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，以铁制文物腐蚀为核心，涵盖腐蚀定义、化学与电化学腐蚀分类、析氢与吸氧腐蚀原理及防护方法。通过“玉柄铁剑”文物腐蚀数据导入，设置任务驱动，从原理探究到实验验证再到防护措施，构建递进式学习支架。 其亮点是以文物保护为真实情境，融合科学思维与科学探究。通过对比表格建构腐蚀模型，设计“海水中吸氧腐蚀验证”实验（如具支试管装置、氧气传感器应用）培养探究能力，结合“鎏金铜龙”等案例渗透科学态度。助力学生深化化学观念，教师可高效开展情境化教学。

---文物腐蚀的结与解 第四章 第三节 金属的腐蚀与防护 前几年央视出了一个纪录片，我在故宫修文物，这个纪律片出台原因之一也是想让我们多关注一下我国的文物保护工作。文物是人类宝贵的历史文化遗产，根据国家文物局调查，目前我国文物系统有3000多万件馆藏文物，但是结果显示国内国内馆藏文物腐蚀率超50%，重度以上腐蚀的馆藏文物有230余万件（占16.5％）几乎每分每秒都有文物遭受腐蚀，这对我们我们来说是非常痛心的，看来文物保护工作还面临很多挑战。要想文物保护工作做得好，所以我们更需要去了解文物腐蚀的原理并掌握基本的文物防护策略。 1 玉柄铁剑，中国第一剑。 文物是人类宝贵的历史文化遗产，根据国家文物局调查，目前我国文物系统有3000多万件馆藏文物，但是结果显示国内馆藏文物腐蚀率超50%，重度以上腐蚀的馆藏文物有230余万件（占16.5％），几乎每分每秒都有文物遭受腐蚀。 铁制文物腐蚀的原理是什么？ 如何利用所学知识来防止铁制文物被腐蚀？ 在各类文物中，由于铁制文物的活泼性较强，所以铁制文物的锈蚀情况会比较严重，是文保工作的重点和难点之一。铁的金属活泼顺序要高于铜、金、银等，铁质文物的锈蚀情况要更严重于同期的其他金属类文物，是文保工作的难点之一。 我们接下来主要学习 2 任务一：请同学们用已有化学知识解释铁制文物是如何被腐蚀的? 金属的腐蚀 是指金属或合金跟接触的气体或液体发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。 M - ne- = Mn+ 化学腐蚀：金属与其表面接触到的物质（如O2、Cl2、SO2等）直接发生化学反应而引起的腐蚀。 任务二：探究铁制文物腐蚀的类别 银与空气中的硫化物反应，银是一种非常稳定的元素，它不容易与其他物质发生化学反应。然而，在空气中，银会与硫化物发生反应，生成黑色的硫化银。这个过程被称为“氧化”。银饰变黑其实是一种正常的化学反应，当银接触到硫化合物时，会和它产生反应，继而在表面形成一层黑色的硫化银膜，银饰也会逐渐变黑，和人体的毒素之间没有大的联系。 4 资料卡片 － ＋ ＋ 电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，比较活泼的金属发生氧化还原反应而引起的腐蚀。 铁质文物一般都是铁碳合金，埋藏环境、保存环境（大气、水、土壤）中含有水、盐和酸，形成电解质溶液，易发生电化学腐蚀。 化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 是否有电流产生 本质 联系 金属跟氧化剂直接接触 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 无电流产生 有微弱电流产生 金属被氧化 较活泼金属被氧化 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍，更快 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，能加快反应速率。 任务三：化学腐蚀与电化学腐蚀的速率比较 电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀 铁制文物发生电化学腐蚀的分类： 较强酸性环境中 (1) 析氢腐蚀 根据原电池原理，写出电极反应式及电池反应方程式。 负极： 正极： 电池总反应： 结论： 当铁制文物处于较强酸性环境中时，易发生析氢腐蚀，在腐蚀过程中不断有H2放出。 Fe - 2e- = Fe2+ 2H++ 2e- =H2↑ Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 ↑ 铁制文物电化学腐蚀的分类： 根据原电池原理，写出电极反应式及电池反应方程式。 负极(Fe)： 正极(C)： 电池反应： 结论： 弱酸性、中性条件下，易发生吸氧腐蚀。 弱酸性、中性条件下 （2）吸氧腐蚀 *铁锈的生成 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 2Fe(OH)3＝Fe2O3·xH2O＋(3-x)H2O 生成的Fe2O3·xH2O就是铁锈 。 海水（NaCl溶液）中 Fe - 2e- = Fe2+ O2 + 2H2O + 4e-=4OH- 2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 电极反应 负极Fe(-) 正极C(+) 总反应 水膜呈较强酸性 水膜呈中性或弱酸性 Fe-2e-=Fe2+ O2+2H2O+4e-=4OH- 2H++2e－=H2↑ 2H++Fe=Fe2++H2↑ 2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2 金属的腐蚀以电化学腐蚀为主； 电化学腐蚀又以吸氧腐蚀为主。 析氢与吸氧腐蚀比较 新知探究 任务四：设计实验证明铁制文物在海水中发生了吸氧腐蚀还是析氢腐蚀。 10 请根据以下所给药品及仪器设计实验方案： 具支试管、试管塞、玻璃管、胶管、试管、铁钉、碳粉、氯化钠溶液、 蓝墨水 任务四：设计实验证明铁制文物在海水中发生了吸氧腐蚀还是析氢腐蚀？ 1. 用盐酸清洗铁钉除锈； 2.把酸洗除锈后的铁钉和碳粉放入具支试管，加入5ml 食盐水； 3.按照左图接好装置； 4.观察试管中水柱的变化。 11 试剂 稀盐酸 饱和食盐水 现象 解释 铁钉表面和导气管均有气泡产生， 导管液面上升 生成气体 消耗气体 任务四：设计实验证明铁制文物在海水中发生了吸氧腐蚀还是析氢腐蚀？ 电解质溶液：饱和食盐水 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 12 任务四：设计实验证明铁制文物在海水中发生了吸氧腐蚀还是析氢腐蚀？ 【创新实验】用氧气传感器测试管中氧气浓度随时间变化情况 电脑 数据采集器 一定pH的 醋酸溶液 铁和炭粉 氧气传感器 氯化钠溶液 吸氧腐蚀 B （1）改变金属的内部结构-强体质 如把铬、镍等金属加入普通钢中制成耐腐蚀的不锈钢。 （2）加涂保护层—穿外衣 如采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法，使金属与空气、水等物质隔离，防止金属被氧化腐蚀。 龙体为铜质，铜内包铁芯，表面通体鎏金。 任务五：铁制文物的腐蚀防护 电镀：表面镀上一层锌、锡、铬、镍等 化学方法：生成致密的四氧化三铁薄膜. 烤蓝 在机械表面涂防锈油 唐代 15 1．金属的电化学防护 原理 ________原理 电极 要求 被保护的金属作______极， 活泼性更强的金属作______极 应用 原电池 正 负 船舶外壳安装镁合金或锌块 找“替罪阳” （1）牺牲阳极法 16 1．金属的电化学防护 （2）外加电流法 原理 ________原理 电极 要求 被保护的金属作为_____极， 与电源的____极相连 应用 电解池 阴 负 钢铁闸门，地下管道连接电源负极 传承中华优秀传统文化遗产、让文物活起来 尽管文物保护界对文物的腐蚀保护也取得了一定进展，但仍然面临很多挑战。 希望通过本节课学习可以让我们能够关注到我国文物的腐蚀和修复现状，更多的人能够为文物保护做出贡献，最大限度地传承中国优秀传统文化遗产，让文物活起来。 上面我们学习了文物腐蚀的原理和防护方法，尽管文物保护界对铁器文物的保护也取得了一定进展，但仍然面临很多挑战。国家文物局也坦言，文物存在腐蚀状况，除了历史上保藏、使用、埋藏环境等原因外，还有一些现实的原因。比如有关文物的保护技术难题尚无突破性进展，像青铜器粉状锈去除、腐朽有机质文物保存等在全世界都是难题；另外，文物保存环境控制设施设备匮乏、保护修复人才短缺、保护修复经费不足等现实状况，使得腐蚀损害不能得到更有效的遏制。以后文物保护还有很长的路要走，主要还是要靠在座的各位，感兴趣的同学可以多课外搜寻一下相关资料，想想如何克服这些难题。希望可以有更多地人关注到我国的文物保情况，也希望更多的人能够为文物保护做出贡献 19 B 1．下列事实中，与电化学腐蚀无关的是 A．用铜质铆钉铆接铁板，铁板易被腐蚀 B．在空气中，银器表面会生成一层黑色的物质 C．在远洋海轮的船体吃水线以下焊上一定数量的锌板 D．埋在潮湿土壤里的铁管比埋在干燥土壤里的铁管更容易被腐蚀 【答案】B 【思考与讨论】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。 ＋ － Zn A Fe ＋ － Sn A Fe e- e- 金属电化学腐蚀防护启示：原电池作为正极（阴极）的金属不被腐蚀，将要保护的金属设计为原电池的正极。 经酸化的3％NaCl溶液 任务五：金属的防护 金属活泼性：Zn > Fe > Sn 铁做正极被保护 铁做负极被腐蚀 B a b a b 实验结论： 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 实验结论： 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 1.根据实验现象，分析产生现象的原因： 资料：Fe2+ 能与铁氰化钾溶液反应生成蓝色的铁氰化亚铁沉淀，是检验Fe2+的常用方法。 【练习1】下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是： (5) (2) (1) (3) (4) 【结论】 1、在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下： 2、防腐措施由好到坏的顺序如下： 电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀 外接电源的阴极保护法＞牺牲阳极的阴极保护法＞有一般防腐条件保护＞无防腐条件 新知演练 $