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探究金属的腐蚀与防护问题
一、金属矿物
1. 存在：地球上的金属资源广泛地存在于地壳和海洋中，除少数很不活泼的金属如金、
银以单质形式存在外，其余都以化合物的形式存在。
注意：各种金属元素在地壳中的含量不尽相同，其中含量最高的是铝，其次是铁。而人
类目前向自然界提取量最大的是铁。
2. 矿石：工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。常用来炼铁的几种矿石的主要成分
分别是：赤铁矿（Fe2O3）、菱铁矿（FeCO3）、磁铁矿（Fe3O4）。
二、铁的冶炼
1. 反应原理
3CO+ Fe2O3 2Fe+3CO2
2. 实验装置图
注意：
实验开始前应首先检验一氧化碳气体的纯度，以防止不纯的 CO 气体在加热过程中发生
爆炸。
实验开始时要先通入一氧化碳气体后加热，目的是排尽装置内的空气。
实验结束后必须先停止加热，直至试管冷却后再停止通入一氧化碳气体，防止生成的铁
单质再次被氧 化。
一氧化碳有毒，必须有尾气处理装置。
三、含杂质化学反应的计算
1. 对于含杂质的物质：不管是反应物还是生成物，必须转换成纯净物的质量，如 1000t
含氧化铁 80%的赤铁矿石，计算时需算出氧化铁的质量为 1000t×80%＝800t，才能根据化学
方程式进行计算。
2. 不纯物质、纯净物质、纯度之间的关系：不纯物质的质量×纯度＝纯净物的质量；纯
净物的质量÷纯度＝不纯物质的质量。（纯度即为纯净物占不纯物的质量分数）。
四、金属的锈蚀与防护
1. 铁制品锈蚀原理：铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应的过程，铁锈呈红褐色，
其主要成分为 Fe2O3。
注意：铁锈的结构比较疏松，易吸水，且透气性好，所以铁制品表面一旦生锈，如果不2
能及时清除，会加速铁制品的锈蚀。
2. 铁制品锈蚀的方法：除了保持铁制品表面的洁净与干燥之外，常用的方法有“穿外衣”
和“打强心针”，“穿外衣”即给金属涂上保护膜，“打强心针”则是改变铁制品的内部结构，
比如制成合金等，来增强其自身的抗腐蚀性能。
五、金属资源的保护
1. 金属资源储量有限且不可再生，必须加以保护。
2. 废弃金属随意丢弃，不仅造成金属资源的浪费，还会造成环境污染。
3. 保护金属资源的有效途径包括：防止金属锈蚀、回收利用废旧金属、合理开采金属资
源、寻找金属的替代品等。
例题 （江苏扬州改编）某校化学研究性学习小组通过实验研究高炉炼铁的化学原理，
设计了如下实验装置：
（1）已知 HCOOH CO↑十 H2O，浓硫酸具有吸水性，可用来干燥某些气体，碱
石灰可吸收 CO2 和 H2O。根据该反应制取 CO，A 处应选用的气体发生装置是___________
（填字母序号）。
（2）装置中仪器①的名称是_________；装置 B 内所盛放的试剂是_________。
（3）实验开始时应先点燃_________ （填“A”或“C”）处的热源；反应后 C 装置的现
象是_________。D 装置中发生反应的化学方程式为_____________________________；待硬
质粗玻璃管内物质冷却后再停止通入 CO 的目的是_________。
（4）该装置有一个明显的缺陷是___________________________________________，改
进的方法为___________________。
解析：制取 CO，需要的药品是浓硫酸（液体）和 HCOOH（液体），反应条件是加热，所3
以发生装置选 a；（2）仪器①的名称是铁架台；a 中产生的一氧化碳气体中会含有水蒸气杂
质，B 中放置浓硫酸的目的是除去气体中混有的水蒸气杂质；（3）实验开始时应先点燃 A
处的热源产生一氧化碳气体，待排尽装置中的空气之后再点燃 C 处的热源， 否则会发生爆
炸事故；一氧化碳还原氧化铁的现象是：红棕色固体变为黑色，产生能使澄清石灰水变浑浊
的气体。故 D 中反应的化学方程式为 CO2+Ca（OH）2＝CaCO3↓+H2O；待硬质粗玻璃管内物质
冷却后再停止通入 CO 的目的是防止生成的铁又被氧化，同时防止 D 中石灰水倒吸。（4） 一
氧化碳有毒，该装置的一个明显的缺陷是没有对尾气进行处理，处理的方法是点燃或收集。
答案：（1）a （2）铁架台 浓硫酸 （3）A 红棕色固体变为黑色 CO2+Ca（OH）2
＝CaCO3↓+H2O 防止生成的铁又被氧化，同时防止 D 中石灰水倒吸 （4）没有对尾气进行
处理 点燃或收集
【方法提炼】
平均值法在含杂质计算中的应用
在实际生产过程中，原料或产物都含有一定量的杂质，在化学试题中就衍生出一种利用
平均值法判断物质所含有杂质的成分或进行相关计算的试题。
在数学上，我们算过求平均数的题目，可表达为：m＝ ，且 a＞b＞0 时，a＞m＞
b。我们把它引入化学计算中，能使很多题目转繁为简，化难为易。这就是平均值的解题思
想，解题方法可以简记为“大找小，小找大，两头找中间”。
例题 由氧化铁（Fe2O3）及其杂质 R 组成的 混合物中，含铁元素的质量分数为 68%，
则 R 可能是（ ）
A. Fe B. FeO C. Fe3O4 D. FeCO3
解析：本题是一道综合性推断题。由题可知，68%为 Fe2O3 和 R 中铁元素质量分数的平
均值，根据平均值法的解题思路，“中”为分界点，“大”找“小”，“小”找“大”。 题
中已知的 Fe2O3 中铁元素的质量分数为 70%>68%，所以 R 中所含铁
元素的质量分数应该小于 68%，一大一小混合才能使质量分数为 68%，根据选项中各物质中
铁元素的质量分数大小即可确定正确答案。
答案：D
（答题时间：30 分钟）
1. 铁钉在下列哪种情况下最容易生锈（ ）
A. 干燥的空气中 B. 潮湿的空气中
C. 浸入植物油中 D. 干燥致密的土壤中
2. 下列有关金属资源的利用和保护不合理的是（ ）
A. 废旧金属的回收利用是保护金属资源的有效途径之一
B. 银是导电性最好的金属，应该全面取代铜、铝做导线
C. 车船表面涂油漆可防止生锈
D. 炼铁的主要原料有铁矿石、焦炭、石灰石
2
ba +
=××+×
×
%100316256
2564
*3. 分别向 a、b 两支试管中加入形状和大小完全相同的铁片，再向 a 中加入植物油，均
塞上橡皮塞，U 型玻璃管内为红墨水（开始时两端液面水平），如下图所示，放置一段时间
后，以下说法错误的是（ ）
A. 植物油用于隔绝氧气和水
B. b 中铁片更易生锈
C. U 型玻璃管两端的液面变为右低左高
D. U 型玻璃管两端的液面变为左低右高
4. 钢铁是使用最多的金属材料，根据你的生活经验分析，下列做法错误的是（ ）
A. 钢铁放在潮湿的空气中容易生锈
B. 在铁插中加入硫酸铜，生石灰和水，配制农药
C. 雨水淋湿的自行车，须先用干布擦拭后再用带油的布擦
D. 用铁板可以制作防盗门
5.（兰州）下列说法中正确的是（ ）
A. 废旧电池可以随意丢弃 B. 铁矿石可以随意开采
C. 被腐蚀的铁制品应该加以回收利用 D. 铁丝在氧气中燃烧生成氧化铁
6. 铁在潮湿的空气里会发生锈蚀，证明氧气一定参加了反应必须要做的实验是（ ）
A. ①② B. ①③
C. ②③ D. ①②③
7. 在金属表面覆盖保护膜是普遍采用的金属防锈措施之一。下列自行车的防锈措施中，
不属于覆盖保护膜的是（ ）
A. 擦拭保持洁净与干燥 B. 链条上油
C. 轮圈镀铬 D. 车架喷漆
8. 用下列矿石冶炼金属时，排放的废气容易引起酸雨的是（ ）
A. 辉铜矿（主要成分 Cu2S） B. 赤铁矿（主要成分 Fe2O3）
C. 磁铁矿（主要成分 Fe3O4） D. 铝 土矿（主要成分 Al2O3）
9. 下图是实验室模拟工业炼铁的装置图。5
（1）分别写出硬质玻璃管和试管内产生的现象。
（2）金属矿物的储量有限，且不可再生。因此回收利用废旧金属具有很重要的意义，
请写出其中的一点。
10. 金属材料应用广泛。
（1）铝具有很好的抗腐蚀性能，是因为铝在空气中能与氧气反应，其表面生成一层致
密的薄 膜，该反应的化学方程式为______________________________。
（2）铁合金的抗腐蚀性能比纯铁_______。铁制品锈蚀，实际上是铁跟空气中的______
发生了化学反应，阻止铁锅生锈的措施之一是_________。
11. 看图回答下列问题：
（1）上述金属制品，利用其导热性的是 （填序号）。
（2）钢铁是常用的金属材料，写出工业上用赤铁矿（主要成分是 Fe2O3）炼铁的主要化
学方程式： 。
（3）铝制品比铁制品具有更好的抗腐蚀性能，是因为铝表面能生成一层 ，
阻止铝进一步被氧化。
（4）铁制水龙头易生锈，写一条能防止铁制品生锈的方法 。
12 .某化学兴趣小组用一氧化碳与氧化铁的反应来探究炼铁的原理，装置如下图所示，请
回答有关问题：
（1）实验进行一段时间之后，A 玻璃管内观察到的现象是 。
（2）B 装置中氢氧化钠溶液的作用是 。
（3）为避免将 CO 排放到空气中，并回收利用 CO，方框中连接的是 C 和 D 装置，导管6
接口的连接顺序应为 a→ 。
（4）除 CO 外，还有氢气等物质可以还原 Fe2O3，某同学设计了用金属锌粒与稀硫酸反
应制取氢气的实验装置，如下图所示：
①制取氢气的反应方程式为 。
②用 E 和 F 装置制取二氧化碳，F 装置与 E 装置比较，优点是 。7
1. B 解析：铁生锈是铁和水、氧气共同作用的结果，即铁在有水和氧气同时存在时最易
生锈。在干燥的空气中缺水、浸入植物油中缺氧气和水、干燥致密的土壤中缺水和氧气，潮
湿空气中存在水和氧气，铁最容易生锈。
2. B 解析：由于资源和价格等问题，银不可能全面取代铜、铝做导线。
3. C 解析：水不溶于植物油，空气不可透过植物油，植物油可用于隔离空气中的氧气和
水蒸气，故 A 正确；b 试管中的铁打暴露在试管内的空气中，与水和氧气共同作用，更易生
锈而被腐蚀，故 B 正确；由于 b 试管中的氧气和水蒸气被消耗，管内压 强减小，而 a 中不
易生锈，a 中压强将大于 b 中压强，导致红墨水向 b 段移动，形成左低右高的液面，故 C 错
误、D 正确。
4. B 解析：硫酸铜和熟石灰可以制取波尔多液，铁插中加入硫酸铜会发生反应生成铜和
硫酸亚铁，所以 B 不能配制农药。
5. C 解析：A. 废旧电池含有重金属，随意丢弃会污染环境，故错误；B. 铁矿石是不可
再生资源，不可随意开采，故错误；C. 金属的回收利用是保护金属资源的一种方式，故正
确。D. 铁丝在氧气中燃烧产物为四氧化三铁，故错误。
6.A 解析：本题考查了铁生锈的条件。图①说明铁与O2、H2O共同作用，图②说明水不
能使铁生锈，图③说明氧气不能使铁生锈，要证明氧气参与反应，需要的前提是已有铁和
水的环境，故选①②。
7. A 解析：覆盖保护膜是指在铁制品表面增加防护层，阻止里面的铁直接与空气和水接
触，常见的方法有涂油、刷漆、电镀、烤蓝等，保持洁净和干燥是最基本的做法，不属于覆
盖保护膜。
8. A 解析：酸雨主要是由于废气中含有 SO2 和 NO2，在空气中经复杂的大气化学反应形
成酸，和雨水一起降落下来。本题中的辉铜矿中由于含有硫元素，冶炼后会产生二氧化硫气
体，有可能引起酸雨。
9.（1）红色粉末变黑色（红色粉末中有黑色物质生成）；澄清石灰水变浑浊。
（2）节约金属资源，节约能源，减少对环境的污染，环保，降低成本（其他表述合理
也可）
解析：（1）氧化铁是红色的，反应后生成的铁粉是黑色的，因此硬质玻璃管内发生的
现象是红色固体变为黑色；该反应产生 CO2，通入石灰水后会使澄清石灰水变浑浊。
（2）回收利用废旧金属意义重大，回答时可从环境保护、节约能源、节约资源等角度
作答
10. （1）4Al + 3O2 ＝2Al2O3（2）强 氧气和水 用完后及时洗干净，擦干放于干燥处
（或：使用后及时洗干净，或保持铁锅干燥，或将铁锅放在干燥处等）
解析：常温下，铝能与空气中的氧气反应生成一层致密的氧化铝，阻止铝进一步氧化，
合金的抗腐蚀性质较其成分金属强，铁生锈是铁与空气中氧气和水共同作用的结果，防止铁
生锈是破坏铁生锈的条件，但铁锅不能涂油漆，也不会涂油（除非是较长一段时间不用的铁
锅），其防锈措施是使用后及时洗干净，然后擦干，放在干燥的地方。
11. （1）B （2）3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 （3）致密的氧化物薄膜（4）在水龙头表
面涂刷油漆
解析：（1）铝制水壶利用了金属的导热性。（2）CO 在高温条件下与氧化铁反应，生成
铁和二氧化碳，其反应的化学方程式为 3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2。（3）铝制品比铁制品具有
更好的抗腐蚀性能，是因为铝表面能生成一层致密的氧化物 薄膜，阻止铝进一步被氧化。8
（4）采取在水龙头表面涂刷油漆或镀上其他金属等方法，都可使铁与空气中的水和氧气隔
绝，而达到防止锈蚀的目的。
12.（1）红色固体逐渐变成黑色固体（2）吸收反应生成的二氧化碳（或除去一氧化碳
中的二氧化碳）2NaOH + CO2 ＝ Na2CO3 + H2O （3）dbe（4）①Zn + H2SO4 ＝ ZnSO4 + H2↑
②随开随用，随关随停（或节约药品）
解析：氧化铁是红色固体，高温下一氧化碳还原氧化铁得到的铁粉是黑色的，所以实验
中玻璃管中的固体由红色变成黑色，根据实验装置图分析，实验中对尾气中的一氧化碳是先
收集然后再利用，为了收集到较纯净的一氧化碳，用氢氧化钠溶液吸收反应生成的二氧化碳，
即 B 装置中氢氧化钠的作用是吸收反应生成的二氧化碳。C 装置是用排水法收集一氧化碳，
所以气体应该由导管 d 通入，b 和 e 相连。实验室用锌和稀硫酸反应制取氢气，E 装置中稀
硫酸需将长颈漏斗下端浸没，否则气体从长颈漏斗中逸出，无法收集到氢气，所以需较多量
的稀硫酸，同时无法控制反应的发生与停止，对药品的浪费较严重，F 装置用试管代替锥形
瓶，虽然同样要浸没长颈漏斗的下端，但酸液的量较小，另一方面使用了多孔隔板，实验时
可通过打开或关闭导管上的止水夹，使反应进行或停止，因此该装置可随开随用，随关随停，
节约药品。
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