4.3 金属的腐蚀与防护-【优学精讲】2026-2027学年高中化学选择性必修一同步教参（人教版）

本讲义聚焦金属的腐蚀与防护核心知识点，先阐述腐蚀的定义、本质及化学腐蚀与电化学腐蚀的分类，再通过钢铁析氢与吸氧腐蚀的电极反应分析电化学腐蚀原理，最后系统介绍改变金属组成、覆盖保护层及电化学保护法等防护措施，构建从原理到应用的学习支架。 资料以实验探究为特色，设计电化学腐蚀对比实验、牺牲阳极法验证实验等，培养学生科学探究与实践能力。结合生活实例（如铁锅生锈、白铁皮防腐）引导科学思维，课中辅助教师直观教学，课后通过练习题帮助学生巩固知识，查漏补缺，强化化学观念与社会责任。

第三节　金属的腐蚀与防护 【学习目标】　1.认识金属腐蚀的严重性及危害，能利用电化学原理解释金属腐蚀的现象。 2．通过实验探究，了解金属腐蚀的本质，能书写钢铁腐蚀的电极反应及总反应。 3．能根据电化学原理选择并设计金属防护的措施。 知识点一　金属的腐蚀 1．金属的腐蚀 (1)定义：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。 (2)本质：金属原子金属阳离子，即M－ne－===Mn＋。 (3)分类 分类 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应 不纯的金属与电解质溶液接触发生原电池反应 区别 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化 较活泼的金属被氧化 联系 化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，速率更大 2.钢铁的电化学腐蚀 分类 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 示意图 条件 钢铁表面吸附的水膜酸性较强 钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气 电极反应 负极(Fe) Fe－2e－===Fe2+ Fe－2e－===Fe2+ 正极(C) 2H＋＋2e－===H2↑ 2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 总反应 Fe＋2H＋===Fe2+＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 其他反应 4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3，Fe(OH)3失去部分水生成Fe2O3·xH2O，它是铁锈的主要成分 相互关系 析氢腐蚀和吸氧腐蚀同时发生，金属的腐蚀以吸氧腐蚀为主，即吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍 　在日常生活中，经常发现铁锅的底部存在锈迹，而中上部位基本没有。 (1)“锈迹”的产生属于______________(填“吸氧腐蚀”或“析氢腐蚀”)。 (2)用化学方程式解释铁锈(Fe2O3·xH2O)的形成过程： ___________________________________。 答案：(1)吸氧腐蚀 (2)Fe－2e－===Fe2+、O2＋4e－＋2H2O===4OH－、2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3、2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O 3.实验探究——电化学腐蚀 实验操作 实验现象 导管中液面上升 ①试管中产生气泡的速率比②试管中的大 实验解释 铁钉和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀 Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，发生电化学腐蚀，产生气泡的速率更大 实验结论 电化学腐蚀比化学腐蚀的速率大得多 (1)生铁比纯铁更易腐蚀(　　) (2)化学腐蚀和电化学腐蚀过程中都产生电流(　　) (3)因为CO2普遍存在，所以钢铁的腐蚀以析氢腐蚀为主(　　) (4)铜在酸性条件下也可以发生析氢腐蚀(　　) (5)钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀的区别在于前者有H2生成，后者有O2参加(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√ 1．(2026·北京高二统考)下列现象与电化学腐蚀无关的是(　　) A．铝片可以露置在空气中保存 B．铜线和铝线不能直接对接 C．固定铜板的铁螺丝易生锈 D．“暖宝宝”撕开包装迅速发热 解析：选A。铝片在空气中易形成致密的氧化物保护膜，与电化学腐蚀无关，A项符合题意；在潮湿环境中，铜、铝和表面的水膜构成原电池，属于电化学腐蚀，B项不符合题意；在潮湿环境中，铁、铜和表面的水膜构成原电池，属于电化学腐蚀，C项不符合题意；“暖宝宝”中的铁粉、碳粉、氯化钠、水构成原电池，反应放热，属于电化学腐蚀，D项不符合题意。 2．据环保部门测定，某城市整个夏季雨水的pH平均值为3.2。在这种环境中的铁制品极易被腐蚀。对此条件下铁的腐蚀的叙述不正确的是(　　) A．此腐蚀过程有化学腐蚀也有电化学腐蚀 B．发生电化学腐蚀时，正极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－ C．在电化学腐蚀过程中有氢气产生 D．发生电化学腐蚀时，负极反应式为Fe－2e－===Fe2+ 解析：选B。雨水呈酸性，铁制品易发生析氢腐蚀，碳作正极，溶液中的氢离子得电子生成氢气，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故B错误。 3．常温下，某小组探究不同溶液中钢铁的腐蚀，结果见下表。下列说法不正确的是(　　) 溶液 0.01 mol· L-1HCl 溶液 0.01 mol· L-1NaCl 溶液 0.01 mol· L-1NaOH 溶液 10 mol· L-1NaOH 溶液 腐蚀 快慢 较快 慢 慢 较快 主要 产物 Fe2+ Fe2O3 Fe2O3 HFeO A．在HCl溶液中，主要发生的是析氢腐蚀 B．在NaCl溶液中，发生腐蚀时正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．由实验可知，溶液碱性越强，钢铁越不易被腐蚀 D．钢铁腐蚀的产物受溶液酸碱性的影响 解析：选C。在HCl溶液中，酸性较强，主要发生的是析氢腐蚀，故A正确；在NaCl溶液中，发生吸氧腐蚀，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B正确；10 mol·L-1 NaOH溶液中腐蚀较快，说明溶液碱性越强，钢铁越易被腐蚀，故C错误；由题表信息可知，钢铁腐蚀的产物受溶液酸碱性的影响，故D正确。 知识点二　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。例如，不锈钢、钛合金等。 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。举例如下： (1)非金属保护层：在钢铁制品的表面喷涂油漆、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料等。 (2)金属保护层：用电镀等方法在钢铁表面镀上一层锌、锡、铬、镍等金属。 (3)发蓝处理：用化学方法在钢铁部件表面进行发蓝处理(生成一层致密的四氧化三铁薄膜)。 (4)钝化处理：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。另外，采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面也可以形成稳定的钝化膜。 　1.在日常生活中，我们常常会接触到白铁皮(镀锌钢板)和马口铁(镀锡钢板)，如果镀层破损后，__________更耐腐蚀。 答案：白铁皮 3．电化学保护法(阴极保护法) 分类 牺牲阳极法 外加电流法 原理 原电池 电解池 示意图 电极要求 被保护的金属作为正极，活泼性更强的金属作为负极 被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连，惰性电极作为阳极，与电源的正极相连 应用 锅炉的内壁、船舶的外壳等安装镁合金或锌块 钢铁闸门、地下管道连接电源负极 4.牺牲阳极法的实验探究 [说明]　Fe2+的检验方法：Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液(黄色)反应生成KFe[Fe(CN)6]沉淀(带有特征蓝色)。　 探究一 　按如右图所示连接装置，一段时间后，用胶头滴管从Fe电极区域取少量溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察试管中溶液颜色的变化。 实验现象 电流表 阳极(负极区) 阴极(正极区) 指针发生偏转 Zn电极逐渐溶解 有气泡产生，试管中无蓝色沉淀生成 有关反应 － Zn－2e－===Zn2+ 2H＋＋2e－===H2↑ 实验结论 溶液中不含Fe2+，铁作为正极未被腐蚀 探究二　在两个培养皿中分别放入含有NaCl的琼脂溶液，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长的铁钉，用砂纸擦光。将裹有锌皮的铁钉放入a培养皿中，将缠有铜丝的铁钉放入b培养皿中。 实验装置 实验现象 铁钉周围变红 铁钉周围生成蓝色沉淀，铜丝周围变红 有关反应 Zn－2e－===Zn2+，2H2O＋O2＋4e－===4OH－ Fe－2e－===Fe2+、Fe2+＋K＋＋[Fe(CN)6]3-===KFe[Fe(CN)6]↓，2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 实验结论 铁作为负极时易被腐蚀，作为正极时未被腐蚀 　2.在一块 洁净的钢片上滴一滴含有少量酚酞和K3[Fe(CN)6]的饱和食盐水，几分钟后，液滴中心部分主要呈现蓝色，液滴边缘为一红色圆环，而在两者之间有一棕褐色环。如上图所示。 (1)液滴中心出现蓝色的原因为________________________、 ______________________________(用电极反应式、离子方程式表示)。 (2)液滴边缘为一红色圆环的原因：___________________________(用电极反应式表示)。 答案：(1)Fe－2e－===Fe2+　Fe2+ ＋K＋＋[Fe(CN)6]3-===KFe[Fe(CN)6]↓　(2)O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 1．(2026·丽江高二检测)国产首艘大型邮轮“爱达·魔都号”、内河游轮、长江三峡船闸等都要用到大量金属材料。下列金属腐蚀防护技术中不涉及电化学的是(　　) A．船体上镶嵌锌块 B．钢闸门与电源、辅助阳极相连 C．钢铁部件发蓝处理 D．部件表层喷涂以锌粉为主的漆 解析：选C。锌的活泼性比铁强，船体上镶嵌锌块可形成原电池，锌作为负极，铁作为正极，船体被保护，是牺牲阳极法，与电化学有关，A不符合题意；钢闸门与电源、辅助阳极相连，是外接电流法，钢闸门被保护，与电化学有关，B不符合题意；钢铁部件发蓝处理是利用化学方法使钢铁部件表面生成致密的四氧化三铁薄膜，与电化学无关，C符合题意；部件表层喷涂以锌粉为主的漆，可形成原电池，铁作为正极被保护，是牺牲阳极法，与电化学有关，D不符合题意。 2．(2026·青岛高二统考)为探究金属腐蚀的原理，进行了如下实验。表面皿中都装有混合了饱和食盐水、酚酞和铁氰化钾溶液的琼脂，分别将缠有铜丝的铁钉和缠有锌皮的铁钉放置其中，如下图所示。下列说法错误的是(　　) A．乙中铁钉受锌皮保护，为牺牲阳极法 B．离子在半凝固态的琼脂内可定向移动 C．乙中铁钉上的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D.甲中铁钉两端呈蓝色中间呈红色，乙中铁钉两端呈红色中间无色 解析：选C。甲中形成原电池，其中铁钉为负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2+，铜丝为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－；乙中形成原电池，其中锌皮为负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2+，铁钉为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，铁钉受到锌皮保护，是牺牲阳极法，A正确、C错误。原电池中混合了饱和食盐水、酚酞和铁氰化钾溶液的琼脂起电解质溶液的作用，所以离子在半凝固态的琼脂内可定向移动，B正确。甲中铁钉为负极，发生氧化反应，生成亚铁离子，亚铁离子与铁氰化钾反应生成蓝色沉淀，铜丝为正极，产物为氢氧根离子，故铁钉两端呈蓝色中间呈红色；乙中锌皮为负极生成锌离子，铁钉为正极，产物为氢氧根离子，使酚酞变红，故乙中铁钉两端呈红色中间无色，D正确。 3．如下图所示，各烧杯中均盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为(　　) A．②①③④⑤⑥　　　　B．⑤④③①②⑥ C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥ 解析：选C。①是Fe在海水中发生的腐蚀，是化学腐蚀。②③④均为原电池，③中Fe为正极，被保护；②④中Fe为负极，均被腐蚀，但Fe和Cu的金属活动性差别大于Fe和Sn的，两个电极金属活动性差别越大，负极金属腐蚀越快，因此④中Fe被腐蚀得较快。⑤⑥均为电解池，⑤中Fe为阳极，加快了Fe的腐蚀；⑥中Fe为阴极，防止了Fe的腐蚀。综上，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。 金属腐蚀快慢的判断方法 (1)同一种金属在相同电解质溶液中，腐蚀快慢如下： (2)同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液。 (3)对同一种电解质溶液来说，一般电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。 　 1．(2026·玉溪高二月考)下列馆藏文物，最不容易腐蚀受损的是(　　) A．黑陶高柄杯　　　　　 B．青铜颂簋 C．西汉铁剑 D．裂瓣纹银盒 解析：选A。黑陶高柄杯的主要成分是硅酸盐，属于无机非金属材料，化学性质极其稳定，几乎不与空气、水或常见气体反应，因此最不容易腐蚀受损，A符合题意。 2．(2026·茂名高二期末)为防止埋在地下的钢管道被锈蚀，以延长管道的使用寿命，可以用如下图所示的方法进行电化学保护。下列说法不正确的是(　　) A．该方法将化学能转化成了电能 B．该方法中钢管道为正极 C．该方法称为牺牲阳极法 D．镁块上发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 解析：选D。根据题图可知，该金属防护方法是牺牲阳极法，钢管道为正极，镁块为负极，电极反应为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2，故D错误。 3．相同材质的铁在下图中的各情形下最不易被腐蚀的是(　　) 解析：选C。A项，食醋、铁勺和铜盆构成原电池，铁是活泼金属，为负极，被腐蚀；B项，食盐水作为电解质溶液，铁炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池的形成条件，铁是活泼金属，为负极，被腐蚀；C项，铜镀层将铁球覆盖，使铁被保护，所以铁不易被腐蚀；D项，酸雨、铁铆钉和铜板构成原电池，铁为负极，被腐蚀。 4． 支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流法进行防腐，工作原理如右图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(　　) A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B．通电后外电路中电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 解析：选C。外加电流法是把被保护的钢管桩作为阴极，高硅铸铁作为辅助阳极，两者均放在海水中，外接直流电源，通电后，强制电子流向被保护的钢管桩，使钢管桩表面的腐蚀电流(指铁失去电子形成的电流)接近于0，A、B项正确；高硅铸铁为惰性辅助阳极，所以高硅铸铁不会被损耗，C项错误；根据海水对钢管桩的腐蚀情况，增大或减小电流强度，D项正确。 5．(2026·三明高二月考)钢铁很容易因生锈而被腐蚀。 Ⅰ.如下图所示的装置中，U 形管内为红墨水，a、b 试管内分别盛有氯化铵溶液和食盐水中的一种，各加入生铁块，放置一段时间均被腐蚀，这两种腐蚀都属于________腐蚀；若红墨水柱两边的液面变为左低右高，则________(填“a”或“b”)试管内盛有食盐水，b试管中铁发生的是________腐蚀。 Ⅱ.甲、乙两图都是金属防护的例子。 (1)为了减小某水库的铁闸门被腐蚀的速率，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________(从下面选项中选择，填字母)，此方法叫做______________。 A．铜　　　B．钠　　　C．锌　　　D．石墨 (2)图乙所示方案也可以减小铁闸门腐蚀的速率，其中铁闸门应该连接直流电源的________极。 (3)采取以上两种方法，________(填“甲”或“乙”)方案能将铁闸门保护得更好。 解析：Ⅰ.生铁中含有碳杂质，在电解质溶液中，铁发生电化学腐蚀，若溶液呈酸性，则发生析氢腐蚀，若溶液呈中性，则发生吸氧腐蚀。红墨水柱两边的液面变为左低右高，说明a试管中生成氢气，b试管中消耗氧气，因此a试管中盛有氯化铵溶液，铁发生析氢腐蚀，b试管中盛有食盐水，铁发生吸氧腐蚀。 Ⅱ.(1)为了减小铁闸门被腐蚀的速率，可以使金属铁作为原电池的正极，其中焊接在铁闸门上的固体材料R是比金属铁活动性强的金属，钠能与水反应，不能用作电极材料，所以选锌，此方法叫做牺牲阳极法。 (2)为减小铁闸门的腐蚀速率，铁闸门应该连接直流电源的负极。 (3)因为电解池的保护效果比原电池的保护效果更好，所以乙方案能将铁闸门保护得更好。 答案：Ⅰ.电化学　b　吸氧 Ⅱ.(1)C　牺牲阳极法　(2)负　(3)乙　 学科网（北京）股份有限公司 $