专题12 金属的腐蚀与防护【基础必牢】（含默写版和背记版）化学人教版选择性必修1

该资料系统梳理“金属的腐蚀与防护”知识体系，以金属腐蚀概念为起点，明确其实质为金属原子失电子的氧化反应，进而分类对比化学腐蚀与电化学腐蚀的条件、现象及联系，再聚焦钢铁电化学腐蚀（析氢与吸氧腐蚀的条件、电极反应及总反应），最终阐述防护方法（改变组成、覆盖保护层、电化学保护法），形成“概念-分类-案例-防护”的完整学习支架。 知识链路逻辑严谨，通过实验探究（如电化学腐蚀对比实验、牺牲阳极法验证实验）培养科学探究与实践能力，借助表格对比（化学与电化学腐蚀、析氢与吸氧腐蚀）及电极反应式推导深化科学思维（证据推理与模型建构），结合不锈钢、船舶防腐等实例体现化学观念（物质性质决定用途），助力学生构建“原理-应用”认知框架。

专题12 金属的腐蚀与防护 一、金属腐蚀 1．概念 金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。其实质是金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。 2．金属腐蚀的分类 根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类： （1）化学腐蚀： ①含义：金属直接发生化学反应而引起的腐蚀。 ②条件：干燥气体，如氧气、氯气、二氧化硫等，非电解质液体，如石油。 （2）电化学腐蚀： ①含义：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。 ②条件：接触到电解质溶液。 3．化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 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形成原电池，发生氧化还原反应 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 二、钢铁的电化学腐蚀 1．电化学腐蚀的实验探究 （1） 实验操作 实验现象 实验解释 实验原理 导管中液面上升 装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀 负极：2Fe－4e-=2Fe2+ 正极：O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2； 后续反应：Fe(OH)2→Fe(OH)3→Fe2O3•xH2O （2） 实验操作 实验现象 实验解释 实验原理 ①试管中产生气泡的速率快 Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，形成电化学腐蚀，速率更快 负极：Zn－2e-=Zn2+ 正极：2H+2e-=H2 总反应：Zn+2H+=Zn2++H2 2．钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀 类别 项目　　 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 图形描述 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 后续反应 最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O 联系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍 (1)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。 (2)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极均是Fe失电子生成Fe2+，而非Fe3+。 易错提醒 三、金属的防护 金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。 1．改变金属材料的组成 在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金。如普通钢加入镍、铬制成不锈钢，钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性能且具有良好的生物相容性。 2．在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如，在钢铁制品表面喷油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷等；电镀锌、锡、铬、镍等，利用化学方法、离子注入法、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。 3．电化学保护法 金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极(阳极)的金属被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为阴极，就不易被腐蚀。 （1）牺牲阳极法 原理：原电池原理 要求：被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极。 应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块 【实验】 [实验探究一] 如图装置反应一段时间后，往Fe电极区滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察实验现象。 已知Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的KFe[Fe(CN)6]沉淀。 实验装置 电流表 阳极(负极区) 阴极(正极区) 现象 指针偏转 Zn溶解 有气泡产生，无蓝色沉淀生成 有关反应 — Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ 结论 溶液中不含Fe2＋，铁作正极未被腐蚀 [实验探究二：] 在两个培养皿中分别放入含有NaCl的琼脂，并注入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液混合均匀，取两个2～3 cm的铁钉，用砂纸擦光，将裹有锌皮的铁钉放入a，缠有铜丝的铁钉放入b。 实验装置 现象 铁钉周围变红 铁钉周围生成蓝色沉淀，铜丝周围变红 结论 铁作为负极时易被腐蚀，作为正极时未被腐蚀 （2）外加电流法 原理：电解池原理 要求：被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连 应用：钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极。 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题12 金属的腐蚀与防护 一、金属腐蚀 1．概念 金属或合金与周围的 发生 反应而引起损耗的现象。其实质是金属原子 电子变为阳离子，金属发生 反应。 2．金属腐蚀的分类 根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类： （1）化学腐蚀： ①含义：金属直接发生 而引起的腐蚀。 ②条件：干燥气体，如 等， 液体，如石油。 （2）电化学腐蚀： ①含义：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生 反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。 ②条件：接触到 溶液。 3．化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 金属腐蚀 化学腐蚀 电化学腐蚀 定义 现象 区别 实质与 联系 二、钢铁的电化学腐蚀 1．电化学腐蚀的实验探究 （1） 实验操作 实验现象 实验解释 实验原理 导管中 装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生 腐蚀 负极：2Fe－4e-=2Fe2+ 正极：O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2； 后续反应：Fe(OH)2→Fe(OH)3→Fe2O3•xH2O （2） 实验操作 实验现象 实验解释 实验原理 ①试管中产生气泡的速率 Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，形成 腐蚀，速率更 负极：Zn－2e-=Zn2+ 正极：2H+2e-=H2 总反应：Zn+2H+=Zn2++H2 2．钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀 类别 项目　　 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 图形描述 条件 水膜酸性较 水膜酸性 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 正极 总反应 后续反应 最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应如下： 联系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍 (1)无论化学腐蚀还是电化学腐蚀，金属的腐蚀都是金属失电子被氧化的过程(　　) (2)因为CO2普遍存在，所以钢铁腐蚀以析氢腐蚀为主(　　) (3)铜在酸性条件也可以发生析氢腐蚀(　　) (4)纯铁不易腐蚀，生铁易腐蚀，是因为生铁中含碳能形成原电池发生电化学腐蚀(　　) (5)铁的电化学腐蚀的负极反应为Fe－3e－===Fe3＋(　　) 【答案】　(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)× 易错辨析 (1)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。 (2)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极均是Fe失电子生成Fe2+，而非Fe3+。 易错提醒 三、金属的防护 金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。 1．改变金属材料的组成 在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金。如普通钢加入 制成不锈钢， 合金不仅具有优异的抗腐蚀性能且具有良好的生物相容性。 2．在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如，在钢铁制品表面喷油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷等；电镀锌、锡、铬、镍等，利用化学方法、离子注入法、 等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。 3．电化学保护法 金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池 (阳极)的金属被腐蚀，作为 (阴极)的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为阴极，就不易被腐蚀。 （1）牺牲阳极法 原理：原电池原理 要求：被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极。 应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块 【实验】 [实验探究一] 如图装置反应一段时间后，往Fe电极区滴入2滴 色 (铁氰化钾)溶液，观察实验现象。 已知Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的KFe[Fe(CN)6]沉淀。 实验装置 电流表 阳极(负极区) 阴极(正极区) 现象 指针偏转 Zn溶解 有气泡产生，无蓝色沉淀生成 有关反应 — Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ 结论 溶液中不含Fe2＋，铁作正极未被腐蚀 [实验探究二：] 在两个培养皿中分别放入含有NaCl的琼脂，并注入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液混合均匀，取两个2～3 cm的铁钉，用砂纸擦光，将裹有锌皮的铁钉放入a，缠有铜丝的铁钉放入b。 实验装置 现象 铁钉周围 铁钉周围生成 ，铜丝周围 结论 铁作为负极时易被腐蚀，作为正极时未被腐蚀 （2）外加电流法 原理：电解池原理 要求：被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连 应用：钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极。 (1)牺牲阳极法利用的是电解池原理(　　) (2)在铁制品表面镀锌，是为了防止铁制品的腐蚀，而且镀层有损坏仍可对铁制品起到保护作用(　　) (3)铁制品涂油脂、喷油漆是为了隔绝铁与氧气的接触，起到保护铁制品的作用(　　) (4)铁闸门可与外加电源的正极相连，起到保护作用(　　) (5)原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，故不能用来减缓金属的腐蚀(　　) 【答案】　(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)× 易错辨析 学科网（北京）股份有限公司 $