腐蝕的電化學(xué)教案

　　腐蝕的電化學(xué)篇一：金屬材料的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)

　　金屬材料的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)

　　一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

　　1.了解金屬電化學(xué)腐蝕的基本原理。

　　2.了解防止金屬腐蝕的基本原理和常用方法。

　　二、實(shí)驗(yàn)原理

　　1． 金屬的電化學(xué)腐蝕類(lèi)型

　　(1)微電池腐蝕

　　①差異充氣腐蝕

　　同一種金屬在中性條件下，如果不同部位溶解氧氣濃度不同，則氧氣濃度較小的部位作為腐蝕電池的陽(yáng)極，金屬失去電子受到腐蝕；而氧氣濃度較大的部位作為陰極，氧氣得電子生成氫氧根離子。如果也有K3[Fe(CN)6]和酚酞存在，則陽(yáng)極金屬亞鐵離子進(jìn)一步與K3[Fe(CN)6]反應(yīng)，生成藍(lán)色的Fe3[Fe(CN)6]2沉淀；在陰極，由于氫氧根離子的不斷生成使得酚酞變紅（亦屬于吸氧腐蝕）。兩極反應(yīng)式如下：

　　陽(yáng)極(氧氣濃度小的部位)反應(yīng)式：

　　Fe = Fe2＋ ＋ 2e－

　　3Fe2＋ ＋ 2[Fe(CN)6]3－ = Fe3[Fe(CN)6]2 (藍(lán)色沉淀) 陰極(氧氣濃度大的部位)反應(yīng)式：

　　O2 ＋ 2H2O ＋4e－ = 4OH－

　　②析氫腐蝕

　　金屬鐵浸在含有K3[Fe(CN)6]2的鹽酸溶液中，鐵作為陽(yáng)極失去電子，受腐蝕，雜質(zhì)作為陰極，在其表面H＋得電子被還原析出氫氣。兩極反應(yīng)式為： 陽(yáng)極：Fe = Fe2＋ ＋ 2e－

　　陰極：2H＋+2e－= H2↑

　　在其中加入K3[Fe(CN)6]，則陽(yáng)極附近的Fe2＋進(jìn)一步反應(yīng)：

　　3Fe2＋ ＋ 2[Fe(CN)6]3－ = Fe3[Fe(CN)6]2 (藍(lán)色沉淀)

　　（2）宏電池腐蝕

　　①金屬鐵和銅直接接觸，置于含有NaCl、K3[Fe(CN)6]、酚酞的混合溶液里，由于?(Fe2/Fe)< ?（Cu2/Cu），兩者構(gòu)成了宏電池，鐵作為陽(yáng)極，失去電＋＋

　　子受到腐蝕（屬于吸氧腐蝕）。兩極的電極反應(yīng)式分別如下：

　　陽(yáng)極反應(yīng)式：

　　Fe = Fe2＋ ＋ 2e－

　　3Fe2＋ ＋ 2[Fe(CN)6]3－ = Fe3[Fe(CN)6]2 (藍(lán)色沉淀) 陰極(銅表面)反應(yīng)式：

　　O2 ＋ 2H2O ＋4e－ = 4OH－

　　在陰極由于有OH－生成，使c(OH－)增大，所以酚酞變紅。

　　②金屬鐵和鋅直接接觸，環(huán)境同上，則由于?(Zn2/Zn)< ?(Fe2/Fe)，＋＋

　　鋅作為陽(yáng)極受到腐蝕，而鐵作為陰極，鐵表面的氧氣得電子后不斷生成氫氧根離子，導(dǎo)致酚酞變紅（屬于吸氧腐蝕）。兩極的電極反應(yīng)式分別如下：

　　陽(yáng)極反應(yīng)式：

　　Zn = Zn2＋ ＋ 2e－

　　3Zn2＋＋ 2[Fe(CN)6]3－ = Zn3[Fe(CN)6]2 (黃色沉淀)

　　陰極（鐵表面）反應(yīng)式：

　　O2 ＋ 2H2O ＋4e－ = 4OH－

　　2．金屬腐蝕的防護(hù)

　　防止金屬腐蝕的方法很多。如研制耐腐蝕的金屬材料、金屬表面涂覆保護(hù)層及陰極保護(hù)法等方法。金屬表面涂覆保護(hù)層的常用方法有油漆、電鍍、噴鍍、表面鈍化處理，緩蝕劑法等。

　　（1） 有機(jī)緩蝕劑作用機(jī)理

　　在金屬剛開(kāi)始溶解時(shí)，金屬表面帶有的負(fù)電荷能吸附緩蝕劑的離子或分子，形成難溶且腐蝕介質(zhì)很難穿透的保護(hù)膜。在酸性介質(zhì)中，一般是含有N、S、O的有機(jī)化合物。常用的緩蝕劑有烏洛托品、若丁等。

　　（2） 無(wú)機(jī)緩蝕劑作用機(jī)理

　　在中性或堿性介質(zhì)中可以采用無(wú)機(jī)緩蝕劑，如鉻酸鹽、重鉻酸鹽、

　　磷酸鹽、碳酸氫鹽等。主要是在金屬的表面形成的氧化膜或沉淀物能夠隔絕周?chē)橘|(zhì)侵蝕，起到保護(hù)的作用。

　　例如金屬表面的磷化，就是用磷酸鹽在金屬表面生成一層磷化膜的保

　　護(hù)層。其有關(guān)反應(yīng)式如下：

　　Fe ＋ 2H+ = Fe2＋ ＋ H2（↑）

　　Fe2＋ ＋ HPO42－ = FeHPO4（暗灰色膜?）

　　3Zn2＋ ＋ 2PO43－= Zn3(PO4)2（白色?）

　　（3）3％的CuSO4檢驗(yàn)液檢驗(yàn)原理

　　磷化后的鐵釘表面： Fe2＋ ＋ HPO42－ = FeHPO4（暗灰色膜?）

　　Cu2＋ ＋ HPO42－ = CuHPO4（暗黑色?）

　　沒(méi)有磷化后的鐵釘表面：Fe ＋Cu2＋= Fe2＋＋ Cu（棕紅色?）

　　三、實(shí)驗(yàn)用品

　　儀器： 0mL小燒杯，小試管（3支），10mL小量筒（1只）鐵片，銅絲，鋅絲，濾紙片（若干），塑料鑷子，洗瓶，細(xì)砂紙（約3×3cm2）。

　　藥品：NaCl（0.1 mo1·L－1），K3[Fe(CN)6（]0.1 mo1·L－1），烏洛托品(CH2)6N（，420％）CuSO4（0.1 mo1·L－1），HCl（0.1 mo1·L－1、6 mo1·L－1，濃），酚酞（0.5％），洗潔精，檢驗(yàn)液（3％的CuSO4），磷化液（配方：H3PO4（85％）：45g·L－1，ZnO：28 g·L－1，Zn(NO3)2：28 g·L－1，NaF：2 g·L－1 ，HNO3（濃）：29 g·L－1）。

　　四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

　　1． 金屬的電化學(xué)腐蝕

　　（1）準(zhǔn)備鐵釘和混合溶液

　　①鐵釘表面除銹：取8枚小鐵釘浸在濃鹽酸中，除銹約1～2分鐘后用塑料鑷子取出，以自來(lái)水淋洗后放在潔凈的小燒杯中，再以去離子水浸泡備用。

　　②配制含有少量酚酞的混合溶液：取1支試管，加入6mL 0.1 mo1·L-1的NaCl溶液（增加導(dǎo)電性），加入4滴0.1 mo1·L-1K3[Fe(CN)6]溶液，再加入3滴酚酞溶液，混合均勻備用。

　　（2）微電池腐蝕

　　①差異充氣腐蝕

　　用細(xì)砂紙把一塊鐵片表面磨光，洗凈鐵銹并吸干水分，在其中心處滴上2滴含有少量酚酞的混合溶液，形成直徑約為2cm的圓斑，放置10 min后觀察現(xiàn)象，并用兩極反應(yīng)式解釋之。

　　②析氫腐蝕

　　取1支潔凈的小試管，加入3mL的0.1 mo1·L-1HCl溶液，將一枚除銹鐵釘放入其中，觀察現(xiàn)象。

　　(3)宏電池的腐蝕

　　取2支潔凈的小試管，各加入3mL含有少量酚酞的混合溶液。取2枚除過(guò)銹的小鐵釘，經(jīng)自來(lái)水沖洗，用濾紙吸干，分別在其中部緊密地纏上一段干凈的鋅絲和銅絲。然后再分別放在上述2支試管的溶液中，靜置數(shù)分鐘（不要晃動(dòng)），觀察現(xiàn)象并用兩極反應(yīng)式解釋之。

　　2．金屬腐蝕的防護(hù)

　　（1）有機(jī)緩蝕劑的作用

　　取2支試管，各加入3mL0.1 mo1·L-1HCl溶液，在某一試管中加入5滴20％的烏洛托品，在另1支試管中加入5滴水，將2枚清潔無(wú)銹的鐵釘分別放入其中。反應(yīng)片刻后，分別在2支試管中各加入1滴0.1 mo1·L-1 K3[Fe(CN)6]溶液，觀察和比較出現(xiàn)的現(xiàn)象，并用兩極反應(yīng)式解釋之。

　　（2）無(wú)機(jī)緩蝕劑的作用（金屬表面的磷化）

　　準(zhǔn)備2支潔凈試管和2枚已用濃HCl溶液除過(guò)銹的并用水清洗干凈的鐵釘。將其中1根鐵釘放入試管，另1根鐵釘完全浸入磷化液磷化，約5～10min后用鑷子取出，用去離子水淋洗后將其放入空的潔凈試管中，觀察磷化膜。

　　（3）檢驗(yàn)質(zhì)量

　　向上述2支裝有鐵釘?shù)脑嚬苤校謩e加入3％的CuSO4檢驗(yàn)液3mL，靜置2-3min后，觀察現(xiàn)象并用反應(yīng)式解釋之。

　　五、注意事項(xiàng)

　　1. 鐵釘一定要事先算好需要幾個(gè)，然后集中除銹。

　　2. 需要靜置數(shù)分鐘的實(shí)驗(yàn)，千萬(wàn)不要晃動(dòng)試管，以免現(xiàn)象觀察不明顯。

　　3. 用鋅絲纏鐵釘時(shí)要慢緩慢用勁纏緊，防止鋅絲折斷；不要纏滿鐵釘，只要鐵釘有一段被纏上就可觀察到現(xiàn)象。

　　4.鐵片，銅絲，鋅絲，鐵釘?shù)扔煤笙磧艋厥罩猎帯Ｋ性噭┯煤蠓呕卦帯?/p>

　　5．實(shí)驗(yàn)中一定要仔細(xì)觀察現(xiàn)象有無(wú)變化，記錄現(xiàn)象要完整，并用學(xué)過(guò)的知識(shí)和有關(guān)反應(yīng)方程式解釋之。

　　六、實(shí)驗(yàn)記錄

　　七、思考題

　　1.吸氧腐蝕發(fā)生的條件是什么？?jī)蓸O反應(yīng)式分別如何？

　　2.析氫腐蝕的條件是什么？?jī)蓸O反應(yīng)式分別如何？