金属的腐蚀和吸氧腐蚀

一、金属的腐蚀和吸氧腐蚀

1、定义：金属腐蚀是指金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。

2、本质：金属原子本身失去电子变成阳离子的过程（发生氧化反应），即$\ce{M}-$$\ce{\displaystyle{x}e-}$=$\ce{M^\displaystyle{x}+}$。

3、金属腐蚀的分类

根据金属或合金与接触的介质不同，金属腐蚀一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。

相互关系：化学腐蚀和电化学腐蚀同时发生，但电化学腐蚀更普遍。

4、电化学腐蚀的类型

根据电解质溶液的酸碱性不同，电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。以钢铁的腐蚀为例进行分析：在潮湿的空气里，钢铁表面形成了一层薄薄的水膜，这层水膜与$\ce{Fe}$、$\ce{C}$形成了无数微小的原电池。在这些原电池里，铁是负极，碳是正极。

（1）析氢腐蚀

①条件：若电解质溶液酸性较强（溶有较多的来自空气的$\ce{CO2}$、$\ce{SO2}$、$\ce{H2S}$等气体，$\ce{H+}$浓度较大），则发生析氢腐蚀。

②电极反应

负极：$\ce{Fe}-$$\ce{2e-}$$\xlongequal[\quad]{}$$\ce{Fe^2+}$

正极：$\ce{2H+}+$$\ce{2e-}$$\xlongequal[\quad]{}$$\ce{H2 ^}$

总反应：$\ce{Fe}+$$\ce{2H+}$$\xlongequal[\quad]{}$$\ce{Fe^2+}+$$\ce{H2 ^}$

③结果：随$\ c（\ce{H+}）$降低，$\ c（\ce{OH-}）$增大，生成的$\ce{Fe^2+}$与$\ce{OH-}$形成$\ce{Fe(OH)2}$，生成的$\ce{Fe(OH)2}$被空气中的$\ce{O2}$氧化成$\ce{Fe(OH)3}$，$\ce{Fe(OH)3}$脱去一部分水生成了铁锈，铁锈疏松地覆盖在钢铁表面且不能阻止钢铁继续被腐蚀。

（2）吸氧腐蚀

①条件：若电解质溶液酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气，则发生吸氧腐蚀。

②电极反应

负极：$\ce{2Fe}-$$\ce{4e-}$$\xlongequal[\quad]{}$$\ce{2Fe^2+}$

正极：$\ce{2H2O}+$$\ce{O2}+$$\ce{4e-}$$\xlongequal[\quad]{}$$\ce{4OH-}$

总反应：$\ce{2Fe}+$$\ce{O2}+$$\ce{2H2O}$$\xlongequal[\quad]{}$$\ce{2Fe(OH)2}$

③结果：$\ce{Fe(OH)2}$继续与空气中的$\ce{O2}$和$\ce{H2O}$作用生成$\ce{Fe(OH)3}$，再进一步生成铁锈。

二、吸氧腐蚀的相关例题

钢铁的锈蚀过程中，下列变化可能发生的是__

①$\ce{Fe}$的化合价由+2转化为+3$\quad$②$\ce{O2}$被还原$\quad$③$\ce{H+}$被还原$\quad$④有$\ce{Fe2O3·\displaystyle{x}H2O}$生成$\quad$⑤杂质碳被氧化除去

A．①②

B．③④

C．①②③④

D．全部

答案：C

解析：当钢铁表面的电解质溶液的水膜酸性较强时，钢铁发生析氢腐蚀，正极和负极的电极反应分别为$\ce{2H+}+$$\ce{2e-}$$\xlongequal[\quad]{}$$\ce{H2 ^}$和$\ce{Fe}-$$\ce{2e-}$$\xlongequal[\quad]{}$$\ce{Fe^2+}$。当钢铁表面的电解质溶液的水膜酸性较弱或呈中性时，钢铁发生吸氧腐蚀，导致钢铁表面生成铁锈。同时在电解质溶液中还发生一系列反应：$\ce{4Fe(OH)2}+$$\ce{O2}+$$\ce{2H2O}$$\xlongequal[\quad]{}$$\ce{4Fe(OH)3}$；$\ce{2Fe(OH)3}$$\xlongequal[\quad]{}$$\ce{Fe2O3·\displaystyle{x}H2O}+(3-x)$$\ce{H2O}$。