2025年高二化学人教版选择性必修1《金属的腐蚀与防护》学案

第四章《化学反应与电能》导学案

第三节金属的腐蚀与防护

【学习目标】

1.理解和掌握金属腐蚀的基本原理，包括电化学腐蚀过程和影响因素，如湿度、温度、电解质溶液等；

2.应用所学的金属腐蚀知识，对实际金属腐蚀问题进行分析和解决；

3.能够根据不同金属和环境选择适当的防护方法，如涂层、干燥、阴极保护等，并能够正确操作金属防护实

验。

【学习重难点】

重点:金属的电化学腐蚀及电化学防护原理。

难点:钢铁的析氢、吸氧腐蚀

【课前检测】

【检测1】下列“铁钉镀铜”实验装置设计正确的是

■

■

s

C.铁他i

钉一片

AgNO,溶液

【答案】B

【详解】要在铁钉上镀铜，则应Cu与电源正极相连，为阳极，失去电子，阴极为铁，接电源负极，电解

质溶液应为含铜离子的盐溶液，故选B。

【检测2】用钻电极电解下列物质的溶液，当耗电量相同时，阴极和阳极上同时都有气体产生，且溶液的

pH下降的是

A.H2so4B.CuSO4C.HC1D.KC1

【答案】A

【详解】A.用粕电极电解硫酸，相当于电解水，阴极和阳极上同时都有气体产生，硫酸浓度增大，溶液

pH降低，故A正确；

B.用箱电极电解硫酸铜溶液，生成铜、氧气和硫酸，反应生成酸，溶液pH降低，但阴极无气体产生，故

B错误;

C.用钧电极电解HC1溶液，生成氢气、氯气，阴极和阳极上同时都有气体产生，但消耗HC1,则溶液pH

升高，故C错误；

D.用粕电极电解氯化钾溶液，生成氢氧化钾和氢气、氯气，反应生成碱，溶液pH值升高，故D错误；

【课中探究】

情境导入：生活中的金属腐蚀

金属腐蚀的现象普遍存在，常常是自发进行的。比如我们会看到有些桥梁金属连接处会有铁锈，还有

工厂设备的灵敏度降低也是金属环节生锈的原因，那么我们需要了解金属腐蚀的原因，并采取有效措施防

止金属腐蚀具有重要意义。

一、金属的腐蚀

活动一、探究金属腐蚀的本质

任务1：引导学生思考金属腐蚀的条件及本质

【答题要点】

L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的金属损耗的现象；由于接触的气体或液

体情况不同，发生的腐蚀也不同，一般可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

2.本质：金属原子失去电子被氧化的过程。M-n-—M"

3.化学腐蚀：金属其表面接触的一些物质（如。2、C12、SO2等）直接反应而引起的腐蚀。

【提示】影响因素：金属本身性质，受温度影响很大；

活动二、钢铁的腐蚀

任务1:分组讨论电化学腐蚀的原理

【过程设计】

1.分析钢铁成分的构成及腐蚀的环境条件:

【答题要点】

①钢铁是由铁和少量的碳组成；

②在潮湿的空气里，钢铁的表面形成了一层溶液的薄膜。

2.分组讨论，钢铁在上述情况下能否构成原电池？

【答题要点】

①电解质溶液：潮湿的空气里，钢铁的表面形成了一层的薄膜；

②正负极：它和钢铁里的铁和少量的碳恰好构成了原电池。其中铁是负极，碳是正极。

任务2：分组讨论钢铁的腐蚀

【讨论1】钢铁腐蚀——析氢腐蚀

【答题要点】

1.腐蚀环境：酸性条件；

2.电极反应式：

负极(Fe)：Fe-2e-=Fe2+正极(C)：2H++2e-=H2T

总反应：Fe+2H+=Fe2++H2T

3.现象：在酸性环境中，由于在腐蚀过程中不断有H2放出。

【讨论2】钢铁腐蚀一吸氧腐蚀

1.腐蚀环境：酸性很弱或呈中性；

2.实验过程：老师演示钢铁吸氧腐蚀的实验

①实验过程：

②实验现象：铁钉表面有铁锈生成，导管中的水柱液面上升。

3.电极反应式：在NaCl溶液(中性)环境下

图4-20钢铁的吸氧腐蚀示意图

负极：Fe—2e=Fe2+正极：Ch+4e+2H2O=40H

总反应：2Fe+O?+2H?O===2Fe(OH)2

[02

Fe（0H）3

I

FezChxHzO

任务3:总结化学腐蚀和电化学腐蚀的关系

化学腐蚀电化学腐蚀

条

金属或合金与氧化剂直接接触不纯金属或合金与电解质溶液接触

件

电

无电流产生有微弱电流产生

流

现

金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀

象

本

M-ne-=Mn+M-ne-=Mn+

质

影

与氧化剂的氧化性及温度等有关与电解质溶液酸碱性及金属活动性有关

响

联

两者往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍。

系

活动三、新知应用——比较锌粒不同环境的反应速率

任务1:比较锌粒的化学腐蚀和电化学腐蚀的速度

【实验过程】

1.实验药品：Zn粒，CuSCU溶液,H2sCU溶液;

2.实验装置:

试管1：Zn粒+H2SO4溶液；试管2：Zn粒+H2SO4溶液（少量CuS04溶液）

3.实验现象：加入硫酸铜溶液的试管中的锌粒表面产生气泡更多，反应速率更快。

任务2：金属腐蚀快慢的判断

【老师总结】电解原理（阳极腐蚀）〉原电池原理（负极腐蚀）〉化学腐蚀〉有防护措施的腐蚀

【对应训练1】下列关于电化学腐蚀、防护与利用的说法中，不正确的是

B.图2暖气片表面刷油漆可防止金属腐蚀

C.图3连接锌棒后，铁管道发生Fe-2e-=Fe2

D.图4连接废铁后，电子由废铁流向阳极

【答案】C

【详解】A.铜板打上铁钾钉后，形成原电池，铁钾钉做原电池的负极，金属铜板做原电池的正极被保

护，属于牺牲阳极法，所以金属铜板不易被腐蚀，A项正确；

B.暖气片表面刷油漆可将金属和空气隔绝，防止金属腐蚀，B项正确;

C.连接锌棒后，形成原电池，铁管道做原电池的正极，锌棒做原电池的负极，铁管道发生反应:

O2+4e+2H2O=4OH-,C项错误;

D.图4连接废铁后，废铁与电源正极相连，电解池中电子从电源负极流出，经过铁管道，废铁流回电源

正极，D项正确；

答案选C。

【对应训练2】用如下装置进行铁的电化学腐蚀实验。下列说法正确的是

I.

铁粉+炭粉+NaCl溶液

水.但

一段时间后，左侧试管发热，导管口有气泡产生。

A.铁发生的电极反应：Fe-3e-=Fe3+

B.铁腐蚀过程中，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

【答案】B

【详解】A.铁、碳粉、氯化钠溶液形成原电池，Fe作负极失电子，铁发生的电极反应：Fe-2e^=Fe2+,

A错误；

B.该过程化学能转化为电能，同时有热量产生，部分化学能转化为热能，B正确;

C.碳作正极，Fe、C和氯化钠溶液形成原电池，加速铁的腐蚀速度，C错误；

D.氯化钠溶液为电解质，此过程发生吸氧腐蚀，D错误；

二、金属的防护

活动一、引导学生讨论生活中的金属防护方法

任务1：生活中常见的金属防护

【学生讨论】

金属的防护主要是从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑的。

把格、镁等加入普通钢中制钛合金不仅具有优异的抗腐蚀

成不锈钢产品；性，还具有良好的生物相容性

涂漆保护：给金属表面涂上油漆，可以有效地防止金属腐蚀。例如，家具、门窗、栏杆等金属制品的表面

通常会涂上油漆，以延长其使用寿命。

塑料保护：使用塑料薄膜或套子将金属制品包裹起来，可以有效地防止金属腐蚀。例如，一些容易受到腐

蚀的金属制品，如管道、电线等，可以使用塑料保护套进行保护。

任务2：总结金属腐蚀方法

【答题要点】

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合金。

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。

（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、铭、镇等金属；

活动二、电化学腐蚀的学习

任务1：学习电化学保护法（对比学习两种电化学保护方法的原理、区别、应用）

【问题】生活中在锅炉内壁、船体外壳上装上镁合金或锌块用来保护金属，思考讨论这是什么原理?

【答题要点】

1.牺牲阳极法

图4-24牺牲阳极法示意图

①原理——原电池原理:

正极：被保护金属

负极：活泼金属一需要定期更换

任务2：自主学习一模拟船体外壳上装上锌块用来保护金属

【实验操作】以Fe作保护电极，以Zn作辅助电极，以经过酸化的3%NaCl溶液作电解质溶液，实验装置

如下：

【实验要求1】观察实验现象，填写实验现象表格:

【实实验装置电流表阳极阴极验要

求现象指针偏转逐渐溶解质量不变，无气泡产生，加入铁氧化钾溶液，无变化2]

过一段时

____2++

有关反应Zn-2e=ZnO2+4e+4H=H2O

间，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](铁氧化钾)溶液，观察试管

中溶液颜色的变化。

【答题要点】Fe?+的检验：Fe?+与K3lFe(CN)6]溶液(黄色)反应生成KFe[Fe(CN)6]沉淀(带有特征蓝色)。这是

检验溶液中Fe?+的常用方法。

任务3：引导学生总结实验结论

【答题要点】Fe、Zn和经过酸化的NaCl溶液构成原电池；该装置中铁未被腐蚀

任务4：引导学生分组进行实验操作

【实验装置】实验过程：将1g琼脂加入250mL烧杯中，再加入50mL饱和食盐水和150mL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。

如图:

实验现象:

图1:靠近锌皮处颜色无变化，靠近裸露在外的铁钉处出现红色；

图2：靠近铜丝处出现红色，靠近裸露在外的铁钉处出现蓝色

【提问】分组讨论，总结实验现象的原因。

【答题要点】

图1：构成原电池反应，Zn作阳极（负极）铁作阴极（正极），锌被腐蚀，铁被保护。

图2：构成原电池应，铁作阳极（负极），铜作阴极（正极），铁被腐蚀，阳极上发生Fe-2e-=Fe2+,Fe2+与K3[Fe（CN）6]

溶液反应生成KFe[Fe（CN）6]蓝色沉冠

2.外加电流法

任务1：设计实验，通过外加电流的装置保护阴极材料

【答题要点】

1.装置设计：

①电极设计一外加电流法是把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极；

②电解质溶液一两者均放在电解质溶液（如海水），外接直流电源。

2.实验操作：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。在

这个系统中，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护。

3.原理应用：该法常用来保护土壤、海水中的金属设备。

钢闸门—

被保护的阴极

辅助阳极

不溶性

【对应练习3】下列铁制品防护的装置或方法中，不亚颂的是

A.AB.BC.CD.D

【答案】A

【解析】A.此为外加电源的阴极保护法，被保护金属钢制管桩应与电源负极相连，故A错误;

B.镁比铁活泼，此为牺牲阳极的阴极保护法，故B正确；

C.铁上镀铜，铁质镀件接电源负极，铜接电源正极，硫酸铜作电镀液，故C正确；

D.制成不锈钢可以起到防护作用，故D正确；

【对应练习4】下列关于金属保护的说法不思理的是

图1图2

A.图1是牺牲阳极的阴极保护法，图2是外加电流的阴极保护法

B.钢闸门均为电子输入的一端

C.锌和高硅铸铁处的电极反应均为还原反应

D.钢闸门处发生放电的主要微粒不相同

【答案】C

【解析】A.图1将被保护的钢闸门、较活泼金属锌和海水构成原电池，是牺牲阳极阴极保护法；图2将

被保护的钢闸门、惰性电极分别与电源负极、正极相连构成电解池，是外加电流阴极保护，A说法正确；

B.图1中，电子从锌经外电路转移向钢闸门。图2中，电子从电源负极转移向钢闸门，B说法正确；

C.锌是原电池负极，本身失电子，为氧化反应，高硅铸铁是电解池辅助阳极，其它物质在其表面失电

子，发生氧化反应，C说法错误；

D.1中原电池正极反应为O2+4e-+2H2O=4OH\图2中电解池阴极反应2H++2e=H2T或2H2。+2日

=H2T+2OH-,D说法正确；

【对应练习5】下列关于电化学腐蚀、防护与利用的说法中，正确的是

H2o（zm）Oi

,7铁管道▼铁管道废铁

A.铜板打上铁钾钉B.暖气片表面刷C.连接锌棒后，D.阴极的电极反应

后，铜板更易被腐油漆可防止金属腐电子由铁管道流向式为Fe-2e-=Fe2+

蚀蚀锌

A.AB.BC.CD.D

【答案】B

【详解】A.形成Fe-Cu原电池，Cu作正极被保护，Cu不易被腐蚀，A错误；

B.暖气片表面刷油漆可隔绝氧气，从而防止金属腐蚀，B正确；

C.锌比铁活泼，形成锌-铁原电池，锌作负极，电子由锌流向铁管道，C错误；

D.铁管道与电源负极相连，为阴极，阴极得电子，电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2f,D错误。

三、金属的腐蚀防护课堂总结

定义

/本质M-ne-♦M。*

金属的腐蚀吸氧腐蚀（弱酸性或中性）

■;电化学腐蚀

\分类析氢腐蚀（酸性条件）

化学腐蚀

金属的腐蚀与防护

人—外加电流法被保护金属作电解池阴极

金属的防护

改变金属内部组织结构

在金属表面覆盖防护层

课后作业练习

【例1】铁片镀铜实验中（装置如下图所示），为提高电镀效果，电镀前铁片需依次用NaOH溶液、稀盐

酸和水洗涤。下列说法不正卿的是

a草与b

铁片千-铜片

CuSO」溶液

A.稀盐酸的主要作用是除去铁锈

B.a接电源正极，b接电源负极

C.电镀过程中c（Cu2+）基本保持不变

D.阴极发生反应：Cu2++2e-=Cu

【答案】B

【解析】A、电镀前，用NaOH溶液除去铁片上的油渍，用稀盐酸除去铁锈，A正确;

B、电镀时，a接电源负极，b接电源正极，B错误；

C、根据两个电极反应，可以推出电镀过程中c(Cu2+)基本保持不变，C正确;

D、阴极的电极反应为Cu2++2e-=Cu,D正确；

【例2】下列实验装置(部分夹持装置已略去)可以达到对应实验目的的是

A.测定锌与稀硫酸反应速率B.测定中和反应的反应热

C.比较AgCl和Ag2s溶解度大小D.探究铁的析氢腐蚀

【答案】A

【解析】A.反应中可以通过生成氧气速率的快慢来测定锌与稀硫酸反应速率，A符合题意;

B.测定中和反应的反应热应该在量热计中进行，B不符合题意；

C.反应中硝酸银过量，不能比较AgCl和Ag?S溶解度大小，C不符合题意;

D.探究铁的析氢腐蚀应该在酸性环境中，D不符合题意；

【例3】化学小组研究金属的电化学腐蚀，实验如下:

序号实验I实验n

酚甑溶液+KJFe(CN)61溶液酚Bt溶液?JFe(CN)6］溶液

实验

\琼脂X\琼脂X

/铁钉

铁钉

培养皿培养皿

铁钉周边出现_________色铁钉周边出现蓝色

现象

锌片周边未见明显变化铜片周边略显红色

下列说法不正颂的是

A.实验I中铁钉周边出现红色

B.实验I中负极的电极反应式：Fe-2e^=Fe2+

C.实验H中正极的电极反应式：O2+2HQ+4e-=4OJT

D.对比实验I、II可知，生活中镀锌铁板比镀铜铁板在镀层破损后更耐腐蚀

【解析】B

【详解】A.实验I中锌做负极，铁做正极，铁钉极氧气得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，溶液显

碱性周边出现红色，故A正确；

B.实验I中锌做负极，负极的电极反应式：Zn-2e=Zn2+,故B错误；

C.实验II中铜不活泼，铜作正极，正极的电极反应式：O2+2H2O+4e=4OH,故C正确;

D.对比实验I、II可知，锌能保护铁，而铜铁形成原电池会加速铁锈蚀，故生活中镀锌铁板比镀铜铁板在

镀层破损后更耐腐蚀，故D正确;

【例3】下列铁制品防护的装置或方法中，不无醒的是

直流镁三？蛔

密!

钢制导线

二

管

桩

斓

1丁

铜片一

IfFtiffltt雌

*丫^电极钢铁输水管

CuS04—-小

溶液§

A,外加电流B.牺牲阳极C.表面镀铜D.制成不锈钢

A.AB.BC.CD.D

【解析】A

【详解】A.此为外加电源的阴极保护法，被保护金属钢制管桩应与电源负极相连，故A错误；

B.镁比铁活泼，此为牺牲阳极的阴极保护法，故B正确；

C.铁上镀铜，铁质镀件接电源负极，铜接电源正极，硫酸铜作电镀液，故C正确；

D.制成不锈钢可以起到防护作用，故D正确；

【例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，在接触处易生铁锈

D.黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿

【答案】B

【解析】A.生铁中金属铁、碳、潮湿的空气能构成原电池，金属铁为负极，易被腐蚀而生锈，和电化学

腐蚀有关，故A不符合题意；

B.银质物品久置表面变暗是由于金属银和空气中的成分发生反应的结果，属于化学腐蚀，与电化学腐蚀

无关，故B符合题意；

C.铁质器件附有铜质配件，在接触处形成原电池装置，其中金属铁为负极，易生铁锈，和电化学腐蚀有

关，故C不符合题意；

D.黄铜（铜锌合金）制作的铜锣中，金属锌为负极，金属铜做正极，Cu被保护，不易腐蚀，和电化学腐蚀

有关，故D不符合题意；

【例5】下列关于金属保护的说法不F理的是

A.图1是牺牲阳极的阴极保护法，图2是外加电流的阴极保护法

B.钢闸门均为电子输入的一端

C.锌和高硅铸铁处的电极反应均为还原反应

D.钢闸门处发生放电的主要微粒不相同

【解析】C

【详解】A.图1将被保护的钢闸门、较活泼金属锌和海水构成原电池，是牺牲阳极阴极保护法；图2将

被保护的钢闸门、惰性电极分别与电源负极、正极相连构成电解池，是外加电流阴极保护，A说法正确；

B.图1中，电子从锌经外电路转移向钢闸门。图2中，电子从电源负极转移向钢闸门，B说法正确；

C.锌是原电池负极，本身失电子，为氧化反应，高硅铸铁是电解池辅助阳极，其它物质在其表面失电

子，发生氧化反应，C说法错误；

【例6】下列叙述错误的是

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，镀件为阳极，铜盐溶液为电镀液

D.铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀

【答案】C

【解析】A、生铁中含有碳，形成了原电池，铁被腐蚀速度加快，故抗腐蚀能力比纯铁弱，正确;

B、用锡焊接的铁质器件，锡与铁形成原电池，铁作负极，被腐蚀，故焊接处易生锈，正确；

C、在铁制品上镀铜时，镀件为阴极，铜盐溶液为电镀液，错误；

D、铁管上镶嵌锌块，锌铁形成原电池，锌作负极被腐蚀，铁作正极被保护，故铁管不易被腐蚀，正确;

【例7】实验小组研究金属电化学腐蚀，实验如下:

序号实验5min25min

酚猷溶液+降幅((:。］溶液

实验铁钉表面及周边未见明显铁钉周边零星、随机出现极少量红色和蓝色区

I变化域，有少量红棕色铁锈生成

钉

培养皿

酚猷溶液+iqFe(CN)6］溶液

6^铁钉周边出现红色区域，

实验铁钉周边红色加深，区域变大，未见蓝色出现

未见蓝色出现

II锌片周边未见明显变化

3^4钉锌片周边未见明显变化

培养皿

下列说法不正确的是

A.实验I中铁钉发生了吸氧腐蚀

B.实验n中锌片未发生反应

C.实验n中正极的电极反应式：。2+2应0+4b=4011-

D.若将Zn片换成Cu片，推测Cu片周边会出现红色，铁钉周边会出现蓝色

【答案】B

【解析】A.根据实验现象可知，实验I中铁钉被空气中氧气氧化，随机出现极少量红色和蓝色区域，Fe2+

与K3［Fe(CN6)］会生成蓝色沉淀，0H-在酚酬作用下会使溶液变红，故反应过程中溶液存在0