第1章 第4节 金属的腐蚀与防护-【正禾一本通】2025-2026学年高二化学选择性必修1同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版双选）

本高中化学讲义聚焦金属的腐蚀与防护核心知识点，从腐蚀的概念、本质（金属原子失电子氧化）入手，对比化学腐蚀与电化学腐蚀的异同，详解电化学腐蚀中吸氧和析氢的电极反应原理，最终落脚于改变成分、覆盖保护层及电化学保护法等防护措施，构建完整知识链。 资料通过表格对比、实验探究（如6支试管腐蚀条件实验）和实际应用案例（港珠澳大桥防腐、保暖贴原理），培养科学思维与探究能力，课中辅助教师开展实验教学，课后学生可借助知识网络和练习题巩固，提升解决实际问题的科学态度与责任。

第4节　金属的腐蚀与防护 [素养发展目标]　1.了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害，了解防止金属腐蚀的措施。2.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。 一、金属的腐蚀 1．金属腐蚀的概念 金属表面与周围的物质发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏。 2．金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应，即M－ne－===Mn＋。 3．金属腐蚀的分类 根据与金属或合金接触的介质不同，金属腐蚀一般分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。 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 条件 金属或合金与氧化剂直接接触 不纯金属或合金与电解质溶液接触 电流 无电流产生 有微弱电流产生 现象 金属被腐蚀 较活泼金属被腐蚀 本质 M－ne－===Mn＋ M－ne－===Mn＋ 影响 因素 与氧化剂的氧化性及温度等有关 与电解质溶液的酸碱性及金属活动性等有关 联系 两者往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，腐蚀速度也快得多 4.金属腐蚀的危害 金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面就会发生变化，从而使机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，甚至报废。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，轮船船体损坏等。金属腐蚀不仅会造成经济损失，也常对公共安全构成威胁。 二、电化学腐蚀的类型和原理 　根据电解质溶液的酸碱性不同，电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。 1．吸氧腐蚀 一般情况下，如果钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，且溶有一定量的氧气，就会发生吸氧腐蚀。 该过程中发生的电极反应：负极为2Fe－4e－===2Fe2+，正极为O2＋4e－＋2H2O===4OH－， 总反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2。 Fe(OH)2继续与O2和H2O作用，生成Fe(OH)3，即4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水生成Fe2O3·nH2O(铁锈的主要成分)。 2．析氢腐蚀 (1)析氢腐蚀的概念 析氢腐蚀是在酸性环境中引起的腐蚀，由于在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫析氢腐蚀。 (2)析氢腐蚀的原理及分析 在潮湿的空气中，钢铁表面形成一层薄薄的水膜，若水膜中溶解有CO2、SO2、H2S等气体，其与水反应生成的酸电离使水膜中含有一定量的H＋。此时电解质溶液酸性较强，在钢铁表面构成无数微小的原电池，其中Fe和C分别作负极和正极。Fe在负极失去电子发生氧化反应，H＋在正极得到电子发生还原反应，电子从负极流向正极。 该过程中发生原电池反应： 负极为Fe－2e－===Fe2+， 正极为2H＋＋2e－===H2↑， 总反应为Fe＋2H＋===Fe2+＋H2↑。 三、金属腐蚀的防护 1．金属防护的几种方法 (1)改变金属内部的成分、结构、制成防腐的合金(如不锈钢)。 (2)在金属表面覆盖保护层，隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。如在金属表面涂上油漆、油脂等，或电镀Zn、Cr等易氧化形成致密氧化物薄膜的金属。 (3)电化学保护法，即让金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护。 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 电解池原理 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，连接直流电源 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 四、电化学腐蚀原理的应用 1．铁电化学腐蚀的应用 (1)快速测定出空气氧气中的含量：利用铁腐蚀消耗空气中的氧气； (2)食品包装袋中的双吸剂：铁腐蚀的反应消耗氧气和水； (3)一次性保暖贴：铁腐蚀的过程放热。 2．一次性保暖贴工作原理 铁与氧气的反应是一个放热反应，这个反应在自然条件下进行得很慢，当它以电池反应的形式发生时则会变得很快，并且放出大量的热。 负极 正极 电极材料 铁粉 活性炭 电极反应 Fe－2e－===Fe2+ O2＋2H2O＋4e－===4OH－(碱性或中性) 离子导体 食盐水 使用后固体主要成分 炭粉、氯化钠固体、三氧化二铁固体以及含镁和铝的盐 3.微电解技术处理工业废水 负极 正极 电极材料 铁屑中的铁 铁屑中的碳 电极反应 Fe－2e－===Fe2+ O2＋2H2O＋4e－===4OH－(碱性或中性条件) 2H＋＋2e－===H2↑(酸性条件) 电极材料 铁屑中的铁 铁屑中的碳 离子导体 工业废水 原理 新生成的电极反应产物具有很高的反应活性，能与废水中的某些污染物发生氧化还原反应，从而达到去除污染物的目的 1．下列说法正确的是(　　) A．生产和生活中，化学腐蚀比电化学腐蚀普遍，危害更大 B.大多数金属腐蚀的原因是发生氧化还原反应 C.化学腐蚀的速率随着温度升高而加快 D．化学腐蚀和电化学腐蚀过程中都产生电流 C　[电化学腐蚀比化学腐蚀普遍，危害更大，A项错误；所有金属腐蚀的原因均为发生氧化还原反应，B项错误；温度升高，化学反应速率增大，C项正确；化学腐蚀过程中无电流产生，电化学腐蚀过程中有微弱电流产生，D项错误。] 2．如图所示表示钢铁在海水中的锈蚀过程，以下有关说法正确的是(　　) A.该金属腐蚀过程为析氢腐蚀 B．正极为C，发生的反应为氧化反应 C．在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀 D．正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D　[钢铁中含有铁和碳，在潮湿的环境中构成原电池，铁作负极，碳作正极，从图中可以看出，空气中的O2参加反应，所以发生了吸氧腐蚀，A项错误；碳作正极，发生的反应为还原反应，B项错误；在酸性条件下，原电池的正极上发生H＋得电子的还原反应，析出H2，即在酸性条件下发生析氢腐蚀，C项错误；发生吸氧腐蚀时，O2在正极发生得电子的还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D项正确。] 3．港珠澳大桥的设计使用寿命达120年，施工中对桥体钢构件采用了多种防腐蚀方法。下列分析错误的是(　　) A．防腐蚀原理主要是避免发生反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 B．钢构件表面喷涂环氧树脂涂层，是为了隔绝空气、水等，防止形成原电池 C．采用外加电流阴极保护法时需直接在钢构件上安装锌块 D．钢构件可采用不锈钢材料以减缓电化学腐蚀 C　[钢构件的主要成分是铁单质，海水接近中性，故主要防止Fe发生吸氧腐蚀，A项正确；喷涂环氧树脂可防止Fe与空气、水等接触，从而避免Fe因形成原电池而被腐蚀，B项正确；外加电流阴极保护法是将钢构件与外接直流电源的负极相连，使钢构件被迫成为阴极而受到保护，在钢构件上安装锌块属于牺牲阳极保护法，C项错误；使用不锈钢材料可在一定程度上防止电化学腐蚀，D项正确。] 4．市场上出售的“热敷袋”，其主要成分是铁屑、炭粉、木屑与少量氯化钠、水等。它在使用之前需使塑料袋与空气隔绝，使用时开启塑料袋上的小孔，轻轻揉搓就会放出热量来。当使用完后还会发现有铁锈(Fe2O3的结晶水合物)生成，依上述现象回答： (1)“热敷袋”放出的热量是利用铁发生了________反应放出热量。 (2)炭粉的主要作用是__________________。 (3)加入氯化钠的作用是______________________________________________。 (4)有关的电极反应式：正极__________________，负极__________________。 解析：　根据题意“热敷袋”使用时必须与空气接触，再从主要成分是铁屑、炭粉、木屑与少量氯化钠、水和使用完后发现有铁锈生成可判断出反应原理为铁的吸氧腐蚀。 答案：　(1)氧化　(2)作正极　(3)作电解质溶液 (4)O2＋2H2O＋4e－===4OH－　2Fe－4e－===2Fe2+ 探究一　钢铁析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较 [实验1]　将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入如图所示的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱和铁钉的变化。 [实验2]　取两支试管，分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸，观察现象。然后，向其中一支试管中滴加1～2滴硫酸铜溶液，观察现象。 1．实验1导管中水柱和铁钉有什么变化？产生这种现象的原因是什么？ 提示：　导管中的水面上升，铁钉表面生锈；产生这种现象的原因是钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀。电极反应，负极：2Fe－4e－===2Fe2+，正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，由于盛铁钉的具支试管中不断消耗O2 而使具支试管中压强减小，从而引起水的倒吸。 2．实验1中若食盐水改为NH4Cl溶液，导管中的水柱有什么变化？写出电极反应式。 提示：　水柱液面下降或冒气泡。负极：Fe－2e－===Fe2+，正极：2H＋＋2e－===H2↑。 3．实验2中反应过程中的现象有什么？为什么？ 提示：　开始时，两试管中均有气泡冒出且速率相同，向其中一支试管中加入CuSO4溶液后，该试管冒气泡的速率加快了。因为加入CuSO4后，Zn将Cu置换出来覆盖在Zn表面，形成了Zn­Cu原电池，反应加快。 钢铁析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 形成条件 水膜酸性较强 水膜中溶有O2，呈弱酸性或中性 电解质溶液 溶有CO2、SO2、H2S等的水溶液 溶有O2的水溶液 负极反应 Fe－2e－===Fe2+ 正极反应 2H＋＋2e－===H2↑ 2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 电子或 离子如何 流动形成 闭合回路 Fe失去电子成为Fe2+进入溶液，失去的电子流入C极；H＋移向C极，在C极上得电子生成H2从溶液中逸出 Fe失去电子成为Fe2+进入溶液，失去的电子流入C极；O2在C极得电子生成OH－进入溶液 其他反应 及反应产物 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3； 2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O 普遍性 吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍 1.利用如图所示装置进行实验，开始时，左右两管液面相平，密封好放置一段时间。下列说法正确的是(　　) A.左管中O2得到电子，右管中H＋得到电子 B.一段时间后，左管液面低于右管液面 C.a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－3e－===Fe3+ D.右管中溶液的pH减小 答案：　A 探究二　金属腐蚀快慢的比较 取6根铁钉、6支洁净的试管及其他材料，装置如下图。 试管①放入一根铁钉，再注入蒸馏水，使铁钉和空气及水接触。 试管②的底部放入硅胶(是一种干燥剂)，再放入铁钉，用棉花团堵住试管口，使铁钉和干燥空气接触。 试管③先放入一根铁钉，趁热倒入煮沸的蒸馏水(赶出原先溶解在蒸馏水中的空气)浸没铁钉，再加上一层植物油，使铁钉不能与空气接触。 试管④中放入铁钉注入食盐水，使铁钉和空气及食盐水接触。 试管⑤放入相连的铁钉和锌片，注入自来水，浸没铁钉和锌片。 试管⑥放入相连的铁钉和铜丝，注入自来水浸没铁钉和铜丝。 把6支试管放在试管架上，几天后观察铁钉被腐蚀的情况。 1．上述6支铁钉是否均被腐蚀？ 提示：　①④⑥中的铁钉被腐蚀，②③⑤中的铁钉未被腐蚀。 2．从上述实验中可知引起和促进铁钉腐蚀的条件有哪些？ 提示：　铁钉腐蚀的条件有水、空气、电解质溶液、不活泼金属等杂质。 3．如何对金属进行防护？ 提示：　在金属表面覆盖防护层，形成原电池时使被保护金属作正极，形成电解池时使被保护金属作阴极等。 1．不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀的速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。 2．金属的腐蚀速率与所接触的电解质溶液有关。活泼金属在电解质溶液中的腐蚀速率比在非电解质溶液中的腐蚀速率快，在强电解质溶液中的腐蚀速率比在弱电解质溶液中的腐蚀速率快。 3．一般规律 (1)电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有原电池防护措施的腐蚀>有电解池防护措施的腐蚀。 (2)对同一种金属来说，在不同溶液中腐蚀的快慢顺序：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。 (3)金属活动性不同的两种金属组成的原电池，活动性差别越大，原电池反应速率越快，活泼金属腐蚀速率越快。 (4)一般对同一种电解质溶液来说，在一定浓度范围内，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快(钝化除外)。 2．下列各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时腐蚀速率由快到慢的顺序是(　　) A．3>1>2>4>5 B．4>3>2>1>5 C.3>5>1>2>4 D．5>2>4>3>1 C　[根据图示可知，1中铁发生化学腐蚀；2、5装置是原电池，2中金属铁作正极，被保护，5中金属铁作负极，失电子被腐蚀；3、4装置是电解池，3中金属铁作阳极，失电子被腐蚀，4中金属铁作阴极，被保护。对于同一种金属来说，电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有原电池防护措施的腐蚀>有电解池防护措施的腐蚀。故腐蚀速率由快到慢的顺序为3>5>1>2>4，C项正确。] [知识网络] [要点归纳] 1．金属表面因与周围的物质发生氧化还原反应而遭到破坏的现象，称为金属腐蚀。金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。电化学腐蚀过程中有原电池形成，发生电极反应。电化学腐蚀的结果是负极金属被氧化而损耗。 2．电化学腐蚀根据水膜酸度不同主要有吸氧腐蚀和析氢腐蚀，吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍。 3．吸氧腐蚀负极反应Fe－2e－===Fe2+，正极反应O2＋2H2O＋4e－===4OH－；析氢腐蚀负极反应Fe－2e－===Fe2+，正极反应2H＋＋2e－===H2↑。 4．金属防护的常用方法有覆盖保护层、牺牲阳极保护法和外加电流阴极保护法。 5．可以利用电化学腐蚀的原理来制作便携式发热装置(如一次性保暖贴)，处理工业废水等。 1．下列有关金属电化学腐蚀的说法中正确的是(　　) A.铜既可以发生析氢腐蚀又可以发生吸氧腐蚀 B.铁只能发生析氢腐蚀 C.铜只能发生吸氧腐蚀 D.析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍 C　[在金属活动性顺序中，铜排在氢之后，铜不能将氢气置换出来，所以不能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀，故A项错误、C项正确；铁既可以发生析氢腐蚀又可以发生吸氧腐蚀，故B项错误；在自然界中，吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍，故D项错误。] 2．将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法正确的是(　　) A.阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2+ B.金属M的活动性比Fe的活动性弱 C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护 D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快 C　[该装置中阴极发生得电子的还原反应，A项错误；金属M被氧化，即金属活动性：M＞Fe，B项错误；钢铁设施为原电池的正极，因表面积累大量电子而被保护，C项正确；海水中含有大量的NaCl等电解质，而河水中电解质较少，故钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢，D项错误。] 3.研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A.d为石墨，铁片腐蚀减慢 B.d为石墨，石墨上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C.d为锌块，铁片易被腐蚀 D.d为锌块，铁片上的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ B　[若电极d为石墨，腐蚀时形成原电池，铁片作负极，则铁片腐蚀加快，A错误；若电极d为石墨，形成原电池时，铁片作负极，海水呈弱碱性，发生铁的吸氧腐蚀，则石墨上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B正确；若电极d为锌块，形成原电池时，锌块作负极，铁 片作正极而受到保护，C错误；若电极d为锌块，形成原电池时，铁片作正极，海水呈弱碱性，发生吸氧腐蚀，则铁片上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错误。] 4．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁约占世界钢铁年产量的四分之一。请回答下列问题： (1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，写出该腐蚀过程中的电极反应式：负极：________________________________________________________________________， 正极：_____________________________________________________________。 (2)为了降低某水库铁闸门的腐蚀速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________(填字母)。 A．铜 B．钠 C．锌 D．石墨 (3)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的________极上。 解析：　(1)发生吸氧腐蚀时，负极上Fe失去电子，正极上O2得到电子。(2)铁闸门上连接比Fe活泼的金属时，活泼的金属作负极被氧化，Fe作正极被保护，属于牺牲阳极保护法。Na与水会剧烈反应，本题应该选用锌。(3)图乙所示方案属于外加电流阴极保护法，需把被保护的铁闸门连接在直流电源的负极上。 答案：　(1)2Fe－4e－===2Fe2+　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　(2)C　(3)负 学科网（北京）股份有限公司 $