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

　?、俨町惓錃飧g

　　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－

　?、谖鰵涓g

　　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)

　?。?）宏電池腐蝕

　?、俳饘勹F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。

　?、诮饘勹F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。

　?。?） 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％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。

　?、谂渲坪猩倭糠犹幕旌先芤海喝?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。

　?。?）微電池腐蝕

　?、俨町惓錃飧g

　　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。

　?。?）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？