4.3 金属的腐蚀与防护(Word讲义)-【满分思维】2026-2027学年高中化学选择性必修第一册学生用书（人教版）

第三节　金属的腐蚀与防护 ◆ 学习任务一　金属的腐蚀 【课前自主预习】 1.金属的腐蚀 (1)定义: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)根据与金属接触的　　　　　　不同,金属腐蚀可分为两类。  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。腐蚀的速率随温度升高而　　　　。  ②电化学腐蚀:当　　　　的金属与　  溶液接触时会发生　　　　反应,　　　　　的金属发生氧化反应而被腐蚀。  2.钢铁的电化学腐蚀 　　类别 项目　　 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 示意图 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 　　　　　　  　　　　　　　  　　　　　　　  总反应 　　　　　　  　　　　　　  　　　　　　　  　　　　　　　  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+2H2O4Fe(OH)3,2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O 联系 通常两种腐蚀同时发生,但后者更普遍 3.实验探究电化学腐蚀 (1) 实验操作 实验现象 　导管中　　　　　　　  实验解释 装置中铁、碳和饱和食盐水构成　　　　　,铁钉发生　　　　腐蚀  (2) 实验操作 实验现象 ①试管中产生气泡的速率　  实验解释 　Zn与CuSO4反应生成Cu,Zn、Cu和稀盐酸构成　　　　,发生　　　　　腐蚀,产生气泡的速率更　　　　  (3)结论 ①电化学腐蚀中吸氧腐蚀更为普遍。 ②电化学腐蚀速率比化学腐蚀大得多。 [问题思考] (1)在潮湿空气中,钢铁制品表面会形成一层水膜,空气中的哪些气体会溶解在其中形成电解质溶液? (2)在钢铁的锈蚀过程中,Fe(OH)2如何变为Fe2O3·xH2O? 【核心知识讲解】 化学腐蚀与电化学腐蚀的区别与联系 化学腐蚀 电化学腐蚀 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 条件 金属与干燥气体或非电解质液体等直接接触 不纯金属或合金表面水膜中溶有O2,酸性很弱或呈中性 不纯金属或合金表面水膜酸性较强 本质 金属被氧化而腐蚀 较活泼金属被氧化而腐蚀 现象 无电流产生 有微弱电流产生 反应式 (以钢铁腐蚀为例) 2Fe+3Cl2 2FeCl3 负极:Fe-2e-Fe2+ 正极:2H2O+O2+4e-4OH- 正极: 2H++2e-H2↑ 联系 两种腐蚀往往同时发生,只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍、危害更大 【知识迁移应用】 例1 下列对如图所示的实验装置的判断中错误的是 (　) A.若X为碳棒,开关K置于A处可减缓铁的腐蚀 B.若X为锌棒,开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀 C.若X为锌棒,开关K置于B处时,可保护铁电极不被腐蚀 D.若X为碳棒,开关K置于B处时,铁电极上发生的反应为2H++2e-H2↑ 例2 用如图所示装置进行铁的电化学腐蚀实验。下列说法正确的是 (　) A.铁发生的电极反应:Fe-3e-Fe3+ B.铁腐蚀过程中有化学能转化为热能 C.炭粉的存在对铁腐蚀的速率无影响 D.导管口产生气泡证明铁发生了析氢腐蚀 [归纳总结] 解答金属腐蚀类题目的思路 (1)正确判断金属的腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀。发生原电池反应引起的腐蚀为电化学腐蚀,无原电池反应发生的腐蚀为化学腐蚀。 (2)如果是电化学腐蚀,判断出正、负极,较活泼的金属为负极被腐蚀,较不活泼的金属为正极被保护。 (3)正确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、中性溶液中发生吸氧腐蚀;NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液中发生析氢腐蚀。 (4)根据金属活动性顺序分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀。金属活动性顺序中氢前面的金属,在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀,在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀;金属活动性顺序在氢后面的金属只可能发生吸氧腐蚀。 例3 探讨试管所盛的溶液中铁的腐蚀速率,下列说法正确的是 (　) A.①比②慢 B.③比④快 C.⑤比⑥快 D.①比③慢 [归纳总结] 金属腐蚀快慢的判断方法 (1)在同一电解质溶液中,金属腐蚀由快到慢的顺序为电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。 (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,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀越快。 (4)金属活动性差别越大,活泼性强的金属腐蚀越快。 ◆ 学习任务二　金属的防护 【课前自主预习】 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可以制成性能优异的合金。如普通钢中加入　　　　等制成不锈钢产品,　　　　不仅具有优异的抗腐蚀性,还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,在钢铁制品的表面喷涂油漆、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料等;用电镀等方法在钢铁表面镀上一层锌、锡、铬、镍等金属;用化学方法、阳极氧化处理、　　　　　　、　　　　　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,则该金属就不易被腐蚀。  (1)牺牲阳极法 原理:原电池原理,被保护的金属作　　　　,活泼性更强的金属作　　　。  应用:锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块。 (2)外加电流法 原理:电解池原理,被保护的金属作为阴极,与电源的　　　　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。 【实验活动探究】 [实验探究一] 如图所示装置反应一段时间后,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　　色　　　　　　(铁氰化钾)溶液,观察实验现象。已知Fe2+与K3[Fe(CN)6]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) 阴极(正极) 现象 指针　　  Zn溶解 无气泡产生;试管中从Fe电极区域取出的溶液中　　蓝色沉淀生成  有关 反应 — 　Zn-2e-Zn2+ 4H++O2+4e-2H2O 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溶液的琼脂,并滴入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、缠有铜丝的铁钉放入b。 实验 装置 现象 铁钉周围出现　　　色,靠近锌皮处颜色无变化  铁钉周围出现　　色,铜丝周围出现　色  结论 铁作为负极时易被腐蚀,作为正极时未被腐蚀 [问题思考] 在探究保护铁的牺牲阳极法的实验中,所用试剂K3[Fe(CN)6]溶液的作用是什么? 【知识迁移应用】 例4 [2026·北京丰台区高二期中] 下列对铁制品防护的装置或方法中,不正确的是 (　) A.外加电流 B.牺牲阳极 C.表面镀铜 D.制成不锈钢 例5 钢铁防护方法有多种,下列关于如图所示方法的描述正确的是 (　) A.b为电源负极 B.电源改用导线连接进行防护时,辅助电极发生氧化反应 C.电子流向:a→钢铁闸门→辅助电极→b→a D.该方法是牺牲阳极法 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)燃气灶的中心部位容易生锈,主要是由于高温下铁发生电化学腐蚀 (　) (2)钢铁水闸可采用牺牲阳极法或外加电流法防止其腐蚀 (　) (3)用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀,镁块相当于原电池的正极 (　) (4)在铁板上镀锌是因为锌比铁活泼,形成原电池而保护铁不易被腐蚀 (　) (5)镀铜铁制品的镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈 (　) (6)钢铁发生吸氧腐蚀时,负极电极反应为Fe-3e-Fe3+ (　) (7)在金属表面覆盖保护层,若保护层破损,就完全失去了对金属的保护作用 (　) (8)外加电流法构成了电解池,牺牲阳极法构成了原电池,二者均能有效地保护金属不被腐蚀 (　) 2.[2025·广东广州越秀区高二期中] 全世界每年因钢铁锈蚀会造成巨大的损失,为了保护地下的钢铁输水管所采取的措施如图所示。下列说法不正确的是 (　) A.钢铁发生吸氧腐蚀,正极反应为O2+2H2O+4e-4OH- B.导线与Zn块连接为牺牲阳极法 C.导线应连接外接电源的负极 D.导线与Cu块连接也可保护钢铁输水管 3.某小组同学为探究电极对金属腐蚀与防护的影响,设计如下实验:将饱和食盐水与琼脂(凝固剂,不参与反应)的混合液置于两个培养皿中,向其中滴入少量酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液,混合均匀,分别将包裹铜片和锌片的铁钉放入两个培养皿中,观察现象如表。 已知:K3[Fe(CN)6]遇到Fe2+能产生蓝色沉淀。下列对有关实验现象及分析的描述不正确的是 (　) 变蓝　　　变红 变红　　　　 ⅰ.包裹铜片的铁钉 ⅱ.包裹锌片的铁钉 A.两个培养皿中金属均发生吸氧腐蚀,且铁钉腐蚀速率是ⅰ快 B.该实验证明,若给金属表面镀活泼性比被保护金属强的金属,则破损后依旧可以防护 C.培养皿ⅱ中对铁钉的防护是牺牲阳极法 D.随着反应的进行,培养皿ⅰ和ⅱ中均出现红褐色浑浊 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三节　金属的腐蚀与防护 【新课探究】 学习任务一 课前自主预习 1.(1)气体或液体　氧化还原　失去　氧化　(2)气体或液体　①加快　②不纯　电解质　原电池　比较活泼 2.2H++2e-H2↑　O2+2H2O+4e-4OH-　Fe+2H+Fe2++H2↑　2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2 3.(1)液面上升　原电池　吸氧　(2)快　原电池　电化学　快 [问题思考] (1)提示:CO2、SO2、H2S等气体。 (2)提示:氢氧化亚铁进一步被空气中的氧气氧化为氢氧化铁,氢氧化铁再失去部分水生成Fe2O3·xH2O。 知识迁移应用 例1　D　[解析] 若X为碳棒,开关K置于A处,Fe为电解池的阴极,不易被腐蚀,A项正确;若X为碳棒,开关K置于B处,Fe为原电池的负极,电极反应为Fe-2e-Fe2+,D项不正确;若X为锌棒,K置于A处,Fe为电解池的阴极,不易被腐蚀,K置于B处时,Fe为原电池的正极,锌被腐蚀,铁不易被腐蚀,B、C项正确。 例2　B　[解析] 铁发生的电极反应:Fe-2e-Fe2+,故A错误;铁腐蚀过程中,具支试管发热,说明有化学能转化为热能,故B正确;铁粉、炭粉、氯化钠溶液构成原电池,炭粉的存在加快铁腐蚀的速率,故C错误;铁腐蚀过程中,具支试管内温度升高,气体膨胀,导管口产生气泡不能证明铁发生了析氢腐蚀,故D错误。 例3　C　[解析] ②中是干燥的环境,故不容易发生腐蚀,则①比②快,A错误;③中是无氧环境,故不容易发生腐蚀,则③比④慢,B错误;⑤中铁与铜丝构成原电池,铁为负极被氧化而腐蚀,⑥中铁与锌构成原电池,锌为负极被氧化而腐蚀,铁为正极被保护,则⑤比⑥快,C正确;③中是无氧环境,故不容易发生腐蚀,则①比③快,D错误。 学习任务二 课前自主预习 1.铬、镍　钛合金 2.离子注入　表面渗镀 3.负极　正极　(1)正极　负极　(2)负极 实验活动探究 [实验探究一] 黄　K3[Fe(CN)6]　偏转　无 [实验探究二] 红　蓝　红 [问题思考] 提示:利用K3[Fe(CN)6]溶液与Fe2+反应生成特征蓝色KFe[Fe(CN)6]来检验溶液中是否生成了Fe2+。 知识迁移应用 例4　A　[解析] 外加电流法中被保护的钢制管桩应与电源负极相连作阴极,A错误;镁比铁活泼,镁作负极,发生氧化反应,此为牺牲阳极法,B正确;铁上镀铜,铁质镀件接电源负极作阴极发生反应Cu2++2e-Cu,铜接电源正极作阳极发生反应Cu-2e-Cu2+,硫酸铜溶液作电镀液,C正确;制成不锈钢可以起到防护作用,D正确。 例5　B　[解析] 从图示可知,由于有外加电源,故此方法为外加电流法。在外加电流法中,钢铁闸门作电解池的阴极,即a为电源的负极,则b为电源的正极,A错误;电源改用导线连接进行防护时,即牺牲阳极法,则辅助电极作负极,发生氧化反应,B正确;在电解池中,电子由电解池的阳极→电源的正极,电源的负极→电解池的阴极,即电子要由辅助电极→b,a→钢铁闸门,C错误;该方法是外加电流法,D错误。 【课堂评价】 1.(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×　(7)×　(8)√ [解析] (1)铁在燃气灶中心部位易生锈是因为中心部位温度高,氧化迅速,发生化学腐蚀。 (3)用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀,镁块相当于原电池的负极。 (4)在铁板上镀锌是因为能在铁板表面形成一层锌保护膜,可以阻止铁与空气接触,与原电池无关,锌层破损后才与原电池有关。 (6)钢铁发生吸氧腐蚀时,负极反应为Fe-2e-Fe2+。 (7)如铁件上镀锌,若保护层破损,在潮湿的空气中,Fe、Zn构成原电池,Zn作负极,仍然对Fe起到保护作用。 2.D　[解析] 钢铁发生吸氧腐蚀,正极为氧气放电,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,A正确;导线与Zn块连接为牺牲阳极法,B正确;导线应连接外接电源的负极,为外加电流法,C正确;导线与Cu块连接,Fe作负极,不能保护钢铁输水管,D错误。 3.D　[解析] 由图可知,培养皿ⅰ中铁钉发生吸氧腐蚀,铁为原电池的负极、铜为正极,铁钉的腐蚀速率加快;培养皿ⅱ中锌片发生吸氧腐蚀,锌为原电池的负极、铁为正极,铁钉被保护,该保护方法为牺牲阳极法,所以培养皿ⅰ中铁钉腐蚀速率快。由分析可知,培养皿ⅰ中铁钉发生吸氧腐蚀,培养皿ⅱ中锌片发生吸氧腐蚀,培养皿ⅰ中铁钉腐蚀速率快,A正确;由分析可知,该探究实验证明若给金属表面镀活泼性比被保护金属强的金属,则破损后依旧可以防护,B正确;由分析可知,培养皿ⅱ中锌片发生吸氧腐蚀,铁为正极,铁钉被保护,该保护方法为牺牲阳极法,C正确;由分析可知,随着反应的进行,培养皿ⅱ中铁受到了保护,锌为负极,铁为正极,不会出现红褐色浑浊,培养皿ⅰ中铁为负极,变为亚铁离子,然后亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁,氢氧化亚铁进一步被氧化为氢氧化铁,因此会出现红褐色浑浊,D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $