当前课程知识点：大学化学 > 第十章 氧化还原反应与电化学基础 > 10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护 > Video
同学们好
这一节
我们将给大家介绍
本章的最后一个内容
是关于金属的电化学腐蚀
与防护的话题
为什么我们在
电化学学习过程当中
要讨论
金属的腐蚀与防护呢
原因是
在地球上
每年因为腐蚀
而造成金属的损失量
约占到生产总量的
1/3~1/4
这是一个社会财富
和自然资源的
巨大浪费
那么金属被腐蚀的
主要原因
和条件是什么呢
我们都知道
在我们大气环境当中
由于人类的活动
和自然界的运动
所发生的CO2
和SO2
当它们与空气中的H2O
相互接触时
就会被变成相应的弱酸
而弱酸解离以后呢
就可以解离出
相应的弱酸根
和具有对金属腐蚀作用的
H+
H+的出现
就对金属产生腐蚀
创造了必备的条件
因此
在自然界当中
金属使用过程当中的
最大的腐蚀内容
就是所谓的析氢腐蚀
而析氢腐蚀产生的原因
就和弱酸解离
所产生的H+
是密不可分的
对于阳极电对来说
我们在日常生活当中
所使用金属量最大的
就是钢铁
这当中的Fe
会在H+的作用下
失去两个电子
而变成Fe2+
相应的离子反应呢
Fe2+
和H2O反应以后
会形成相应的
Fe(OH)2
和相应的H+
而阴极电极电对呢
这时候H+
会得到电子
而变成相应的H2
由于在反应过程当中
有H2的产生
所以这类的反应
成为析氢反应
就毫不为奇了
对于上述的反应
总的反应方程式
是Fe和H2O反应
生成了Fe(OH)2
和H2
当然中间的介质呢
是空气当中的
CO2
SO2等酸性物质
与水形成的弱酸的解离
提供了酸性介质的条件
那么接下来
这样的Fe(OH)2呢
还会与空气当中的H2O
和O2进一步的作用
形成Fe(OH)3
Fe(OH)3
在空气当中不稳定
随着温度和时间的变化
进一步分解为
Fe2O3和H2O
而我们知道
钢铁的来源
也就是天然矿物的来源
就是Fe2O3
而经过这样的一个循环呢
又使我们好不容易
冶炼出来的
单质的钢铁
又重新回到了它的
天然矿物的形态
如果我们要继续利用
Fe
就需要把它又从氧化态
再还原成单质态
而每年
在金属的应用总量当中
有1/3
到1/4的总量
需要通过这样的循环
进行再加工
才能够利用
同学们可以想象
这是自然资源和社会资源
多么巨大的浪费
但是有的同学就会讲
如果有朝一日
我们把空气当中的
CO2
和SO2的浓度
降到最低
那么
由于这种弱酸解离
所产生的析氢反应
对于金属的腐蚀
是否就可以完全避免呢
这样的答案
粗想起来
或许是肯定的
但是遗憾的是
事实
并不像我们想象的那样
因为在我们大气当中的
H2O和O2的作用下
还会对金属产生
另一类严重的腐蚀
也就是这里我们要讨论的
吸氧腐蚀
而这种腐蚀呢
不是在发生在
弱酸性的介质当中
而是常常会发生在
以H2O为代表的
中性介质当中
什么原因呢
我们大家都知道
在空气当中
O2的分压
在接近地面的时候
它的分压是标准大气压的
1/5
这时候
当水膜吸附了一定的
O2以后
所形成的氧化还原电对的
标准电极电势呢
等于0.401V
如果
当分压变成了1/5个
标准大气压的时候
这样的氧化还原电对的
它的电极电势
会变化成什么样呢
通过中性水溶液当中的
pH=7
这样一个基础条件
我们可以计算出
在中性的条件下
OH-的浓度
是10-7mol·L-1
而这时候
我们代入相应的
氧化还原电极电对的
能斯特方程
我们就可以得到
相应的电极电势呢
等于与反应商之间的
对数关系
经过计算
我们发现
在中性条件下
这样的反应
反而是加剧了
由于O2分压的下降
它的还原电势升高了
具有了更强的氧化能力
这时候阳极电极电对
发生的这样一个反应呢
将会同样
在O2和H2O的共同作用下
而持续的进行
这样进行的过程当中
还会伴随着Fe2+
与H2O的反应
形成Fe(OH)2和
H+
进一步的
阴级电极电对呢
会产生O2溶解在H2O中
得到电子
所形成OH-的
相应的反应
总的反应当中
第一步
我们形成了Fe(OH)2
和相应的H+
第二步呢
Fe(OH)2呢
又会和H2O、O2
进一步的反应
形成Fe(OH)3
再进一步
Fe(OH)3随着时间和
加热条件的变化
会脱掉水以后
又返回到原始的
自然状态
也就是Fe2O3的状态
因此
这样的反应
就不再需要
像前述析氢反应当中
由弱酸解离产生的H+
作为反应的参与条件
而直接可以发生在
以H2O为介质的
中性条件下
由于我们的金属使用环境
离不开大气环境当中的
O2和H2O
因此
即使我们尽最大的努力
减少了空气当中的
酸性气体的排放
也无法避免
由于在中性介质当中
融入O2而产生的
吸氧腐蚀
因此
人们通过不断地实践
在探索通过不同的
实验方法
和材料加工技术
来保护我们的使用金属
使其免受电化学腐蚀
比如说
一个重要的方法
就是采用镀层保护
镀层的作用
是避免我们使用的金属
与水和空气的接触
从而可以尽量的减少
析氢和吸氧腐蚀的发生
镀层所采用的材料
既有非活泼金属
比如像Cu
也有活泼金属
比如像Zn
这样的不同的
加工工艺
所形成的
保护层的结构
但是以Fe为基的
这样的一个
金属的复合体系
如果当我们的
镀铜的这样的一个镀层
遭到破坏以后
空气当中的H2O和O2呢
会通过这样一个突破口
而形成对Fe的
更深层次的腐蚀作用
所以
镀惰性金属的保护膜
一旦保护膜破坏以后
就会形成
更加强烈的腐蚀作用
所以非活泼金属
和惰性金属的保护膜
只适用于那些
没有机械的碰撞
不施加机械应力的
金属材料的
表面的镀膜
比如说
像装饰性镀膜等等
而相比之下
活泼性材料
所形成的镀膜
比如说
Zn在钢铁表面形成的镀膜
即使产生破裂以后
由于Zn的活泼性
要高于Fe
这时候
空气当中的水膜和O2
综合的作用呢
也会首先作用在
Zn的涂层上
只有当钢铁表面
Zn的涂层
被完全腐蚀掉以后
才会进一步的腐蚀
内部的钢铁结构
所以
如果在钢铁的表面
镀上活泼的Zn
就可以比较长久的保护
内部的钢铁结构
不会受到外部水膜和O2
综合作用的腐蚀
这也就是为什么
在常见的工程机械
和我们日常使用的
水管当中
我们经常会看到
镀锌的结构
因为
这样薄薄的一层
保护层的存在
只要它不会被消失殆尽
它就会顽强的保护
我们内部的钢铁结构
不会受到环境的吸氧
和析氢的腐蚀
除此之外
人们还发展了另一种
具有牺牲阳极特性的
保护措施
原因是
刚才我们讨论了
在涂层结构当中
活泼金属Zn
会通过自身与水膜
和O2的反应
来保护相对活泼性较差的
钢铁的机体
而利用这样的原理呢
我们如果把Zn和Fe
放在同一个体系当中
当水膜当中形成的O2
对相应的复合结构
进行腐蚀的时候
会优先选择Zn
失掉电子以后
进入到水膜结构当中
而相应的电子呢
通过Fe的一端呢
传输到相应的体系当中去
这时候呢
阳极电对呢
主要是腐蚀的Zn的结构
而Fe的部分
并没有参与实质的
氧化还原反应
通过这样的反应过程呢
随着时间的延续
Zn被逐渐的消耗
而Fe的部分
却完整的保护下来
所以这样的保护技术
我们称为牺牲阳极的
保护技术
那么相对于
阳极的电极电对
在阴极
这时候发生的反应呢
是O2和H2O反应
得到电子
形成OH-
利用这样的牺牲阳极技术
我们可以保护
在更加严酷的环境下
使用的钢铁材料
比如说
地下埋藏的水管
所应对的pH值环境
物理化学环境
会更为复杂
在这时候
为了保证
地下钢管的使用寿命
人们通常要在钢管上
连接上更加活泼的
金属镁棒
利用Mg
作为阳极的
活泼的金属的特性
通过失去电子呢
变成Mg2+
而保护了
与它相连的钢管的
电化学腐蚀的安全
地下钢管的
牺牲阳极的保护措施呢
是高效的
而且是切实可行的
同时我们把普通金属
和活泼金属
像Mg这样的保护阳极
连接在一块
还可以用来
保护我们家用的
电热水器
太阳的热水器的储水箱
使它在工作寿命
和较长的周期内
能够安全的
为我们提供服务
有关牺牲阳极的技术
同学们课后
还可以通过
其它的媒体
和参考书当中的
相关知识
加以了解和巩固
这一节的内容
我们就跟大家介绍到这
-1.1 不一样的大学化学
--Video
-1.2 化学体系的建立
--Video
-1.3 应该了解的化学
--Video
-1.4 课程学习的必要准备
--Video
-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液晶
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
--Video
-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
--Video
-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
--Video
-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
--Video
-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
--Video
-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
--Video
-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
--Video
-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
--Video
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
--Video
-4.1 离子键理论—离子键价键构型
--Video
-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
--Video
-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
--Video
-4.2 共价键理论—现代价键理论
--Video
-4.2 共价键理论—共价键的性质
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
--Video
-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
--Video
-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
--Video
-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
--Video
-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
--Video
-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
--Video
-4.6 分子间作用力-分子的极性
--Video
-4.6 分子间作用力-分子间作用力
--Video
-4.7 氢键
--Video
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
--Video
-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
--Video
-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
--Video
-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
--Video
-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
--Video
-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
--Video
-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
--Video
-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
--Video
-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
--Video
-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
--Video
-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
--Video
-7.1 自发过程与自发反应（二）
--Video
-7.2 熵与热力学第二定律—熵
--Video
-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
--Video
-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
--Video
-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
--Video
-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
--Video
-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
--Video
-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
--Video
-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
--Video
-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
--Video
-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
--Video
-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
--Video
-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
--Video
-9.1 酸碱平衡—同离子效应
--Video
-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
--Video
-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
--Video
-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
--Video
-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
--Video
-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
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-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
--Video
-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
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-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
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-无机元素化学-p区元素
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-无机元素化学-过渡元素
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-生命化学概论-生命有机化合物官能团
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-蛋白质
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-生命化学概论-核酸
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-生命化学概论-糖
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-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
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-生命化学概论-药物
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-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
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-纳米科学与化学-微观结构与仿生
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-纳米科学与化学-纳米结构的观察
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-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
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-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
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-化学与材料-正渗透与水处理技术
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-化学与材料-相变材料（一）
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-化学与材料-相变材料（二）
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-化学与材料-范德华力与二维材料
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-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
