师：各位同学大家好。今天和大家一起学习的内容叫金属的腐蚀。本节课的学习目标有两个：第一，认识金属腐蚀的严重性及危害，能用电化学原理解释金属腐蚀的现象；第二，了解金属腐蚀的本质，能书写钢铁腐蚀的电极反应以及总反应。

　　金属的腐蚀在我们身边很常见，危害也巨大。金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面会发生变化，导致机器设备、仪器仪表的精度、灵敏度降低，直至报废。金属腐蚀还会使桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成坍塌，地下金属管道发生泄漏，轮船船底损坏等。金属腐蚀不仅会造成经济损失，也常对公共安全构成威胁。因此，研究金属的腐蚀并寻找合适的防护方法极其重要。

　　首先，我们来了解一下化学上何为金属腐蚀。所谓金属腐蚀，就是指金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。其本质就是金属单质失电子被氧化变成阳离子。通俗来讲，金属元素还在，但它已经从游离态的单质变成化合态的阳离子，这个过程我们就定义为金属腐蚀，它并不像我们想象的那么简单。

　　根据腐蚀过程，我们可以将其分为化学腐蚀和电化学腐蚀，二者有何区别呢？先来看看化学腐蚀，比较常见的化学腐蚀是指金属与其表面接触的一些物质，如氧气、氯气、二氧化硫等直接反应而引起的腐蚀。比如我们学钠的性质时，切开钠，观察到银白色，但很快变暗，原因是钠与氧气接触反应生成了氧化钠，像这种钠跟氧气直接接触就反应掉的情况，我们就称之为化学腐蚀。从这个例子可以发现，化学腐蚀就是金属做还原剂，遇到氧化剂直接发生氧化还原反应。当然，还有很多例子，比如铁与氯气直接反应而被腐蚀，输油输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀等，这些都是化学腐蚀。

　　那么，何为电化学腐蚀呢？关键字是“电”。电化学腐蚀是指当不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化还原反应而被腐蚀。与化学腐蚀最大的区别在于，它不是直接发生氧化还原反应，而是构成了原电池，所以叫电化学腐蚀。电化学腐蚀可以分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。

　　可能有同学会问，钢铁放在那怎么能构成原电池呢？电极是什么？电解质溶液又是什么呢？别急，我们学过一个对比实验，三只铁钉分别放在干燥的空气、蒸馏水，以及蒸馏水和空气的体系中，对比实验后，哪只铁钉最容易生锈？对，第三只。那第三只铁钉哪个局部最容易生锈呢？就是与水面接触的地方。由此我们可以迅速得出结论：铁钉在潮湿的空气中最容易生锈。

　　为什么潮湿的空气里铁最容易生锈呢？其实是构成了原电池。电极和电解质溶液分别是什么呢？我们看示意图，铁里面混有碳，遇到水蒸气后，水蒸气在铁表面形成水膜，这样就构成了一个微小的原电池，电极是铁和碳，电解质溶液就是铁表面的水膜。

　　构成的微型原电池为什么又有析氢和吸氧的区别呢？我们来一起学习一下电化学腐蚀中的析氢和吸氧腐蚀。析氢腐蚀是指电解质溶液，即铁表面的水膜，如果出现酸性环境，此时就会不断有氢气放出，就叫析氢腐蚀。大家看示意图，思考一下负极、正极、总反应的反应式分别是什么？给大家1分钟时间在下面完成。

　　大家可以思考负极是哪个微粒放电，正极是哪个微粒放电，总反应应该等于负极与正极两个电极反应式合并。

　　我们来看，负极是电子化合价升高，此处应该是铁失电子变成亚铁离子；正极由于电解质溶液呈现酸性，所以由氢离子得电子放出氢气，总反应也就发生了。

　　刚刚讲了析氢腐蚀，那何为吸氧腐蚀呢？接下来我们看一个实验，看完后思考该过程中的电极反应是什么，如何发现氧气是做氧化剂的，根据实验现象写出电极反应式。

　　我创设了一个实验模型，模拟金属腐蚀过程。向锥形瓶中加入铁粉、碳粉模拟铁钉中的铁和碳，加入氯化钾溶液模拟潮湿中性环境，将塞子插入锥形瓶，注意观察导管中液柱变化。

　　可以看到导管中液柱迅速上升，说明有气体参与反应。本实验用铁粉、碳粉代替铁钉，用氯化钾溶液代替氯化钠溶液，明显加快了反应速率，提高了实验效率。究竟是什么气体参与了反应？传统实验很难解决这一问题。根据原理，我利用氧气传感器来探究，将氧气传感器的探头插入到锥形瓶中。

　　可以看到随着腐蚀的进行，氧气浓度在逐渐下降，说明有气体参与到潮湿中性环境下的金属腐蚀。由于金属腐蚀过程比较漫长，温度变化并不明显，因此还可以利用灵敏的温度传感器来测定反应过程中的能量变化。

　　根据图像可以看出，随着腐蚀进行，温度越来越高，说明金属腐蚀是一个放热反应。传感器的应用，从定性到定量，快速、准确地将不明显的实验现象转化为浓度、温度等可视化信号，拓展了研究问题的视角。

　　为了突破金属腐蚀过程中形成原电池电极反应这一难点，我设计了一个U型管原电池实验。向U型管中加入氯化钾溶液，一端放入铁钉，一端放入碳棒，用导线连接，模拟腐蚀过程中形成的微小原电池，导线接通电流表，注意观察指针变化。可以看到指针发生了偏转，说明有电子转移。在此基础上，为了检验电极产物，向铁钉一侧加入铁氰化钾溶液，向石墨棒一侧加入酚酞溶液，注意观察溶液颜色变化。可以看到铁钉一侧铁氰化钾变成蓝色，说明在负极铁失电子生成二价铁离子；碳棒一侧酚酞变为红色，说明氧气和电子生成氢氧根离子。这个实验设计巧妙，将看不到的微型原电池外显为可视化原电池。