第四章 探究化学反应与电能
第三节 金属的腐蚀与防护
38. 金属腐蚀现象
在日常生活中，金属腐蚀是普遍存在的现象，如钢铁制品生锈、铜制品表面出现的铜绿等，这些现象往往自发进行。
金属腐蚀的危害：
①金属在腐蚀后，其外观、颜色以及机械性能等方面都会发生变化，这会导致机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，甚至报废。
②金属腐蚀还会削弱桥梁、建筑物金属构架的强度，可能导致坍塌，同时还会造成地下金属管道泄漏、轮船船体损坏等严重后果。
一、金属腐蚀概述
1. 金属腐蚀的本质
金属腐蚀是金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而逐渐损耗的现象。这一过程实质上是金属失去电子，成为金属阳离子的过程，即发生氧化反应。
2. 金属腐蚀的分类
化学腐蚀：金属直接与其表面接触的物质（如O2、Cl2、SO2等）反应导致的腐蚀。
温度对化学腐蚀影响显著，如高温下的钢铁容易被氧化，表面会生成一层由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的氧化物。
电化学腐蚀：当不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应。较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀，同时会有电生。例如，钢铁制品在潮湿空气中的锈蚀。
3. 电化学腐蚀的详解
以钢铁的电化学腐蚀为例进行说明。
钢铁制品通常为Fe和C的合金。在潮湿的空气中，钢铁表面会形成一层包含水、CO2、SO2、H2S等物质的水膜，形成电解质溶液。铁和碳以及这层电解质溶液共同构成了原电池。
(1) 析氢腐蚀：
在酸性环境下，电解质溶液中氢离子浓度较高，氧化性较强。氢离子得电子生成氢气，同时铁失去电子成为亚铁离子而被腐蚀。
(2) 吸氧腐蚀：
当钢铁表面的水膜呈弱酸性或中性时，氢离子浓度较低。水膜中的溶解氧会得电子，同时铁也会失去电子成为亚铁离子而被腐蚀。
在空气中，Fe(OH)2会进一步被氧气氧化成Fe(OH)3，随后部分失水形成Fe2O3·xH2O，即铁锈的主要成分。
铁锈呈红褐色，疏松地覆盖在钢铁表面，无法阻止钢铁继续受到腐蚀。
(3) 金属腐蚀的速度
实验探究：
铁钉与金属锌的腐蚀实验：
实验操作：