《化学反应原理》——38、金属的腐蚀

第四章 化学反应与电能

第三节　金属的腐蚀与防护

38金属的腐蚀

日常生活中常见的金属腐蚀：钢铁制品生锈、铜制品长出铜绿等现象普遍存在，且常常是自发进行的。

金属腐蚀的危害：

金属腐蚀后，其外形、色泽及机械性能等方面都会发生变化，从而使机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，甚至报废。

金属腐蚀还会使桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成坍塌，地下金属管道发生泄漏、轮船船体损坏等。

一、金属的腐蚀

1、金属腐蚀的实质

金属腐蚀是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。

其实质是金属失电子成为金属阳离子，发生氧化反应：

2、金属腐蚀的类别        

化学腐蚀：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。

温度对化学腐蚀的影响很大，如钢铁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。

电化学腐蚀：当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，在腐蚀过程中有电流产生。如钢铁制品在潮湿的空气中的锈蚀。

3、电化学腐蚀

以钢铁的电化学腐蚀为例。

钢铁制品都是Fe、C合金。在潮湿的空气中，钢铁制品表面会形成一层水膜，空气中的CO2、SO2、H2S等物质溶解在其中形成电解质溶液，还有少量的氧气。铁、碳及电解质溶液形成了许多微小的原电池，金属铁作负极，碳作正极。

（1）析氢腐蚀： 

在酸性条件下，电解质溶液中氢离子的浓度较高，氧化性相对较强，所以氢离子得电子析出氢气，铁失电子生成亚铁离子被腐蚀。

（2）吸氧腐蚀：

如果钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或显中性，氢离子浓度太低，此时水膜中溶解的氧气会得电子，铁失电子生成亚铁离子被腐蚀。 

在空气中，Fe(OH)2会进一步被氧气氧化成Fe(OH)3，Fe(OH)3失去部分水生成Fe2O3·xH2O，它是铁锈的主要成分。

铁锈呈红褐色，疏松地覆盖在钢铁制品的表面，不能阻止钢铁继续发生腐蚀。

（3）金属腐蚀的速率

实验：

铁钉、金属锌的腐蚀

实验操作：

将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入如图的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化，解释引起变化的原因。

取两支试管，分别加入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸，观察现象。然后，向其中一支试管中滴加1-2滴硫酸铜溶液，再观察现象，解释产生不同现象的原因。 

实验现象和结论：

导管中的水面上升。试管中的气压下降，氧气被消耗，铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀。说明一般情况下，容易发生吸氧腐蚀。

锌粒上均产生气泡，加硫酸铜的试管中产生气泡的速率快。不加硫酸铜的试管中发生化学腐蚀，加硫酸铜的试管中，Zn与CuSO4置换生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，发生电化学腐蚀，产生气泡的速率更快。说明电化学腐蚀比化学腐蚀快。

小结：

金属腐蚀和化学腐蚀往往同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀，且电化学腐蚀比化学腐蚀的速率大得多。

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