师：同学们好，欢迎来到何老师的化学课堂。今天我们一起来学习第四章第四节《金属的电化学腐蚀与防护》第一课时。首先，我们来看几组图片，铁制品生锈、铜制品表面产生铜绿。在日常生活中，我们常看到一些美观的金属器皿，使用一段时间后会失去表面光泽，比如刚才展示的铁生锈、铜表面产生铜绿、铝制品表面出现白斑、银器表面变黑等。这些现象都属于金属腐蚀，其中用量最大的金属铁制品的腐蚀最为常见。
金属的腐蚀会带来哪些危害呢？金属的腐蚀会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命，甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故。酸雨的腐蚀造成的经济损失到底有多大？我们来看一组数据统计：美国1975年因金属的腐蚀造成的经济损失为700亿美元，占当年国民经济生产总值的4.2%；2014年金属的腐蚀给中国带来的直接和间接经济损失高达21278亿元，占国家GDP的3.34%。每年有7747亿元的腐蚀损失可以被避免。研究发现，15% - 35%的腐蚀损失可以通过相应的缓释措施避免。每年由于腐蚀造成的钢铁损失约占当年钢产量的10% - 20%。
金属的腐蚀事故引起的停产、停电等间接损失更是无法计算。金属被腐蚀后会带来哪些影响呢？金属被腐蚀后在外形、尺寸以及机械性能等方面都会发生变化，会使机器设备、仪器仪表的精密度和灵敏度降低，影响使用以致报废，甚至发生严重事故。因此，学习和研究金属腐蚀的原因，探寻防止和阻止金属腐蚀的方法，具有十分重要的意义。本节课我们的学习任务就是认识金属腐蚀的原理。请同学们阅读课本，思考以下几个问题：什么是金属腐蚀？金属腐蚀的本质是什么？金属腐蚀的种类有哪些？
金属腐蚀是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。那金属腐蚀的本质是什么呢？是金属原子失去电子生成金属阳离子发生氧化反应的过程。金属腐蚀的种类有哪些呢？由于与金属接触的气体或液体物质不同，发生腐蚀的情况也不同，一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。我们先来学习金属的化学腐蚀。什么是金属的化学腐蚀呢？金属与接触到的干燥气体，如氧气、氯气、二氧化硫等，或非电解质液体，如石油等，直接发生化学反应而引起的腐蚀，叫做化学腐蚀。例如，铁、镁、铝等金属与氯气直接反应而被腐蚀，镁条在空气中表面产生黑色保护膜，表面变黑，钢管被原油中的含硫化合物腐蚀等。化学腐蚀的速度与金属物质的氧化性及温度有关，一般来说，随着温度升高而加快。
化学腐蚀没有形成原电池，还有一类在腐蚀过程中形成了原电池，它在生产和日常生活中比较普遍，而且危害比较大，这就是金属的电化学腐蚀。什么是金属的电化学腐蚀呢？不纯的金属或合金与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。化学腐蚀与电化学腐蚀有哪些区别呢？下面我们来列表进行比较。化学腐蚀的条件是金属跟氧化性物质直接接触；电化学腐蚀的条件是不纯的金属或合金跟电解质溶液接触。化学腐蚀的现象是无电流产生；电化学腐蚀的现象是有微弱电流产生。化学腐蚀的本质是金属被氧化；电化学腐蚀的本质是较活泼金属被氧化。化学腐蚀的影响因素与金属物质的氧化性及温度有关；电化学腐蚀的影响因素与电解质溶液的酸碱性及金属活泼性有关。化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，电化学腐蚀更普遍。
钢铁是最常见也是应用最广泛的金属，在这里我们重点以钢铁为例，讨论金属的电化学腐蚀。钢铁在潮湿的空气中容易生锈，就是电化学腐蚀最典型的例子。请同学们思考，为什么钢铁在干燥的空气中不易生锈，在潮湿的空气中却易生锈？原来，钢铁在潮湿的空气中表面会形成一薄层水膜，水膜又溶解有来自大气中的二氧化碳、二氧化硫、硫化氢等气体，会使水膜中含有一定量的氢离子，这是由以下反应产生的：水电离产生氢离子和氢氧根离子，二氧化碳和水形成碳酸，碳酸再电离产生氢离子和碳酸氢根离子，溶液呈酸性。下面我们来看幅图片。钢铁表面形成了一层含有电解质溶液的水膜，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好构成了原电池。这些微小的原电池遍布钢铁的表面。请同学们看图思考，在这些原电池里，负极和正极分别是哪些物质呢？电极反应及总反应如何书写？
负极是铁，正极是碳。负极反应是铁失电子形成亚铁离子，发生氧化反应；正极反应是氢离子得电子产生氢气，发生还原反应。两个半反应叠加得到总反应：铁和氢离子形成亚铁离子和氢气。由于在这个过程中不断有氢气析出，我们称之为析氢腐蚀，这就是在酸性环境条件下形成的电化学腐蚀。
我们再看另一幅图片。在一般情况下，钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但仍有一定量的氧气。此时，钢铁里的铁和少量的碳仍然可以构成原电池，就会发生另一种电化学腐蚀。请同学们看图思考，构成原电池的负极和正极分别是哪些物质呢？电极反应及总反应又如何书写？负极是铁，正极是碳。负极反应是铁失电子产生亚铁离子，发生氧化反应；正极反应是氧气得电子形成氢氧根离子，发生还原反应。两个半反应叠加可以得到总反应：铁、氧气和水生成氢氧化亚铁。在这个过程中，作为负极的铁不断被氧化，而正极发生的反应是水膜中的氧气不断被消耗，导致空气中的氧气不断溶解补充到水膜中，也就是铁在腐蚀过程中不断从空气中吸收氧气，这种腐蚀就叫做吸氧腐蚀，这是在水膜酸性很弱或呈中性环境中引起的电化学腐蚀。
铁锈又是怎样产生的呢？氢氧化亚铁和氧气、水进一步反应得到氢氧化铁，氢氧化铁失去一部分水，变成铁锈。铁锈疏松地覆盖在钢铁的表面，导致在潮湿的环境下，钢铁的腐蚀持续发生。以上是电化学腐蚀的两种类型，我们分析了其化学原理，能否通过实验直观地展示金属腐蚀过程中发生的变化呢？下面我们一起来看实验。将经过酸洗除锈的纯铁片及铁钉，分别用饱和食盐水及稀盐酸浸泡一下，放入聚酯试管中。1号聚酯试管放的是饱和食盐水浸泡过的纯铁片；2号聚酯试管放的是饱和食盐水浸泡过的铁钉；3号聚酯试管放的是稀盐酸浸泡过的铁钉，分别连接对应的装置，使它们的液面持平。