钢铁等金属的腐蚀主要是吸氧腐蚀。
随堂练习
2.右图装置中, u 型管内为红墨水，a, b 试管内分别盛有食盐水和氯化 铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间，下列有关描述错误的是 A. 生铁块中的碳是原电池的正极 B. 红墨水柱两边的液面变为左低右高 C. 两试管中相同的电极反应式是：Fe－2e－ ===Fe2+ D. a 试管中发生了吸氧腐蚀，b 试管中发生了析 氢腐蚀
随堂练习
3.铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是 A.正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ B.此过程中还涉及反应4Fe(OH)2＋2H2O＋O2
高中化学第四章电化学基础4.4金属的电化学腐蚀与防护课件新人教选修4.ppt
4．钢铁的电化学腐蚀 (1)钢铁的电化学腐蚀的分类： 电化学腐蚀析 吸氢 氧腐 腐蚀 蚀
(2)钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较：
酸性较强
中性 酸性很弱
2H+ + 2e - === H2↑ O2+2H2O+4e- === 4OH Fe+2H + === Fe2 ++H2↑ 2Fe+2H2O+O2 == 2Fe(OH)2
被氧化的金属为 Cu ，被保护的金属为 Fe 。
一、金属的腐蚀 1．概念 金属或合金与周围接触到的 气体或液体 进行 化学反应 而腐蚀损耗的过程。 2．本质 金属原子 失去 电子变为 阳 离子，金属发生 氧化 反应。
3．分类 (1)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。 (2)电化学腐蚀： 不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池 反应，比较活泼的金属失电子而被氧化。
金属的腐蚀在生活中非常普遍
钢铁生锈
(1)原电池中，较活泼的金属 失去 电子， 发生 氧反化应，而使金属被氧化。如 Zn－Cu－稀H2SO4原电池中，被氧化 的金属为 Z，n 被保护的金属为 C。u
(2)电解池中，若阳极不是惰性电极，则阳极金属 失去 电子，发生 氧化 反应，引起阳极金属不
断损耗，而阴极金属受到保护。如图所示：
2．金属的防护措施
下列有关金属的保护方法的说法中正确的是 ( B )
A．常使用的快餐杯表面有一层搪瓷，搪瓷层破损 后仍能起到防止铁生锈的作用
B．白铁(镀锌铁)镀层破损后，铁皮的腐蚀速率很 慢
C．轮船的船壳水线以下常装有一些锌块，这是利 用了牺牲阴极的阳极保护法
D．钢铁制造的暖气管道外常涂有一些沥青，这是 钢铁的电化学保护法
材料腐蚀与防护第四章金属在各种环境中的腐蚀
2.大气腐蚀机理 大气腐蚀特点：金属表面处于薄层电解液下的腐蚀过程，符合
电化学腐蚀的一般规律。 （1）大气腐蚀的电化学过程 当金属表面形成连续的电解液薄层时，大气腐蚀的阴极过程主要 是氧去极化。
阴极过程：
阳极过程：
在薄的液膜下，大气腐蚀的阳极过程受到阻滞，因为氧更容 易到达金属表面，生成氧化膜或氧的吸附膜，使阳极处于钝态。
引起材料的破损称为大气腐蚀。 大气腐蚀是常见的一种腐蚀现象。据统计由于大气腐蚀而
损失的金属约占总的腐蚀量的50％以上，因在大气中使用的钢材 量一般超过其生产总量的60％。例如，钢梁、钢轨、各种机械设 备、车辆等都是在大气环境下使用。因此了解和研究大气腐蚀是 非常必要的。 1.大气腐蚀的分类
大气的主要成分不变，只有水分含量随地域、季节、时间 等条件而变化。根据金属表面潮湿度的不同，把大气腐蚀分为三 类：
29
图4-2 抛光钢在不同大气环境中腐 蚀与相对湿度的关系
A-纯净空气 B-有（NH4）SO4颗粒，无SO2
C-仅0.01﹪SO2，没有颗粒 D-（NH4）SO4颗粒+0.01﹪SO2
E-烟粒+0.01﹪SO2
3)被硫酸铵和煤烟粒子污 染的空气加速金属腐蚀。
可见：在污染大气中，低于 临界湿度时，金属表面无水膜， 化学作用引起腐蚀，腐蚀速度很 小；高于临界湿度时，由于水膜 的形成，发生了电化学腐蚀，腐 蚀速度急剧增加。
图4-2 抛光钢在不同大气环境中腐蚀与相对湿 度的关系
A-纯净空气 B-有（NH4）SO4颗粒，无SO2
C-仅0.01﹪SO2，没有颗粒 D-（NH4）SO4颗粒+0.01﹪SO2
E-烟粒+0.01﹪SO2
2)在污染的空气中，空气的 相对湿度低于70％时，即使是长 期暴露，腐蚀速度也是很慢的。 但有SO2存在时，当相对湿度略 高于70％时，腐蚀速度急剧增加。
第四章金属在各种环境下腐蚀
两个串联 的电解池
杂散电流腐蚀: 当杂散电流流过埋在土壤中的管道、电缆等，进入大地处的阳极端出现的腐蚀。 交流电也会引起杂散电流腐蚀，但破坏要弱得多。 频率为60Hz交流电的作用约为直流电的1％
微生物的影响 在缺氧的土壤条件下，有利于某些微生物的生长。细菌生命活动间接地对金属腐蚀的电化学过程产生影响。
淡水腐蚀的影响因素 pH影响
溶氧的影响
水温的影响 温度增加，溶氧降低 温度增加，化学反应加快
流速的影响 氧增多 钝态
海水腐蚀 海水中主要盐类的含量
把海水看作是3.5％的NaCl溶液
海水的特性： 1、含盐量高， 2、海水有很高的电导率，远远超过河水和雨水 3、海水温度在0-35℃变化 4、海水中pH通常为8.1-8.3 5、海水表层氧的浓度（5-10）×10-6
淡水和海水腐蚀
淡水腐蚀 河水、湖水、地下水等含盐量少的天然水。 世界河水溶解物的平均值％
淡水腐蚀机理 阳极反应：Fe → Fe 2 + + 2 e 阴极反应：O 2+ 2H 2O + 4e → 4OH − 溶液中：Fe2+ + 2OH − → Fe(OH) 2 进一步氧化：4Fe(OH) 2 + O2 + 2H 2O → 4Fe(OH)3 形成铁锈：2Fe (OH)3 − H 2O → Fe 2O3 . H2 O Fe( OH)3 − H2 O → FeOOH 氧去极化的电化学腐蚀过程，通常受阴极过程控制
潮大气腐蚀 当大气中的相对湿度足够高，在金属表面存在着肉眼看不见的薄液膜时所发生的腐蚀。 电化学腐蚀，腐蚀速度急剧增大
湿大气腐蚀 相对湿度接近于100％ 金属表面便存在着肉眼可见的凝结水膜时发生的腐蚀。 氧扩散困难，腐蚀速度下降。 水膜厚>1mm，金属全浸在电解质溶液中的腐蚀，腐蚀速度基本不变。
金属腐蚀与防护概论 第四章 析氢腐蚀与吸氧腐蚀
蚀生成金属离子的电极电位显著降低，此时也将发生析氢腐蚀。
第四章 析氢腐蚀与吸氧腐蚀
3 析氢反应的步骤与机理
第四章 析氢腐蚀与吸氧腐蚀
4 氢去极化的阴极极化曲线
氢去极化反应在一般情况下都是电化学步骤所控制
不同的金属电极上，氢的去极化 曲线不同
许多金属电极上的析氢反应 的控制步骤是电化学反应
第四章 析氢腐蚀与吸氧腐蚀
4.2 吸氧腐蚀
溶液中的中性氧分子（O2）在阴极上进行还原反应引起的电化学腐蚀 吸氧腐蚀往往比析氢腐蚀普遍和更加容易发生
1 吸氧腐蚀体系
➢ 发生析氢腐蚀的体系基本都能发生吸氧腐蚀。 ➢ 一些具有较高电位的正电性金属（如Cu）在含溶解氧的酸性和中性溶液中都能
发生吸氧腐蚀。
1 吸氧反应的步骤与机理
第四章 析氢腐蚀与吸氧腐蚀
➢ 阴极上氢气泡的产生对电极附近溶液的搅拌作用可以使扩散层厚度减小，因此，H+ 还原反应的极限扩散电流密度比较大。同时，由于H+带电，除扩散外，其电迁移过 程一般不可忽视，H+还原的浓差极化可以忽略，主要以活化极化控制为主。
第四章 析氢腐蚀与吸氧腐蚀
（2） 铁在酸溶液中的腐蚀动力学
第四章 析氢腐蚀与吸氧腐蚀
第四章 析氢腐蚀与吸氧腐蚀
4.1 析氢腐蚀 4.2 吸氧腐蚀
ห้องสมุดไป่ตู้
第四章第四节 金属的电化学腐蚀与防护
联系
1、埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种情况 下被腐蚀速率最慢的是 ( C ) A．在潮湿疏松的土壤中 B．在含铁元素较多的酸性土壤中 C．在干燥致密不透气的土壤中 D．在含碳较多的潮湿透气的中性土壤
发生的 条件 电流
本质
金属与接触 物直接反应
无电流Байду номын сангаас生 金属被腐蚀
相互 关系
较活泼金属被 腐蚀 两者往往同时发生，但电化 腐蚀更普遍。
化学腐蚀：
升温可加快金 属腐蚀
家用燃气灶的中心 部位很容易生锈
食品罐头放在南极80 多年了，却很少生锈
海边的铁制品比较容易生锈
一、电化学腐蚀
钢铁表面形成的微小原电池示意图
2、金属的防护方法 常见的金属的防护有哪些方法？
(1)在金属表面覆盖保护层
A. 涂矿物质油脂、油漆或覆盖搪瓷塑料 B. 镀抗蚀金属－电镀、热镀、喷镀法 C. 用化学方法使其表面形成一层致密氧化膜， 如烤蓝 (2)改变金属内部组成结构而增强抗腐蚀能力
如制成不锈钢。
自行车的金属部件采用了什么样的防护措施?
4、下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间 (4)>(2)>(1)>(3) 。 后腐蚀速率由慢到快的顺序是：
3、一般可用下列原则判断： 电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的 腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀。 同一种金属腐蚀：强电解质溶液＞弱电解 质溶液＞非电解质溶液。
5、下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的 顺序是： (5)>(2)>(1)>(3)>(4) 。
外加电流的阴极保护法： 将被保护的钢铁设备（如钢闸门）做阴极， 用惰性电极做辅助阳极，在外加直流电作用下， 电子被迫流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面 的腐蚀电流降至零或接近等于零。
4.3金属的腐蚀与防护+说课稿+2023-2024学年高二化学人教版(2019)选择性必修一
《金属的腐蚀与防护》说课稿一、教学分析1、内容选择：本次实验课选自人教版高中化学《选择性必修一》第四章第三节《金属的腐蚀与防护》，是继电化学原理知识系统学习后，原电池和电解池知识的发展与应用。
另一方面，学生发现教室清洁使用的钢丝球，半天旧生锈明显，而家用的钢丝球很少生锈，对该现象的原因很好奇。
查阅《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》对该部分的“内容要求”、“学习活动建议”和“学业要求”做出了相关要求。
同时新高考试题越来越体现情境化、探究性、实践性的特点，于是本课以钢丝球为载体，展开金属的腐蚀与防护的探究性学习。
2、学情分析：该阶段学生已经学习了氧化还原知识及电化学原理知识，具备独立分析出析氢腐蚀原理的能力，但对吸氧腐蚀较陌生，需完善学习。
3、教学目标设计的初衷是提高宏微结合、证据推理、探究与创新、态度与责任四大核心素养，落到知识角度，得到具体教学目标：1.掌握金属发生吸氧腐蚀的原理，构建金属电化学腐蚀的分析模型；2.探究金属在酸性、中性、碱性条件下的腐蚀类型，感受金属腐蚀的普遍性及危害，学习科学探究的方法。
3.掌握金属腐蚀的防护方法，体会化学知识对社会生活的重要作用。
4.重难点：金属吸氧腐蚀的原理及过程；金属在弱酸性条件下的电化学腐蚀类型；金属防腐措施的自主设计。
二、内容创新教材中安排四个实验来突破两个难点，即：吸氧腐蚀的判断和牺牲阳极法；本课对教材进行整合改进后，设计三个实验突破三个重点，即：1.创新演示实验，探究钢丝球在NaCl溶液中的腐蚀情况，理解吸氧腐蚀的全过程；2.创新合作探究实验，探究不同pH下钢铁的腐蚀类型;3.创新课外自主实验，探究金属防腐措施的效果，从三个角度设计金属防腐措施。
三、教学过程情境素材一：学生发现教室清洁使用的一款钢丝球，才半天就生锈了，而家里使用的钢丝球却很少生锈。
由此引导学生从钢丝球本身以及接触的环境两个方面来寻找易生锈和不易生锈的的原因。
易锈钢丝球的产品参数材料显示为“钢丝”，主要含Fe和C，不锈钢丝球的材料为“不锈钢”，主要含Fe、C、Cr、Ni等。
第四章-金属钝化
尽管成相膜理论和吸附理论对金属钝化原因的看 法不同，但有两点是很重要的
✓ 已钝化的金属表面确实存在成相的固体产物膜，多数是 氧化物膜
✓ 氧原子在金属表面的吸附可能是钝化过程的第一步骤
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两个特征电流密度
ip、 imax
金属在整个阳极过程中，由于电极电位所处范围不 同，电极反应不同，腐蚀速度也不一样
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4.3 金属的钝化过程
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1. 氧化剂的氧化能力对金属的钝化行为的影响
f
Ept
e IV
d
c
III
Epp
a
b II
I
ip
易钝化金属在氧化能力不同的介质中钝化行为示意图
加入阳极性缓蚀剂，抑制阳极反应，使Ep和ip降 低
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(2)影响阴极极化曲线
使真实阴极极化曲线向上、向右移动 使阴极反应在金属表面上更容易进行。比如铬镍
不锈钢在稀硫酸中不能钝化，加入低氢过电位合 金元素Pt，能够钝化 增加溶液的氧化性，增大总的阴极电流密度。如 加入强氧化剂(铬酸盐，硝酸盐，亚硝酸盐等)、 通氧或增大溶解氧浓度
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EF愈正，表明金属丧失钝态的可能性愈大；反之， 则容易保持钝态
EF与溶液的pH值之间存在线形关系 EF =EF0- 0.0591PH
（EF0为标准状态下的Flade电位）
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4.4 金属的自钝化过程
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新人教版化学选修4第四章第四节《金属的电化学腐蚀和防护》
二、金属的电化学防护：
1、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，不反应， 起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。
牺牲阳极的阴极保护法
用牺牲锌块的方法保护 船身，锌块须定期更换
用牺牲镁块的方法防 地下钢铁管道的腐蚀 镁块必须要定期更换
2、外加电流法 原理 ：将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极， 使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下 使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及 水中金属设备的腐蚀。
钢铁腐蚀：
钢铁的析氢腐蚀示意图
钢铁的吸氧腐蚀示意图
钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较
析氢腐蚀 条 件 水膜呈酸性。 吸氧腐蚀 水膜呈中性或酸性很弱。
电 负极：Fe Fe−2e=Fe2+ 2Fe−4e=2Fe2+ 极 ++2e=H ↑ 2H O +2H O+4e=4OH 正极： C 2 2 2 反 应 总反应： Fe+2H+=Fe2++H2↑ 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
千年不锈之谜
1965年冬天，在湖北省望山楚墓群中，出土了传说中的越王勾践剑。越王 勾践剑的含铜量约为80%-83%、含锡量约为16%-17%。该剑出土时插在 髹漆的木质剑鞘内。这座墓葬深埋在数米的地下，墓室四周用白膏泥填塞， 其下部采用的还是经过人工淘洗过的白膏泥，致密性更好。加上墓坑上部 填土夯实，墓室几乎成了一个密闭的空间。墓处在现代荆州附近的漳河二 干渠上，地下水位较高，该墓的墓室曾经长期被地下水浸泡，地下水酸碱 性不大，基本上为中性，这从该墓出土的大量精美的漆木器保存情况较好 而得到证实。让人惊奇的是，这把青铜宝剑穿越了两千多年的历史长河， 但剑身几乎不见锈斑。它千年不锈的原因到底是什么呢？ 在古代墓葬中，青铜器发生锈蚀的途径一般说来有这样几条：在潮湿的条 件下，有空气或氧气存在时，发生锈蚀，生成铜盐；在潮湿的条件下与贵 重金属(如金、银等)接触，产生电化学腐蚀；与硫或含有硫的物质接触， 生成铜的硫化物等。
金属在各种环境中的腐蚀
O² 大气 土壤
金属
I:土壤孔隙中氧的 对流迁移区； II:土壤孔隙中氧的 扩散迁移区； III：液膜或腐蚀产 物中氧的扩散迁移 区；
氧在土壤中向被腐蚀金属表面的输送过程 根据ToMamoB 引自<Teopu> P369
影响土壤腐蚀性的因素
主要因素有：含水量、含盐量、pH值、电阻率。 ➢ 土壤含水量既影响土壤导电性又影响含氧量。 ➢ 氧的含量对金属的土壤腐蚀有很大影响。 ➢ 土壤愈干燥，含盐量愈少，土壤电阻率愈大；土
上 端 距
2.4 3.1
离 3.7
（ 米 ）
4.3 4.9
5.5
6.1
飞溅区
美
国
潮汐区
耐 海
水
钢
Mariner
与
全浸区 碳
钢
的
试
验
海泥区
结
Mainer钢• 碳钢
果 （ 九
年
暴
露
）
6
5
4
3
2
海水腐蚀的特点
✓ 由于海水导电性好，腐蚀电池中的欧姆电阻很 小，因此异金属接触能造成阳极性金属发生显 著的电偶腐蚀破坏。
空气中杂技对抛光钢试样 大气腐蚀速度的影响
防锈
(1)各种金属耐大气腐蚀性能 普通碳钢在潮湿和污染大气中很容易生锈，须使
用油漆涂料之类的覆盖层进行保护。 含铜、磷、铬、镍的低合金钢有良好的耐大气腐
蚀性能。 当大气污染严重时，不含钼的奥氏体不锈钢也会
产生锈点。有色金属铝、铜、铅、锌有良好耐大气腐 蚀性能，但当存在污染物质时，腐蚀速度增大。
大气腐蚀的三种类型
(1)干的大气腐蚀 当空气十分干燥，金属表面上不存在水膜金属的腐
蚀属于常温氧化。 (2) 潮的大气腐蚀
《第四章第三节金属的腐蚀与防护》教学设计教学反思-2023-2024学年高中化学人教版19选修1
《金属的腐蚀与防护》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 知识与技能：学生能够理解金属腐蚀的原理，掌握金属腐蚀的种类和防护方法。
2. 过程与方法：通过实验和讨论，培养学生的观察能力和分析能力。
3. 情感态度价值观：认识到金属腐蚀对人类生产生活的影响，树立环保意识。
二、教学重难点1. 教学重点：金属腐蚀的原理和防护方法。
2. 教学难点：金属腐蚀的种类和防护方法的实际应用。
三、教学准备1. 准备实验器材和试剂，进行金属腐蚀实验。
2. 准备相关图片和视频，用于展示金属腐蚀的危害和防护措施。
3. 提前布置学生预习相关内容，为课堂讨论做准备。
4. 设计教学课件，用于展示教学重难点。
四、教学过程：1. 导入新课：老师通过一些常见的金属腐蚀现象，引导学生思考金属腐蚀的原因和危害，引出本节课的主题——金属的腐蚀与防护。
2. 讲授新课：（1）金属腐蚀的原因：老师可以介绍金属腐蚀的原理，即金属与空气中的氧气、水等发生化学反应，生成金属氧化物。
（2）金属腐蚀的分类：老师可以介绍化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型，并解释它们之间的区别。
（3）金属腐蚀的危害：老师可以介绍金属腐蚀对工业、交通、建筑、生活等方面的危害，让学生更加重视金属腐蚀问题。
（4）防护措施：老师可以介绍各种防护措施，如涂漆、镀层、改变环境条件（如降低湿度、降低氧气浓度等）、使用缓蚀剂等，并让学生了解这些措施在实际中的应用。
3. 实验演示：老师可以设计一些简单的实验，如对比不同金属在相同条件下的腐蚀情况，或者演示金属防护措施的效果，让学生更加直观地了解金属腐蚀和防护的知识。
4. 小组讨论：老师引导学生分组讨论生活中常见的金属腐蚀现象，以及如何进行防护，提高学生的实践能力和团队协作能力。
5. 总结回顾：老师对本节课的内容进行总结回顾，强调金属腐蚀的危害和防护措施的重要性，让学生更加深入地理解金属腐蚀与防护的知识。
6. 作业布置：学生回家后，通过网络、书籍等途径收集更多关于金属腐蚀与防护的信息，撰写一篇小论文，介绍金属腐蚀的原理、危害和防护措施。
材料腐蚀与防护习题
第二章金属的电化学腐蚀通常规定凡是进行氧化反应的电极称为阳极；进行还原反应的电极就叫做阴极。
由此表明，作为一个腐蚀电池，它必需包括阴极、阳极、电解质溶液和电路四个不可分割的部分。
而腐蚀原电池的工作历程主要由下列三个基本过程组成：1、阳极过程：金属溶解，以离子的形式进入溶液，并把当量的电子留在金属上；2、阴极过程：从阳极过来的电子被电解质溶液中能够吸收电子的氧化性物质所接受；3、电流的流动：金属部分：电子由阳极流向阴极；溶液部分：正离子由阳极向阴极迁移。
4、腐蚀电池的类型可以把腐蚀电池分为两大类：宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池当参与电极反应的各组分活度(或分压)都等于1，温度规定为25︒C，这种状态称为标准状态，此时，平衡电位Ee等于E0，故E0称为标准电位。
由于通过电流而引起原电池两极间电位差减小并因而引起电池工作电流强度降低的现象，称为原电池的极化作用。
当通过电流时阳极电位向正的方向移动的现象，称为阳极极化。
当通过电流时阴极电位向负的方向移动的现象，称为阴极极化。
消除或减弱阳极和阴极的极化作用的电极过程称为去极化作用或去极化过程根据控制步骤的不同，可将极化分为两类：电化学极化和浓度极化极化分类：电化学极化：电子转移步骤最慢为控制步骤所导致浓度极化：电子转移步骤快，而反应物从溶液相中向电极表面运动成产物自由电极表面向溶液相内部运动的液相传质成为控制步骤电阻极化：电流通过电解质溶液和电极表面的某种类型膜而产生的欧姆降。
产生阳极极化的原因：1、阳极的电化学极化2、阳极的浓度极化3、阳极的电阻极化。
析氢腐蚀以氢离子作为去极化剂的腐蚀过程，称为氢离子去极化腐蚀吸氧腐蚀以氧作为去极化剂的腐蚀过程，称为氧去极化腐蚀氢去极化腐蚀的特征1、阴极反应的浓度极化小,一般可以忽略。
2、与溶液PH值关系很大。
3、与金属材料的本质及表面状态有关。
4、与阴极面积有关。
5、与温度有关。
三、提高氢过电位措施1、加入析氢过电位高的合金元素；2、提高金属的纯度，消除或减少杂质；3、加入阴极缓蚀剂，如在酸性溶液中加入As、Sb、Hg、盐。
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材料科学与工程学院 金属材料系来自4.1、金属在大气中的腐蚀
金属在大气自然环境条件下发生腐蚀的现象称 为大气腐蚀。
金属暴露在大气中要比暴露在其他腐蚀介质中
的机会多，大气腐蚀是金属腐蚀中最普通的一种。 然而，由于决定腐蚀反应动力学因素的复杂性，至 今对它的了解还不是十分清楚。 大气腐蚀基本上属于电化学腐蚀范畴。它是一
海水流 速 M/S 腐蚀率 g/m2.n 海水流速 m/s 腐蚀率 g/m2.n
0.6 1.2 1.8 2.4 3.1 3.7 4.3 4.9 5.5 6.1
潮汐区
美 国 耐 海 水 钢
Mariner
全浸区 海泥区 Mainer钢 碳钢
0 1.5 3
0.125 0.46 0.67
4.5 6 7.5
析 出 30 H2 或 20 吸 收 10 O2 的 体 种 50 (cm3/dm2) 100
氧 还 原 反 应 速 度 (mA/cm2)
1
1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0
150 150
2
120 90 60 30
氧 扩 散 层 厚 度 (ų)
1
150
200
0
200
400
600
水膜厚度(ų) 镁在全浸,蒸镏水薄膜和洁净大气条 件下腐蚀时的氢去极化及氧去极化
全浸 薄水膜 氧去极化 大气腐蚀 氢去极化
铜表面上水膜厚度(0.1NNacl)与氧还原反 应速度及氧扩散层厚度的关系
氧还原反应速度 氧扩散层厚度
(根据ToMawoB)
(根据 Po3eHΦe∧b4)
大气腐蚀的影响因素
（1）气候条件：湿度 ；降水量 ；温度 ；日照量
（2）大气污染物质
SO2 ：能强烈促进钢铁的大气腐蚀 盐粒 ：溶解于金属表面水膜，增加吸湿性和导电性， 氯离子还具有强腐蚀性。 烟尘 ：烟尘落在金属表面，能吸附腐蚀性物质(如炭 粒)，或者在金属表面上形成缝隙，增加水汽凝聚(如 硅质颗粒)。
海水的主要成分
离子
ClSO42HCO3BrFBO33-
飞溅区
浓度％0
18.98 2.65 0.14 0.09 0.002 0.3
离子
Na+ M g2+
Ca2+
浓度 ％0
0.56 1.27 20.40 0.88 0.01
K+ Sr2+
距 试 样 上 端 距 离 （ 米 ）
碳钢腐蚀率与海水流速的关系
大
使用
涂布量 7~10g/m2 用于钢铁， 发兰件， 铝合金的 防锈封存 涂布量 7~10g/m2用 于钢铁, 铜及铜合 金，铝合 金镀锌， 镀隔件
气 腐
特封-24 薄层防 锈油
苯并三氮唑 0.3% 石油磺酸钡 5% 环烷酸锌 1% 羊毛脂 2% 磷酸三丁酯 2% 22 号透平油 余量
蚀
钢，铜及其合金， 9号气 镀锌层，镀隔层 法兰件，硅钢片， 相防锈 铝等组合件组成 纸 的仪器，仪表的 库存及长期封存。
铁的大气腐蚀速度与 相对湿度的关系
(大气中含0.01%so2) 暴露55天的结果
防锈
(1)各种金属耐大气腐蚀性能
普通碳钢在潮湿和污染大气中很容易生锈，须使
用油漆涂料之类的覆盖层进行保护。 含铜、磷、铬、镍的低合金钢有良好的耐大气腐 蚀性能。 当大气污染严重时，不含钼的奥氏体不锈钢也会
产生锈点。有色金属铝、铜、铅、锌有良好耐大气腐
大气腐蚀的三种类型
(1)干的大气腐蚀 当空气十分干燥，金属表面上不存在水膜金属的腐 蚀属于常温氧化。 (2) 潮的大气腐蚀 当Rh<100%，在金属表面上存在肉眼不可见的薄液
膜，随水膜厚度增加,V-迅速增大。
(3) 湿的大气腐蚀 当Rh≈100%，金属表面上形成肉眼可见的水膜，随 水膜厚度增加， V-逐渐减小。
大气腐蚀的特点
氧分子还原反应速度较大，成为主要的阴极过程。 即使液膜呈酸性，氧分子还原反应仍占阴极过程的
主要地位。
在薄的液膜下氧容易到达金属表面，有利于金属钝 化；潮的大气腐蚀受阳极极化控制，湿的大气腐蚀 受阴极极化控制 由于水膜薄，腐蚀过程的产物仍留在水膜中，因此
腐蚀产物的性质对大气腐蚀过程有重要影响。
土壤的腐蚀性
（1）土壤是土粒、水和空气的混合物。由于水中溶 有各种盐类，故土壤是一种腐蚀性电解质，金属在 土壤中的腐蚀属于电化学腐蚀。 （2）土壤中含有多种无机物质和有机物质，这些物 质的种类和含量既影响土壤的酸碱性，又影响土壤 的导电性。土壤是不均匀的，因此长距离的地下管 道和大尺寸的地下设施，其各个部位接触的土壤的 结构和性质可能有较大的变化。土壤中还有大量微 生物，对金属腐蚀能起加速作用。
水膜，其原因有三：
◆毛细凝聚 ◆化学凝聚 ◆吸附凝聚
金属表面上形成的水膜并不是纯净的水。 因此，大气腐蚀属于电化学腐蚀范畴。
大气腐蚀的特点
大气腐蚀速度与金属表面水膜厚度的关系
腐 蚀 速 度
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
Ⅰ
水膜厚度
大气腐蚀速度随金属表面 水膜厚度的变化
I区为金属表面上有几个分子层厚的吸附水膜，没有形 成连续的电解液，相当于“干氧化”状态，发生纯化学 腐蚀。 II区对应于“潮大气腐蚀”状态，出于电解液膜的存在， 开始了电化学腐蚀过程．腐蚀速度急剧增加。 III区为可见的液膜层，III区相当于“湿大气腐蚀”。随 着液膜厚度进一步增加，氧的扩散变得困难，因而腐蚀 速度也相应降低。液膜更厚就进入IV区，这与浸泡在液 体中的腐蚀相同。 一般环境的大气腐蚀大多是在II、III区进行的，随着气 候条件和相应的金属表面状态的变化，各种腐蚀形式可 以互相转换。
0.75 0.79 0.81
与 碳 钢 的 试 验 结 果 （ 九 年 暴 露 ）
6
5
4
3
2
海水腐蚀的特点
由于海水导电性好，腐蚀电池中的欧姆电阻很 小，因此异金属接触能造成阳极性金属发生显 著的电偶腐蚀破坏。 海水中含有大量氯离子，容易造成金属钝态局 部破坏。 碳钢在海水中发生吸氧腐蚀，凡是使氧极限扩 散电流密度增大的因素，如充气良好，流速增 大，都会使碳钢腐蚀速度增大。 海洋环境的腐蚀分为几个区域 。
土壤腐蚀性划分标准
极 强 土壤电阻率(m) 土壤含盐量％ (%) 土壤含水量(%) 土壤 PH 值 电解失重(g/₂₄hr) <10 >0.75 强 10-25 0.75-0.1 12-10 25-30 4.5-5.5 6-3 中 25-50 0.1-0.05 10-7 30-40 5.5-7 3-2 弱 50-100 0.05-0.01 7-3 >40 7-8.5 2-1 级弱 >100 <0.01 <3 >8.5 <1
120 100 80
暴露55天
腐 蚀 增 120 量
80
E烟尘颗粒 +0.01%SO2
D硫铵颗粒 +0.01%SO2
大
C 含0.01%SO2 气 无颗粒
60
40
腐
B含硫铵颗盐粒 无SO2
40 20
蚀
A 纯净空气
0
20 40 60 80 10
相对湿度(%)
30 50 60 80
90
99
相对湿度逐渐增大(到99%) 空气中杂技对抛光钢试样 大气腐蚀速度的影响
（2）设计和施工 在选材、设计和施工中要避免造成电偶腐蚀 和缝隙腐蚀。与高流速海水接触的设备(泵、推进 器、海水冷却器等)要避免湍流腐蚀和空泡腐蚀 （3）涂料保护
（4）阴极保护
阴极保护与涂料联合应用是最有效的防护方 法。现在海洋船舶、军舶普遍采用这种防护方法。
4.3、 土壤腐蚀与地下金属管道保护
种在液膜下的电化学腐蚀，但和浸在电解质溶液中
的腐蚀有所不同。
大气的主要成分： 大气的次要成分(杂质) 。 在大气中，普遍存在的腐蚀成分是氧、水蒸气、 二氧化碳。氧的含量基本保持不变，而且是大量的， 它真正的参与腐蚀反应。水和二氧化碳的含量随气 候和地理位臵的变化而变化。 相对湿度 ：空气中水蒸气含量与同温度下饱和 水蒸气含量的比值的百分数。 空气的相对湿度对金属的大气腐蚀有重要的影 响。
重量
4
0.8 0.5 0.05
氙(Xe)
氢(H2)
0.4
0.04
根据Meetham. 转引自＜ Corrosion＞ 上卷
P2.4
杂质
二氧化硫(SO2) 二氧化硫(SO3) 硫化氢(H2S)
典型浓度，微克/米３
工业区：冬天350.夏天 100 农村地区：冬天100.夏天40 大约为SO2含量的10％ 工业区：1.5~90 城市地带：0.5~1.7 农村地区：0.15~0.45 工业区：4.8 农村地区：2.1 内地工业区：冬天4.8夏天2.7 沿海农村区：年平均5.4 内地工业区：冬天7.9夏天5.3 沿海农村区：冬天57夏天18 工业区：冬天250夏天100 农村地区：冬天60夏天15 毫克/升 春季测量 的数字
大气的近似组成
（不包括杂质）温度10oC,压力100KN/m2
成分
空气 氮(N2) 氧 (O2) 氩(Ar) 水蒸汽 二氧化 碳
克/米３
1172 879 269 15 8 0.5
重量％
100 75 23 1.26 0.70 0.04
成分
氖(Ne) 氪(Kr) 氦(He)
毫克/米３
14 12 3 0.7
O²大气 I:土壤孔隙中氧的
对流迁移区； 土壤
II:土壤孔隙中氧的 扩散迁移区；
III：液膜或腐蚀产
物中氧的扩散迁移
金属
区；
氧在土壤中向被腐蚀金属表面的输送过程 根据ToMamoB 引自<Teopu> P369