金属的腐蚀问题的探讨.doc

金属的腐蚀问题的讨论 摘要：金属的腐蚀是苏教版化学选修四的一块重要内容，本文主要简述金属腐蚀的本质及其机理和在研究过程中发现的金属的钝化问题来进行讨论为什么有的金属有些金属在稀硫酸中容易腐蚀而在浓硫酸中却不容易腐蚀，以及对金属腐蚀的防护和工业生产上的应用。 关键词：金属腐蚀，析氢腐蚀，吸氧腐蚀，实验探究 据统计，世界各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值3.5%～4.2%，超过每年各项天灾(火灾、风灾及地震等)损失的总和。有人甚至估计每年全世界腐蚀报废和损耗的金属约为1亿吨。因此，研究腐蚀机理，采取防护措施，对我们国家的经济建设有着十分重大的意义。当金属和周围介质接触时，由于发生化学和电化学作用而引起的破坏叫做金属的腐蚀，金属腐蚀是自发的普遍存在的现象。 金属的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。金属的化学腐蚀是指金属表面与周围介质发生化学作用而引起的破坏，如O2、Cl2、SO2等，化学腐蚀又可分为气体腐蚀和在非电解质溶液中的腐蚀。金属的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，可分为原电池腐蚀和电解腐蚀，其本质是不纯的金属之间形成原电池，活泼的金属失电子而被氧化。我们都知道在潮湿的空气中，钢铁表面会吸附一层薄薄的水膜。如果这层水膜呈较强酸性时，H+得电子析出氢气，这种电化学腐蚀称为析氢腐蚀；如果这层水膜呈弱酸性或中性时，能溶解较多氧气，此时O2得电子而析出OH—，这种电化学腐蚀称为吸氧腐蚀，是造成钢铁腐蚀的主要原因。 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 发生条件 水膜呈酸性 水膜呈弱酸性或中性 正极反应 2H++2e=H2↑ O2+4e+2H2O=4OH- 负极反应 Fe—2e=Fe2+ 2Fe—4e=2Fe2+ 溶液pH升高的极 正极 正极 其他反应 Fe2+ +OH-=Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2 +O2+2H2O= 4Fe(OH)3 例如，当一根铁钉放入水中，如图所示，那么是浸入液面部分腐蚀严重还是与液面交界处腐蚀严重呢？在中学老师往往都会说交界面处腐蚀是最严重的，那么这个结论正确与否呢？ 我们知道水中能溶解微量的氧气，而交界面处氧气的浓度要远大于 液面以下的氧气的浓度，此时上面部分的铁钉就作为正极，发生吸氧 腐蚀：O2+4e+2H2O=4OH- 此时浸入液面下的铁钉作负极：Fe—2e=Fe2+ 时间久了发现铁钉下面部分变细了，而上面部分尤其是交界面处出现了 一层厚厚的铁锈。实际上这层铁锈就是由于下面部分的铁钉腐蚀了以后形成的，所以并非交界面处的铁腐蚀的最严重，而是在溶液中的铁腐蚀最严重。 生活中，我们知道白铁皮，出海的船只底部要镀锌，其原理是什么？都是为了应用金属的腐蚀原理，镀锌形成原电池，反应时，由于Zn的超电势小，Zn先迅速反应，从而保护了铁等金属不被腐蚀。 接着我们继续进行一个实验探究：在一只带有支管干净的试管内壁上涂上铁粉加碳粉，如图所示，支管插入盛有红墨水的烧杯中，第一次滴入醋酸溶液，第二次滴入氯化钠溶液，理论上第一次可以观察到管口有气泡放出，第二次观察到有管口有红墨水的水柱，但是第一次真正看到的反而是出现了倒吸现象，这是为什么？我们知道加入醋酸后，铁粉发生析氢腐蚀：Fe-2e-=Fe2+，2H++2e-=H2，而生成的Fe2+与氧气和水反应生成氢氧化铁，由此推论①：若放出的氢气与吸收氧气同时进行，可能观察不到气泡的放出。②：试管中本来就有氧气存在，会发生吸氧腐蚀。③：铁表面有氧化膜，氢离子破坏氧化膜，使得裸露的铁表面更容易发生吸氧腐蚀。 由此进行进一步的探究：其余条件不改变，只是将支管换成一个细的U形管，如图所示。实验时，U形管要选用较细的，U形管中注入比重比较小的试剂，滴几滴红墨水，试管后面放张白纸，使现象可以明显的观察。，当滴入醋酸后，一开始有压差，但是压差不是很大，再滴入氯化钠溶液，观察两边液面的移动情况，记录下液面高度差△h，实验结束后做出△h和时间t的图，比较两条曲线下降的斜率。如果我们把两个实验过程联系起来，那么可以很方便的观察到析氢腐蚀和吸氧腐蚀哪个更厉害，更猛烈。 设计如图所示实验，在左边的试管中滴入醋酸，同时向右边的试管中滴入氯化钠溶液，U形管中还是装着比重小，滴有红墨水的试剂。此时观察现象，发现U形管中液面来回震荡，但是左边的液面要比右边的也液面高出一段，此时我们可以得出结论：吸氧腐蚀比析氢腐蚀来的更为猛烈。 在中学学习中，我们也可以发现当把两块相同的铁皮分别放进很稀的和比较浓的氯化钠溶液中后，发现浓度比较大的氯化钠溶液中的铁皮的腐蚀程度远大于放进氯化钠