金属的腐蚀与防护

篇一：金属的电化学腐蚀与防护知识点

【知识梳理归纳】

一、金属的电化学腐蚀 1．金属的腐蚀 (1)概念

金属或合金与周围的物质发生反应而引起损耗的现象． (2)实质

金属原子电子变成阳离子的过程．即金属发生了反应． (3)类型

根据与金属不同，可分为腐蚀和腐蚀．

2．化学腐蚀

金属跟接触到的干燥气体如(O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生而引起的腐蚀．

3．电化学腐蚀 (1)概念

不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化． （2）分类

以钢铁的腐蚀为例

【问题探究】将纯铁放入稀H2SO4中，发生的是析氢腐蚀吗？

提示：不是．析氢腐蚀是指不纯的金属(或合金)接触到酸性较强的电解质溶液所发生的原电池反应而引起的腐蚀，纯铁与稀H2SO4发生的是化学腐蚀．

二、金属的防护

1．改变金属内部组织结构如制成等．

2．金属表面加保护层

如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化等方法． 3．电化学保护

(1)牺牲阳极的阴极保护法——原理

被保护的金属上连接一种更的金属，被保护的金属作原电池的极． (2)外加电流的阴极保护法——原理

被保护的金属与电源的极相连，作电解池的极．

【自我诊断训练】

1．(2012·福建高三质检)打开右图所示装置中的止水夹，一段时间后，可能观察到的现象是 ( )

A．烧杯中有气泡产生 B．试管内有黄绿色气体产生 C．铁丝网的表面产生锈迹 D．烧杯内溶液变红色

2．下列关于金属腐蚀的叙述中，正确的是( )

A．金属被腐蚀的本质是M＋nH2O === M(OH)n＋n/2H2↑ B．马口铁(镀锡铁)镀层破损后，首先是镀层被氧化 C．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀 D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀

3．如图所示，在水槽中装入蒸馏水后，铁块腐蚀速率的大小顺序正确的是( )

A．Ⅰ＞Ⅱ＞ⅢB．Ⅰ＞Ⅲ＞Ⅱ C．Ⅱ＞Ⅰ＞ⅢD．Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ

4．下列有关钢铁制品防腐的说法正确的是 ( )

A．在铁门、铁窗表面涂上油漆

B．自行车各部件因有防护涂层或电镀等防腐措施，所以不需要停放在遮雨的地方 C．家用铁制厨具每次用完后应擦干放置在干燥处

D．把挡水铁闸门与直流电源的正极连接且构成回路，可减小铁闸门的腐蚀速率 5．(1)将铜棒与锌棒用导线连接，依次插入分别盛有：①硫

酸溶液；②硫酸铜溶液；③硫酸钠溶液的三个烧杯中，此时，铜棒上发生的主要反应是：

① _____________________________________________； ② _____________________________________________； ③ ______________________________________________.

【核心考点突破】

考点一金属的腐蚀 1．化学腐蚀与电化学腐蚀

2．金属腐蚀快慢的影响因素

不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀，活泼金属因被腐蚀而

损耗．金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关：

(1)与构成原电池的材料有关，两极材料的活泼性相差越大，氧化还原反应的速率越快，金属被腐蚀的速率就越快．

(2)与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀．

一般说来可用下列原则判断：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐蚀措施的腐蚀． 【*真题典例感悟*】

【例1】（2011·浙江卷）将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。

铁锈环(b)腐蚀区(a)

下列说法正确的是()

A．液滴中的Cl由a区向b区迁移

B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：O2+2H2O+4e

2＋

－

―

4OH

－

C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe由a区向b区迁移，与b区的OH形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈

D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为Cu-2e

－

―

Cu

2+

【例2】如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为( )

A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥ C．⑤④②①③⑥

D．⑤③②④①⑥

【*课堂针对训练*】

1.教材指出：发达国家每年由于金属的腐蚀造成的直接损失约占全年国民生产总值的2%～

4%，远远超过火灾、水灾、风灾、地震等自然灾害造成损失的总和．因此探究金属腐蚀的原因并防止金属腐蚀显得非常重要．金属的腐蚀与防护是高考的高频考点之一。 探究Ⅰ：

下面是某实验小组为研究铁生锈的条件而设计的快速易行的实验方法。

首先检查制氧气装置的气密性，然后按图连接好装置，点燃酒精灯给药品加热，持续3分钟左右，观察到的实验现象为：①直形管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗，发生锈蚀；②直形管中干燥的铁丝表面依然光亮，没有发生锈蚀；③烧杯中潮湿的铁丝表面依然光亮．

试回答以下问题：

(1)由于与金属接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于________．能表示其原理的反应方程式为_________________________________________________. (2)仪器A的名称为________，其中装的药品可以是________，其作用是_______________________________．

(3)由实验可知，该类铁生锈的条件为_________________________________________. 探究Ⅱ：

电化学腐蚀中，只有在金属活动性顺序表中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀，吸氧腐蚀比析氢腐蚀更为普遍．如图是该实验小组设计的有关吸氧腐蚀和析氢腐蚀现象分析实验，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天后观察：

(1)试管内液面上升，则原溶液呈________，电极反应方程式为：

负极：__________________________________________， 正极：___________________________________________.

(2)若试管内液面下降，则原溶液呈________，发生______腐蚀，电极反应式为：

负极：__________________________________________， 正极：

___________________________________________.

篇二：金属的腐蚀与防护

物理化学电化学论文

小组成员：操亨，向红伟，王泽昆，陈启煊，丁川

提交日期：2015.11

中国·武汉

摘要………………………………………………………………………………… 3

一.如何避免金属的电化学腐蚀…………………………………………………4

1.保护金属防腐蚀的方法……………………………………………………5

1.1钝化金属的表面……………………………………………………… 5

1.2 运用复合材料…………………………………………………………… 5

1.3 电化学保护……………………………………………………………… 5

1.4 衬里……………………………………………………………………5

1.5 防腐结构设计…………………………………………………………5 2 结语…………………………………………………………………………5

二．聚苯胺对金属防护的意义…………………………………………………… 5

1.聚苯胺防腐机理……………………………………………………………… 5

1.1 屏蔽作用………………………………………………………………5

1.2 聚苯胺使金属表面形成钝化…………………………………………6

1.3 电场作用………………………………………………………………6

1.4 缓蚀作用………………………………………………………………6 2 聚苯胺防腐涂层的制备方法……………………………………………… 6

2.1 电化学聚合法………………………………………………………………… 6

2.2 聚苯胺与成膜物质共混………………………………………………6 3 应用领域与展望………………………………………………………… 7

金属的腐蚀是一个难以避免的经济损失，根据金属腐蚀的反应机理，腐蚀可以分为电化学腐蚀和化学腐蚀，在腐蚀未发生之前，我们先得保护金属防腐蚀，金属在发生腐蚀之前，要从防护技术上对避免腐蚀的发生，常用的方法包括钝化金属的表面、运用复合材料、电化学保护、衬里、设计防腐结构。聚苯胺材料可以有效的防止金属腐蚀，聚苯胺优异的防腐性能已被大量的研究所证实，其防腐机理与传统涂料完全不同，主要是通过含有导电聚苯胺的底漆与金属基材接触并相互作用而形成一种特殊氧化膜，从而大大延缓金属的腐蚀。聚苯胺防腐涂料对金属具有常规涂料不可比拟的阳极保护和屏蔽作用，无论是采用电化学方法沉积在金属表面的聚苯胺膜，还是将聚苯胺作为添加剂加入到树脂中，都会产生优良的防腐蚀效果。

关键词：金属腐蚀，金属防护，防腐蚀，聚苯胺

我们知道，生活中金属的腐蚀是一个难以避免的经济损失，这种损失可分为直接损失和间接损失。直接损失包括材料的损耗、设备的失效、能源的消耗以及为防止腐蚀所采取的涂层保护、电化学保护、选用耐蚀材料等的费用。由于腐蚀,使大量有用材料变为废料,估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备约为其年产量的30% ,造成地球上的有限资源日益枯竭. 全世界每90s就有1t钢被腐蚀成铁锈,而炼制1t钢所需的能源可供一个家庭使用3个月,因此,腐蚀造成了对自然资源的极大浪费。因腐蚀而造成的间接损失往往比直接损失更大,甚至难以估计。这些损失包括因腐蚀引起的停工停产,产品质量下降,大量有用有毒物质的泄漏、爆炸,以及大规模的环境污染等。一些腐蚀破坏事故还造成了人员伤亡,直接威胁着人民群众的生命安全。矿产资源有限，但是不断的又金属在腐蚀，我们必须及时想出有效的解决方案，这样才能作到可持续发展。其中利用电化学防护技术是一个高效并且现实的解决方案，相比于其他很多的保护金属避免被腐蚀的方法来说，电化学防护技术能够有效并且较低成本的达到保护金属的目的。

根据金属腐蚀的反应机理，腐蚀可以分为电化学腐蚀和化学腐蚀。电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质因发生电化学作用而产生的破坏；化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏。电化学腐蚀是最常见、最普遍的腐蚀,因为只要环境的介质中有水存在,金属的腐蚀就会以电化学腐蚀的形式进行。金属在各种电解质溶液,比如大气、海水和土壤等介质中所发生的腐蚀都属于电化学腐蚀。

现在我们就以电化学防护技术在化工管道防腐中的研究与应用为例来加以讨论与说明。化工管道在油、气等能源输送过程中扮演着重要角色，现阶段，我国乃至全世界的油气能源输送都是通过管道来实现的，但是油气管道在给我们生活生产带来诸多便利的同时，因腐蚀泄露而带来的经济损失也是不可估量的。因此保护金属避免被腐蚀已经迫在眉睫。

缓蚀与防锈封存的作用机理就是将外界材料附于金属的表面，将金属与外界环境隔开，以阻止其发生电极反应。常用的缓蚀剂主要包括水溶性缓蚀剂、酸洗或清洗用缓蚀剂、油溶性缓蚀剂、溶剂型缓蚀剂、挥发性气相缓蚀剂等。

一. 腐蚀监测技术

1.保护金属防腐蚀的方法

管道在发生腐蚀之前，要从防护技术上对避免腐蚀的发生。在腐蚀发生之后，准确的检测和监测则能够使设备在最佳的工作状态下运行，更好地保障设备与操作人员的安全生产。常见的检测技术包括：

(1)物理机械法：主要包括现场表观检测法、挂片法、警戒孔监视法。

(2)无损检测技术：①超声波和涡流检测；②漏磁通法检测(根据磁导率不同)；③射线检测和红外检测；④声发射检测技术；⑤电阻法与磁阻法。

(3)电化学法：①电位检测探针和电偶探针；②线性极化法； ③电化学阻抗法；④电化学噪声技术。

(4)化学分析法：主要包括氢探针和介质分析。

(5)其他方法：主要包括场图像技术、光纤腐蚀传感技术和薄膜活化技术等。

除了以上所说的防腐技术之外，现在正在不断开发以有机材料为代表的新型防腐材料，特别随着我国西部大开发与城市管线工程开始建设，油气管道越来越普及利用，我国的腐蚀防护技术也不断更新，形成了较为完整的腐蚀防护理论体系。

对于金属的防腐是极其重要的，因为就金属的成本而言就是很多的。而且，金属的腐蚀就是设备的损坏，在公司就可能造成特大型安全事故。现阶段全球所使用的金属防腐措施主要有 ：钝化金属表面、运用复合的材料、用电流保护、牺牲保护、运用有机防腐涂料等。

1.1 钝化金属的表面

缓蚀剂也就是后面所说的钝化液，是一种以适当的浓度和形式存在于环境中，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或几种化学物质的混合物。各种金属所进行表面钝化的方法大致相似，但是所用到的钝化液一般不同。以钢铁为例，其钝化液的组成大约是钛盐0.05 ～0.5( 质量份，后相同)，硝酸2.7 ～7.5，氟化物10 ～15，水加至100。[1]一般这样钝化钢铁表面：将钢铁表面先进行脱脂处理然后用去离子水漂洗，对钢铁表面进行除锈处理后再用去离子水漂洗，在钢铁表面进行处理，使用预先配置好的钝化溶液，将转化处理过后的钢铁用去离子水漂洗，自然干燥就能得到色泽均匀的钝化膜。至此，金属表面的钝化完成。以钝化金属的表面这种方法来减缓金属设备的腐蚀的应用时很广泛的，因为其操作简单，成本低廉。

1.2 运用复合材料

工业上广泛使用的金属结构材料大多都是合金，根据各种金属不同特性，一般工业上金属耐蚀合金化有以下这几种途径：提高金属的热力学稳定性原理是向本来不耐蚀的纯金属中加入热力学稳定性高的合金元素制成合金。例如在铜中加入金，镍中加入铜等 ；减弱合金的阴极活性 ；减弱合金的阳极活性 ；使合金表面生成电阻大的腐蚀产物膜等。不过在应用合金时要考虑材料的疲劳，硬度，韧性等，要根据设备的用途决定选取怎样的合金。

1.3 电化学保护

电化学保护包括阴极保护，阳极保护。阴极保护是将被保护金属设备与直流电源的负极相连，依靠外加阴极电流进行阴极极化而使金属设备得到保护的方法或者在被保护金属设备上链接一个电位更负的强阳极，促使阴极极化。阳极保护则是利用金属在电解质你溶液中依靠阳极极化建立钝态的特性而实施的保护方法。这种保护方法一般运用在桥梁方面。

1.4 衬里[2]

衬里是一种综合利用不同材料的特性、具有较长使用寿命的防腐方法。根据不同的介质条件，大多是在钢铁或混凝土设备上选衬各种非金属材料。对于温度、压力较高的场合，可以衬耐蚀金属。这种处理方法一般是在设备制造的过程中完成的。目前应用广泛的是碳钢设备表面衬里、砖板衬里、玻璃钢衬里、橡胶衬里，化工搪瓷等。

1.5 防腐结构设计

很多场合，机械设备的结构与腐蚀密切相关，不合理的结构设计常常会出现局部应力集中、流体滞留、构成缝隙、局部过热等而引起多种不同形态的局部腐蚀。例如轴联结结构，如果 中心设计成圆形的，就不合理，一般情况下，中心连接部位设计成多边形轴或者花键轴比较有利。

2 结语

设备的腐蚀是减短设备使用寿命的主要因素。而这个问题遍及国民经济的各个领域，给社会造成了巨大的经济损失，消耗了大量的资源，以及严重的污染了环境。然而，科技在不断进 步，防腐技术也在不断改进，越来越多的新型防腐技术也在逐步应用之中，金属的腐蚀问题将会得到缓解。

二．聚苯胺对金属防护的意义

1.聚苯胺防腐机理

聚苯胺优异的防腐性能已被大量的研究所证实，其防腐机理与传统涂料完全不同，主要是通 过含有导电聚苯胺的底漆与金属基材接触并相互作用而形成一种特殊氧化膜，从而大大延缓金属的腐蚀。针对聚苯胺防腐机理的研究已不断深入，目前主要存在以下几种说法：

1.1 屏蔽作用

利用涂料将金属表面与周围腐蚀性物质隔开，阻止氧气、水及其他离子的浸入 , 降低金属的腐蚀速率。用电化学方法测试，发现随聚苯胺涂层厚度的增加 , 铸铁的腐蚀电流随之减

篇三：金属的腐蚀与防护优秀教案

课题：《化学反应原理》第一章 化学反应与能量转化

第三节 化学能转化为电能——电池（第三课时）

----------金属的腐蚀与防护

课型：新授课

教学模式：小组讨论、对比归纳、练习巩固 教学手段：多媒体、导学案 教学目标 知识与技能:

（1）结合所学原电池原理，联系生活了解金属腐蚀的原理。 （2）能够利用电化学知识进行金属防护。 过程与方法：

尝试从学习和生活中发现化学问题，提出探究方案,与他人合作探讨，提出解决问题的对策，并且组织规范的语言表达出来 情感态度价值观：

激发探究化学问题的兴趣和动机，关注化学在生活中的实际应用，做到学以致用，形成节约资源，循环利用资源的可持续发展观念。

教学重点：金属的电化学腐蚀及金属的电化学防护 教学难点：金属发生吸氧腐蚀的电化学原理 内容及学情分析：

本节是在学习了电解和电池的知识之后，结合实际问题对所学化学知识的应用。金属腐蚀是一

个普遍存在的现象，但在学习电化学知识之前，学生对金属腐蚀现象仅限于化学腐蚀，通过本节的学习能促进学生对金属腐蚀现象的进一步认识，金属发生腐蚀更多的是电化学腐蚀，利用原电池的原理分析钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀，提高知识的理解和运用。再利用电化学知识对金属进行防护，是对所学电知识的综合灵活的运用，学好本节将对前面所学的电解和原电池的知识起到巩固和提高的作用。

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本节先让学生先自学后探究，解决金属腐蚀的相关问题，独立思考与讨论相结合，培养学生的思维能力和合作意识。然后利用电化学知识对金属进行防护是电化学知识的综合应用，措施的选择和设计能促进学生对电化学知识的深入理解，同时也会使学生在情感态度和价值观方面体会化学的实用性，增加学习的兴趣。本节的重要知识点有两个:一是金属的析氢腐蚀和吸氧腐蚀，二是牺牲阳极保护法和阴极电保护法，教学中先引导学生讨论分析，然后利用列表形式进行比较总结，使相似知识的异同一目了然，收到较好的教学效果。不足之处，还有待完善。

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