第1章 第4节 金属的腐蚀与防护-【创新教程】2025-2026学年高中化学选择性必修1五维课堂同步Word教案（鲁科版2019）

第4节　金属的腐蚀与防护 课标要点 核心素养 1.了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害 2．了解防止金属腐蚀的措施 3．能利用电化学原理解释金属腐蚀现象，选择并设计防腐措施 1.宏观辨识与微观探析 2.证据推理与模型认知 3.科学态度与社会责任 (1)能从宏观与微观结合的视角对金属的腐蚀和防护进行分类和表征 (2)能运用化学符号等手段说明金属腐蚀的原理，能分析金属防护与金属腐蚀之间的关系 (1)能对复杂的化学问题情境中的关键要素进行分析以构建相应的模型，能选择电化学模型解释或解决与金属腐蚀相关的化学问题 (2)运用于原电池模型解释或推测金属的腐蚀等问题。并能利用电化学模型分析和解决金属的防腐问题 能依据“绿色化学”思想和科学理论对金属的腐蚀过程进行分析，权衡利弊，作出合理的决策；能针对金属腐蚀和防护中存在的各种问题，提出处理或解决问题的具体方案 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [知识梳理] [知识点一]　金属电化学腐蚀的原理　 1．金属腐蚀的定义和分类 2．化学腐蚀和电化学腐蚀 金属 腐蚀 化学腐蚀 电化学腐蚀 定义 金属与接触到的物质直接反应 不纯的金属在潮湿的空气或电解质溶液中发生　原电池　反应 现象 金属被腐蚀 较活泼金属被腐蚀 区别 　无　电流产生 　有　微弱电流产生 实质与 联系 ①实质：都是金属原子失去电子被　氧化　而损耗； ②化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但　电化学腐蚀　更普遍。 3.钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀 类别 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 条件 　水膜酸性不强　 　水膜酸度较高　 正极反应 　O2＋2H2O＋4e－ ===4OH－　 　2H＋＋2e－===H2↑　 负极反应 　Fe－2e－===Fe2＋　 生成铁锈 的反应 Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2、 　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3　、 2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O [知识点二]　金属腐蚀的防护　 1．在金属表面覆盖保护层 (1)涂油漆等。 (2)镀抗腐蚀金属，如电镀等。 (3)镀膜，如烤蓝等。 2．改变金属内部组成、结构等，如制成不锈钢。 3．电化学防护 (1)牺牲阳极保护法。 利用　原电池　原理，在被保护的金属上连接更活泼的金属，使被保护金属成为　正极　。 (2)阴极电保护法也叫外加电流阴极保护法。 利用　电解池　原理，使被保护的金属连接电源的负极成为　阴极　。 [知识点三]　电化学腐蚀原理的应用　 1．铁腐蚀原理的应用 (1)测定　空气中氧气　的含量； (2)食品包装袋中以铁粉为主要成分的双吸剂，延长食物的保质期； (3)制成　一次性保暖贴　，使用后其主要成分为　炭粉　、氯化钠固体、　三氧化二铁固体　以及含镁、铝的盐。 2．微电解技术处理工业废水 [自我评价] 1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”) (1)金属被腐蚀的本质是M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑。( × ) (2)马口铁(镀锡铁)镀层破损后，首先是镀层被氧化。( × ) (3)金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀。( √ ) (4)常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀。( × ) 解析：(1)金属被腐蚀的本质是M－ne－===Mn＋。 (2)活动性：Fe＞Sn，故马口铁破损后形成Fe－Sn原电池，Fe作负极被氧化。 (4)常温下，置于空气中的金属主要发生电化学腐蚀。 2．想一想 如图是一只搪瓷缸。请思考： (1)这只搪瓷缸采用了怎样的防腐方法？ (2)搪瓷层破损后是否仍能起到防止铁生锈的作用？ 提示：采用的是涂保护层的方式进行防腐的，搪瓷层破损后铁直接暴露在空气中，因而搪瓷层不能对破损部分进行保护。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 金属的腐蚀 (素养养成——证据推理与模型认知) [实验素材] 实验1：将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入下图所示的具支试管中。一段时间后，观察导管中水柱和铁钉的变化。如图1。 实验2：向100 mL烧杯中加入约50 mL饱和食盐水后，插入两个玻璃筒(无底)：将一个无锈铁钉和一个碳棒分别用导线与检流计连接后，再分别插入两个玻璃筒中。如图2。 [思考探究] 1．实验1的实验现象是什么？铁钉为什么会生锈？说明什么问题？请分析变化的原因。 提示：实验1中导管中的水柱上升，铁钉生锈。说明该过程铁钉被腐蚀。铁钉发生的是吸氧腐蚀。 2．实验2的检流计的指针是否偏转？说明什么问题？若向实验2的插入碳棒的玻璃筒内滴入酚酞溶液，将会看到什么现象？说明什么问题？请写出相关电极反应式。 提示：检流计指针偏转。说明有电流通过。向碳棒一端加入酚酞溶液，显红色。说明该极的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 3．若将实验1和实验2的溶液换为盐酸(均足量)。实验1存在哪些形式的化学腐蚀？实验2中是否有电流通过？写出相关电极反应式。 提示：若换为盐酸，则实验1中会发生铁与盐酸的化学腐蚀，同时也有电化学腐蚀。实验2中则发生电化学腐蚀。正极：2H＋＋2e－===H2↑，负极：Fe－2e－===Fe2＋。 [核心突破] 1．金属的电化学腐蚀及其注意事项 (1)化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大。 (2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况中以吸氧腐蚀为主。 (3)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极都是铁，失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。 (4)一般情况下，只有在金属活动性顺序中排在氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀。 2．金属腐蚀的快慢比较 (1)在同一种电解质溶液中，金属腐蚀的由快到慢的顺序是电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极＞电解池的阴极。 (2)在不同溶液中，金属在电解质溶液中的腐蚀＞金属在非电解质溶液中的腐蚀；金属在强电解质溶液中的腐蚀＞金属在弱电解质溶液中的腐蚀。 (3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。 [典例示范] [典例1]　将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　) A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋ B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀 D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀 [思维建模]　解答金属腐蚀问题的一般思路 解析：C　[A.在铁的电化学腐蚀中，铁单质失去电子转化为二价铁离子，即负极反应为：Fe－2e－===Fe2＋，故A错误；B.铁的腐蚀过程中化学能除了转化为电能，还有一部分转化为热能，故B错误；C.活性炭与铁混合，在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池，加速了铁的腐蚀，故C正确；D.以水代替氯化钠溶液，水也呈中性，铁在中性或碱性条件下易发生吸氧腐蚀，故D错误；综上所述，本题应选C。] [刨根问底] (1)通过哪些现象可以说明上述过程发生了腐蚀？ (2)以水代替NaCl溶液后，仍然会发生腐蚀，请分析二者腐蚀速率的快慢。 提示：(1)盛有铁炭混合物的试管会感觉到发热，而盛水的试管内的导管内会上升一段水柱。 (2)用水代替NaCl溶液后，由于水的导电能力很弱，因此腐蚀的速率会减慢。 金属腐蚀类型的判断方法 (1)根据是否发生原电池反应来判断。发生原电池反应引起的金属腐蚀，属于电化学腐蚀，否则属于化学腐蚀。 (2)根据金属的活动性及电解质溶液的酸性强弱判断，位于金属活动性顺序中氢前面的金属，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀，在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀；位于金属活动性顺序氢后面的金属只可能发生吸氧腐蚀。 [学以致用] 1．下列有关金属腐蚀的说法中正确的是(　　) A．金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程 B．电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程 C．钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈 D．金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化学腐蚀伴有微电流产生 答案：D 2．下列各种情况中。Fe片腐蚀速率由慢到快的顺序是(　　) A．⑤②①③④　　　　 B．⑤①②④③ C．④②①③⑤ D．④③①②⑤ 解析：D　[根据装置图知，②③装置是原电池，在②中金属铁作负极被腐蚀，在③中金属铁作正极被保护，所以铁的腐蚀速率：②＞③；④⑤装置是电解池，④中金属铁为阴极被保护，⑤中金属铁为阳极被腐蚀，即铁的腐蚀速率：⑤＞④，根据电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐蚀措施的腐蚀，并且原电池的正极金属腐蚀速率大于电解池的阴极金属腐蚀速率，可知铁腐蚀速率由慢到快的顺序为④③①②⑤。] 金属的防护 (素养养成——科学态度与社会责任) [实验素材] 按如图所示连接好装置：往Fe电极区滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液。 已知Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀：3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓。 [思考探究] 1．检流计指针有何变化？为什么？ 提示：检流计指针发生偏转。Zn－Fe—酸化的NaCl溶液形成原电池。 2．Zn、Fe两个电极上发生了什么反应？ 提示：Zn电极：Zn－2e－===Zn2＋，Fe电极：2H＋＋2e－===H2↑。 3．在这种装置中有没有Fe2＋产生？说明了什么问题？ 提示：没有。Fe被保护，Zn被腐蚀。 4．若用该方法对金属进行防护，则被保护金属作为原电池的哪个电极？若改用外加直流电源对金属进行防护，则被保护金属应与电源哪个电极连接？ 提示：正极；负极。 [核心突破] 1．金属的防护措施 2．金属的电化学防护 电化学 防护 牺牲阳极保护法 外加电流阴极保护法 原理 原电池原理 电解原理 措施 被保护的金属作正极(阴极)，以一种活动性较强的金属作负极(阳极) 被保护的金属作阴极，惰性电极作辅助阳极，连上直流电源 应用 如锅炉内壁、船舶外壳、铁塔、铁管道装上若干锌块，可保护钢铁设备 如钢闸门、输送酸性溶液的铁管道等 示意图 [典例示范] [典例2]　研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是(　　) A．d为石墨，铁片腐蚀加快 B．d为石墨，石墨上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．d为锌块，铁片不易被腐蚀 D．d为锌块，铁片上电极反应为2H＋＋2e－===H2↑ 解析：D　[由于活动性：Fe＞石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化为Fe2＋进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时的速率快，A正确。d为石墨，由于海水呈弱碱性，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B正确。若d为锌块，则由于金属活动性：Zn＞Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，C正确。d为锌块，由于海水呈弱碱性，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错误。] [学以致用] 3．下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是(　　) A．水中的钢闸门连接电源的负极 B．金属护栏表面涂漆 C．汽车底盘喷涂高分子膜 D．地下钢管连接镁块 解析：A　[水中的钢闸门连接电源负极，作阴极，阴极材料得电子被保护，所以属于使用外加电流的阴极保护法，故A正确；金属护栏表面涂漆是使金属和空气、水等物质隔离而防止生锈，没有连接外加电源，故B错误；汽车底盘喷涂高分子膜阻止了铁与空气、水的接触，从而防止金属的腐蚀，没有连接外加电源，故C错误；镁的活泼性强于铁，用牺牲镁块的方法来保护地下钢管，属于牺牲阳极保护法，故D错误。] 4．为了保护舰艇(主要是钢合金材料)，在舰体表面镶嵌金属块(R)。下列有关说法不正确的是(　　) A．这种保护舰体的方法叫作牺牲阳极保护法 B．金属块R可能是镁或锌 C．海水呈弱碱性，舰艇在海水中易发生析氢腐蚀 D．正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 解析：C　[在舰体表面镶嵌金属块(R)，这种保护方法利用原电池原理，需要金属块R比铁活泼，R作负极，钢铁作正极，这种方法叫作牺牲阳极保护法，A正确；金属块R比铁活泼，可能是镁或锌，B正确；钢铁材料在弱碱性海水中主要发生吸氧腐蚀，在强酸性溶液中才发生析氢腐蚀，C错误；吸氧腐蚀过程中，正极上发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D正确。] [素养提升] 《我在故宫修文物》这部纪录片里关于古代青铜器的修复引起了某研学小组的兴趣。“修旧如旧”是文物保护的主旨。 (1)查阅高中教材得知铜锈为Cu2(OH)2CO3，俗称铜绿，可溶于酸。铜绿在一定程度上可以提升青铜器的艺术价值。参与形成铜绿的物质有Cu和　________　。 铜器表面容易生成一层薄薄的铜绿[主要成分是Cu2(OH)2CO3]，请写出铜在潮湿的空气中发生电化学腐蚀时的负极反应式_______________________________________________。 (2)继续查阅中国网知，了解到铜锈的成分非常复杂，主要成分有Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl。考古学家将铜锈分为无害锈和有害锈，结构如图所示： Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl分别属于无害锈和有害锈，请解释原因。 (3)下图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀生成有害锈Cu2(OH)3Cl的原理示意图， ①写出在发生电化学腐蚀的过程中正极的电极反应式。 ②若生成2.145 g Cu2(OH)3Cl，计算理论上消耗标准状况氧气体积。 ③文献显示有害锈的形成过程中会产生CuCl(白色不溶于水的固体)： 写出过程Ⅰ中负极的电极反应式。 解析：(1)提示：O2、CO2、H2O，Cu－2e－===Cu2＋，铜锈是Cu表面与空气中O2、H2O及CO2反应的结果。发生电化学腐蚀时，Cu为负极，被氧化，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。 (2)提示：结合图像可知，Cu2(OH)2CO3为致密结构，可以阻止潮湿空气进入内部进一步腐蚀铜，属于无害锈。Cu2(OH)3Cl为疏松结构，潮湿空气可以进入空隙内将内部的铜进一步腐蚀，属于有害锈。 (3)①提示：正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。 ②提示：n[Cu2(OH)3Cl]＝2.145g÷214.5g·mol－1＝0.01 mol，根据转移电子相等可得n(O2)＝0.01 mol×3×＝0.015 mol，故在标准状况体积为V＝0.015 mol×22.4 L·mol－1＝0.336 L。 ③提示：结合图像可知，过程Ⅰ中Cu作负极，电极反应式是Cu－e－＋Cl－===CuCl。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．下列事实中，与电化学腐蚀无关的是(　　) A．埋在潮湿土壤里的铁管比埋在干燥土壤里的铁管更易被腐蚀 B．在空气中，金属银的表面生成一层黑色物质 C．在电工操作中，铜导线和铁线不能放在一起使用 D．镀银的铁制品，镀层部分受损后，露出的铁表面易被腐蚀 解析：B　[埋在潮湿土壤里的铁管更易形成原电池而发生腐蚀，A不符合题意；纯银久置表面变黑是由于金属银和空气中少量的H2S等发生反应，属于化学腐蚀，与电化学腐蚀无关，B符合题意；铜导线和铁线放在一起使用容易形成原电池而发生腐蚀，C不符合题意；镀银的铁制品，镀层部分受损后，易形成铁银原电池，使铁被腐蚀，D不符合题意。] 2．相同材质的铁在下列四种情况下不易被腐蚀的是(　　) 解析：C　[A项，铁、铜和醋酸构成原电池，铁易失电子作负极，则铁加速被腐蚀；B项，食盐水作电解质溶液，铁炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池的形成条件，铁作负极，碳作正极，则铁加速被腐蚀；C项，铜镀层将铁球覆盖，使铁被保护，铁不易被腐蚀；D项，符合原电池的形成条件，酸雨作电解质溶液，铁作负极，则铁加速被腐蚀，综上所述，C项正确。] 3．(双选)如图液面上浮着一个空心铁球，数天后可观察到的现象是(　　) A．铁球表面出现红棕色锈斑 B．铁球表面出现黑色锈斑 C．量筒内水位下降 D．量筒内水位上升 解析：AD　[由图示可知铁球表面发生吸氧腐蚀，生成红棕色锈斑，量筒内O2含量减少，故量筒内水位上升。] 4．埋在地下的钢管常用如图所示方法加以保护，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法正确的是(　　) A．金属棒X的材料可能为铜 B．金属棒X的材料可能为钠 C．钢管附近土壤的pH增大 D．这种方法称为阴极电保护法 解析：C　[A项，构成的原电池中，金属棒X作负极，故X的活动性应该强于铁，A项错误；B项，金属钠性质很活泼，极易与空气、水反应，不能作电极材料，B项错误；C项，该装置发生吸氧腐蚀，正极钢管上氧气得电子生成氢氧根离子，导致钢管附近土壤的pH增大，C项正确；D项，该装置没有外接电源，不属于阴极电保护法，D项错误。] 5.如图所示，水槽中的试管内有一枚铁钉，放置数天观察。 (1)铁钉逐渐生锈，铁钉的腐蚀属于　________　腐蚀(填“化学”或“电化学”)。 (2)若试管内液面上升，则原溶液呈　________　，发生　________　腐蚀(填“析氢”或“吸氧”)，电极反应：负极为_____________________________________________________ ________________________________________________________________________， 正极为__________________________________________________________。 (3)若试管内液面下降，则原溶液呈　________　，发生　________　腐蚀(填“析氢”或“吸氧”)，电极反应：负极为　________________　，正极为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)若溶液甲为水，溶液乙为海水，则铁钉在　______　(填“甲”或“乙”)溶液中腐蚀的速率较快。 答案：(1)电化学　(2)碱性、弱酸性或中性　吸氧　2Fe－4e－===2Fe2＋　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　(3)较强的酸性　析氢　Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑　(4)乙 [课堂小结] 学科网（北京）股份有限公司 $$