金属的腐蚀

金属的腐蚀主要有两种类型：化学腐蚀和电化学腐蚀。
（1）电化学腐蚀的发生需要满足几个关键条件：首先，必须存在活泼性不同的两个电极且它们相互连接或接触；其次，电解质溶液是必不可少的；最后，这两个电极之间必须能够发生化学反应。

（2）当金属与其他金属或导电性非金属相接触，或者金属本身是合金，并且这些金属都处于水溶液环境中时，就容易发生电化学腐蚀。例如，钢铁（含碳）在潮湿环境下的腐蚀就属于这种情况。

反之，如果金属仅与干燥的气体或非电解质接触，那么发生的则是化学腐蚀。例如，钢铁与干燥的氯气反应生成FeCl3，或者纯锌与盐酸反应生成ZnCl2等。

电化学腐蚀又可以分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种类型。在酸性环境中，金属受到腐蚀时，另一电极会发生H+转化为H2的反应，这被称为析氢腐蚀。
例如，钢铁在酸性环境中发生的析氢腐蚀，其电极反应为：负极Fe失去电子变为Fe2+，正极则是H+得到电子转化为H2。总反应式为Fe与H+结合生成Fe2+和H2。

【实验】为了更直观地观察这一过程，我们可以进行一个简单的实验。取两只试管，分别加入两颗锌粒和等量的稀盐酸。观察一段时间后，再向其中一只试管中滴加1-2滴硫酸铜溶液，并继续观察。你会发现，滴加硫酸铜溶液的试管中反应速度明显加快，这正是因为发生了电化学反应。

再来看吸氧腐蚀，它发生在中性环境中。当金属受到腐蚀时，另一电极会发生O2转化为OH-的反应。
例如，钢铁在中性环境中发生的吸氧腐蚀，其电极反应为：负极Fe失去电子变为Fe2+，正极则是O2结合H2O和电子生成OH-。总反应式为Fe与OH2O结合，生成Fe(OH)2。随后，Fe(OH)2会进一步被O2氧化为Fe(OH)3，再经过脱水反应生成Fe2OxH2O，这就是我们常说的铁锈。值得注意的是，铁锈的结构疏松，无法像Al2O3那样对内层金属起到保护作用，因此钢铁会持续受到腐蚀。为了更直观地观察这一过程，我们可以进行一个简单的实验：将经过酸洗的铁钉先用食盐水浸泡，然后放入一个带有插入水的导管的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化，可以明显看到水柱上升，这正是吸氧腐蚀过程中氧气进入导管所致。
导管中的水柱液面上升，这表明铁钉正在发生吸氧腐蚀。此外，金属的电化学腐蚀速率通常比化学腐蚀更快。在金属腐蚀的过程中，这两种腐蚀方式往往是同时进行的，但电化学腐蚀通常占据主导地位。

接下来，我们探讨金属的防护策略。金属的防护需要综合考虑金属本身的特性、与其接触的物质以及反应的条件。例如，通过改变金属材料的组成，如向普通钢中添加铬和镍以制造不锈钢，可以显著提高金属的耐腐蚀性。

物理防护

在金属表面涂抹油漆、矿物性油脂、塑料或瓷类等物质，以形成一层保护层，从而防止金属与腐蚀性物质直接接触。这种防护方法简单有效，被广泛应用于各种金属制品的防护中。

化学防护

通过电镀技术，在金属表面覆盖一层其他金属，例如在铁质物品上镀锌，以增强其耐腐蚀性。此外，还可以利用化学方法在金属表面生成一层致密的氧化物薄膜，例如铁表面形成的Fe3O4氧化膜和铝表面形成的Al2O3氧化膜，这些薄膜能有效隔绝金属与腐蚀性物质的直接接触。

电化学防护

金属可以通过电化学方法进行保护，这涉及到牺牲阳极法和外加电流法。电化学包括原电池和电解池的原理。在原电池中，当金属与不活泼的金属相接触时，它更容易受到腐蚀。然而，当金属与更活泼的金属相接触时，后者会提供保护。在原电池中，更活泼的金属作为负极，也被称作阳极。通过将金属与更活泼的金属相连来获得保护的方法被称为牺牲阳极法。
在电解池的原理下，当金属置于电源的正极时，其更易发生溶解反应。然而，若将金属置于电源的负极，则会受到电源提供的保护。这种通过将金属连接到电源的负极来获得保护的方法，即被称为外加电流法。
【实验步骤】
将Fe电极与Zn电极相连，并一同浸入酸化的3%NaCl溶液中。在此过程中，密切观察电流表指针的微妙变化。经过一段时间的反应后，在Fe电极附近小心滴加两滴K3[Fe(CN)6]溶液（铁氰化钾，亦被称为赤血盐，其黄色溶液在与Fe2+反应时，会生成深蓝色的Fe3[Fe(CN)6]2沉淀）。随后，仔细留意溶液颜色的渐变过程。
电流表指针出现偏转，但无明显现象（这表明没有Fe2+生成）。接下来，我们进行了另一项实验。在两个培养皿中，分别加入了食盐水、K3[Fe(CN)6]溶液、酚酞以及琼脂。随后，在一个培养皿中，我们放入了裹有锌皮的铁钉，而在另一个培养皿中，则放入了缠有铜丝的铁钉。接下来，我们分别观察并解释了这两个实验的现象。
裹有锌皮的铁钉在实验中，其周围的颜色逐渐变红，这表明铁钉周围发生了氧气反应，生成了氢氧根离子。另一方面，缠有铜丝的铁钉则呈现出不同的反应。其周围的颜色首先变蓝，这是由于铁钉在反应中生成了Fe2+离子。随后，这些Fe2+离子进一步与K3[Fe(CN)6]溶液发生反应，导致铜丝周围的颜色也发生变化，最终变为红色。同时，铜丝周围的氧气也参与了反应，生成了氢氧根离子。

涉及测试：电化学腐蚀