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腐蝕的電化學教案

教案 時間:2021-08-31 手機版

腐蝕的電化學教案

  腐蝕的電化學篇一:金屬材料的電化學腐蝕與防護

  金屬材料的電化學腐蝕與防護

  一、實驗目的

  1.了解金屬電化學腐蝕的基本原理。

  2.了解防止金屬腐蝕的基本原理和常用方法。

  二、實驗原理

  1. 金屬的電化學腐蝕類型

  (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,則陽極金屬亞鐵離子進一步與K3[Fe(CN)6]反應,生成藍色的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)。兩極反應式如下:

  陽極(氧氣濃度小的部位)反應式:

  Fe = Fe2+ + 2e-

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

  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,鐵作為陽極失去電子,受腐蝕,雜質作為陰極,在其表面H+得電子被還原析出氫氣。兩極反應式為: 陽極:Fe = Fe2+ + 2e-

  陰極:2H++2e-= H2↑

  在其中加入K3[Fe(CN)6],則陽極附近的Fe2+進一步反應:

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

  (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),兩者構成了宏電池,鐵作為陽極,失去電++

  子受到腐蝕(屬于吸氧腐蝕)。兩極的電極反應式分別如下:

  陽極反應式:

  Fe = Fe2+ + 2e-

  3Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3- = Fe3[Fe(CN)6]2 (藍色沉淀) 陰極(銅表面)反應式:

  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,環境同上,則由于?(Zn2/Zn)< ?(Fe2/Fe),++

  鋅作為陽極受到腐蝕,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,導致酚酞變紅(屬于吸氧腐蝕)。兩極的電極反應式分別如下:

  陽極反應式:

  Zn = Zn2+ + 2e-

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

  陰極(鐵表面)反應式:

  O2 + 2H2O +4e- = 4OH-

  2.金屬腐蝕的防護

  防止金屬腐蝕的方法很多。如研制耐腐蝕的金屬材料、金屬表面涂覆保護層及陰極保護法等方法。金屬表面涂覆保護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) 有機緩蝕劑作用機理

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

  (2) 無機緩蝕劑作用機理

  在中性或堿性介質中可以采用無機緩蝕劑,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圍介質侵蝕,起到保護的作用。

  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

  護層。其有關反應式如下:

  Fe + 2H+ = Fe2+ + H2(↑)

  Fe2+ + HPO42- = FeHPO4(暗灰色膜?)

  3Zn2+ + 2PO43-= Zn3(PO4)2(白色?)

  (3)3%的CuSO4檢驗液檢驗原理

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

  Cu2+ + HPO42- = CuHPO4(暗黑色?)

  沒有磷化后的鐵釘表面:Fe +Cu2+= Fe2++ Cu(棕紅色?)

  三、實驗用品

  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、實驗內容

  1. 金屬的電化學腐蝕

  (1)準備鐵釘和混合溶液

  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后觀察現象,并用兩極反應式解釋之。

  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枚除過銹的小鐵釘,經自來水沖洗,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,靜置數分鐘(不要晃動),觀察現象并用兩極反應式解釋之。

  2.金屬腐蝕的防護

  (1)有機緩蝕劑的作用

  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枚清潔無銹的鐵釘分別放入其中。反應片刻后,分別在2支試管中各加入1滴0.1 mo1·L-1 K3[Fe(CN)6]溶液,觀察和比較出現的現象,并用兩極反應式解釋之。

  (2)無機緩蝕劑的作用(金屬表面的磷化)

  準備2支潔凈試管和2枚已用濃HCl溶液除過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)檢驗質量

  向上述2支裝有鐵釘的試管中,分別加入3%的CuSO4檢驗液3mL,靜置2-3min后,觀察現象并用反應式解釋之。

  五、注意事項

  1. 鐵釘一定要事先算好需要幾個,然后集中除銹。

  2. 需要靜置數分鐘的實驗,千萬不要晃動試管,以免現象觀察不明顯。

  3. 用鋅絲纏鐵釘時要慢緩慢用勁纏緊,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象。

  4.鐵片,銅絲,鋅絲,鐵釘等用后洗凈回收至原處。所有試劑用后放回原處。

  5.實驗中一定要仔細觀察現象有無變化,記錄現象要完整,并用學過的知識和有關反應方程式解釋之。

  六、實驗記錄

  七、思考題

  1.吸氧腐蝕發生的條件是什么?兩極反應式分別如何?

  2.析氫腐蝕的條件是什么?兩極反應式分別如何?


本文來源http://www.nvnqwx.com/jiaoan/2880726.htm
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