第1章 第4节 金属的腐蚀与防护-（配套教参）【精讲精练】2026-2027学年高中化学选择性必修第一册（鲁科版）

本讲义聚焦金属的腐蚀与防护核心知识点，系统梳理金属电化学腐蚀的原理（含定义、分类及吸氧腐蚀与析氢腐蚀的电极反应），金属腐蚀的防护方法（改变组成、覆盖保护层、牺牲阳极法、外加电流法），以及电化学腐蚀原理的应用（如铁粉作双吸剂、微电解处理废水），构建从原理到防护再到应用的完整学习支架。 该资料通过实验探究（如铁钉在食盐水和盐酸中的腐蚀实验）与理论分析结合，利用表格对比化学腐蚀与电化学腐蚀、吸氧与析氢腐蚀，培养学生科学思维与科学探究能力。联系保暖贴、脱氧剂等生活实例，体现科学态度与责任。课中辅助教师实验教学，课后通过例题和练习帮助学生巩固知识、查漏补缺。

第4节　金属的腐蚀与防护 [学习目标]　1.了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害。2.能从宏观与微观结合的视角对金属防护进行分类。3.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。 [对应学生用书P39] 知识点一　金属电化学腐蚀的原理 1．金属腐蚀的定义和分类 (1)概念：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。 (2)本质：M－ne－===Mn＋。 (3)分类 ①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。 ②电化学腐蚀：当不纯的金属与电解质溶液接触因发生原电池反应而引起的腐蚀。 2．金属电化学腐蚀的原理 金属发生电化学腐蚀的实质是被腐蚀的金属作原电池的负极而失电子被氧化，又可进一步分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀。 (1)吸氧腐蚀：当铁钉表面的电解质溶液呈中性或呈弱酸性并溶有O2时，将会发生吸氧腐蚀。 负极反应为2Fe－4e－===2Fe2＋； 正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－； 总反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2。 Fe(OH)2继续与O2作用：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：当铁钉表面的电解质溶液酸性较强时，腐蚀过程中有H2放出。 负极反应为Fe－2e－===Fe2＋； 正极反应为2H＋＋2e－===H2↑； 总反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。 [实验1]　将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入下图所示的具支试管中。一段时间后，观察导管中水柱和铁钉的变化，如图1。 [实验2]　向100 mL烧杯中加入约50 mL饱和食盐水后，插入两个玻璃筒(无底)：将一个无锈铁钉和一个碳棒分别用导线与检流计连接后，再分别插入两个玻璃筒中，如图2。 1．实验1的实验现象是什么？请分析变化的原因。 提示：实验1中导管中的水柱上升，铁钉生锈。是因为该过程铁钉发生的是吸氧腐蚀。 2．实验2的检流计的指针是否偏转？若向实验2的插入碳棒的玻璃筒内滴入酚酞溶液，将会看到什么现象？请写出相关电极反应式。 提示：检流计指针偏转，说明有电流通过。向碳棒一端加入酚酞，显红色。该极的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 3．若将实验1和实验2的溶液换为盐酸(均足量)。实验1存在哪些形式的化学腐蚀？实验2中是否有电流通过？写出相关电极反应式。 提示：若换为盐酸，则实验1中会发生铁与盐酸的化学腐蚀，同时也有电化学腐蚀。实验2中则发生电化学腐蚀。正极：2H＋＋2e－===H2↑，负极：Fe－2e－===Fe2＋。 1．化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属跟非金属单质直接接触 不纯的金属或合金跟电解质溶液接触 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化 联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 2.钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀的比较 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强 (pH≤4.3) 水膜酸性很弱， 呈中性或碱性 电极反应 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 总反 应式 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 联系 吸氧腐蚀更普遍 特别提醒 在通常情况下，潮湿的空气中水膜酸性较弱，金属在潮湿的空气中主要发生的是吸氧腐蚀。 1．如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4的雨水和生铁片。观察到：开始导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。以下有关解释合理的是(　　) A．生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应 B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀 C．墨水回升时，碳极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．具支试管中溶液pH逐渐减小 解析　C　生铁片中的碳是原电池的正极，A不合理；雨水酸性较强，开始时铁片发生析氢腐蚀，产生氢气，导管内液面下降，一段时间后铁片发生吸氧腐蚀，吸收氧气，导管内液面回升，B不合理；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C合理；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管内溶液pH均增大，D不合理。 2．如图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动)，下列叙述正确的是(　　) A．a中铁钉附近呈现红色 B．b中铁钉上发生还原反应 C．a中铜丝上发生氧化反应 D．b中铝条附近有气泡产生 解析　B　依据原电池原理分析可知，a中铁：Fe－2e－===Fe2＋(氧化反应)，铜：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(还原反应)，溶液变红色；b中铝：Al－3e－===Al3＋(氧化反应)，铁：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(还原反应)，溶液变红色。 3．用压强传感器探究生铁在pH＝2和pH＝4的醋酸溶液中发生的腐蚀，其装置及得到的图像如下。分析图像，以下结论错误的是(　　) A．溶液pH≤2时，生铁发生析氢腐蚀 B．在酸性溶液中生铁能发生吸氧腐蚀 C．析氢腐蚀和吸氧腐蚀的速率一样快 D．两溶液中负极反应均为Fe－2e－===Fe2＋ 解析　C　根据pH＝2时锥形瓶中气体压强与时间的关系知，压强随着反应的进行而逐渐增大，说明该装置中发生了析氢腐蚀，可推知溶液pH≤2时，生铁发生析氢腐蚀，A正确；pH＝4时锥形瓶中气体压强随着反应的进行而逐渐减小，说明发生了吸氧腐蚀，B正确；根据压强与时间的关系图知，pH＝2的溶液和pH＝4的溶液中，变化相同的压强时所用时间不同，前者比后者时间长，说明吸氧腐蚀速率大于析氢腐蚀速率，C错误；两溶液中都发生电化学腐蚀，铁均作负极，负极反应式均为Fe－2e－===Fe2＋，D正确。 两个角度判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀 (1)根据介质判断：“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、酸性很弱或中性溶液中发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性较强的溶液中发生析氢腐蚀。 (2)根据金属活动性判断：金属活动性顺序表中位于氢前面的金属即可发生析氢腐蚀，也可发生吸氧腐蚀，位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀。　 知识点二　金属腐蚀的防护 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(如不锈钢)。 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。如在金属表面涂上油漆、油脂等，也可通过电镀在被保护金属表面覆盖一层耐腐蚀的金属或合金。 3．牺牲阳极法 应用原电池原理，让被保护金属作正极，受到保护，另外一种活泼性较强的金属作负极，发生反应受到腐蚀，负极要定期更换。 应用：该法主要用来保护一些钢铁设备，如在锅炉内壁、船体外壳上装上镁合金或锌块。 4．外加电流法 利用电解原理，将被保护的钢铁设备(如钢闸门)作阴极，用惰性电极作辅助阳极，两者均存在于电解质溶液里，在外加直流电作用下，电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面的腐蚀电流降至零或接近零。 应用：该法常用来保护土壤、海水中的金属设备。 如下图所示，A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸，根据金属的腐蚀与防护原理思考并回答下列问题： (1)A烧杯中铁发生的是________腐蚀，其反应的离子方程式是________________________________________________________________________。 (2)B烧杯中被腐蚀的金属是________，其电极反应式是________________________________________________________________________。 (3)C烧杯中被保护的金属是________，被腐蚀的金属是________，其电极反应式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)比较A、B、C中铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是________。 提示：(1)析氢　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ (2)Fe　Fe－2e－===Fe2＋　(3)Fe　Zn　Zn－2e－===Zn2＋　(4)B>A>C 　金属腐蚀的快慢比较 (1)在同一电解质溶液中：电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。 (2)同一种金属在不同介质中：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中(浓度相同)。 (3)活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，二者形成原电池时，较活泼的金属腐蚀越快。 (4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。 1．(2024·浙江6月卷)金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图： 图1 图2 下列说法正确的是(　　) A．图1、图2中，阳极材料本身均失去电子 B．图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ C．图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果 D．图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应 解析　B　图1为牺牲阳极的阴极保护法，牺牲阳极一般为较活泼金属，其作为原电池的负极，其失去电子被氧化；图2为外加电流的阴极保护法，阳极材料为辅助阳极，其通常是惰性电极，其本身不失去电子，电解质溶液中的阴离子在其表面失去电子，如海水中的Cl－，A不正确；图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面积累的电子很多，除了海水中的H＋放电外，海水中溶解的O2也会竞争放电，故可发生O2＋4e－＋2H2O===4OH－，B正确；图2为外加电流的阴极保护法，理论上只要能对抗钢闸门表面的腐蚀电流即可，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时保护效果最好；腐蚀电流会随着环境的变化而变化，若外加电压保持恒定不变，则不能保证抵消腐蚀电流，不利于提高对钢闸门的防护效果，C不正确；图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，说明从牺牲阳极或外加电源传递过来的电子阻止了Fe－2e－===Fe2＋的发生，钢闸门不发生化学反应，但是牺牲阳极上发生了氧化反应，辅助阳极上也发生了氧化反应，D不正确。 2．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(　　) A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B．图b中，开关由M改置于N时，Cu－Zn合金的腐蚀速率减小 C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大 D．图d中，Zn－MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的 解析　B　A项，液面处氧气的浓度大做正极，液面下一段距离处做负极，腐蚀最严重，错误；B项，开关由M改置于N时，由于Zn比Cu活泼，Cu－Zn合金的腐蚀速率减小，正确；C项，接通开关后，形成原电池，Zn腐蚀速率增大，H＋在Pt电极上放电产生H2，错误；D项，干电池自放电腐蚀是NH4Cl产生的H＋得电子引起的，错误。 知识点三　电化学腐蚀原理的应用 1．铁粉的应用 (1)铁腐蚀消耗空气中的氧气——快速测定空气中氧气的含量。 (2)铁腐蚀消耗氧气和水——以铁粉为主制成双吸剂用以延长食物的保质期。 (3)铁腐蚀过程放热——制成一次性保暖贴。 2．微电解技术处理工业废水 该技术利用铁屑中的铁和碳组分分别作为微小电池的负极材料和正极材料，铁屑中的铁和废水中的H＋或氧气分别作为负极反应物和正极反应物，废水作为离子导体，发生的电极反应如下： 负极反应为Fe－2e－===Fe2＋； 正极反应为2H＋＋2e－===H2↑(酸性条件)； O2＋2H2O＋4e－===4OH－(碱性或中性条件)。 某品牌的保暖贴使用说明如下： 品　　名：一次性保暖贴 主要成分：铁粉、水、食盐、活性炭、蛭石、吸水性树脂 产品性能：平均温度55 ℃，最高温度63 ℃，发热时间在12小时以上 使用说明：使用时将外包装袋撕开，取出内袋，将保护衬纸揭下，贴在需要取暖或热敷部位的内衣外侧；使用完后，从衣服上撕下即可[严禁直接接触皮肤] (1)保暖贴在发热过程中，其主要成分分别起什么作用？ 提示：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，但当它以电池反应的形式发生时则会变得很快，并放出大量的热。 在保暖贴的内袋中，当空气中的氧气通过微孔透气膜进入后，活性炭成为正极材料，食盐溶于水成为离子导体，氧气与铁粉通过无数个微小的电池发生反应且进行得很快，反应放出的热量很快就将发热袋加热。矿物材料蛭石做保温材料。 (2)保暖贴使用的是双层包装。外层由不透气的明胶层制成，内层由微孔透气膜制成。为什么要这样设计？ 提示：外层不透气的明胶层是为了防止空气进入发生反应，延长保存时间；内层由微孔透气膜制成是为了使用时让空气缓慢进入，持续发热。 (3)为什么保暖贴使用后会变得较硬？ 提示：使用后，保暖贴内袋中的物质变为深褐色固体，其主要成分为炭粉、氯化钠固体、三氧化二铁固体以及含镁和铝的盐，因而变得较硬。 1．糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是(　　) A．脱氧过程是吸热反应，可降低温度，延长糕点保质期 B．脱氧过程中铁作原电池正极，电极反应：Fe－3e－===Fe3＋ C．脱氧过程中碳作原电池负极，电极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－ D．含有1.12 g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气336 mL(标准状况) 解析　D　铁粉、氯化钠溶液、炭粉构成原电池，原电池放电过程是放热反应，A错误；钢铁腐蚀中铁作负极，碳作正极，B、C错误；n(Fe)＝0.02 mol，负极电极反应式：2Fe－4e－===2Fe2＋，生成的Fe2＋与正极生成的OH－结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3，所以0.02 mol Fe最终失去0.06 mol电子，消耗n(O2)＝＝0.015 mol，标准状况下为336 mL，D正确。 2．暖贴是一种便捷的自发热保暖产品，具有发热快、持续时间久等优点。它主要由铁粉、活性炭、食盐、水等成分组成，如图所示。下列有关说法不正确的是(　　) A．暖贴生效时，将化学能转化为热能 B．水与食盐、活性炭共同作用可加快铁粉的腐蚀速率 C．正极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D．透气膜的透氧速率可控制暖贴的发热时间和温度 解析　C　暖贴生效时，将化学能转化为热能，A正确；铁粉、水与食盐、活性炭共同作用形成原电池，可加快铁粉的腐蚀速率，B正确；该装置为原电池装置，铁作负极，活性炭做正极，正极反应式为2H2O＋4e－＋O2===4OH－，C错误；透气膜的透氧速率可控制氧气浓度，故可控制暖贴的发热时间和温度，D正确；故选C。 [对应学生用书P43] 1．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是(　　) A．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣易产生铜绿 B．钢铁的腐蚀生成疏松氧化膜，不能保护内层金属 C．在轮船船体四周镶嵌锌块保护船体不受腐蚀的方法叫外加电流阴极保护法 D．不锈钢有较强的抗腐蚀能力是因为在钢铁表面镀上了铬 解析　B　黄铜是锌和铜的合金，锌比铜的化学性质活泼，铜、锌形成原电池时，锌作负极，铜被保护，所以黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿，故A错误；铁锈具有疏松多孔的结构，不能隔绝空气，所以不能保护内层金属，故B正确；在轮船船体四周镶嵌锌块保护船体，叫牺牲阳极保护法，故C错误；不锈钢有较强的抗腐蚀能力是因为其表面可以形成一层致密的氧化膜，保护内部金属不被腐蚀，不是在钢铁表面镀上了铬，故D错误。 2．金属腐蚀会造成巨大的经济损失，甚至引起安全事故。某同学为探究铁钉腐蚀的条件，设计了如图①②③三组实验。一段时间后，该同学观察到的现象是①中铁钉生锈；②中铁钉不生锈；③中铁钉不生锈。下列说法错误的是(　　) A．①中发生的腐蚀为电化学腐蚀，发生腐蚀时，铁钉中的碳作正极 B．①中铁钉发生电化学腐蚀时，正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．此实验得出的结论：铁钉生锈需要和水以及空气接触 D．②所用的水要经过煮沸处理，植物油可以用CCl4代替 解析　D　①中发生的腐蚀为电化学腐蚀，发生腐蚀时，铁活泼为负极、铁钉中的碳不活泼作正极，A正确；①中铁钉发生电化学腐蚀时，正极上氧气得到电子被还原，正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B正确；与①相比②中植物油隔绝了氧气、③中碱石灰吸收了水分，一段时间后，该同学观察到的现象是①中铁钉生锈；②中铁钉不生锈；③中铁钉不生锈，则说明①中铁发生腐蚀，②③中铁未发生腐蚀，则此实验得出的结论：铁钉生锈需要和水以及空气接触，C正确；②所用的水要经过煮沸处理以除去溶解氧，但植物油密度小于水、CCl4密度大于水，故植物油不可以用CCl4代替，D错误。 3．如图表示钢铁在海水中的锈蚀过程的模型，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．在强酸性条件下发生的是吸氧腐蚀 D．正极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 解析　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。从图中看出，空气中的氧气参加反应，所以发生了吸氧腐蚀，故A错误；碳作正极，发生的反应为还原反应，故B错误；在酸性环境下，原电池的正极发生氢离子得电子的还原反应，析出氢气，即在酸性条件下发生的是析氢腐蚀，故C错误；吸氧腐蚀时，氧气在正极发生得电子的还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故D正确。 4．验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3% NaCl溶液)。 ① ② ③ 在Fe表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 试管内生成蓝色沉淀 下列说法不正确的是(　　) A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化 C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法 D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼 解析　D　对比②③，②Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]无明显变化，②Fe附近的溶液中不含Fe2＋，③Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]产生蓝色沉淀，③Fe附近的溶液中含Fe2＋，②中Fe被保护，A项正确；①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀，Fe表面产生了Fe2＋，对比①②的异同，①可能是K3[Fe(CN)6]将Fe氧化成Fe2＋，B项正确；对比①②，①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀，①也能检验出Fe2＋，不能用①的方法验证Zn保护Fe，C项正确；由实验可知K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2＋，将Zn换成Cu不能用①的方法证明Fe比Cu活泼，D项错误。 5．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。 (1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为： 正极：____________________________________________________________________； 负极：____________________________________________________________________。 (2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用甲图所示的方案，其中焊接在闸门上的固体材料R可以采用________(填字母)。 A．铜　　　　　　　　　　 B．钠 C．锌 D．石墨 (3)乙图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。 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)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌，就可由锌失去电子，锌被溶解，而铁被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法。 (3)属于外加电流的阴极保护法，需把被保护的铁闸门连接在电源的负极。 答案　(1)O2＋2H2O＋4e－===4OH－　2Fe－4e－===2Fe2＋　(2)C　(3)负 学科网（北京）股份有限公司 $