4.3.1 金属的腐蚀与防护- 课件-2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

该高中化学课件聚焦“金属的腐蚀与防护”，涵盖腐蚀类型（化学、电化学）、原理（析氢、吸氧腐蚀）、防护方法及速率比较等核心知识。课堂导入通过铁锈、铜绿等现象及设备报废、桥梁坍塌等危害实例，从生活实际切入，引导学生从概念本质到原理分析再到防护措施，构建递进式学习支架。 其亮点是以实验探究为核心，通过实验4-3（电化学与化学腐蚀速率比较）、实验4-4（吸氧腐蚀及牺牲阳极法验证）培养科学探究与实践能力。结合“千年铁牛”案例和对比归纳（如腐蚀类型、防护方法表格），渗透科学思维中的证据推理与模型建构。学生能深化化学观念，教师可依托清晰结构提升教学效率。

第四章 化学反应与电能 第三节 金属的腐蚀与防护 教学重难点 金属腐蚀的主要类型 2 金属的电化学腐蚀及电化学防护原理 1 本节重点 本节难点 金属腐蚀的速率快慢 3 新课导入 铁锈主要成分：Fe2O3 • xH2O 铜绿主要成分：Cu2(OH)2CO3 常见的金属腐蚀现象机器危害 新课导入 使桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成坍塌 机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，直至报废 使地下金属管道发生泄漏、轮船船体损坏等 学习任务一 金属腐蚀的概念及其本质 金属原子失去电子，被氧化： M − ne− = Mn+ 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 由于与金属接触的气体或液体物质不同，发生腐蚀的情况也不同。 高温条件被腐蚀的燃气灶 铁索生锈 铜管生锈 金属与其表面接触的一些物质（如Cl2、O2、SO2）直接反应而引起的腐蚀，其中温度对化学腐蚀的影响较为明显 不纯的金属与电解质溶液接触会发生原电池反应，较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。 化学腐蚀 电化学腐蚀 一、金属的腐蚀 1. 概念： 2. 本质： 3. 分类： 思考与讨论 教材P112 【实验4-3】 实验操作 实验现象 实验解释 两只试管均冒出气泡，且①试管中产生气泡的速率更快 Zn置换出Cu，Zn-Cu-稀盐酸构成原电池，形成电化学腐蚀，加快反应速率 【结论】腐蚀速率：电化学腐蚀 > 化学腐蚀 思考：同一种金属的化学腐蚀和电化学腐蚀哪类更快呢？ 学习任务二 探析电化学腐蚀 在潮湿的空气中，钢铁表面吸附了一薄层水膜。水膜中溶有O2、CO2、SO2等气体，这样在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜，它跟钢铁中的铁和少量的单质碳构成无数微小的原电池。由于条件不同，钢铁腐蚀可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种类型。 潮湿环境中的铁制水管、轮船生锈 思考：电化学腐蚀的过程是如何发生的呢？ 学习任务二 探析电化学腐蚀 (1) 析氢腐蚀 在酸性环境中，腐蚀过程中不断有H2放出，故叫析氢腐蚀 钢铁的析氢腐蚀示意图 负极(Fe) 正极(C) 总反应 Fe − 2e− ＝ Fe2+ 2H+ + 2e− ＝H2↑ Fe + 2H+ ＝ Fe2+ + H2↑ 一、电化学腐蚀的分类 注意：只有位于金属活动性顺序中氢前的金属才可能发生析氢腐蚀，氢后的金属不能发生 （大本140页易错警示） 学习任务二 探析电化学腐蚀 (2) 吸氧腐蚀 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，此时就会发生吸氧腐蚀。 2Fe-4e-=2Fe2+ O2+4e-+2H2O=4OH- 2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 钢铁的吸氧腐蚀示意图 后续反应： 4Fe(OH)2+O2+2H2O =4Fe(OH)3 Fe2O3 · xH2O（铁锈） 部分失水 负极(Fe) 正极(C) 总反应 一、电化学腐蚀的分类 学习任务二 探析电化学腐蚀 【实验4-3】 （1）将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化，解释引起这种变化的原因 学习任务二 探析电化学腐蚀 实验操作 实验现象 实验解释   导管中________ 装置中铁、碳和饱和食盐水构成 ，铁钉发生 腐蚀 液面上升 原电池 吸氧 学习任务二 探析电化学腐蚀 浓度 性质 反应 影响 决定 金属活动顺序位于氢之前的金属在水膜酸性较强，即c (H+)较大 水膜酸性较弱或呈中性 c(H+)较小 氧化性 H+＞O2 析氢腐蚀 2H+ + 2e− = H2↑ 氧化性 H+＜O2 吸氧腐蚀 O2 + 4e− + 2H2O = 4OH− O2 + 4e− + 4H+ = 2H2O 电化学 化学腐蚀与电化学腐蚀两者往往同时发生，__________腐蚀更普遍；而析氢腐蚀和吸氧腐蚀中，______腐蚀更普遍。 吸氧 二、析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较 思考与讨论 黄河铁牛，是唐朝时期为了固定浮桥所制，千百年来仍没有被河水侵蚀，被完好保存。为了保护铁牛不受侵蚀，铁匠们将铁牛的表面涂了一层厚膜。而在这层镀膜的保护下，铁牛就算经历了风吹日晒、河流侵蚀，它仍然还能基本保持原来的样子。 千年“铁牛”之谜 啥原理吖？ 学习任务三 金属的防护 金属防护的本质 措 施 金属腐蚀的实质 M-ne-=Mn+ 类 别 化学腐蚀 电化学腐蚀 阻止M-ne-=Mn+的发生 切断原电 池反应 给予电子 改变金 属材料 增加 保护层 电化学 保护法 学习任务三 金属的防护 1. 改变金属材料的组成 在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。 把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢产品； 钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性，还具有良好的生物相容性 学习任务三 金属的防护 2. 在金属表面覆盖保护层 刷油漆 涂黄油 镀金属 涂搪瓷 烤蓝 利用阳极氧化处理铝制品的表面，使之形成致密的氧化膜而钝化。 采用离子注入，表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。 学习任务三 金属的防护 思考与讨论 常用的白铁皮是在薄钢板表面镀上一层锌，罐装食品用的马口铁是在薄钢板表面镀上一层锡。若上述两种钢铁制品的表面出现破损时，请分析并说明白铁皮、马口铁的腐蚀情况。 课本113页思考与讨论 ＋ － Zn A Fe ＋ － Sn A Fe 由于金属活动性：Zn>Fe>Sn，所以白铁皮破损时，薄钢板表面的镀层锌作负极而被腐蚀；罐装食品用的马口铁出现破损时，薄钢板作负极而被腐蚀。 经酸化的3％NaCl溶液 学习任务三 金属的防护 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，则该金属就不易被腐蚀。 负极 正极 学习任务三 金属的防护 牺牲阳极法示意图 e- e- 形成原电池反应时，让被保护金属作正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属作负极，参加反应受到腐蚀。这种保护法牺牲了阳极(原电池负极)，保护了阴极(原电池的正极) 船体上镶嵌的锌块 ① 牺牲阳极法—— 原理 原电池 极：比被保护金属活泼的金属； 极：被保护的金属设备。 负 正 思考与讨论 为什么叫牺牲阳极保护阴极法？而不叫牺牲负极保护正极法？ 正极表示电势高的电极，负极表示电势低的电极，阳极永远发生氧化反应，阴极永远发生还原反应。 电化学中原电池和电解池都是电池，两种情况是不分开的——发生氧化反应是阳极，发生还原反应是阴极。在放电时阳极相当于负极，阴极相当于正极。 而在充电时，阳极相当于正极，阴极相当于负极，这是电池领域的一个普遍规律。也就是说阳极、阴极与电极的正或负没有必然的关系 学习任务三 金属的防护 实验验证 课本114页实验4-4 学习任务三 金属的防护 实验装置 电流表 阳极 阴极 现象 有关反应 —— Zn－2e-=Zn2＋ 2H＋＋2e- = H2↑ 偏转 锌片逐渐溶解 有气泡产生,无蓝色沉淀 试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6] 溶液，无明显变化，即溶液中无Fe2+ 结论：Fe电极被保护，不发生反应。Fe、Zn和经过酸化的NaCl溶液构成原电池；Zn作负极被腐蚀，Fe作正极被保护。 实验现象 学习任务三 金属的防护 （2）将1g琼脂加入250 mL烧杯中，再加入50 mL饱和食盐水和150 mL水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。稍冷后，趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中，各滴入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。如图(a)所示，将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养皿中；如图(b)所示，将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中。观察并解释实验现象。 【实验4-4】 课本114页实验4-4 学习任务三 金属的防护 实验现象及结论 实验现象 实验解释及结论 锌皮包裹处颜色无变化，裸露的铁钉处出现红色 锌作负极：Zn－2e- = Zn2+ 铁作正极：O2 +2H2O+4e- =4OH- 铁作正极，不反应，被保护。 铜丝缠绕处出现红色，裸露的铁钉处出现蓝色 铁作负极：Fe－2e- = Fe2+ 铜作正极：O2 +2H2O+4e- = 4OH- 铁作负极，发生氧化反应，被腐蚀。 学习任务三 金属的防护 电解池 极：被保护的金属设备； 极：惰性金属或石墨。 阴 阳 2. 外加电流法—— 原理 外加电流法是把被保护的钢铁设备(如钢闸门)作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者均放在电解质溶液(如海水)里，外接直流电源。通电后，调整外加电压，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护。 外加电流法示意图 钢闸门的防腐 学习任务三 金属的防护 钢闸门 (阴极) 海水 辅助阳极 (不溶性) 牺牲阳极法和外加电流法都要采用辅助阳极，将被保护的金属作为阴极。在这两种方法中，辅助阳极发生的电极反应类型是否相同？对于用作辅助阳极的金属化学性质各有什么要求？ - + e− e− 钢闸门 (阴极) 海水 锌板 (牺牲阳极) e- e- 思考与讨论 课本115页 学习任务三 金属的防护 Q1、牺牲阳极法、外加电流法都要采用辅助阳极，两种方法中辅助阳极发生的反应类型是否相同？ 牺牲阳极法：辅助阳极金属材料活动性必须比被保护的金属的活动性要强。 相同，都是发生氧化反应。 Q2、对于用作辅助阳极的金属的化学性质各有什么要求？ 外加电流法：辅助阳极只起导电作用，惰性电解和金属均可作辅助阳极，但最好选用惰性电极。 学习任务三 金属的防护 电化学保护法的对比 牺牲阳极法 外加电流法 原理 保护方法 保护电流 注意事项 原电池 电解池 使被保护的金属与比它活泼的金属接触，被保护的金属做正极 使被保护的金属与电源负极接触，被保护的金属做阴极 较小 较大 负极（阳极）材料需要定期更换 辅助阳极（惰性）需要定期检查 （可调） 学习任务四 金属腐蚀的速率快慢 微提醒 大本资料书143页 判断金属腐蚀的快慢时，首先分析腐蚀的类型，所接触溶液的浓度大小及酸、碱性，两金属活动性差异等，再进行判断。 ①在同一电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>应用原电池原理有保护措施的腐蚀>应用电解原理有保护措施的腐蚀。 ②同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序：强电解质溶液的腐蚀>弱电解质溶液中的腐蚀>非电解质溶液中的腐蚀。 学习任务四 金属腐蚀的速率快慢 微提醒 大本资料书143页 ③对于活动性不同的两种金属，活动性差别越大，氧化还原反应速率越快，活动性强的金属腐蚀越快。 ④对于同一种电解质溶液，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快(钝化除外)。 ⑤纯度越高的金属，腐蚀的速率越慢(纯金属几乎不被腐蚀)。 ⑥不纯的金属或合金，在潮湿空气中的腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。 课堂小结 金属的腐蚀与防护 金属的腐蚀 金属的防护 改变金属材料的组成 金属表面覆盖保护层 化学腐蚀 电化学腐蚀 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 电化学保护法 牺牲阳极法 外加电流法 在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下： 当堂检测 4. 以下现象与电化学腐蚀无关的是 ( )。 A.生铁比纯铁容易生锈 B.银质物品久置表面变暗 C.铁质器件附有铜质配件，在接触处铁易生锈 D.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿 课本117页第4题 B 当堂检测 课本117页第5题 5.在下图所示装置的烧杯中均盛有0.1mol/L H2SO4溶液，其中锌片最易被腐蚀的是( )。 C 当堂检测 课本117页第6题 6.[双选]在下图所示装置的烧杯中均盛有海水，其中能保护铁不被腐蚀的是( )。 BD 7.海港、码头的钢制管桩会受到海水的长期侵袭，常用外加电流法对其进行保护(如下图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极)。下列有关叙述中错误的是 ( )。 A.高硅铸铁是作为损耗阳极材料发挥作用的 B.通电后外电路的电子被强制流向钢制管桩 C.保护电流应该根据环境条件变化进行调整 D.通电后使钢制管桩表面的腐蚀电流接近零 当堂检测 课本117页第7题 A 当堂检测 课本119页第4题 4.下列叙述中错误的是( )。 A.生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱 B.用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈 C.在铁制品上镀铜时，铁制品为阳极，铜盐为电镀液 D.铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀 C 当堂检测 新课程大本144页 D 当堂检测 新课程大本145页 C 3.将 NaC溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿出现棕色铁锈环(b)如图所示。下列说法错误的是(　） 当堂检测 新课程大本145页 D A.铁片腐蚀过程最终生成的铁锈为Fe2O3·xH2O B.液滴之下氧气含量少，铁片作负极，发生的氧化反应为 Fe-2e-===Fe2+ 液滴边缘是正极区，发生的电极反应为O2十2H2O+4e=4OH- D.铁片腐蚀最严重区域是生锈最多的区域 Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 2．下列有关试管所盛的溶液中的铁腐蚀速率的说法正确的是(　　) A．①比②慢 B．③比④快 C．⑤比⑥快 D．①比③慢 $