【知识解析】金属的防护

金属的防护

1 金属防护的原理

金属防护就是防止金属的腐蚀，要解决的主要问题是使金属不被氧化，应从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来确定金属防护的具体方法。

2 金属防护的方法

（1）改变金属材料的组成

在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金。如在普通钢中加入Cr、Ni等金属制成不锈钢；钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性，还具有良好的生物相容性。

（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（外界空气、水、电解质溶液等）隔开是一种普遍采用的防护方法。

①非金属保护层：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金属保护层：用电镀等方法在钢铁表面镀上一层锌、锡、铬、镍等金属。

③发蓝处理：通过化学方法使钢铁部件表面生成一层致密的Fe3O4薄膜。

④钝化处理：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。

（3）电化学保护法

①两种阴极保护法的比较

实例示意图

②教材P110·实验4－4 牺牲阳极法的两个实验

实验操作以Fe作保护电极，以Zn作辅助电极，以经过酸化的3％NaCl溶液作电解质溶液，按图4－3－8所示连接装置。观察电流表指针的变化，以及烧杯中两个电极附近发生的现象。过一段时间，用胶头滴管从Fe电极区域取少量溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe（CN）6]（铁氰化钾）溶液，观察试管中溶液颜色的变化

图4－3－8

实验装置电流表Zn电极Fe电极试管内现象指针发生偏转逐渐溶解有气泡产生不显特征蓝色有关反应—Zn－2e－===Zn2＋2H＋＋2e－===H2↑—

实验结论

a．Fe、Zn和经过酸化的NaCl溶液构成原电池；

b．该装置中铁未被腐蚀

实验操作将1 g琼脂加入250 mL烧杯中，再加入50 mL饱和食盐水和150 mL水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。稍冷后，趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中，各滴入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe（CN）6]溶液，混合均匀。取两个2～3 cm的铁钉，用砂纸擦光。

将裹有锌皮的铁钉放入其中一个培养皿

中

将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中

实验现象

琼脂溶液变红琼脂溶液变红，且产生带有特征蓝色的

沉淀

知识链接

Fe2＋的检验

Fe2＋与K3[Fe（CN）6]溶液（黄色）反应生成KFe[Fe（CN）6]沉淀（带有特征蓝色）。这是一种检验溶液中Fe2＋的常用方法。

上述反应的离子方程式为Fe2＋＋K＋＋[Fe（CN）6]3－===KFe[Fe（CN）6]↓。

典例详析

例2－6（2019广东佛山一中期末）

下列措施不能防止或减缓钢铁腐蚀的是

A．在钢铁制品表面镀一层金属锌

B．将钢铁制品放置在潮湿处

C．在钢铁中加入锰、铬等金属，以改变钢铁结构

D．将钢铁制品与直流电源负极相连

解析◆钢铁表面镀锌，钢铁作正极，被保护；钢铁在潮湿空气中会发生吸氧腐蚀；钢铁中加入锰、铬等金属，制成不锈钢，能有效防止钢铁被腐蚀；将钢铁与直流电源负极相连，钢铁作阴极，被保护。

答案◆B

例2－7（2020河南省实验中学期中）

港珠澳大桥的设计使用寿命达120年，对桥体钢构件采用了多种防腐蚀方法。下列分析错误的是

A．防腐蚀原理主要是避免发生反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2

B．钢构件表面喷涂环氧树脂涂层，是为了隔绝空气、水等，防止形成原电池

C．采用外加电流法时需直接在钢构件上安装锌块

D．钢构件可采用不锈钢材料以减缓电化学腐蚀

解析◆铜构件的主要成分是铁单质，故主要防止Fe发生吸氧腐蚀，A项正确；喷涂环氧树脂可防止Fe与空气、水等接触，从而避免Fe因形成原电池而被腐蚀，B项正确；外加电流法是将钢构件与外接直流电源的负极相连，使钢构件被迫成为阴极而受到保护，在钢构件上安装锌块属于牺牲阳极法，C项错误；使用不锈钢材料可在一定程度上防止腐蚀，D项正确。答案◆C

例2－8（2020福建南安一中月考）

下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是

A．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易被腐蚀

B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用

C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极法

D．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀

点拨◆

解析◆A项，钢柱在空气与水交界处因与O2接触，更容易被腐蚀，错误；B项，镀层破损时，形成Sn－Fe原电池，Fe作负极，加快了Fe的腐蚀，错误；C项，铁与锌块形成原电池，Zn作负极，从而保护Fe不被腐蚀，正确；D项，应用外加电流法时，应将钢管与直流电源的负极相连，错误。

答案◆C

例2－9

如图4－3－9是金属牺牲阳极法的实验装置，下列有关说法正确的是

图4－3－9

A．该装置为电解池

B．本实验牺牲了金属Fe来保护金属Zn

C．若加入K3[Fe（CN）6]溶液，Fe电极附近不会产生带有特征蓝色的沉淀

D．远洋货轮上镶嵌的金属Zn不需要更换

解析◆该装置没有外接电源，所以是原电池而不是电解池，故A项错误；锌比铁活泼，失电子作负极，铁作正极，所以牺牲了锌保护了铁，故B项错误；铁被保护，所以溶液中不会产生亚铁离子，加入K3[Fe（CN）6]溶液后，Fe电极附近不会产生带有特征蓝色的沉淀，故C项正确；远洋货轮船底镶嵌锌块，其中锌与铁构成原电池，锌作负极，失电子发生氧化反应，锌被腐蚀，为保护货轮需定期更换，故D项错误。

答案◆C

点评◆牺牲阳极法和外加电流法均为电化学保护法。牺牲阳极法中，被保护的金属需作正极；外加电流法中，被保护的金属需和直流电源的负极相连。