第三节 金属材料的锈蚀与防护（导学案） 化学鲁教版五四学制2024九年级全一册

第三节 金属材料的锈蚀与防护 一、知识目标 1.了解导致钢铁锈蚀的因素以及减缓钢铁锈蚀的方法。 2.掌握利用控制变量法探究金属锈蚀的条件。 3.知道废旧金属对环境的污染，以及回收废旧金属对环境污染及金属资源保护的重要性。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观现象观察钢铁锈蚀的情况，从微观层面理解铁与氧气、水等物质的化学反应导致锈蚀的本质。 2.科学探究与创新意识：通过设计并实施探究钢铁锈蚀因素的实验，培养科学探究能力和创新思维。 3.科学态度与社会责任：认识到金属锈蚀造成的经济损失和废旧金属对环境的污染，增强保护环境和节约资源的意识。 一、学习重点 钢铁锈蚀的因素及防锈方法。 二、学习难点 金属锈蚀因素的探究。 一、导致钢铁锈蚀的因素 铁锈的主要成分是氧化铁，化学式为Fe2O3。铁锈的结构疏松多孔，不仅不能阻止钢铁制品与空气和水的接触，还会把空气和水分保留在钢铁制品表面，进一步加速锈蚀。 二、减缓钢铁锈蚀的方法 减缓或防止钢铁锈蚀的方法有：保持钢铁制品表面洁净、干燥；在金属表面涂覆保护层(涂刷矿物油、油漆，覆盖搪瓷、塑料)；镀上一层不易锈蚀的金属或用“烤蓝”等方法形成致密保护层，例如镀锡、镀锌、镀铬等；改变金属的组成和结构[制成合金，如钢铁中加入铬、镍（不锈钢）]等。 三、废旧金属的回收利用 废旧金属对环境的影响非常大。汞、锰、镉、铅等重金属会在自然界迁移，对生物造成危害。回收利用废旧金属既可以保护环境，又能节约资源和能源。例如，回收一个废弃的铝质易拉罐要比制造一个新易拉罐节省大约20%的成本，还可节约90% - 97%的能源。回收1t废钢铁可炼得好钢0.9t，与用矿石冶炼相比，可节省大约一半的成本，还可减少空气污染、水污染和固体废弃物对土壤的污染。 一、导致钢铁锈蚀的因素 活动一：生活中的金属锈蚀 问题思考1：结合生活经验，大家先思考一下，哪些因素可能导致钢铁锈蚀呢？ 答案：可能导致钢铁锈蚀的因素有潮湿的空气、水等。 【对应训练1】生活中下列钢铁制品最容易生锈的是（ ） A. 放在干燥空气中的铁钉 B. 涂满防锈漆的护栏 C. 浸泡在水中的轮船 D. 潮湿环境中的铁锅 【答案】D 【解析】钢铁生锈的条件是与氧气和水同时接触 A.干燥空气中缺少水，不易生锈，A选项错误； B.涂满防锈漆隔绝了氧气和水，不易生锈，B选项错误； C.轮船浸泡在水中，但如果水中含氧量低等情况，生锈速度不一定最快，C选项错误； D.潮湿环境中的铁锅同时接触了氧气和水，最容易生锈，D选项错误。 活动二：探究影响钢铁锈蚀的因素 问题探究：我们通过生活经验有了一些关于钢铁锈蚀因素的猜想，那钢铁的锈蚀到底与哪些因素有关呢？小明同学设计了如下实验方案，大家一起来看一下，明确每个实验探究的因素是什么。 实验1：将洁净的铁钉放在干燥的试管中，用橡皮塞密封试管口； 答案：实验1探究氧气的影响； 实验2：将洁净的铁钉全部浸没在盛满煮沸过的蒸馏水的试管中，用橡皮塞密封试管口； 答案：实验2探究水的影响； 实验3：将洁净铁钉的一半浸入试管中的蒸馏水里，将试管敞口放置； 答案：实验3探究氧气和水共同的影响； 实验4：将洁净铁钉的一半浸入试管中的食盐水里，将试管敞口放置； 答案：实验4探究氧气、水和氯化钠的影响； 实验5：将用食醋浸湿的铁钉放在干燥的试管中，将试管敞口放置。 答案：实验5探究氧气、水和酸的影响。 【对应训练2】在探究钢铁锈蚀条件的实验中，下列说法正确的是（ ） A. 实验1中铁钉不生锈，说明铁生锈不需要氧气 B. 实验2中铁钉不生锈，说明铁生锈不需要水 C. 实验3中铁钉生锈，说明铁生锈需要氧气和水同时存在 D. 实验4和实验5没有必要做 【答案】C 【解析】A.实验1中铁钉不生锈，只能说明在没有水的情况下，仅氧气不能使铁生锈，不能说明铁生锈不需要氧气，A选项正确； B.同理，实验2只能说明在没有氧气的情况下，仅水不能使铁生锈，B选项正确； C.实验3中铁钉一半浸入水中，一半暴露在空气中，生锈了，说明铁生锈需要氧气和水同时存在，C选项正确； D.实验4和实验5分别探究了氯化钠和酸对钢铁锈蚀的影响，是有必要的，D选项正确。 实验结论：钢铁的锈蚀主要是铁与空气中的氧气、水蒸气等物质发生化学反应的结果。钢铁的成分以及环境的温度、湿度、酸碱性等都是影响钢铁锈蚀的因素。钢铁锈蚀后会生成铁锈（主要成分是氧化铁Fe2O3）。 【对应训练3】下列关于钢铁锈蚀的说法正确的是（ ） A. 钢铁锈蚀只与氧气有关 B. 铁锈的主要成分是四氧化三铁 C. 钢铁在潮湿的环境中更容易生锈 D. 钢铁锈蚀是物理变化 【答案】C 【解析】A选项钢铁锈蚀与氧气和水等多种因素有关，不是只与氧气有关，A选项错误； B选项铁锈的主要成分是氧化铁Fe2O3，不是四氧化三铁，A选项错误； C选项潮湿环境中同时具备了氧气和水，钢铁更容易生锈，A选项正确； D选项钢铁锈蚀有新物质铁锈生成，是化学变化，A选项错误。 问题思考2：小明为什么这样设计实验呢？除了我们实验探究的这些因素，还有哪些因素也可能造成钢铁的锈蚀呢？ 答案：其他可能导致钢铁锈蚀的因素，如大气中的有害气体与杂质、包装材料、微生物、金属的表面状态、工业生产因素等。 二、减缓钢铁锈蚀的方法 活动一：减缓钢铁锈蚀的方法 问题思考3：我们知道了钢铁锈蚀的因素，那如何减缓钢铁锈蚀呢？原理是什么？ 答案：减缓钢铁锈蚀的原理是避免钢铁与氧气、水接触。 具体方法有：（1）保持钢铁制品表面洁净、干燥； （2）在金属表面涂覆保护层(涂刷矿物油、油漆，覆盖搪瓷、塑料)； （3）镀上一层不易锈蚀的金属或用“烤蓝”等方法形成致密保护层，例如镀锡、镀锌、镀铬等； （4）改变金属的组成和结构[制成合金，如钢铁中加入铬、镍（不锈钢）]等。 【对应训练4】下列措施中，能有效减缓钢铁生锈的是（ ） A. 将钢铁制品放在潮湿的环境中 B. 在钢铁制品表面刷一层油漆 C. 用湿布擦拭钢铁制品 D. 把钢铁制品放在露天环境中 【答案】B 【解析】A.潮湿环境会加速钢铁生锈，A选项错误； B.在钢铁制品表面刷油漆可以隔绝氧气和水，能有效减缓生锈，B选项正确； C.用湿布擦拭会使钢铁接触更多的水，加速生锈，C选项错误； D.露天环境可能会使钢铁接触氧气和水等，加速生锈，D选项错误。 三、废旧金属的回收利用 活动一：废旧金属的现状及污染 问题思考4：废旧金属对环境的影响有哪些？ 答案：废旧金属对环境的影响非常大。汞、锰、镉、铅等重金属，它们在自然界里不会消失，只能迁移，会对生物造成慢性中毒，最终可能导致生物体死亡。 【对应训练5】废旧电池对环境的污染主要是因为（ ） A. 电池外壳的塑料污染 B. 电池中的重金属污染 C. 电池中的电解液污染 D. 电池的包装纸污染 【答案】B 【解析】废旧电池对环境的主要污染是其中含有的重金属，如铅、镍、汞等，这些重金属会在自然界迁移，对生物造成危害。 活动二：回收废旧金属的意义 问题思考5：既然废旧金属对环境有这么大的污染，那回收利用废旧金属有什么意义呢？ 答案：并补充：回收利用废旧金属既可以保护环境，又能节约资源和能源。例如，回收一个废弃的铝质易拉罐要比制造一个新易拉罐节省大约20%的成本，还可节约90% - 97%的能源。回收1t废钢铁可炼得好钢0.9t，与用矿石冶炼相比，可节省大约一半的成本，还可减少空气污染、水污染和固体废弃物对土壤的污染。 【对应训练6】下列关于回收废旧金属的说法不正确的是（ ） A. 回收废旧金属可以减少对环境的污染 B. 回收废旧金属可以节约金属资源 C. 回收废旧金属可以节约能源 D. 回收废旧金属没有任何意义 【答案】D 【解析】回收废旧金属具有多方面的意义，如减少环境污染、节约金属资源、节约能源等，所以D选项说法不正确。 一、钢铁锈蚀因素 1.主要因素：氧气、水蒸气 2.其他因素：钢铁成分、环境（温度、湿度、酸碱性等） 二、减缓钢铁锈蚀方法 1.保持洁净干燥 2.涂覆保护层：矿物油、油漆、搪瓷、塑料 3.镀不易锈蚀金属：镀锡、镀锌、镀铬 4.制成合金：不锈钢 三、废旧金属 1.污染：重金属危害 2.回收：保护环境、节约资源能源 1.下列说法错误的是（ ） A．铁钉是由铁合金制成的 B．根据甲图，铁钉生锈过程中O₂体积不变 C．根据甲图，铁钉在潮湿环境更容易生锈 D．根据乙图，铁钉生锈过程中温度升高 【答案】B 【解析】A. 生活中的铁钉一般是铁合金制成的，因为纯铁较软，制成合金可增加其硬度等性能，A选项正确； B. 铁钉生锈是铁与氧气、水发生化学反应，会消耗氧气，所以铁钉生锈过程中O₂体积会减小，B选项错误； C. 从甲图中可以观察到在潮湿环境中铁钉生锈明显，说明铁钉在潮湿环境更容易生锈，C选项正确； D. 从乙图中温度计读数上升，可说明铁钉生锈过程中温度升高，即该反应是放热反应，D选项正确。 2.实验研究铁锈蚀影响因素，记录如下。下列分析不正确的是（ ） 实验装置 序号 其他试剂 200s时O2的含量 ① 干燥剂 21% ② 10滴水 15% ③ 10滴水和1.0g食盐 8% A．②③中O₂含量减少表明铁已锈蚀 B．①②证明水对铁锈蚀有影响 C．②③证明食盐能加快铁锈蚀 D．①②③证明炭粉对铁锈蚀有影响 【答案】D 【解析】A. 铁锈蚀会消耗氧气，②③中O₂含量减少，说明铁与氧气发生了反应，即铁已锈蚀，A选项正确； B. ①中放干燥剂，铁处于干燥环境，O₂含量不变，②中加入10滴水，铁处于潮湿环境，O₂含量减少，说明水对铁锈蚀有影响，B选项正确； C. ②中加入10滴水，③中加入10滴水和1.0g食盐，③中O₂含量减少更多，说明食盐能加快铁锈蚀，C选项正确； D. 该实验中并没有涉及炭粉相关的变量设置，所以无法证明炭粉对铁锈蚀有影响，D选项错误。 3.利用铁粉、炭粉、氯化钠进行铁的锈蚀实验（装置如图所示，装置气密性良好）。实验1min后温度计读数上升，8min后打开止水夹，水倒吸入锥形瓶。实验数据如下表。下列说法不合理的是（ ） A．铁的锈蚀是放热反应 B．使用氯化钠溶液的目的是加快铁的锈蚀 C．此实验能推断出铁的锈蚀需要水的参与 D．计算得出空气中氧气的含量约为19.7% 【答案】C 【解析】A. 实验1min后温度计读数上升，说明铁的锈蚀过程中放出热量，即铁的锈蚀是放热反应，A选项正确； B. 由前面实验可知，氯化钠能加快铁的锈蚀，所以使用氯化钠溶液的目的是加快铁的锈蚀，B选项正确； C. 该实验中没有设置无水的对照实验，所以不能推断出铁的锈蚀需要水的参与，C选项错误； D. 进入锥形瓶内水的体积就是消耗氧气的体积，消耗氧气的体积为(100.0mL-51.5mL=48.5mL)，空气中氧气的含量为(48.5mL/246mL=×100%≈19.7%)，D选项正确。 4.如图所示，将两枚光亮的铁钉分别用细线吊置于甲、乙中，并使部分铁钉露出液面。放置一段时间，出现了锈蚀。下列说法不正确的是（ ） A．甲、乙中，气体含氧气的体积分数不相等 B．甲中，铁钉在植物油内的部分没有锈蚀 C．乙中，铁钉在水面下的部分锈蚀最严重 D．丙中，导管内上升一段水柱 【答案】C 【解析】A. 甲中植物油隔绝了氧气，铁钉锈蚀消耗氧气少，乙中氧气能与铁钉充分接触，铁钉锈蚀消耗氧气多，所以甲、乙中气体含氧气的体积分数不相等，A选项正确； B. 甲中植物油内的部分铁钉与氧气隔绝，不能满足铁锈蚀的条件，所以没有锈蚀，B选项正确； C. 乙中，铁钉在空气和水的界面处，既与氧气接触又与水接触，锈蚀最严重，而不是水面下部分，C选项错误； D. 乙中氧气被消耗，压强减小，丙中导管内会上升一段水柱，D选项正确。 5.下图是探究铁钉锈蚀条件的4个实验，一段时间后观察现象。下列说法错误的是（ ） A．①②对比说明铁生锈需要空气，①③对比说明铁生锈需要水 B．③中附着在棉花上的干燥剂的作用是使试管里没有水分 C．①中甲、乙、丙三处比较，生锈最明显的地方是甲 D．四个实验中，生锈最快的是④中的铁钉 【答案】C 【解析】A. ①中铁钉与空气、水接触生锈，②中铁钉只与水接触不生锈，说明铁生锈需要空气；①中铁钉与空气、水接触生锈，③中铁钉在干燥环境不生锈，说明铁生锈需要水，A选项正确； B. ③中附着在棉花上的干燥剂能吸收水分，使试管里没有水分，B选项正确； C. ①中甲、乙、丙三处比较，生锈最明显的地方是乙，因为乙处既与氧气接触又与水接触，C选项错误； D. ④中既有水又有食盐，食盐能加快铁的锈蚀，所以四个实验中，生锈最快的是④中的铁钉，D选项正确。 6.对铁生锈与燃烧条件的实验探究如图所示。下列说法正确的是（ ） A．对比①②可探究：接触氧气是否为铁生锈的条件之一 B．对比②③可探究：接触水是否为铁生锈的条件之一 C．对比①④可探究：温度达到着火点是否为铁燃烧的条件之一 D．对比③④可探究：接触氧气是否为铁燃烧的条件之一 【答案】C 【解析】A. ①②中都有氧气，且都有水，变量不唯一，不能探究接触氧气是否为铁生锈的条件之一，A选项错误； B. ②③中都有水，且都有氧气，变量不唯一，不能探究接触水是否为铁生锈的条件之一，B选项错误； C. ①中铁在常温下不燃烧，④中铁在高温下能燃烧，对比①④可探究温度达到着火点是否为铁燃烧的条件之一，C选项正确； D. ③④中都有氧气，变量不唯一，不能探究接触氧气是否为铁燃烧的条件之一，D选项错误。 7.我国的矿物种类比较齐全，储量很丰富，但是矿物不能再生。下列能保护金属资源的是（ ） A．废旧金属不需要回收利用 B．矿物资源无限，可以任意开采 C．寻找金属代用品 D．将铁钉放置于潮湿的空气中 【答案】C 【解析】A. 回收利用废旧金属可以节约资源和能源，保护环境，所以废旧金属需要回收利用，A选项错误； B. 矿物资源是有限的，且不能再生，不可以任意开采，B选项错误； C. 寻找金属代用品可以减少对金属资源的依赖，从而保护金属资源，C选项正确； D. 将铁钉放置于潮湿的空气中会加速铁钉的锈蚀，浪费金属资源，D选项错误。 8.柳州市被称为“桥梁博物馆”，刚建成的凤凰岭大桥成为“桥梁博物馆”的新成员，大桥的桥体使用了大量的金属材料。下列对桥梁中使用的金属材料保护措施不正确的是（ ） A．经常用浓盐酸清洗金属材料 B．在金属材料表面刷油漆 C．在金属材料表面镀保护层 D．改变金属内部结构制成防腐合金 【答案】A 【解析】A. 浓盐酸会与金属材料发生反应，腐蚀金属材料，所以经常用浓盐酸清洗金属材料不能起到保护作用，A选项错误； B. 在金属材料表面刷油漆可以隔绝氧气和水，防止金属生锈，B选项正确； C. 在金属材料表面镀保护层可以隔绝氧气和水，防止金属生锈，C选项正确； D. 改变金属内部结构制成防腐合金可以提高金属的抗腐蚀性能，D选项正确。 9.我国倡导垃圾分类投放。铝质饮料罐应投入的垃圾桶是（ ） A．可回收物 B．厨余垃圾 C．有害垃圾 D．其它垃圾 【答案】A 【解析】A.铝质饮料罐可以回收再利用，属于可回收物，应投入可回收物垃圾桶，A选项正确； B.厨余垃圾是指居民日常生活及食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的垃圾，B选项错误； C.有害垃圾是指对人体健康或者自然环境造成直接或者潜在危害的生活废弃物，C选项错误； D.其它垃圾是指除可回收物、有害垃圾、厨余垃圾以外的其它生活废弃物，D选项错误。 10.下列措施中，不能防止金属制品锈蚀的是（ ） A．用湿布擦拭 B．在表面涂油 C．在表面刷漆 D．在表面镀铬 【答案】A 【解析】A. 用湿布擦拭金属制品会使金属制品表面保持潮湿，更易与氧气发生反应而生锈，不能防止金属制品锈蚀，A选项正确； B. 在金属表面涂油可以隔绝氧气和水，防止金属生锈，B选项错误； C. 在金属表面刷漆可以隔绝氧气和水，防止金属生锈，C选项错误； D. 在金属表面镀铬可以形成一层致密的保护膜，隔绝氧气和水，防止金属生锈，D选项错误。 11.人类文明进步与材料发展关系十分密切。 （1）铁锅用于炒菜，主要利用铁具有的______性质。 （2）铝合金被广泛用于航天工业。铝合金的硬度比纯铝的硬度______。 （3）一种新型材料氮化铝（AlN）应用于新能源汽车。工业上用氧化铝、焦炭和氮气在高温条件下制得氮化铝，并生成一氧化碳，该反应的化学方程式是______。 （4）世界最大跨径拱桥﹣广西天峨龙滩特大桥在建造过程中使用了大量钢材。在钢材表面刷漆可防锈，其原因是______；建造过程中产生的废钢材可回收利用，其意义是______（写一条即可）。 【答案】（1）导热；（2）大；（3）Al2O3+3C+N2=2AlN+3CO；（4）漆能隔绝氧气和水；节约金属资源 【解析】（1）铁锅用于炒菜，是利用铁具有良好的导热性，能将热量传递给食物； （2）合金的硬度一般比组成它的纯金属的硬度大，所以铝合金的硬度比纯铝的硬度大； （3）氧化铝、焦炭和氮气在高温条件下反应生成氮化铝和一氧化碳，化学方程式为Al2O3+3C+N2=2AlN+3CO； （4）在钢材表面刷漆可防锈，是因为漆能隔绝氧气和水，防止钢材与氧气、水接触而生锈；回收利用废钢材可以节约金属资源，减少对矿石的开采等。 12.兰州市中山桥南侧的“将军柱”（铸造材质主要是铁），距今已有630年的历史，它与中山桥一起组成了“兰州铁路”一景，近日“将军柱”商标获得国家批准。 （1）“将军柱”表面已出现较多锈迹，其主要原因是铁与______等物质共同作用的结果，生活中常用稀硫酸除去铁制品表面的铁锈，其反应的化学方程式为______； （2）废旧金属的回收利用是保护金属资源的重要途径，请你再写出一条保护和节约金属资源的有效方法或途径：______。 【答案】（1）水和氧气；Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O；（2）防止生锈 【解析】（1）铁生锈是铁与空气中的氧气、水蒸气等物质共同作用的结果；铁锈的主要成分是氧化铁，氧化铁与稀硫酸反应生成硫酸铁和水，化学方程式为Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O； （2）保护和节约金属资源的有效方法或途径除了回收利用废旧金属，还可以防止金属生锈，减少金属的腐蚀等。 考点1 导致钢铁锈蚀的因素 1. 用如图所示装置探究铜生锈的条件，一个月后发现铜丝未生锈。下列叙述错误的是（ ） A．金属的腐蚀是金属从单质变成化合物的过程 B．在潮湿的空气中，铝比铁耐锈蚀 C．在有氧气和水的条件下，铜比铁易生锈 D．铜生锈可能与空气中的O2、H2O和CO2有关 【答案】C 【解析】A.金属的腐蚀，实际上是金属与氧气、水等发生反应，是金属从单质变成化合物的过程，A选项正确； B.在潮湿的空气中，铝比铁耐锈蚀，是因为铝在空气中能与氧气反应，其表面生成一层致密的氧化铝薄膜，阻止内部的铝进一步被氧化，B选项正确； C、用如图所示装置探究铜生锈的条件，一个月后发现铜丝未生锈，说明在有氧气和水的条件下，铜不如铁易生锈，C选项错误； D、用如图所示装置探究铜生锈的条件，氢氧化钠溶液能吸收空气中的二氧化碳，氢氧化钠固体能防止空气中的二氧化碳、水蒸气进入盛有铜丝的试管中，一个月后发现铜丝未生锈，说明铜生锈可能与空气中的O2、H2O和CO2有关，D选项正确。 2. 实验探究是解决化学问题最重要的手段。如图所示，下列实验设计中，能达到实验目的的是（ ） A. 验证质量守恒 B. 探究铁生锈需要氧气 C. 测定空气中氧气含量 D. 比较金属活动性 【答案】B 【解析】A.氯化钠和硝酸钾不反应，不能用来验证质量守恒定律，A选项错误； B.两支试管中的铁钉都与水接触，左侧试管中的铁钉还能够与空气中的氧气接触，一段时间后发生锈蚀，右侧试管中的铁钉不能接触空气，铁钉不发生锈蚀，则该实验探究铁生锈是否需要氧气，B选项正确； C.木炭燃烧生成二氧化碳气体，压强不变，不能用来测定空气中氧气含量，C选项错误； D.比较金属活动性需要控制金属的形状、大小相同，D选项错误。 3.铁制品经常有锈蚀现象，于是某兴趣小组围绕“锈”进行一系列研究。 （1）探锈 现有洁净无锈的铁钉、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油、棉花和干燥剂氯化钙，还可以选用其他物品。为探究铁制品锈蚀的条件，设计如下实验： ①A中玻璃仪器的名称是 。 ②一周后，观察A、B、C中的铁钉，只有A中的铁钉出现了明显锈蚀现象，由此得出铁钉锈蚀需要与 接触的结论。 （2）除锈 取出生锈的铁钉，将其放置在稀盐酸中，一段时间后发现溶液变黄，铁钉表面有少量气泡产生。产生气泡的原因是 （用化学方程式表示）。稀盐酸可用于除锈，但铁制品不可长时间浸泡其中。 （3）防锈 防止铁制品锈蚀，可以破坏其锈蚀的条件．常用的防锈方法有 （写一种即可）。兴趣小组继续通过文献研究、调研访谈，发现如何防止金属锈蚀已成为科学研究和技术领域中的重要科研课题。 【答案】（1）试管；氧气和水（2）Fe+2HCl=FeCl2+H2↑（3）表面刷漆、涂油等（合理即可） 【解析】（1）①A中玻璃仪器的名称是试管； ②一周后，观察A、B、C中的铁钉，A中铁钉与氧气和水同时接触，B中铁钉只与水接触，C中铁钉只与氧气接触，只有A中的铁钉出现了明显锈蚀现象，由此得出铁钉锈蚀需要与氧气和水接触的结论； （2）取出生锈的铁钉，铁锈的主要成分是氧化铁，将其放置在稀盐酸中，一段时间后发现溶液变黄，即氧化铁和盐酸反应生成氯化铁和水，铁钉表面有少量气泡产生，产生气泡的原因是铁锈反应完全，铁和盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，化学方程式为：Fe+2HCl=FeCl2+H2↑；说明稀盐酸可用于除锈，但铁制品不可长时间浸泡其中； （3）铁与氧气和水通性接触会发生锈蚀，防止铁制品锈蚀，可以破坏其锈蚀的条件，常用的防锈方法有表面刷漆、涂油等（合理即可）。 考点2 减缓钢铁锈蚀的方法 1. 下列做法不能减缓或防止钢铁锈蚀的是（ ） A．经常用食盐水清洗铁制品 B．保持铁制品表面清洁干燥 C．在铁制品表面涂油漆 D．在钢铁的表面镀一层不易锈蚀的金属 【答案】A 【解析】铁生锈实际上是铁与空气中的氧气和水共同作用的结果，因此减缓或防止钢铁锈蚀的原理是避免铁制品同时与水和空气接触 A.经常用食盐水清洗铁制品，盐水会加快铁锈蚀的速率，不能减缓或防止钢铁锈蚀，A选项错误； B.保持铁制品表面清洁干燥，能减缓或防止钢铁锈蚀，B选项正确； C.在铁制品表面涂油漆，能隔绝氧气和水，能减缓或防止钢铁锈蚀，C选项正确； D.在钢铁的表面镀一层不易锈蚀的金属，能隔绝氧气和水，能减缓或防止钢铁锈蚀，D选项正确。 2. 金属和金属材料与生活和社会发展的关系非常密切。 （1）建造大桥时使用了大量的水泥、钢材、混凝土等，其中属于金属材料的是______。 （2）铁制品表面刷漆，主要是为了防止其与______、氧气接触而锈蚀。 【答案】（1）钢材（2）水（或水蒸气或H2O） 【解析】（1）钢材属于金属材料； （2）铁在氧气和水作用下容易生锈，铁制品表面刷漆，主要是为了防止其与水、氧气接触而锈蚀。 考点3 废旧金属的回收利用 1. 我国的矿物种类比较齐全，储量很丰富，但是矿物不能再生。下列能保护金属资源的是（ ） A．废旧金属不需要回收利用 B．矿物资源无限，可以任意开采 C．寻找金属代用品 D．将铁钉放置于潮湿的空气中 【答案】C 【解析】A.废旧金属应回收利用，保护金属资源，减少污染，A选项错误； B.矿物资源有限，应合理开采，不能任意开采，B选项错误； C.寻找金属代用品，可以保护金属资源，C选项正确； D.将铁钉放置于潮湿的空气中，会使铁钉生锈，浪费金属资源，应防止金属锈蚀，D选项错误。 2. 家电以旧换新，节约又环保。废旧电器中含有塑料、钢铁、玻璃、橡胶等材料。其中属于金属材料的是（ ） A．塑料 B．钢铁 C．玻璃 D．橡胶 【答案】B 【解析】A.塑料属于有机合成材料，A选项错误； B.钢铁是铁合金，属于金属材料，B选项正确； C.玻璃是无机非金属材料，C选项错误； D.橡胶中合成橡胶属于合成材料，天然橡胶属于天然材料，D选项错误。 1 / 18 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三节 金属材料的锈蚀与防护 一、知识目标 1.了解导致钢铁锈蚀的因素以及减缓钢铁锈蚀的方法。 2.掌握利用控制变量法探究金属锈蚀的条件。 3.知道废旧金属对环境的污染，以及回收废旧金属对环境污染及金属资源保护的重要性。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观现象观察钢铁锈蚀的情况，从微观层面理解铁与氧气、水等物质的化学反应导致锈蚀的本质。 2.科学探究与创新意识：通过设计并实施探究钢铁锈蚀因素的实验，培养科学探究能力和创新思维。 3.科学态度与社会责任：认识到金属锈蚀造成的经济损失和废旧金属对环境的污染，增强保护环境和节约资源的意识。 一、学习重点 钢铁锈蚀的因素及防锈方法。 二、学习难点 金属锈蚀因素的探究。 一、导致钢铁锈蚀的因素 铁锈的主要成分是 ，化学式为 。铁锈的结构 ，不仅不能阻止钢铁制品与 和 的接触，还会把空气和水分保留在钢铁制品表面，进一步加速锈蚀。 二、减缓钢铁锈蚀的方法 减缓或防止钢铁锈蚀的方法有：保持钢铁制品表面洁净、 ；在金属表面 (涂刷矿物油、油漆，覆盖搪瓷、塑料)；镀上一层 的金属或用“ ”等方法形成致密保护层，例如镀锡、镀锌、镀铬等；改变金属的 [制成合金，如钢铁中加入铬、镍（不锈钢）]等。 三、废旧金属的回收利用 废旧金属对环境的影响非常大。汞、锰、镉、铅等重金属会在自然界 ，对生物造成危害。回收利用废旧金属既可以 ，又能 资源和能源。例如，回收一个废弃的铝质易拉罐要比制造一个新易拉罐节省大约20%的成本，还可节约90% - 97%的能源。回收1t废钢铁可炼得好钢0.9t，与用矿石冶炼相比，可节省大约一半的成本，还可减少空气污染、水污染和固体废弃物对土壤的污染。 一、导致钢铁锈蚀的因素 活动一：生活中的金属锈蚀 问题思考1：结合生活经验，大家先思考一下，哪些因素可能导致钢铁锈蚀呢？ 答案：可能导致钢铁锈蚀的因素有潮湿的 、 等。 【对应训练1】生活中下列钢铁制品最容易生锈的是（ ） A. 放在干燥空气中的铁钉 B. 涂满防锈漆的护栏 C. 浸泡在水中的轮船 D. 潮湿环境中的铁锅 活动二：探究影响钢铁锈蚀的因素 问题探究：我们通过生活经验有了一些关于钢铁锈蚀因素的猜想，那钢铁的锈蚀到底与哪些因素有关呢？小明同学设计了如下实验方案，大家一起来看一下，明确每个实验探究的因素是什么。 实验1：将洁净的铁钉放在干燥的试管中，用橡皮塞密封试管口； 答案：实验1探究 的影响； 实验2：将洁净的铁钉全部浸没在盛满煮沸过的蒸馏水的试管中，用橡皮塞密封试管口； 答案：实验2探究 的影响； 实验3：将洁净铁钉的一半浸入试管中的蒸馏水里，将试管敞口放置； 答案：实验3探究 和 共同的影响； 实验4：将洁净铁钉的一半浸入试管中的食盐水里，将试管敞口放置； 答案：实验4探究 、 和 的影响； 实验5：将用食醋浸湿的铁钉放在干燥的试管中，将试管敞口放置。 答案：实验5探究 、 和 的影响。 【对应训练2】在探究钢铁锈蚀条件的实验中，下列说法正确的是（ ） A. 实验1中铁钉不生锈，说明铁生锈不需要氧气 B. 实验2中铁钉不生锈，说明铁生锈不需要水 C. 实验3中铁钉生锈，说明铁生锈需要氧气和水同时存在 D. 实验4和实验5没有必要做 实验结论：钢铁的锈蚀主要是铁与空气中的 、 等物质发生化学反应的结果。钢铁的成分以及环境的 度、 度、 性等都是影响钢铁锈蚀的因素。钢铁锈蚀后会生成铁锈（主要成分是氧化铁 ）。 【对应训练3】下列关于钢铁锈蚀的说法正确的是（ ） A. 钢铁锈蚀只与氧气有关 B. 铁锈的主要成分是四氧化三铁 C. 钢铁在潮湿的环境中更容易生锈 D. 钢铁锈蚀是物理变化 问题思考2：小明为什么这样设计实验呢？除了我们实验探究的这些因素，还有哪些因素也可能造成钢铁的锈蚀呢？ 答案：其他可能导致钢铁锈蚀的因素，如大气中的 与杂质、 、微生物、金属的表面状态、工业生产因素等。 二、减缓钢铁锈蚀的方法 活动一：减缓钢铁锈蚀的方法 问题思考3：我们知道了钢铁锈蚀的因素，那如何减缓钢铁锈蚀呢？原理是什么？ 答案：减缓钢铁锈蚀的原理是避免钢铁与氧气、水接触。 具体方法有：（1）保持钢铁制品表面洁净、干燥； （2）在金属表面 (涂刷矿物油、 ，覆盖搪瓷、塑料)； （3）镀上一层 或用“ ”等方法形成致密保护层，例如镀锡、镀锌、镀铬等； （4）改变金属的 [制成合金，如钢铁中加入铬、镍（不锈钢）]等。 【对应训练4】下列措施中，能有效减缓钢铁生锈的是（ ） A. 将钢铁制品放在潮湿的环境中 B. 在钢铁制品表面刷一层油漆 C. 用湿布擦拭钢铁制品 D. 把钢铁制品放在露天环境中 三、废旧金属的回收利用 活动一：废旧金属的现状及污染 问题思考4：废旧金属对环境的影响有哪些？ 答案：废旧金属对环境的影响非常大。汞、锰、镉、铅等重金属，它们在自然界里不会 ，只能 ，会对生物造成 ，最终可能导致生物体死亡。 【对应训练5】废旧电池对环境的污染主要是因为（ ） A. 电池外壳的塑料污染 B. 电池中的重金属污染 C. 电池中的电解液污染 D. 电池的包装纸污染 活动二：回收废旧金属的意义 问题思考5：既然废旧金属对环境有这么大的污染，那回收利用废旧金属有什么意义呢？ 答案：并补充：回收利用废旧金属既可以 ，又能 资源和能源。例如，回收一个废弃的铝质易拉罐要比制造一个新易拉罐节省大约20%的成本，还可节约90% - 97%的能源。回收1t废钢铁可炼得好钢0.9t，与用矿石冶炼相比，可节省大约一半的成本，还可减少空气污染、水污染和固体废弃物对土壤的污染。 【对应训练6】下列关于回收废旧金属的说法不正确的是（ ） A. 回收废旧金属可以减少对环境的污染 B. 回收废旧金属可以节约金属资源 C. 回收废旧金属可以节约能源 D. 回收废旧金属没有任何意义 一、钢铁锈蚀因素 1.主要因素： 、水蒸气 2.其他因素：钢铁 、环境（温度、湿度、酸碱性等） 二、减缓钢铁锈蚀方法 1.保持洁净干燥 2.涂覆 ：矿物油、 、搪瓷、塑料 3.镀 金属：镀锡、镀锌、镀铬 4.制成 ：不锈钢 三、废旧金属 1.污染：重金属危害 2.回收：保护环境、节约资源能源 1.下列说法错误的是（ ） A．铁钉是由铁合金制成的 B．根据甲图，铁钉生锈过程中O₂体积不变 C．根据甲图，铁钉在潮湿环境更容易生锈 D．根据乙图，铁钉生锈过程中温度升高 2.实验研究铁锈蚀影响因素，记录如下。下列分析不正确的是（ ） 实验装置 序号 其他试剂 200s时O2的含量 ① 干燥剂 21% ② 10滴水 15% ③ 10滴水和1.0g食盐 8% A．②③中O₂含量减少表明铁已锈蚀 B．①②证明水对铁锈蚀有影响 C．②③证明食盐能加快铁锈蚀 D．①②③证明炭粉对铁锈蚀有影响 3.利用铁粉、炭粉、氯化钠进行铁的锈蚀实验（装置如图所示，装置气密性良好）。实验1min后温度计读数上升，8min后打开止水夹，水倒吸入锥形瓶。实验数据如下表。下列说法不合理的是（ ） A．铁的锈蚀是放热反应 B．使用氯化钠溶液的目的是加快铁的锈蚀 C．此实验能推断出铁的锈蚀需要水的参与 D．计算得出空气中氧气的含量约为19.7% 4.如图所示，将两枚光亮的铁钉分别用细线吊置于甲、乙中，并使部分铁钉露出液面。放置一段时间，出现了锈蚀。下列说法不正确的是（ ） A．甲、乙中，气体含氧气的体积分数不相等 B．甲中，铁钉在植物油内的部分没有锈蚀 C．乙中，铁钉在水面下的部分锈蚀最严重 D．丙中，导管内上升一段水柱 5.下图是探究铁钉锈蚀条件的4个实验，一段时间后观察现象。下列说法错误的是（ ） A．①②对比说明铁生锈需要空气，①③对比说明铁生锈需要水 B．③中附着在棉花上的干燥剂的作用是使试管里没有水分 C．①中甲、乙、丙三处比较，生锈最明显的地方是甲 D．四个实验中，生锈最快的是④中的铁钉 6.对铁生锈与燃烧条件的实验探究如图所示。下列说法正确的是（ ） A．对比①②可探究：接触氧气是否为铁生锈的条件之一 B．对比②③可探究：接触水是否为铁生锈的条件之一 C．对比①④可探究：温度达到着火点是否为铁燃烧的条件之一 D．对比③④可探究：接触氧气是否为铁燃烧的条件之一 7.我国的矿物种类比较齐全，储量很丰富，但是矿物不能再生。下列能保护金属资源的是（ ） A．废旧金属不需要回收利用 B．矿物资源无限，可以任意开采 C．寻找金属代用品 D．将铁钉放置于潮湿的空气中 8.柳州市被称为“桥梁博物馆”，刚建成的凤凰岭大桥成为“桥梁博物馆”的新成员，大桥的桥体使用了大量的金属材料。下列对桥梁中使用的金属材料保护措施不正确的是（ ） A．经常用浓盐酸清洗金属材料 B．在金属材料表面刷油漆 C．在金属材料表面镀保护层 D．改变金属内部结构制成防腐合金 9.我国倡导垃圾分类投放。铝质饮料罐应投入的垃圾桶是（ ） A．可回收物 B．厨余垃圾 C．有害垃圾 D．其它垃圾 10.下列措施中，不能防止金属制品锈蚀的是（ ） A．用湿布擦拭 B．在表面涂油 C．在表面刷漆 D．在表面镀铬 11.人类文明进步与材料发展关系十分密切。 （1）铁锅用于炒菜，主要利用铁具有的______性质。 （2）铝合金被广泛用于航天工业。铝合金的硬度比纯铝的硬度______。 （3）一种新型材料氮化铝（AlN）应用于新能源汽车。工业上用氧化铝、焦炭和氮气在高温条件下制得氮化铝，并生成一氧化碳，该反应的化学方程式是______。 （4）世界最大跨径拱桥﹣广西天峨龙滩特大桥在建造过程中使用了大量钢材。在钢材表面刷漆可防锈，其原因是______；建造过程中产生的废钢材可回收利用，其意义是______（写一条即可）。 12.兰州市中山桥南侧的“将军柱”（铸造材质主要是铁），距今已有630年的历史，它与中山桥一起组成了“兰州铁路”一景，近日“将军柱”商标获得国家批准。 （1）“将军柱”表面已出现较多锈迹，其主要原因是铁与______等物质共同作用的结果，生活中常用稀硫酸除去铁制品表面的铁锈，其反应的化学方程式为______； （2）废旧金属的回收利用是保护金属资源的重要途径，请你再写出一条保护和节约金属资源的有效方法或途径：______。 考点1 导致钢铁锈蚀的因素 1. 用如图所示装置探究铜生锈的条件，一个月后发现铜丝未生锈。下列叙述错误的是（ ） A．金属的腐蚀是金属从单质变成化合物的过程 B．在潮湿的空气中，铝比铁耐锈蚀 C．在有氧气和水的条件下，铜比铁易生锈 D．铜生锈可能与空气中的O2、H2O和CO2有关 2. 实验探究是解决化学问题最重要的手段。如图所示，下列实验设计中，能达到实验目的的是（ ） A. 验证质量守恒 B. 探究铁生锈需要氧气 C. 测定空气中氧气含量 D. 比较金属活动性 3.铁制品经常有锈蚀现象，于是某兴趣小组围绕“锈”进行一系列研究。 （1）探锈 现有洁净无锈的铁钉、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油、棉花和干燥剂氯化钙，还可以选用其他物品。为探究铁制品锈蚀的条件，设计如下实验： ①A中玻璃仪器的名称是 。 ②一周后，观察A、B、C中的铁钉，只有A中的铁钉出现了明显锈蚀现象，由此得出铁钉锈蚀需要与 接触的结论。 （2）除锈 取出生锈的铁钉，将其放置在稀盐酸中，一段时间后发现溶液变黄，铁钉表面有少量气泡产生。产生气泡的原因是 （用化学方程式表示）。稀盐酸可用于除锈，但铁制品不可长时间浸泡其中。 （3）防锈 防止铁制品锈蚀，可以破坏其锈蚀的条件．常用的防锈方法有 （写一种即可）。兴趣小组继续通过文献研究、调研访谈，发现如何防止金属锈蚀已成为科学研究和技术领域中的重要科研课题。 考点2 减缓钢铁锈蚀的方法 1. 下列做法不能减缓或防止钢铁锈蚀的是（ ） A．经常用食盐水清洗铁制品 B．保持铁制品表面清洁干燥 C．在铁制品表面涂油漆 D．在钢铁的表面镀一层不易锈蚀的金属 2. 金属和金属材料与生活和社会发展的关系非常密切。 （1）建造大桥时使用了大量的水泥、钢材、混凝土等，其中属于金属材料的是______。 （2）铁制品表面刷漆，主要是为了防止其与______、氧气接触而锈蚀。 考点3 废旧金属的回收利用 1. 我国的矿物种类比较齐全，储量很丰富，但是矿物不能再生。下列能保护金属资源的是（ ） A．废旧金属不需要回收利用 B．矿物资源无限，可以任意开采 C．寻找金属代用品 D．将铁钉放置于潮湿的空气中 2. 家电以旧换新，节约又环保。废旧电器中含有塑料、钢铁、玻璃、橡胶等材料。其中属于金属材料的是（ ） A．塑料 B．钢铁 C．玻璃 D．橡胶 12 / 12 学科网（北京）股份有限公司 $