人教版高中化学选择性必修1第四章化学反应与电能第三节金属的腐蚀与防护课件(共64张PPT)

(共64张PPT)
第四章　化学反应与电能
第三节　金属的腐蚀与防护
【学习目标】　1.通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因，认识金属腐蚀的主要 类型，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式。2.认识金属腐蚀产生的危害和 影响，树立防止金属腐蚀的意识，熟知金属腐蚀常用的防护方法。
一、金属的腐蚀
氧化还原反应　
M－ne－
（3）金属腐蚀的类型——化学腐蚀和电化学腐蚀
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
条件 金属与其表面接触的一些物质直接 发生 不纯的金属接触到电解质溶液发 生
本质
现象 被腐蚀 被腐蚀
区别 无 产生 有微弱 产生
联系 腐蚀比 腐蚀普遍得多，腐蚀速率更大，危害也更严重
化学反应　
原电池反应　
金属　
较活泼金属　
电流　
电流　
电化学　
化学　
2. 钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 水膜呈 水膜呈
正极反应
负极反应
其他反应
酸性　
弱酸性或中性　
3. 实验探究：电化学腐蚀
（1）
实验操作 实验现象 实验解释
导管中液面 上升 装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发 生 腐蚀
吸氧　
（2）
实验操作 实验现象 实验解释
左边试管中产生气泡 的速率大 Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构 成 ，形成电化学腐蚀，反应速率
更大
原电池　
【判断】
√
×
×
√
×
A. 生铁块中的碳是原电池的正极
B. 红墨水柱两边的液面变为左低右高
D. a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
B
B. 铁粉先发生析氢腐蚀，后发生吸氧腐蚀
C. 由t2时容器中的压强可判断反应后期铁发生了吸氧腐蚀
D. 为确定0～t1时段的腐蚀类型，可用N2代替图1锥形瓶中的空气，进行对比实验
C
解析：Fe发生腐蚀的过程中，生成Fe2＋，故A项错误；将胶头滴管内醋酸滴入铁粉与 碳粉的均匀混合物中，0～t1装置内压强逐渐增大，说明铁与CH3COOH反应产生了 H2，可能发生了化学腐蚀，也可能是析氢腐蚀，t1之后容器内压强减小，说明装置内 气体分子数目减小，氧气被消耗，发生吸氧腐蚀，故B项错误；由于原电池的反应属 于放热反应，能引起压强增大，因此t2时容器内压强明显小于起始压强，说明容器内 气体分子数减小，即Fe发生了吸氧腐蚀，故C项正确；0～t1时间段的腐蚀类型可能是 铁与CH3COOH直接接触的化学腐蚀，也可能是CH3COOH与碳粉接触从而引发的析氢 腐蚀，两种腐蚀均与锥形瓶内是否含有空气无关，因此使用N2替换图1锥形瓶中的空 气无法判断其腐蚀类型，故D项错误。
3. 在一块抛光、干净的钢片上滴上一滴含有少量酚酞和铁氰化钾（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（Fe2＋与 K3[Fe（CN）6]溶液反应生成蓝色沉淀），液滴边缘为一红色圆环，而在两者之 间有一棕褐色环。如图所示：
边缘氧气的浓度较大，为正极，电极反应为
中心区（负
（铁锈）＋（3－x）H2O
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，把铬、镍等加入普 通钢中制成不锈钢产品。
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）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）用电镀等方法在钢铁表面镀上一层锌、锡、铬、镍等金属。
（3）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）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。
（5）采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。
3. 电化学保护法
（1）牺牲阳极法
应用 原理，让被保护金属作 极，一种活泼性较强的金属作 极，用导线相连。
原电池　
正　
负　
（2）外加电流法
利用 原理，把被保护的钢铁设备作为 极，用惰性电极作为辅助 极，两者均放在电解质溶液里，外接 电源。
电解　
阴　
阳　
直流　
×
√
√
×
A. ②①③④⑤⑥ B. ⑤④③①②⑥
C. ⑤④②①③⑥ D. ⑤③②④①⑥
C
解析：①是Fe与海水接触，发生化学腐蚀，腐蚀速率较小；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，故Fe－Cu 原电池中Fe被腐蚀的较快；⑤中Fe接电源正极作阳极，Cu接电 源负极作阴极，加快了Fe的腐蚀；⑥是Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极 的电解池，可防止Fe的腐蚀。根据分析可知，铁在其中被腐蚀的速率由大到小的顺序 为⑤＞④＞②＞①＞③＞⑥。
题后归纳
金属腐蚀快慢的判断方法
　　（1）在同一电解质溶液中，同一种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。
A. 发蓝处理 B. 阳极氧化
C. 表面渗镀 D. 喷涂油漆
解析：发蓝处理可在金属表面形成一层极薄的氧化膜，这层氧化膜能有效防锈，A不 符合题意；阳极氧化是将待保护的金属与电源正极连接，在金属表面形成一层氧化膜 的过程，B不符合题意；表面渗镀是在高温下将气态、固态或熔化状态的欲渗镀的物 质（金属或非金属元素）通过扩散作用从被渗镀的金属的表面渗入内部以形成表层合 金镀层的一种表面处理的方法，C不符合题意；喷涂油漆是将油漆涂在待保护的金属 表面并没有在表面形成钝化膜，D符合题意。
D
3. （2024·浙江6月选考）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。如图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图：
B
A. 图1、图2中，阳极材料本身均失去电子
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
课时作业（三十一）　金属的腐蚀与防护
[对点训练]
题组一　金属的腐蚀
A. 金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程
B. 电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程
C. 钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈
D. 金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化学腐蚀伴有电流产生
D
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选项 A B C D
文物
名称 曾侯乙编钟 越王勾践剑 元青花四爱图梅瓶 铜鼎
C
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解析：根据原电池的构成条件可知，常见的合金和潮湿的空气构成原电池，活泼金属 铁或铜为负极，易发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀。编钟、剑、铜鼎中，铁、铜和潮湿 的空气构成原电池，铁为负极，易发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀；陶瓷瓶成分为硅酸 盐，属于无机非金属材料，化学性质稳定，不易腐蚀，故选C。
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A. 左侧发生吸氧腐蚀，右侧发生析氢腐蚀
B. 一段时间后，左边液面高于右边液面
D. a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小
D
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A. ①比②小 B. ③比④大
C. ⑤比⑥大 D. ①比③小
C
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解析：②中是干燥、相对无氧的环境，故不容易发生腐蚀，则①比②腐蚀速率大，A 错误；③中是无氧环境，故不容易发生腐蚀，则③比④腐蚀速率小，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腐蚀速率大，C正确；③中是无氧环境，故不 容易发生腐蚀，则①比③腐蚀速率大，D错误。
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5. （2025·沈阳高二联考）我国首艘航母辽宁舰采用模块制造再焊接组装而成。实验 室模拟海水和淡水对焊接金属材料的影响，结果如图所示。下列分析正确的是 （　　）
A. 舰艇腐蚀主要是因为发生了化学腐蚀
B. 图甲是海水环境下的腐蚀情况
D. 焊点附近可用锌块打“补丁”延缓腐蚀
D
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题组三　金属的防护
A. 若b为正极，K连接A时，铁棒防腐的方式称
为牺牲阳极法
B. 相同条件下，若X为食盐水，K分别连接B、C时
前者铁棒的腐蚀速度更慢
C. 若X为模拟海水，K未闭合时铁棒上E点表面铁
锈最多，腐蚀最严重的位置则是F
D. 若在X溶液中预先加入适量的K4[Fe（CN）6]溶液，
可有效提升铁棒腐蚀或防腐的观察效果
C
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解析：牺牲阳极法的原理为原电池，无外加电流；若b为正极，K连接A时，铁棒成为 电解池的阳极，加速腐蚀，A错误；K连接B时，Fe作为负极，被腐蚀；K连接C时， Zn作负极，Fe作正极，即牺牲Zn，保护Fe，所以后者铁棒的腐蚀速度更慢，B错误； 此时F位置腐蚀最严重，但 Fe不是变成铁锈，E点（界面处）氧气浓度较大，生成的 OH－浓度最大，而Fe（OH）2经氧化才形成铁锈，所以是E点铁锈最多，C正确；
Fe2＋与K3[Fe（CN）6]溶液反应产生蓝色沉淀，通过观察沉淀量的多少判断铁棒腐蚀或防腐的效果，应加K3[Fe（CN）6]溶液，不是K4[Fe（CN）6]溶液，D错误。
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A. 钢铁外壳为负极
B. 镶嵌的锌块可永久使用
C. 该法为外加电流法
D
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[综合强化]
A. 孔隙中有可能发生析氢腐蚀
B. 孔蚀中Fe2＋水解导致电解质溶液酸性增强
C. 为防止孔蚀发生可以将外接电源负极与金属相连
D. 蚀孔外每吸收2.24 L O2，可氧化0.2 mol Fe
D
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A. a为负极，b为正极
B. 高硅铸铁是作为损耗阳极材料发挥作用的
C. 通电时，海水中的阳离子向钢制管桩电极移动
D. 通电后使钢制管桩表面的腐蚀电流接近零
B
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解析：由图可知，该金属防护法为外加电流法，钢制管桩与直流电源的负极a极相 连，作电解池的阴极，高硅铸铁与直流电源正极b极相连，作阳极。由分析可知，a为 负极，b为正极，A正确；高硅铸铁为惰性辅助电极，作为阳极材料不损耗，B错误； 电解池中，阳离子向阴极移动，即向钢制管桩电极移动，C正确；被保护的钢制管桩 作为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，使钢制管桩表面腐蚀电流接 近于零，避免或减弱电化学腐蚀的发生，D正确。
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A. ③区电极电势Cu高于Fe
D. ②区Fe电极和④区Fe电极附近滴加K3[Fe（CN）6]溶液，均会出现蓝色沉淀
B
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11. （2025·济南高二阶段练习）钢铁工业是国家工业的基础，请回答下列有关问题：
（1）下列各装置中，铁棒被腐蚀由难到易的顺序是 （填序号）。
　　
解析：（1）根据示意图可判断A为原电池，属于铁的吸氧腐蚀，B为原电池，属于牺 牲阳极法，C为化学腐蚀，D为电解池，属于阴极保护法，故铁棒被腐蚀由难到易的 顺序是DBCA。
DBCA　
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（2）利用如图装置，可以模拟铁的化学防护。
①若X为碳棒，为减缓铁件的腐蚀，开关K应置于处 （填“M”或“N”）。
②若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为 。
解析：（2）①若X为碳棒，由于Fe比较活泼，为减缓铁的腐蚀，应使Fe为电解池的 阴极即连接电源的负极，故K连接N处。
②若X为锌，开关K置于M处，Zn为阳极被腐蚀，Fe为阴极被保护，该防护法称为牺 牲阳极法。
N　
牺牲阳极法　
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（3）某小组同学利用下图所示装置进行铁的电化学腐蚀原理的探究实验：
装置 分别进行的操作 现象
ⅰ.连好装置一段时间后，向烧杯中滴 加酚酞
ⅱ.连好装置一段时间后，向烧杯中滴 加K3[Fe（CN）6]溶液 铁片表面产生蓝色沉淀
已知：K3[Fe（CN）6]具有氧化性，可与Fe2＋反应生成蓝色沉淀。
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①同学甲认为以上两种检验方法，均能证明铁发生了吸氧腐蚀。
碳棒附近溶液变红　
O2＋
铁电极能直接
和K3[Fe（CN）6]溶液发生氧化还原反应生成Fe2＋，会干扰由于电化学腐蚀负极生成
Fe2＋的检验　
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同学乙进行下列实验，在实验几分钟后的记录如下：
实验 滴管 试管 现象
0.5 mol/L
K3[Fe（CN）6] 溶液 ⅲ.蒸馏水 水无明显变化
ⅳ.1.0 mol/L NaCl溶液 铁片表面产生大量蓝色沉淀
ⅴ.0.5 mol/L Na2SO4溶液 无明显变化
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③以上实验表明： 。
④同学乙将铁片酸洗（用稀硫酸浸泡后洗净）后再进行实验ⅲ，发现铁片表面产生蓝 色沉淀。此补充实验表明Cl－的作用是 。
⑤同学丙认为上述实验仍不严谨。为进一步探究K3[Fe（CN）6]的氧化性对实验ⅱ结果 的影响，又利用同学乙进行的实验装置继续实验。其中能证实以上影响确实存在的 是 （填字母序号）。
在Cl－存在条件下，K3[Fe（CN）6]溶液可以与铁片发生反应　
Cl－破坏了铁表面的氧化膜　
AC　
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实验 试剂 现象
A 酸洗后的铁片、K3[Fe（CN）6]溶液（已除O2） 产生蓝色沉淀
B 酸洗后的铁片、K3[Fe（CN）6]和NaCl混合溶液（未除O2） 产生蓝色沉淀
C 铁片、K3[Fe（CN）6]和NaCl混合溶液（已除O2） 产生蓝色沉淀
D 铁片、K3[Fe（CN）6]和盐酸混合溶液（已除O2） 产生蓝色沉淀
取出少许铁片（负极）附近的溶液于试管中，滴加K3[Fe（CN）6]溶液，若出现
蓝色沉淀，则说明负极附近溶液中产生了Fe2＋，即发生了电化学腐蚀
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解析：（3）根据题图可知，该装置为原电池装置，Fe作负极，失电子生成亚铁离 子；C作正极，氧气得电子与水反应生成氢氧根离子，正极附近显红色；要验证
K3[Fe（CN）6]具有氧化性，则需要排除其他氧化剂的干扰，如氧气、铁表面的氧化膜等。
②K3[Fe（CN）6]具有氧化性，Fe电极可能直接和K3[Fe（CN）6]溶液发生氧化还原反 应生成Fe2＋，产生的Fe2＋再与K3[Fe（CN）6]反应生成蓝色沉淀，会干扰由于电化学 腐蚀负极生成Fe2＋的检验；
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③由实验ⅲ.蒸馏水，无明显变化；ⅳ.1.0 mol/L NaCl溶液，铁片表面产生大量蓝色沉 淀；ⅴ.0.5 mol/L Na2SO4溶液，无明显变化，可知在Cl－存在下，K3[Fe（CN）6]溶液 可以与铁片发生反应；
④由小组同学将铁片酸洗（用稀硫酸浸泡后洗净）后再进行实验ⅲ，发现铁片表面产 生蓝色沉淀的实验可分析是Cl－破坏了Fe表面的氧化膜；
⑤要验证K3[Fe（CN）6]具有氧化性，就要排除其他因素的影响，如：O2、铁表面的 氧化膜等。选项实验考虑了试剂中溶解的氧气和Fe表面的氧化膜的影响，A正确；选 项实验未考虑了试剂中溶解的氧气的影响，B错误；选项实验考虑了试剂中溶解的氧 气和加入可能破坏铁表面的氧化膜的NaCl溶液，C正确；选项实验加入了盐酸和Fe反 应产生Fe2＋，D错误；
⑥综合以上实验分析，利用实验ⅱ中试剂能证实铁发生了电化学腐蚀的实验方案是取 出少许铁片（负极）附近的溶液于试管中，滴加K3[Fe（CN）6]溶液，若出现蓝色沉 淀，则说明负极附近溶液中产生了Fe2＋，即发生了电化学腐蚀。
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12. （2025·广东六校高二联考）Ⅰ.某化学兴趣小组的同学学了金属的电化学腐蚀，对 教材叙述[钢铁在酸性环境中发生析氢腐蚀；在酸性很弱或呈中性，溶有O2的环境中 发生吸氧腐蚀；钢铁等金属的腐蚀主要为吸氧腐蚀]产生疑问，决定用数字化实验模 拟探究钢铁在酸性环境下的腐蚀情况。
（1）用图1所示装置进行实验：打开a （填仪器名称）的活塞，加 入1 mL溶液，测得压强随时间变化曲线如图2。
恒压滴液漏斗　
同学甲得出结论：酸性条件下，铁粉发生析氢腐蚀。
解析：（1）图1所示装置a仪器名称为恒压滴液漏斗。
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反应放热，温度升
高使瓶内的压强变大　
在恒温装置中进行或在恒温槽中进行　
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解析：（2）同学乙认为甲的结论不科学，锥形瓶内压强变大除了生成气体以外，还 可能是反应放热，温度升高使瓶内的压强变大。因此，需要控制装置的温度，故可在 恒温装置中进行或在恒温槽中进行。
改进后，再次实验，证明甲、乙的猜想均正确，则改进后压强也随时间变大但小于改 进前；在图2绘制出改进后的曲线为 。
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pH＝6时，装置中压
强减小　
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解析：（3）同学丙认为甲、乙的实验不具代表性，建议用不同浓度的酸进行实验。 在改进后的装置中分别用pH＝4、pH＝6的硫酸实验，测定压强随时间变化情况，结 果如图3，同学丙的结论是酸性较弱时，铁会发生吸氧腐蚀，其依据是pH＝6时，装 置中压强减小。
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（4）对于图3中pH＝4时，铁是否发生了腐蚀？同学们意见不统一，经讨论，他们把 压强传感器换成氧气传感器，得出不同pH时装置中O2浓度随时间的变化曲线如图4。
　　　　
综上，小组同学得出结论：教材表述科学严谨。
析氢腐蚀产生H2与吸氧腐
蚀消耗O2的体积相当（或析氢腐蚀与吸氧腐蚀的速率相当）　
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解析：（4）结合图4分析可知，pH＝4时，O2浓度随时间而减小，但是测得压强基本 保持不变，因此分析可知发生析氢腐蚀产生H2与吸氧腐蚀消耗O2的体积相当（或析氢 腐蚀与吸氧腐蚀的速率相当）。
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Ⅱ.拓展研究：
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