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第四章
化学反应与电能
第三节 金属的腐蚀与防护
第二课时
金属的防护
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？
千年不锈之谜
思考与讨论
请根据生活常识以及下图总结金属防护常用的方法，并解释这些方法为什么可以达到防止金属腐蚀的目的。
健身器材刷油漆以防锈
衣架和电线的外面包上一层塑料层
某些工具的“机械转动部位”选用油脂来防锈，为什么不能用油漆
烤蓝
涂机油
烤漆
涂凡士林
镀锌
镀铬
自行车的部件采用了什么样的防护措施吗?
二、金属的防护
1、目的：
防止金属被氧化
2、依据：
依据金属腐蚀的化学反应原理和腐蚀类型来确定金属防护的方法
〖思考与讨论〗鉴于金属发生腐蚀的原因，我们可以从哪些方面设想解决问题的思路
？
思路一：直接隔离
即可选用适当的材料使金属与空气或其他腐蚀性试剂隔离开，以阻止金属的腐蚀。
1、给金属穿上“保护膜”-在金属表面覆盖保护层
例如：①喷涂漆；②涂油脂；③表面钝化；④电镀(在钢铁表面形成铬等耐腐蚀性较强的金属镀层)等。
(1)在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。
(2)用电镀的方法，在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。
(3)工业上常利用一些溶液的氧化作用，在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜。
(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。
(5)采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面可以形成稳定的钝化膜。
思路二：改变本质
即改变金属的内部组成结构，使其具有较强的抗腐蚀性能。
2、改变金属材料的组成
例如：在钢铁中加入一定比例的铬和镍(如14%～8%Cr，7%～9%Ni)，改变钢铁内部的组成和结构，可极大程度地提高钢铁抗腐蚀性能，这就是常见的“不锈钢”(合金)。
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。
思路三：因势利导
电化学腐蚀还是用电化学方法来解决，不回避金属与氧化剂的直接接触，采用还原性更强的物质或其他替代方式来满足氧化剂对电子的需求，从而保护主体金属构件免受腐蚀。
3、电化学防护法
(1)牺牲阳极法
①应用原电池原理，让被保护金属做正极，一种活泼性较强的金属做负极，用导线相连。
3．电化学保护法
牺牲阳极法示意图
这种方法通常是在被保护的钢铁设备上(如锅炉内壁、船体的外壳等)装上若干镁合金或锌块。镁、锌比较活泼作原电池的负极(阳极)，不断遭受腐蚀，定期予以拆换；而使作为正极(阴极)的钢铁设备被保护了下来。
用牺牲锌块的方法来保护船身，锌块必须定期更换
锌块
用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块必须定期更换
实验4-4
（1）Fe作保护电极，Zn作辅助电极，以经过酸化的3%NaCl溶液作电解质溶液，按图所示连接好装置。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，用胶头滴管从和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变化？
说明：Fe2+的检验：Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液(黄色)反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁KFe[Fe(CN)6]沉淀。这是检验溶液中Fe2+的常用方法。
实验装置
电流表
阳极
阴极
现象
有关反应
偏转
锌片逐渐溶解
铁电极上有气泡冒出
Zn-2e-=Zn2＋
2H＋＋2e=H2↑
试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6]
(铁氰化钾)溶液，无明显变化，即溶液中无Fe2+
结论：Fe电极被保护，不发生反应。Fe、Zn和经过酸化的NaCl溶液构成原电池；Zn作负极被腐蚀，Fe作正极被保护。
实验2 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。如图(a)所示，将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养皿中；如图(b)所示，将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中。观察并解释实验现象。
实验现象：裹有锌片的铁钉，锌片逐渐溶解，铁钉附近溶液变红色；
实验现象：裹有铜丝的铁钉，铁钉逐渐溶解，铁钉附近溶液有蓝色沉淀生成；
实验结论：
锌作负极，发生反应：Zn-2e-=Zn2+；
铁作正极，发生反应：O2+2H2O+4e-=4OH-
铁作正极，不反应，被保护
实验结论：
铁作负极，发生反应：Fe-2e-=Fe2+；
铜作正极，发生反应：O2+2H2O+4e-=4OH-
Fe2+与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀
铁作负极，发生氧化反应，被腐蚀
(a) (b)
牺牲阳极法实验
现象
a中铁钉周围溶液变红
b中铁钉周围生成蓝色沉淀，铜丝周围溶液变红
结论
铁作为负极时易腐蚀，作为正极时未腐蚀
相同材质的铁在图中四种情况下最不易被腐蚀的是
( )
C
表面镀有保护金属层的铁片，当镀层有破损时比普通铁片更易腐蚀的是
A.
白铁（镀锌铁）
B.
马口铁（镀锡铁）
C.
镀镍铁
D.
镀铜铁
D
下列不能用于金属防腐处理的是（
）
A.涂油
B.
改变金属内部结构
C.镀上一层耐腐蚀的金属
D.在海轮的船体上镶铜块
D
(2)外加电流法
应用电解池原理，把被保护的钢铁设备作阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者均放在电解质溶液里，外接直流电源。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。
外加电流法示意图
这种方法是把被保护的钢铁设备(如钢闸门)作为阴极，用惰性电极作辅助阳极，两者均存在于电解质溶液中，接外加直流电源。通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面积累负电荷，这样就抑制了钢铁失去电子的作用，从而防止了钢铁的腐蚀。
答：牺牲阳极法和外加电流法采用的辅助阳极，在电极上发生的反应类型是相同的，都是发生氧化反应。采用的辅助阳极在
化学性质上要求是不同的，牺牲阳极法采用的辅助阳极金属材料的活动性必须比被保护的金属的活动性要强，外加电流法的辅助阳极只起导电作用，惰性电解和金属均可作辅助阳极，但最好选用惰性电极。
下列关于如图所示的实验装置的判断中错误的是（
）
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处都可减缓铁的腐蚀
C.若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法
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↑
D
4．其他方法
1、根据不同的设计条件选用不同的金属或非金属材料；
2、控制和改善环境介质因素(如选用缓蚀剂)等。
3、金属防护包括生产设计、选材、防腐措施、施工、监测、管理和维护等环节，需要进行综合评价和决策。
金属腐蚀快慢的规律：
(1)
活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，氧化还原反应的速率越
，活泼金属被腐蚀的速度越
。
(2)
同一电解质溶液中,
电解原理引起的腐蚀(阳极）
原电池原理引起的腐蚀（负极）
化学腐蚀
有防腐措施的腐蚀(电解池的阳极、原电池的正极及加有镀层的金属）。
(3)
同一种金属的腐蚀：在强电解质中
弱电解质中
非电解质中
>
>
>
>
>
快
快
金属腐蚀速率的判断，首先应确定金属所处装置是原电池，还是电解池。其次判断该金属是原电池的正、负极，还是电解池的阴、阳极。最后利用金属腐蚀快慢的规律进行判断。
外接电源的阴极保护法＞牺牲阳极的阴极保护法＞有一般防腐条件保护＞无防腐条件
防腐措施由好到坏的顺序如下：
用“短线”将下列金属的防护方法连线。
(1)加保护层
A．钢闸门与直流电源负极相连
(2)牺牲阳极阴极保护法
B．电线外面包塑料法
(3)外加电源的阴极保护法
C．普通钢制镍铬钢
(4)改变内部结构
D．轮船外壳装上锌块
答案：(1)－B (2)－D (3)－A (4)－C
(1)外加电流法是将被保护金属接在直流电源的正极。
( )
(2)在船体外嵌入锌块,可以减缓船体的腐蚀,属于牺牲阴极法。
( )
(3)在潮湿空气中,钢铁表面形成水膜,金属发生的一定是吸氧腐蚀。
( )
(4)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用。(
)
(5)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀。(
)
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
×
×
×
×
×
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＋
B
解析:钢管与电源正极相连，则钢管作阳极，发生氧化反应而被腐蚀，A项错误；铁遇冷浓硝酸表面钝化，在表面生成一层致密的氧化膜保护内部不被腐蚀，B项正确；钢管与铜管露天堆放在一起，形成原电池时钢管作负极，发生氧化反应而被腐蚀，C项错误；钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应式为：Fe－2e－===Fe2＋，D项错误。
3．下列各种镀有金属保护层的铁板，镀层破损后在相同的环境中，铁板最易被腐蚀的是( )
A．镀锌铁(白铁)
B．镀锡铁(马口铁)
C．镀铜铁
D．镀银铁
解析:镀有金属保护层的铁板，在镀层破损时，与周围环境形成原电池。A中镀层破损时，锌作负极，铁作正极受到保护；B、C、D中镀层破损时，铁均作负极而被腐蚀，与正极金属的活动性相差越大，负极被腐蚀的速率越快，所以选D。
D
课堂小结
金属防护的几种重要方法
①在金属表面覆盖保护层。
②改变金属内部的组织结构，制成合金。
③电化学保护法，即将金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护。
