金属腐蚀及防护课后习题.doc

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腐化与防范试题
1化学腐化的看法、及特色
答案:化学腐化:介质与金属直接发生化学反响而引起的变质或破坏现象称为金属的化学
腐化。
是一种纯氧化-还原反响过程,即腐化介质中的氧化剂直接与金属表面上的原子互相作
用而形成腐化产物。在腐化过程中,电子的传达是在介质与金属之间直接进行的,没有腐
蚀电流产生,反响速度受多项化学反响动力学控制。
归纳化学腐化的特色
在不电离、不导电的介质环境下
反响中没有电流产生,直接完成氧化还原反响
腐化速度与程度与外界电位变化没关
2、金属氧化膜拥有保护作用条件
,举例说明哪些金属氧化膜有保护作用
,那些没有保护
作用,为何?
答案:氧化膜保护作用条件:
①氧化膜致密完好程度
;②氧化膜自己化学与物理稳固性质
;③氧化膜与基体结合能力;
④氧化膜有足够的强度
氧化膜完好性的必需条件
:PB原理:生成的氧化物的体积大于耗费掉的金属的体积
,是形
成致密氧化膜的前提。
PB原理的数学表示:
反响的金属体积:VM=m/
m-摩尔质量
氧化物的体积:VMO=m'/
'
用=VMO/VM=m'
/(m
')
>1金属氧化膜具备完好性条件部分金属的值
氧化物
氧化物
氧化物
MoO3

WO3

V2O5

Nb2O5

Sb2O5

Bi2O5

Cr2O3

TiO2

MnO

FeO

Cu2O

ZnO

Ag2O

NiO

PbO2

SnO2

Al2O3

CdO

MgO

CaO

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MoO3
WO3
V2O5这三种氧化物在高温下易挥发
,在常温下因为
值太大会使体积
膨胀,当超出金属膜的自己强度
、塑性时,会发生氧化膜鼓泡、破裂、剥离、零落。
Cr2O3
TiO2MnOFeO
Cu2O
ZnO
Ag2O
NiO
PbO2
SnO2Al2O3
这些氧化物在必定温度范围内稳固存在
,
值适中。这些金属的氧化膜致密
、稳固,有较
好的保护作用。
MgO
CaO
值较小,氧化膜不致密,不起保护作用。
3、电化学腐化的看法,与化学腐化的差异
答案:电化学腐化:金属与介质发生电化学反响而引起的变质与破坏
。
与化学腐化比较:
①是“湿”腐化
②氧化还原发生在不一样部位
③有电流产生
④与环境电位亲近相关
⑤有次生产物
4、解说现象:试验1:铜块与锌块互相接触,放入稀盐酸介质中,在铜块一侧有氢气产
生,而锌块逐渐溶解。
试验2:将铜块与锌块不互相接触,而在系统外用导线连接,若在导线间连接电流表。铜
块一侧有氢气产生,而锌块逐渐溶解,电流表针发生转动。
试验3:将锌块置于稀盐酸介质中,可见锌块不停溶解,氢气不停产生。
答案:在电动序上,锌比铜易失掉电子,电子经过导线或与铜接触面进入铜块,在铜表面
将电子传达给氢离子而形成氢气。同时锌离子进入溶液。
Zn→Zn2++2e阳极
2H++2e(Cu)→H2↑阴极
锌块自己在盐酸介质之中的溶解问题的解说:微观动向腐化电池。
结论:将两种不一样电极电位的金属互相接触(或用导线连接)放入同一种电解质溶液
中。现象:电位较正的一端产生气泡,较负的一端会逐渐溶解。
5、解说现象:试验:3%NaCl水溶液1滴至光明的铁片上,加少许铁***化钾(K3Fe(CN)6)
和酚酞试剂,而后把铁片置于磁场中。
现象:在液滴上逐渐产生蓝红相间的斑点,接着液滴中心变蓝,边沿便成粉红,液滴缓慢
旋转。
答案:解说现象:
在液滴上,早期溶解氧一旦被还原,大气中的氧优先溶于液滴边沿,使液滴中心相对贫
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氧,使整个液滴产生氧浓差。结果:液滴中心较负成为阳极,
发生:Fe→2e=Fe2+反响。Fe2+与K3Fe(CN)6作用,形成蓝色。液滴边沿部位较正
,
成为阴极,
→4OH-反响。OH-与酚酞作用,形成粉红色。
发生:O2+H2O+4e
又因为液滴中心的
Fe2+向边沿扩散,OH-向中心扩散,使在铁片内部的电子流向
液滴边沿而形成磁场,在外磁场的互相作用下,使液滴发生旋转。
6、举例说明氧浓差腐化
答案:例:金属在土壤中(与土接触点为贫氧,为负极,金属腐化;与空气接触点为富
氧,为正极,金属不腐化。)
船的吃水线周边(水下为贫氧区,为负极,金属腐化;水上为富氧区,金属不腐化。
搅拌杆与液面接触处(同上)。
7、解说现象:试验:
4溶液中,另一端置于
1mol/LCuSO4溶液中。发现,
4溶液中的一端发生腐化(不停溶
解)。
答案:解说:因为两种浓度的盐经过铜丝构成了同一系统
:高浓度一端铜离子有堆积的趋
势,低浓度的一端铜有溶解的趋向
,则,低浓度一端溶解给出的电子沿铜片流向另一端
(高浓度一端),以满足堆积铜所需要的电子。只所以发生电子流动,是因为在两端盐浓
差使铜丝两端产生电位差。
8、解说现象:试验:一根铁丝一端置于高温溶液中,另一端置于低温溶液中。发现,铁
丝置于高温溶液中的一端发生腐化(不停溶解)。
答案:解说:高温部位金属活性强,易离开金属表面而氧化,低温区或性弱。这样形成高
温区的金属氧化,产生的电子由铁丝流向低温一端,是低温一端的金属离子堆积。
各种热交换器、燃烧器等已发生温差腐化
9、绘出Fe—H2O的E—pH图,指出保护区、腐化区、钝化区和过钝化区。并举例说明该
图的应用。
答案:
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金属的E—pH图的应用
估计必定条件下的金属腐化行为
反响金属自觉腐化热力学偏向
指明金真实行保护的可能性与方向
总结E—pH图的规律:上腐化、下稳固、两边(左右)腐化、中间钝化。
常有金属在中性介质中都比较稳固。
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应用举例:如图1,当环境条件在红点处时,经过调整酸度可使其进入钝化区;实行阴极
保护可使其进入保护区。
10、理论电位—pH图的限制性?
答案:一些限制性:
—pH图是一种以热力学为基础的电化学均衡图,所以它只好
预示金属腐化偏向的大小,而不可以展望腐化速度的大小。
,是以金属与其离子之间或溶液中的离子与含有该离子的腐化产
物之间建立的均衡为条件的,但在实质腐化状况下,可能偏离这个均衡条件。
—pH图只考虑了OH-这种阴离子对均衡的影响。但在实质腐化环境中,常常
存在Cl-、SO42-、P032-等阴离子,它们可能因发生一些附带反响而使问题复杂化。
—pH图中的钝化区其实不可以反响出各种金属氧化物、氢氧化物等终归拥有
多大的保护性能。
—pH图时,常常把金属表面周边液层的成分和PH大小等同于整体
的数值。实质腐化系统中,金属表面周边和局部地区内的pH值与整体溶液的pH值其数值
常常其实不同样。
所以,应用电位—pH图时,一定针对详细状况,进行详细解析,过分夸张或贬低电位
—pH图的作用都是不对的。
11、举例说明有哪些可能的阴极去极化剂?当有几种阴极去极化剂同时存在时,如何判断
哪一种发生还原的可能性最大?自然界中最常有的阴极去极化反响是什么?
答案:(1)氢离子还原反响或析氢反响(电极反响式);
(2)溶液中溶解氧的还原反响;
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3)溶液中高价离子的还原反响;
4)溶液中贵金属离子的还原反响。判断:(⊿G)T,P=nF⊿E
⊿G)T,P=nF(EC-EA)此中:EC为氧化剂电位;EA为还原剂电位。所以,⊿E越负,反响可能性越最大;
有些状况下可利用氧化剂的均衡电极电位EC来大概判断阴极去极化反响的可能性大小。
最常有的阴极去极化反响:析氢反响和吸氧反响
12、何谓腐化极化图?说明其应用。
答案:一腐化电池,开路时,测得阴、阳极的电位分别为E0,C和E0,A。而后用可变电阻把
二电极连接起来,挨次使电阻R值由大变小,电流则由零逐渐变大,相应地测出各电流强
度下的电极电位,绘出阴、阳极电位与电流强度的关系图,就是腐化极化图。所以,腐化
极化图是一种电位—电流图,它是把表征腐化电池特色的阴、阳极极化曲线画在同一张图
上构成的。
腐化极化图的应用
1)极化图用于解析腐化速度的影响要素
(a)腐化速度与腐化电池初始电位差的关系:腐化电池的初始电位差(EO,C-EO,A),
是腐化的原动力;(例氧化性酸对铁的腐化;不一样金属均衡电位对腐化电流的影响)
极化性能对腐化速度的影响:若腐化电池的欧姆电阻很小,则极化性能对腐化电
流有很大的影响;(例钢在非氧化酸中的腐化极化图)
(c)溶液中含氧且及络合剂对腐化速度的影响;(例铜在含氧酸及***化物中腐化极化
图)
(d)其余影响腐化速度的要素,如阴、阳极面积比和溶液电阻等。
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(2)腐化速度控制要素:阳极控制、阴极控制、混杂控制和欧姆控制。
13、试用腐化极化图说明电化学腐化的几种控制要素以及控制程度的计算方法。
答案:
100%
100%
14、混杂电位理论的基本假说是什么?
答案:混杂电位理论包括两项基本假说:
(1)任何电化学反响都能分成两个或两个以上的氧化分反响和还原分反响。
(2)电化学反响过程中不行能有净电荷累积。
依据混杂电位理论,腐化电位是由同时发生的两个电极过程,即金属的氧化和腐化剂
的还原过程共同决定的,是腐化系统的混杂电位。所以,依据腐化极化图很简单确立腐化
电位并解说各种要素对腐化电位的影响。而依据腐化电位的变化却不可以正确判断腐化速度
的大小或变化。一定测定相应的极化曲线,依据腐化极化图或动力学方程式才能确立腐化
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速度,研究腐化动力学过程和机理。
15、何谓差异效应?产生负差异效应的原由是什么?
(1)答案:差异效应现象和定义
图中开关又断开的状况下,锌试样处于自腐化状态,锌上的析氢速度为
V0。而后接通开关,使锌试样与同溶液中的电位正的金属铂连通,锌上的析氢
速度为V1,则
(2)差异效应的腐化极化图解说
(3)负差异效应,及其形成原由
16、为何说防腐就是防水?(可从极化与去极化角度解说)
答案:在一般状况下,具备腐化电池条件后,腐化初始速度较大,但很快变慢,直至很
小。此现象称为极化现象。但当环境有水存在时,会发生:
氢去极化腐化:氢离子还原为氢气。
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酸性介质中:
2H++2e→
H2
反响步骤以下:H+H2O→
H+
+H2O
H++M(e)→
MH
MH+MH
→
H2+2M
或MH+H++M(e)→
H2+2M
碱性介质中:
H
O+M(OH-
)→
OH
-+M(HO)
2
2
M(H2O)→
M(H)+OH-
M(H)+M(H)→
H2+2M
氢离子小,得电子后变相,使反响不停进行,去极化能力强。
氧去极化腐化
氧分子在阴极上的还原反响(生成H2O、OH-)的电化学腐化称为氧去极化腐化。
因为氧分子的非离子化,氧分子在溶液中的溶解度较小(常压下最高浓度约为
10-4mol/L),所以,氧向金属表面的输送过程以下:
①经过空气-溶液界面融入溶液,
②以对流或扩散方式经过溶液的主要厚度层,
③以扩散方式经过金属表面的溶液静止层而到达金属表面。
一般以为步骤③是传质最慢步骤。
在酸性介质中氧电极过程为:
形成半价氧离子
O2
+e
→O2
-
形成二氧化一氢
O2
-
+H+
→HO2
HO2+e
-
形成二氧化一氢离子
→
HO2
形成过氧化氢
HO2
-+H
+
→H2O2
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形成水H2O2+2H++2e→2H2O
或H2O2→1/2O2+H2O
总反响O2+4H++4e→2H2O
一般以为,第一步骤为控制步骤。
氢离子小,本源广泛,还原产物走开溶液。总的表现出氢去极化能力很强。氧在水中
溶解有限,扩散速度较慢,但过电位较小。总的表现出氧去极化能力相对较小。
结论:H+(H2O)和O2是防腐的主要仇家,防腐应该说就是防水、防酸和防氧。明显,去
湿,调整pH值,除氧是防腐的首要问题。
、金属钝化的看法及钝化图和应用
答案:金属在腐化过程中,因为极化,特别是阳极极化,使腐化速度急剧降落,这在金属
防腐中有重要意义。
要利用这一现象,即一定研究金属极化的规律。因为阳极极化使金属的腐化减缓,因
此,把阳极极化称为金属的钝化。
钝化过程可划为四个阶段
I
I2
I1
I3-4
0
E1
E2
E3
E4
E
活化溶解区:随电位高升值
E1,电流密度由I1逐渐增加至I2,电位达到E2
就不再增加。
称E1为初始电位,称I1为初始电流密度,E2为致钝电位,I2为致钝电流密度。人们称
E1—E2区为活化溶解区。
活化—钝化过渡区:电位到达E2以后间隔阳极过程的氧化膜不仅生成和溶解
,跟着电
位的高升,氧化膜愈来愈完好
。这段电流测得的是上下抖动的虚线
。但电位到达E3时,电
流密度稳固一较小值I3。人们称E3对应的电流密度I3为维钝电流密度,称E2—E3区为
活化—钝化过渡区。
钝化区:电位到达E3后,随电位升至E4时,电流密度一直保持在I3。在E3—E4电
位区间内,当电流密度小于
I3时,金属就会再度腐化。这对阳极实行电化学保护有重要意
义。人们称E3—E4电位区间为钝化区。
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