高中化学问题:什么样的金属遇到浓硝酸或浓硫酸会钝化？为什么Cu不会？

我们知道铁和铝在稀硝酸或稀硫酸中能迅速溶解，但在浓硝酸或浓硫酸中溶解现象几乎完全停止。碳钢通常容易生锈。如果在钢中加入适量的镍和铬，它就会变成不锈钢。金属或合金的化学稳定性因某些因素而明显增强的现象称为钝化。由某些钝化剂(化学物质)引起的金属钝化称为化学钝化。氧化剂如浓硝酸、浓硫酸、高氯酸、K2Cr2O7和高锰酸钾可以钝化金属。金属钝化后，其电极电位正向移动，使其失去原有特性。比如钝化铁不能代替铜盐中的铜。此外，还可以用电化学方法钝化金属，如将Fe放入H2SO4溶液中作为阳极，施加电流极化阳极，用一定的仪器将铁电位升高到一定程度，Fe就会被钝化。由阳极极化引起的金属钝化称为阳极钝化或电化学钝化。

金属钝化可以保护金属不被腐蚀，但有时需要防止钝化，如电镀、化学电源等，以保证金属能正常参与反应并溶解。

金属是怎么钝化的？钝化机理是什么？首先要明确钝化现象是金属相和溶液相引起的，还是界面现象引起的。有人研究过机械刮削对处于被动状态的金属的影响。实验表明，在测量过程中连续刮削金属表面时，金属的电位向负方向急剧移动，即修整金属表面可使处于被动状态的金属活化。证明了钝化现象是一种界面现象。金属和介质的界面是在一定条件下发生变化的。电化学钝化是指阳极极化时，金属的电位发生变化，在电极表面形成金属氧化物或盐。这些物质紧密覆盖在金属表面，成为钝化膜，导致金属钝化。化学钝化是由氧化剂如浓硝酸直接作用于金属，在表面形成氧化膜，或加入易钝化的金属如铬和镍而引起的。化学钝化时，添加氧化剂的浓度不能小于某一临界值，否则不但不会导致钝化，反而会导致金属溶解更快。

金属表面的钝化膜是什么结构？是独立相膜还是吸附膜？目前主要有两种理论，即成相膜理论和吸附理论。根据成相膜理论，金属溶解时，在钝化条件下，表面生成致密、覆盖良好的固体物质，这种物质形成独立的相，称为钝化膜或成相膜。这层膜将金属表面与溶液机械隔离，大大降低了金属的溶解速度，处于被动状态。实验证据是，在某些钝化金属表面上可以看到相形成膜，并且可以测量其厚度和成分。如果使用某种能溶解金属但对氧化膜没有影响的试剂，仔细溶解并去除膜下的金属，就可以分离出可见的钝化膜。钝化膜的形状是什么？

完成了吗？当金属阳极溶解时，其周围溶液层的成分发生变化。一方面是因为扩散速度不够快(溶解速度快)导致溶解的金属离子积累。另一方面，界面层中的氢离子也会向阴极迁移，溶液中的负离子(包括OH-)也会向阳极迁移。结果，OH-离子和其他负离子在阳极附近富集。随着电解反应的继续，接近阳极边界。

在表面的溶液层中，电解质浓度可能发展到饱和或过饱和状态。因此，金属氢氧化物或一些溶度积小的盐会沉积在金属表面，形成不溶性薄膜。这种膜往往是疏松的，不足以直接导致金属的钝化，只能阻碍金属的溶解，但电极表面被其覆盖，溶液与金属的接触面积大大减少。因此，需要增加电极的电流密度，并且电极的电势将被校正。这可能导致OH-离子在电极上放电，其产物(如OH)会与电极表面的金属原子反应形成钝化膜。分析表明，大多数钝化膜由金属氧化物(如铁的Fe2O3)组成，但少数也由氢氧化物、铬酸盐、磷酸盐、硅酸盐、不溶性硫酸盐和氯化物组成。

根据吸附理论，不需要形成固体产物膜来钝化金属表面，但在表面或部分表面形成一层氧或含氧颗粒(如O2-或OH-)的吸附层就足够了。虽然这种吸附层只有单层那么薄，但由于氧在金属表面的吸附，改变了金属与溶液的界面结构，增加了电极反应的活化能，使金属表面的反应能力下降而钝化。这个理论的主要实验基础是测量界面电容和钝化某些金属所需的电量。实验结果表明，某些金属可以钝化而不形成相膜。

两种钝化理论都可以很好地解释一些实验事实，但它们都有成功和不足之处。金属钝化膜确实具有相形成膜结构，但也有单层的吸附膜。目前，还不清楚在什么条件下形成相形成膜和形成吸附膜。两种理论的结合缺乏直接的实验证据，因此钝化理论有待进一步研究。