第1章 金属电化学腐蚀基本理论

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1、1-1 金属电化学腐蚀原理 1-2 腐蚀速度 1-4 金属钝化 金属金属在电解质溶液电解质溶液中发生电化学作用而遭发生电化学作用而遭受的破坏称电化学腐蚀受的破坏称电化学腐蚀。金属在自然环境和生产领域内所发生的腐蚀就其机理大多属于电化学腐蚀。 1-1 金属电化学腐蚀金属电化学腐蚀原理一一、金属电化学腐蚀历程金属电化学腐蚀历程 金属的化学腐蚀是由环境介质中的氧化剂与金属表面原子碰撞、化合的作用结果。 金属的电化学腐蚀是由金属物质与环境介质单独释放和吸收电子共同作用的结果。 化学腐蚀化学腐蚀 单纯由化学作用而引起的腐蚀。单纯由化学作用而引起的腐蚀。 化学腐蚀时无电流产生，如金属接化学腐蚀时无电流产生

2、，如金属接触触SO2气体气体。 知识拓展金属的电化学腐蚀概念金属的电化学腐蚀概念 电化学腐蚀电化学腐蚀 腐蚀电池腐蚀电池 发生电化学腐蚀时有电发生电化学腐蚀时有电流产生流产生。形成无数微小的原电。形成无数微小的原电池，称腐蚀电池。池，称腐蚀电池。 腐蚀电池中，阳极、阴腐蚀电池中，阳极、阴极分别发生极分别发生氧化和还原反应氧化和还原反应。 金属与电解质溶液接触金属与电解质溶液接触时，时，因电化学反应而引起的腐因电化学反应而引起的腐蚀蚀。 电化学腐蚀是造成大多电化学腐蚀是造成大多数金属腐蚀的主要原因数金属腐蚀的主要原因。 知识拓展腐蚀电池示意图腐蚀电池示意图课堂互动化学计量数化学计量数势势化学计量

3、数化学计量数化学计量数化学计量数MM势势M0 =MM0=MM0 =(M)nnneMMn既有化学腐蚀,又有电化学腐蚀Zn杂质杂质2H (气泡）24H SO 将含有杂质的粗锌放入稀硫酸中，腐蚀将含有杂质的粗锌放入稀硫酸中，腐蚀速度比纯锌快速度比纯锌快金属锌在含氧的中性水中的腐蚀。e2ZnZn12）（223 Zn2OHZnOH（）（）12222OH O2e2OH（ ）12222123ZnOH OZnOH（）（ ）（ ）（）反应过程如下反应过程如下：反应过程分析： 1、（1）与（2）是两个同时独立进行的过程。与氧化腐蚀碰撞原理完全不同。 2、该反应中Zn2+和OH-为一次产物。Zn(OH)2为二次产物

4、。 电化学腐蚀是通过一个放出电子的氧化是通过一个放出电子的氧化反应和一个吸收电子的还原反应相对独立而反应和一个吸收电子的还原反应相对独立而又同时完成的腐蚀历程。又同时完成的腐蚀历程。阳极反应：阳极反应：MMnne阴极反应：阴极反应：DDnene 1.电化学腐蚀的阳极过程电化学腐蚀的阳极过程 若金属中含有微量杂质，阳极若金属中含有微量杂质，阳极反应通常都是金属溶解，产生金属反应通常都是金属溶解，产生金属腐蚀。腐蚀。课堂互动电化学腐蚀的电极过程电化学腐蚀的电极过程2.电化学腐蚀的阴极过程电化学腐蚀的阴极过程 析氢腐蚀析氢腐蚀 耗耗氧腐蚀氧腐蚀 析氢腐蚀常发生在金属析氢腐蚀常发生在金属酸洗酸洗或金属

5、或金属酸溶酸溶，大气，大气或工业区或工业区含有酸性气体含有酸性气体及及大气湿度大大气湿度大时。时。 析氢腐蚀除了损坏金属外，还易产生氢脆。析氢腐蚀除了损坏金属外，还易产生氢脆。 耗耗氧腐蚀常发生在弱酸性或中性介氧腐蚀常发生在弱酸性或中性介质中。质中。只有只有E(O2,OH-)比阳极电势高时才能发比阳极电势高时才能发生生耗耗氧腐蚀。氧腐蚀。多数金属皆可发生多数金属皆可发生耗耗氧腐蚀氧腐蚀而析出而析出OH-。 同样条件下同样条件下耗耗氧腐蚀比析氢腐蚀严氧腐蚀比析氢腐蚀严重。重。 它是它是O2在阴极上还原为在阴极上还原为H2O或或OH-的电化学腐蚀。的电化学腐蚀。 H+在阴极上还原生成在阴极上还原生

6、成氢气氢气而而析出析出的电化学腐蚀。的电化学腐蚀。铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？ 暴露在空气中，表面被潮湿空气或雨水浸润，空气中的 和海边空气中的NaCl溶解其中，形成电解质溶液，这样组成了原电池22CO ,SO铜作阴极，铁作阳极所以铁很快腐蚀形成铁锈。知识拓展CuCuFe+H+H- -2e2e2H O2H O2CO2SO2O2O2+Fe电化学腐蚀示意图22H HO或铁锈的组成铁在酸性介质中只能氧化成二价铁：2+Fe(s)Fe2e 二价铁被空气中的氧气氧化成三价铁，三价铁在水溶液中生成 沉淀， 又可能部分失水生成 3Fe(OH)3Fe(OH)23Fe O 所以铁锈是一个由 等化合物组成的疏

7、松的混杂物质。2+3+323Fe ,Fe ,Fe(OH) ,Fe O课堂互动二二 、 金属浸入电解质溶液中形成金属界面与金属浸入电解质溶液中形成金属界面与溶液侧分别带异性电荷的双电层溶液侧分别带异性电荷的双电层。I: I: 金属离子和极性水分子之间的水化力金属离子和极性水分子之间的水化力 金属离子与电子之间的结合力金属离子与电子之间的结合力II: II: 金属离子和极性水分子之间的水化力金属离子和极性水分子之间的水化力 金属离子与电子之间的结合力金属离子与电子之间的结合力III: III: 金属离子和极性水分子之间的水化力金属离子和极性水分子之间的水化力 金属离子与电子之间的结合力金属离子与电

8、子之间的结合力 三类双电层三类双电层 1 1类：金属侧荷负电，溶液侧荷正电：类：金属侧荷负电，溶液侧荷正电：2MH Onmne2MH OnnemM M：ZnZn、FeFe 2 2类类: :金属吸附溶液中正离子荷正电，溶金属吸附溶液中正离子荷正电，溶液侧荷负电。如铜浸没在铜盐溶液中。液侧荷负电。如铜浸没在铜盐溶液中。 3 3类类: :金属吸附溶液中的气体，金属荷正金属吸附溶液中的气体，金属荷正电，溶液荷负电。如铂吸附氧电，溶液荷负电。如铂吸附氧O2O22O24O2e各类双电层的特点 双电层两层双电层两层 “ “极板极板”分处于不同的两相分处于不同的两相- -金属相金属相 和电解质溶液中和电解质溶

9、液中 双电层的内层有过剩的电子或阳离子，当系统形双电层的内层有过剩的电子或阳离子，当系统形成回路时，电子即可沿导线流入或流出电极成回路时，电子即可沿导线流入或流出电极 双电层犹如平板电容器。双电层犹如平板电容器。 电电势势跃：双电层的形成必然在界面跃：双电层的形成必然在界面 引起电引起电势势跃，跃，总的电总的电势势跃跃= =紧密层紧密层 电电势势跃跃+ +分散层电分散层电势势跃跃； 当金属侧带负电时，电当金属侧带负电时，电势势跃跃0;00知识拓展三三、电极电电极电势势 电极和溶液界面上进行电极和溶液界面上进行电电化学反化学反应并建立起双电层应并建立起双电层电电势势跃称电极电跃称电极电势势。图图

10、1-3 1.1.平衡电极电平衡电极电势势 电极反应正逆过电极反应正逆过程的电荷和物质都达到平衡时的电极电程的电荷和物质都达到平衡时的电极电势势。eeln(Nernstequation)RTaEEnFa氧化还态原态 2.2.气体平衡电极电气体平衡电极电势势 气体附在不活泼金属上气体附在不活泼金属上作电极。如氢、氧、氯附在铂上做电极的平衡电极电作电极。如氢、氧、氯附在铂上做电极的平衡电极电势势。 3.3.非平衡电极电非平衡电极电势势 电极反应正逆过程物质始终电极反应正逆过程物质始终不能达到平衡的电极电不能达到平衡的电极电势势。势势22H,H,HHlneeaR TEEn Fp22,H,HHH0.05

11、9lg2eeEEp 势势势势势势势势势势势势势势势势势势势势Pa势势势势势势势势势势势势势势势势势势势势势势四四、电电势势pHpH图图 1. 1.电电势势pHpH图图 是指定温度（是指定温度（2525），标），标准压力下以金属在水溶液中不同价态的平衡电准压力下以金属在水溶液中不同价态的平衡电势势为纵坐标，为纵坐标，pHpH值为横坐标的电化学平衡相图。值为横坐标的电化学平衡相图。（1 1）三条平衡线）三条平衡线水平平衡线水平平衡线反应只与反应只与电极电电极电势势有关与溶液有关与溶液pHpH值值无关。无关。垂直平衡线垂直平衡线反应反应只与只与与与pHpH有关与电极电有关与电极电势势无关。无关。倾斜