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【你所不知道的金属腐蚀】黄铜、不锈钢和镀锌铁(或铁锌短路) 最近半年,一直在断断续续地看电化学和金属腐蚀相关的书。 刚好,晚上有人问,黄铜和不锈钢的腐蚀问题,还有个锌铁腐蚀的陈贴。 于是就把书再看一遍,既当作学习和复习,也算是科普吧。 1、黄铜 铜是一种比较不活泼的金属,电位比较正,通常情况下就不容易发生腐蚀。 但是,从铜和铜合金的性能来看, 黄铜有些熔点相对较低,导热性好,耐腐蚀性优良的特点,而应用广泛。 特别是导水方面,卫浴龙头下水等价格不菲的都号称黄铜铸造。。 (这里不得不鄙视TOTO,一个龙头大几千块,敢不敢再贵点,直接卖黄金打造的) 在1966年G.R.Southwell等人发布的研究中显示, 各种铜合金在热带的巴拿马运河长达16年的不间断大气腐蚀试验中 所有的黄铜都表现出了,比纯铜和其他铜合金更优秀的耐腐蚀性能。但黄铜主要的问题在于,容易出现应力开裂。 但在解释这个应力腐蚀之前,还是要再次强调, 不要因为铜中参杂了锌,认为构成原电池后锌容易腐蚀,从而觉得黄铜很不耐腐蚀。 恰好相反,黄铜可以说是比纯铜更耐腐蚀的。 黄铜也会发生腐蚀,一般在各类水中腐蚀比较常见, 在海水中,比在淡水总腐蚀程度大。(这是万能而无膜不破的Cl-的功劳) 黄铜腐蚀,主要是锌被反应后,可能出现层状脱锌和栓状脱锌,剩余“海绵铜”。 此时,如果有外力作用,黄铜就容易发生开裂,即应力开裂。 少量加砷可以减少脱锌,但高温会抵消砷的作用。 少量加铝、镍,可以减轻对应力开裂的影响,但在淡水或死水中,容易发生点腐蚀。 因此,根据需要选择合适的黄铜,很重要。 加砷黄铜、海军黄铜适合淡水;铝黄铜、铜镍合金适合海水。 最后,总结一下,黄铜有优秀的耐腐蚀性能,但这与原电池似乎没有什么关系。 因为构成原电池之后,锌腐蚀了,那么这黄铜离报废也差不多了。 2、不锈钢 这个不锈钢其实范围很广, 一般学术上把在大气和中性电解质溶液中耐腐蚀的铁合金,称为不锈钢 在各种化学试剂和强腐蚀性介质中耐腐蚀的铁合金,称为不锈耐酸钢。 通常口语上说的不锈钢,是二者的统称。 另外,不锈钢在工业上又分为:1、马氏不锈钢、2、铁素体不锈钢、3、奥氏体不锈钢、 4、另外还有奥氏体-铁素体双相不锈钢、沉淀硬化不锈钢、铁镍耐蚀合金等。 一般来说,镍铬含量相当时,耐腐蚀性能,奥氏体>铁素体>马氏体 当然,这个不锈钢的组成和分类比较复杂,我也没完全看明白。而不锈钢在面对各种腐蚀环境的表现也各不相同。 但,这里所要说的是,不锈钢的不锈原理。 在空气中,不锈钢的表面就已经形成一层致密的氧化物保护膜。 如果有轻微的划伤钝化膜等,它会自动修复钝化膜。 在一般的低腐蚀环境中,各不锈钢的钝化膜还是比较耐破坏。 而铬对于产生钝化膜有帮助作用,与铁共同构成致密的钝化膜。 而镍的钝化能力不如铬,而对于改善铁的结构是有很大的帮助。 但是,氯离子对钝化膜的破坏有这强大的作用, 不锈钢仍然尽量避免长时间接触含氯离子的溶液。 另外,不锈钢其实只是在一定的电压范围内处于钝化区,形成保护膜。 若给不锈钢加比较大的电压,也会使钝化膜受到损坏, 或者降低电压,使铁处于腐蚀区,而未进入钝化区,也将发生腐蚀。3、镀锌铁 锌是比较活泼的金属,但是纯锌在空气中比纯铁更耐腐蚀。 因而,镀锌是非常好的一种保护作用。 像国内的自来水管道,使用镀锌管的,也许你现在会吐槽出来的水偶尔有锈迹, 但是,如果你知道这根深埋土里的管道用了多久,就应该佩服发明镀锌管的人。 因此,保护作用有两层, 锌的腐蚀产物,Zn(OH)2、ZnO若在介质环境中不溶,起到保护膜的作用; 与铁构成原电池,牺牲阳极。 但同时需要注意的是,锌对铁的电极电势,才低了0.25V左右。
【科普】双氧水和FeCl2溶液的反应 首先的问题是,你觉得这里面会怎么反应? 因为这是一个把题目放在不同的地方,就会有不同说法的问题。。 如,讨论双氧水分解,那么你会觉得它是催化剂; 讨论除去Fe2+杂质的时候,你会觉得是一个氧化还原反应。。。 呵呵,复杂吧。。 因此,对于书本的东西,你要信, 但要注意书本的结论是针对不同时候,得出的不同的“主意结论” 不注意的话,就会把一些“副反应”忽略了。。 因此本例是这样的,其他的例子也是这样的。。 【实验1】向FeCl2溶液中滴加双氧水,产生气泡。一段时间后,溶液出现黄色沉淀。测PH 在1~2之间。 【实验2】将1中的液体过滤,黄色滤渣加,稀盐酸,不溶。 【实验3】用少量盐酸酸化FeCl2溶液,也马上出现大量气泡,一段时间后,溶液出现淡黄色。(原来是有点淡绿色)。。。颜色太浅了,别说我色盲 那么现在可以有第一个结论,就是FeCl2有起到催化剂的作用,也同时起到还原剂的作用。 现在的第二个问题是,FeCl2做还原剂的化学方程式。 6FeCl2 + 3H2O2 = 4FeCl3 + 2Fe(OH)3↓ 从方程式看,守恒了,似乎没有什么问题。。 那真没什么问题吗?(先不看提示,你能想到什么问题?) ------------------------------------ 请用硬币刮开以下黑色区域,寻找答案 ██████████████████████████████████████████████████████ ██████████████████████████████████████████████████████ ██████████████████████████████████████████████████████ ------------------------------------ 谁刮了?举个手,恭喜你。。 ------------------------------------- 注意到上面的PH变化没有。变成1~2.。浓度不同,PH有些许不同。但不重要。 而方程式,能体现出这个变化吗? 很明显,不能,也就是说,方程式错了。 从PH看,这个PH下,最终的沉淀为Fe(OH)3也挺不容易的。 那说明应该是另一种黄色沉淀。 那么,这个黄色的东西的可能性是--FeOCl。 方程式: 2FeCl2 + H2O2=2FeOCl + 2HCl 也更符合PH变化。。。 以上实验完毕。
【自我科普】对溶液电阻的矫枉过正的一次更正 最近三个月,和电化学杠上了。先是看金属腐蚀,再看电化学原理,到这周看的的电池原理及制造技术。感觉之前,对电阻的概念有点矫枉过正了。于是,更正一下。 ------------------------------------- 原贴地址:http://tieba.baidu.com/p/2670972662?pid=40829308468&cid=#40829308468 再次感谢@神游寻周公 和 @不动的大电视机 . 原帖中,关于电阻的分析,其实还是比较准确的 感谢@ihgfcer 在文后提出的一个问题。因此,原科普所说的关于电导率部分,应该强调适用于稀溶液。 --------------------------------------- 对于最近纠结和与吧友讨论过程中,关于内阻部分,在看了《化学电源—电池原理及制造技术》一书之后,有了重新的认识。 在该书(工科)中,对于内阻的提法,比较切合大众的认识,也不易产生误解。 在电池中,内阻应该包含两部分:欧姆电阻和极化电阻两部分。 其中的欧姆电阻是大家在中学期间所学习的欧姆定律的欧姆。这部分电阻,不因电池是否工作,而始终存在。对于一个给定的电池,可以通过测量得到,是一个比较固定值。 而另一个极化电阻,则只有在电池工作的时候,才会产生。不工作,没有电流,就没有这个极化电阻。虽然,本质上,这并不是一个通常所认识的电阻的形象。 --具体的产生原因,参见【电化学科普】溶液中的电阻? 地址:http://tieba.baidu.com/p/2670972662?pid=40829308468&cid=#40829308468 我觉得《化学电源—电池原理及制造技术》这书的一个好处,就是既不与科学的认识冲突,又不至于把电池电流减小的原因复杂化。 另外,该书提到的关于电压的说法,其实也挺科普的。 1、理论电压:即理论上,两个电极的电势差。如,碱性锌锰电池,锌电极和MnO2电极的电势差。--不考虑,任何内阻。 2、开路电压:对于新电池来说,其实就是电池的标称电压。如,碱性锌锰电池,标称1.5V--考虑了,欧姆电阻,但不考虑极化电阻,因为没有电流。 3、工作电压:在电池工作的时候,有电流通过的时候,输出的电压。如,碱性锌锰电池,一般比标称的1.5V要低一些。--考虑了欧姆电阻和极化电阻。 但对于一种比较成熟的电池,开路电压和工作电压,其实差的不多,因为采取一些工艺使极化作用减小。 4、终止电压:电池工作一定时间之后,电池无法再用的时候,用电压表测量,电池仍然有电压。 如,碱性锌锰电池,的终止电压大约在1.2V。 但这时候仅有电压,而几乎没有电流出来,就是因为这个时候,极化作用非常大,所产生的极化电阻趋于无穷大。因此,电流就无穷小。这样的解释,虽然不够精准,但是能够把大家所熟悉的欧姆定律能形象地迁移到溶液中来。 但,值得注意的是,这里内阻是欧姆电阻和形象上的“极化电阻”的统称。不能把,极化电阻当作欧姆电阻。
【第三道思考题】今天在会场听晕了,乱想的。。 早晨是去给当年实习的指导老师(省检命题专家)捧场的,讲福建高考的。。 也实时发了几贴,后来发现我的指导老师讲完了。后面的几个人都是。。。呵呵 就赶紧把原贴删了,以免丢人。。 不过,我老师的神棍论,福建地区的高考党可以稍微听一听 --就是近几年,高考福建化学卷,选择题一般比较平均1个A,两个B,两个C,两个D。 当然可能某年数量会稍微有点不同,但总体还是比较平均的。。 在听讲和手机停电过程中想了一道题,加上老师提供的一题, 总共有两道思考题,可以根据能力选做: 1、去年的高考题,老师说烂题的-- 探究Mg(NO3)2受热分解产物的时候,有四个假设: 甲:Mg(NO2)2、NO2、O2 乙:MgO、NO2、O2 丙:Mg3N2、O2 丁:MgO、NO2、N2 其中我们知道乙是对的,其他是错误的假设。。 那么甲、丙、丁为什么假设是错的? 不要去查什么,百度、维基、无机化学、无机化学丛书等等。。高考题嘛,不用太高深的知识。。 2、是我手机没电了,非常想念手机充电站。。可惜酒店没有这个东西。。 那么题目是: 充电站为什么可以快速充电,而不在这个电流下发生副反应?我知道电压可自动识别,保证最大电流充电。但,那么高的充电电流,不是发生副反应的几率非常高吗?
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