張宇飛

（重慶市第六十六中學(xué) 重慶 400042）

高考中的金屬腐蝕與防護(hù)
——從一道課后習(xí)題談起

張宇飛

（重慶市第六十六中學(xué) 重慶 400042）

化學(xué)現(xiàn)象在我們的生活中處處可見，與我們生活密切相關(guān)，只是我們對它司空見慣而不太留意，而每年高考中幾乎都會涉及到的我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷慕饘俚母g與防護(hù)，本文由課后一道練習(xí)題引發(fā)的思考談起，從金屬腐蝕原理、金屬腐蝕的防護(hù)和近年高考題的具體實(shí)例來簡述我對金屬腐蝕與防護(hù)的認(rèn)識，并談一談一些近年來高考中出現(xiàn)的常用的金屬防腐方法。

引言

金屬材料的腐蝕，是指金屬材料和周圍介質(zhì)接觸時發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而引起的一種破壞現(xiàn)象。從熱力學(xué)的觀點(diǎn)來看，除了少數(shù)貴金屬（如金、鉑等）外，各種金屬都有轉(zhuǎn)變成離子的趨勢。因此，金屬元素比它們的化合物具有更高的自由能，必然有自發(fā)地轉(zhuǎn)回到熱力學(xué)上更穩(wěn)定的自然形態(tài)——氧化物的趨勢，所以說金屬腐蝕是自發(fā)的普遍存在的一種現(xiàn)象，是不可避免的，但是我們可以研究通過一定的手段來減慢金屬的腐蝕速度，把損失降到最低。

導(dǎo)學(xué)案P 67第15題：“銅制品在經(jīng)常下酸雨的地區(qū)電化學(xué)腐蝕嚴(yán)重，寫出此電化學(xué)腐蝕的電極反應(yīng)式：正極：______________；負(fù)極：_______________?！痹诟咧嘘P(guān)于電化學(xué)金屬腐蝕與防護(hù)部分，老師們強(qiáng)調(diào)得很多而且同學(xué)們掌握得比較好的是關(guān)于鋼鐵的腐蝕，鋼鐵制品的腐蝕根據(jù)所處環(huán)境的不同主要是分為：

析氫腐蝕（表面溶液為酸性）：陽極（Fe）：Fe—2e-=Fe2+

陰極（雜質(zhì)）：2H++2e-=H2↑

電池反應(yīng)：Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2↑

吸氧腐蝕（表面溶液為中性或弱堿性）：陽極（Fe）：Fe—2e-=Fe2+

陰極（雜質(zhì)）：O2+2H2O+4e-=4OH-

電池反應(yīng)：2Fe+2H2O+O2=2Fe（OH）2

Fe（0H）2將進(jìn)一步被O2所氧化，生成Fe（OH）3并部分脫水為疏松的鐵銹，即我們所看到的。

4Fe（OH）2+O2+2H20=4Fe（OH）3→Fe2O·xH2O（鐵銹）

但是在本題中涉及的不是鋼鐵而是銅制品的腐蝕，又有強(qiáng)調(diào)“酸雨地區(qū)”，所以很多同學(xué)認(rèn)為應(yīng)該是析氫腐蝕：析氫腐蝕：陽極（Cu）：Cu-2e-= Cu2+

陰極（雜質(zhì)）：2H++2e-=H2↑

電池反應(yīng)：Cu+2H2O=Cu（OH）2+H2↑

但金屬Cu活動性較弱，只能發(fā)生吸氧腐蝕，不能發(fā)生析氫腐蝕，故導(dǎo)學(xué)案答案為：

正極：O2+2H2O+4e-===4OH-

負(fù)極：Cu-2e-===Cu2+，

只是這個答案沒有考慮到“酸雨”這個因素，課堂上，我班孫濤同學(xué)提出如果把“酸雨”這個因素考慮進(jìn)去，該題答案應(yīng)該為“正極：O2+4H++ 4e-===2H2O 負(fù)極：Cu-2e-===Cu2+，通過這個題目的討論使我想到我們平時教學(xué)和練習(xí)中一說到金屬的腐蝕更多的在強(qiáng)調(diào)鋼鐵的腐蝕，那么其他金屬呢？在高考題中又有哪些涉及呢？下面我就結(jié)合金屬腐蝕的原理及防護(hù)并聯(lián)系近年的高考題來談一談。

一、金屬腐蝕的基本原理：

1、金屬腐蝕的分類

按照金屬的腐蝕機(jī)理的不同，可以將金屬腐蝕分為三類：一是化學(xué)腐蝕，二是電化學(xué)腐蝕，三是物理腐蝕。

2、金屬腐蝕的機(jī)理

（1）化學(xué)腐蝕：是指金屬與介質(zhì)之間直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的破壞。

（2）電化學(xué)腐蝕：是金屬與介質(zhì)之間發(fā)生電化學(xué)作用而引起的破壞。反應(yīng)過程同時有陽極失去電子的陽極反應(yīng)，陰極獲得電子的陰極反應(yīng)以及電子的流動（電流）。電化學(xué)腐蝕是最常見的腐蝕，金屬腐蝕中的絕大部分均屬于電化學(xué)腐蝕。如在自然條件下（如海水、土壤、地下水、潮濕大氣、酸雨等）對金屬的腐蝕通常是電化學(xué)腐蝕。

以上兩種金屬的腐蝕是高考重點(diǎn)，幾乎每年都有涉及，其中以鋼鐵的腐蝕為考查的主要內(nèi)容，也有涉及其他金屬（如銅、銀制品）的腐蝕，

二、金屬防腐蝕的基本方法：

金屬防腐蝕的方法很多，主要有改善金屬的本質(zhì)，把被保護(hù)金屬與腐蝕介質(zhì)隔開，或?qū)饘龠M(jìn)行表面處理，改善腐蝕環(huán)境以及電化學(xué)保護(hù)等。

（1）改善金屬的本質(zhì)（合金化法）：根據(jù)不同的用途選擇不同的材料組成耐蝕合金，或在金屬中添加合金元素，提高其耐蝕性，可以防止或減緩金屬的腐蝕。例如，在鋼中加入鎳制成不銹鋼可以增強(qiáng)防腐蝕能力。

（2）形成保護(hù)層（保護(hù)膜法）：在金屬表面覆蓋各種保護(hù)層，把被保護(hù)金屬與腐蝕性介質(zhì)隔開，是防止金屬腐蝕的有效方法。工業(yè)上普遍使用的保護(hù)層有非金屬保護(hù)層和金屬保護(hù)層兩大類。它們是用化學(xué)方法，物理方法和電化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)的。

2013年高考新課標(biāo)Ⅱ卷第2題

下列金屬防腐的措施中，使用外加電流的陰極保護(hù)法的是（ ）

A.水中的鋼閘門連接電源的負(fù)極 B.金屬護(hù)欄表面涂漆

C.汽車底盤噴涂高分子膜 D.地下鋼管連接鎂塊

（3）改善腐蝕環(huán)境：改善環(huán)境對減少和防止腐蝕有重要意義。例如，減少腐蝕介質(zhì)的濃度，除去介質(zhì)中的氧，控制環(huán)境溫度、濕度等都可以減少和防止金屬腐蝕。也可以采用在腐蝕介質(zhì)中添加能降低腐蝕速率的物質(zhì)（稱緩蝕劑）來減少和防止金屬腐蝕。

（4）電化學(xué)保護(hù)法：金屬會因為電化學(xué)而腐蝕，我們也可以反其道而行之，通過電化學(xué)原理，是被保護(hù)的金屬充當(dāng)腐蝕電池中的陰極，從而防止或減輕金屬腐蝕的方法。

①犧牲陽極保護(hù)法：犧牲陽極保護(hù)法是用電極電勢比被保護(hù)金屬更低的金屬或合金做陽極，固定在被保護(hù)金屬上，形成腐蝕電池，被保護(hù)金屬作為陰極而得到保護(hù)。犧牲陽極一般常用的材料有鋁、鋅及其合金。此法常用于保護(hù)海輪外殼，海水中的各種金屬設(shè)備、構(gòu)件和防止巨型設(shè)備（如貯油罐）以及石油管路的腐蝕。

②外加電流法：將被保護(hù)金屬與另一附加電極作為電解池的兩個極，使被保護(hù)的金屬作為陰極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護(hù)。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金屬設(shè)備的腐蝕。

以上兩種方法在今年高考中也有涉及：

2015重慶第11題（節(jié)選）、我國古代青銅器工藝精湛，有很高的藝術(shù)價值和歷史價值，但出土的青銅器大多受到環(huán)境腐蝕，

故對其進(jìn)行修復(fù)和防護(hù)具有重要意義。

（3）研究發(fā)現(xiàn)，腐蝕嚴(yán)重的青銅器表面大都存在CuCl。關(guān)于CuCl在青銅器腐蝕過程中的催化作用，下列敘述正確的是。

A.降低了反應(yīng)的活化能 B.增大了反應(yīng)的速率

C.降低了反應(yīng)的焓變 D.增大了反應(yīng)的平衡常數(shù)

（4）采用“局部封閉法”可以防止青銅器進(jìn)一步被腐蝕。如將糊狀A(yù)g2O涂在被腐蝕部位，Ag2O與有害組分CuCl發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，該化學(xué)方程式為。

綜上，金屬的腐蝕在生活中無處不在并且也不可避免，并且也是高考中的高頻考點(diǎn)，我們不光要掌握好鋼鐵腐蝕的基本原理，還要能舉一反三，對于其他金屬的腐蝕和防腐原理也要能靈活運(yùn)用，才能在高考中做到成竹在胸。