摘要 全世界每年都有大量的金属设备和金属材料因腐蚀而报废，据不完全统计，世界各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值3.5％～4.2％, 每年由于金属腐蚀造成的钢铁损失约占当年钢产量的10～20％，全世界第年因金属腐蚀造成的损失约7500亿美元。由于金属被腐蚀使金属器械在外形、色泽以及机械性能方面都将发生变化，造成设备破坏、管道泄漏、产品污染，酿成燃烧或爆炸等损失惨重的恶性事故以及资源和能源的严重浪费。因此，探究金属的腐蚀原理和防护方法的意义是不言而喻的。
关键词：金属腐蚀 金属腐蚀原理 金属防护方法
一个偶然的机会，我阅读了一篇关于世界金属资源分布及统计的报告，当我看到“世界各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值3.5％～4.2％, 每年由于金属腐蚀造成的钢铁损失约占当年钢产量的10～20％，全世界第年因金属腐蚀造成的损失约7500亿美元。由于金属被腐蚀使金属器械在外形、色泽以及机械性能方面都将发生变化，造成设备破坏、管道泄漏、产品污染，酿成燃烧或爆炸等损失惨重的恶性事故以及资源和能源的严重浪费” 时，我感到非常震撼，一种使命感油然而生，这种使命感使我产生深入探究金属锈蚀的原理及金属防护方法的想法。根据化学课上初步了解的钢铁锈蚀主要是铁与空气中氧气、水蒸气等物质有关，于是我以钢铁为原料按下列步骤进行了探究：
一．钢铁的生锈到底与哪些因素有关
Ⅰ.实验方案：
方案1：把洁净的铁钉放在干燥的试管中，用橡皮塞密封试管口。
方案2：把洁净的铁钉全部浸没在盛满煮过的蒸馏水（除去水中溶解的氧气）的试管中，用橡皮塞密封试管口（防止外界的氧气溶解于其中）。
方案3：把洁净的铁钉的一半浸入试管中的蒸馏水里，将试管敞口放置。
方案4：把洁净铁钉的一半浸入试管中的食盐水里，将试管敞口放置。
方案5：把用食醋浸湿的铁钉放在干燥的试管中，将试管敞口放置。
以上试管放置48小时
Ⅱ.实验现象：
1号、2号试管铁钉没有变化，3号、4号试管中铁钉浸在液体内的部分生锈，特别是空气与溶液的接触面处生锈最多，溶液中生成红棕色浑浊，4号中生锈比3号更多,而5号试管有少量的铁锈。
Ⅲ.分析与结论：
1号、2号试管说明干燥的铁只与氧气接触或者只与水接触不易生锈。3、4、5号试管说明铁与氧气和水同时接触时，很容易生锈，潮湿的环境中比干燥的环境中更容易生锈，且水中加入食盐生锈更快。
Ⅳ.疑问：
为什么钢铁在潮湿的环境中比干燥的环境中更容易生锈？生锈的原理是什么？铁锈的主要成分是什么？为了进一步探究这个问题，我查阅了高中化学教材和《中学化学》等内容，进一步了解了金属腐蚀的原理
二、金属腐蚀的原理
Ⅰ.金属腐蚀的类型：
金属表面与周围的物质发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏，称为金属腐蚀。金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
化学腐蚀，即干腐蚀，是不电离不导电的干气体（或非电解质溶液）直接与金属反应，其特征是腐蚀时没有电流产生。例如：铜在高温下与氧气反应变黑，工业盛氯气的钢瓶与氯气反应而被腐蚀，这种腐蚀就是化学腐蚀。
电化学腐蚀，即湿腐蚀。 所谓湿腐蚀是指有水或电解质溶液存在，即金属与电解质溶液接触的腐蚀过程。其特征是金属原子在负极失去电子，水或电解质溶液中的分子在正极得到电子，并且伴有电流产生。金属在潮湿空气中的腐蚀，在酸、碱、盐溶液和海水中的腐蚀，在地下土壤中的腐蚀等都是电化学腐蚀。电化学腐蚀比化学腐蚀更严重、更普遍。
Ⅱ.电化学腐蚀原理：
发生电化学腐蚀时，金属必须与比其更不活泼的金属或非金属接触，形成电势差。见下图左是生铁（含碳杂质），右图是铁与铜接触。
因为铁比碳和铜容易失电子，所以在两种情况下都是较活泼的铁失电子。
2Fe—4e—=2Fe2+
铁原子失去的电子传递到铜板（或碳）上，铜板（或碳）上发生还原反应，如果金属表面的水膜或溶液酸性不强，则主要发生吸氧腐蚀。
O2+4e—+2H2O=4OH—
这样溶液中Fe2+和OH—结合生成氢氧化亚铁Fe2+ +OH—=Fe(OH)2↓，合并两个反应为2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2
氢氧化亚铁很不稳定，易与空气中的氧气和水反应生成红棕色的氢氧化铁
4Fe(OH)2 +O2+2H2O= 4Fe(OH)3
2Fe(OH)3+(n-3)H2O==Fe2O3· nH2O(铁锈的主要成分)
以上反应是水溶液中的O2得到电子而使铁被腐蚀，这种腐蚀是电化学腐蚀中的“吸氧腐蚀”。
当水膜的酸度较高（如酸雨环境或工厂附近酸性气体气氛中），正极则不是氧气得电子，而是H+得电子：2H++2e—=H2↑这种情况叫“析氢腐蚀”
由于这种电化腐蚀反应速度远比化学腐蚀快，所以我们不难理解为什么金属在潮湿的环境中更容易被腐蚀，由于电化腐蚀产生微电流，所以加入食盐能增强溶液的导电性，使腐蚀速度更快。了解了腐蚀的原理，是为了便于更好的探究金属防护的方法，于是我又探究学习了金属防护的方法。
三．金属防护的几种重要方法
①改变金属内部的组织结构，制成合金。根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。
②在金属表面覆盖保护层。油漆、塑料、搪瓷、矿物性油脂等涂覆在金属表面上形成保护层，称为非金属涂层，也可达到防腐蚀的目。
③电化学保护法，即将金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护。
此法常用于保护海轮外壳，海水中的各种金属设备、构件和防止巨型设备（如贮油罐）以及石油管路的腐蚀，一般是在被保护的金属表面加比较活泼的铝或锌等金属。
工业上还有较多防止金属腐蚀的方法，这里就不一一介绍了，希望我们能初步了解和认识金属腐蚀的原理和防护方法，进而更好的防止金属资源的浪费，相信通过我们人类的努力，全世界由于金属腐蚀而造成的资源浪费会越来越少。保护好金属资源同时也会减少很多事故的发生，让我们的生活更安全更和谐！
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回答时间：2025-01-28 14:24
