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金属材料 金属的锈蚀与防护
第十五讲
知识体系建构
知识全面梳理
核心考点突破
目
录
重点实验探究
知识点1 金属材料
1.金属材料：包括_______和合金。
纯金属
2.金属的物理性质及用途
项目 物理性质 用途
共性 _____性 制作导线
_____性 制作炊具
_____性 冲压成各种形状
有金属光泽 制作各种饰品
密度和硬度较大 制造车辆、机械零件
熔点和沸点较高 制作灯泡中的灯丝
特性 颜色：大多数金属为银白色，而铜显红色，金显黄色，铁粉显黑色 状态：常温下，大多数金属为固体，汞为液体 导电
导热
延展
【温馨提示】
金属之最
(1)地壳中含量最高的金属元素——铝
(2)人体中含量最高的金属元素——钙
(3)目前世界年产量最高的金属——铁
(4)导电、导热性最好的金属——银
(5)熔点最高的金属——钨
(6)熔点最低的金属——汞
(7)人类最早使用的金属——铜
3.合金
(1)概念：以某种金属为基础，添加其他金属或非金属通过高温熔炼、烧结等方式形成的具有金属特性的材料。
(2)性质特征：一般合金比组成它的纯金属的熔点___、硬度___、抗腐蚀性更强，即性能更优良。
低
大
【温馨提示】
(1)合金属于混合物，至少含一种金属。
(2)生活中广泛使用的是合金而不是纯金属。
(3)比较合金和组成合金的纯金属的硬度：相互刻画，产生明显划痕的是纯金属。
(3)常见的合金
合金 铁合金 铜合金 焊锡
生铁 钢 黄铜 青铜 成分 含碳量 2%～4.3% 含碳量 0.03% ～2% 铜锌 合金 铜锡 合金 铅锡
合金
备注 生铁和钢性质不同的主要原因是含碳量不同 人类最早使用的合金 熔点低
【即学即练】
判断下列说法的正误。
(1)赤铁矿和氧化铁都属于合金 ( )
(2)生铁是含杂质的铁，钢是纯净的铁( )
(3)硬铝片比铝片的熔点高、硬度大、耐腐蚀性强 ( )



知识点2 金属矿物与金属的冶炼
1.常见的金属矿物(了解即可)
矿物 黄铜矿 孔雀石 辉铜矿
主要 成分 CuFeS2 Cu2(OH)2CO3 Cu2S
2.金属的冶炼
(1)铁的冶炼(详见本讲重点实验探究栏目)
(2)铝的冶炼：工业上采用电解法冶炼铝，反应的化学方程式为2Al2O3
4Al+3O2↑。
铜的冶炼：氧化铜与木炭反应，化学方程式为_____________________。
2CuO+C 2Cu+CO2↑
====
通电
====
高温
知识点3 金属的锈蚀与防护
1.导致钢铁锈蚀的原因
(1)钢铁锈蚀的原因：铁与空气中的_______、_____等物质发生化学反
应生成铁锈(主要成分是_____)。
(2)除锈措施：除铁锈的试剂为_______________。反应的化学方程式是
______________________________________________________。
(3)影响钢铁锈蚀的因素(详见本讲重点实验探究栏目)
水蒸气
氧气
Fe2O3
稀盐酸或稀硫酸
Fe2O3+6HCl====2FeCl3+3H2O或Fe2O3+3H2SO4====Fe2(SO4)3+3H2O
2.减缓钢铁锈蚀的方法
(1)原理：隔绝氧气或___。
(2)方法
①在金属表面涂_______，如涂刷矿物油或油漆、覆盖搪瓷或塑料等。
②镀上一层不易锈蚀的金属或用“烤蓝”等方法形成致密保护层。
③改变金属的组成和结构，如制成合金等。
④保持金属表面清洁干燥。
水
保护层
3.废旧金属的回收利用
(1)随意弃置废旧金属的危害：很可能造成水污染和土壤污染。
(2)回收废旧金属的意义：有利于金属资源的充分利用，有利于保护环境、节约能源和资源。
【即学即练】
判断下列说法的正误。
(1)铁制品易生锈是因为和氧气接触 ( )
(2)铜的化学性质不活泼，在潮湿的空气中不会生锈 ( )
(3)必须同时隔绝氧气和水才能防止钢铁生锈 ( )
(4)生活中应经常用钢丝球擦洗铝锅表面，保持洁净 ( )




命题点1 金属材料6地5考　
例1 (2022·枣庄)2022年北京冬奥会取得圆满成功。下列冬奥会用品涉及的材料中，属于金属材料的是( )
A.“冰墩墩”——PET纤维
B.场馆使用的太阳能电池——晶体硅
C.速滑冰刀——钛合金
D.冰壶——花岗岩
【解题关键】 金属材料分为纯金属和合金。
练1 (2025·青岛)下列生活用品，主要由金属材料制成的是( )
A.保鲜膜 B.铜导线
C.陶瓷碗 D.实木椅
练2 (2024·临沂)下列关于金属和金属材料的说法中正确的是( )
A.生铁和钢的含碳量不同
B.黄铜比纯铜硬度小
C.合金属于合成材料
D.大多数金属在自然界中以单质形式存在
命题点2 金属矿物与金属的冶炼6地5考　
例2 (2022·滨州)如图所示是模拟工业炼铁的化学反应装置，以下说法错误的是( )
A.实验开始时应先通入一氧化碳，目的是排
净硬质玻璃管内的空气，防止爆炸
B.硬质玻璃管内氧化铁发生还原反应
C.实验过程中硬质玻璃管内观察到的现象是黑色粉末逐渐变成红色
D.装置中导管末端加一点燃的酒精灯，目的是燃烧未反应的一氧化碳，防止污染环境
【解题关键】 氧化铁为红色，铁粉为黑色。
练3 如图是木炭还原氧化铜反应的实验装置图，下列说法正确的是( )
A.给酒精灯加网罩，目的是使火焰集中并提高温度
B.实验过程中，可观察到红色粉末逐渐变黑
C.木炭是使氧化铜还原为铜的物质，它具有氧化性
D.实验结束后，应先停止加热，再将导气管从澄清石灰水中撤出
练4 (2023·德州)金属材料在生产、生活中有着广泛的用途，金属资源应得到有效的利用和保护。
(1)利用金属矿产冶炼金属是获得金属材料的主要途径。工业上炼铁常用的原料有赤铁矿(主要成分为Fe2O3)、焦炭(主要成分为碳)、石灰石和空气。其主要反应过程如下：
①上述流程中X的化学式是CO2。写出反应Ⅱ的化学方程式：__________
____。
②反应Ⅲ为炼铁的主要反应，其反应的化学方程式为______________
________。
C+CO2
2CO
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2
====
高温
====
高温
(2)为了从某废旧电子产品中提炼贵重金属并得到硫酸铜溶液。有如下流
程：
①“步骤二”中能与稀硫酸反应的是粗铜中的_______(填化学式，下
同)，“步骤三”是滤渣Ⅰ中的Cu与空气中的氧气发生反应。
②写出“步骤四”中发生反应的化学方程式：_____________________。
Al、Mg
CuO+H2SO4====CuSO4+H2O
练5 新考向 结合传统文化
(2024·山西)【化学与技术】我国是世界上锌冶炼最早的国家。明代宋应星所著的《天工开物》中有关“火法”炼锌的工艺记载是“每炉甘石(主要成分是碳酸锌)十斤装载入一泥罐内……然后逐层用煤炭饼(反应后生成一氧化碳)垫盛，其底铺薪，发火煅红……冷定毁罐取出……即倭铅(锌)也。”此工艺过程分解模拟如图。(已知：Zn的冶炼温度为904 ℃，Zn的沸点为906 ℃。)请结合图文信息，分析思考，解决问题：
(1)装入原料器之前，将炉甘石敲碎的目的是________________________
________。
(2)高温炉内，碳酸锌(ZnCO3)在高温条件下与煤的主要成分发生反应生
成Zn和CO，反应的化学方程式为______________________。该反应生成
物中碳元素的化合价为___。
(3)冷凝器中发生的变化属于_________。
(4)我国古代冶锌晚于铁和铜，结合已知信息，分析说明其中的原因是
______________________________________________________________
____。
增大反应物的接触面积(合
理即可)
2C+ZnCO3 Zn+3CO↑
+2
物理变化
Zn的冶炼温度与沸点接近，冶炼时生成的Zn呈气态，不易收集(合理即
可)
====
高温
命题点3 金属的锈蚀与防护6地4考　
例3 (2024·滨州)下列做法不能减缓或防止钢铁锈蚀的是( )
A.经常用食盐水清洗铁制品
B.保持铁制品表面清洁干燥
C.在铁制品表面涂油漆
D.在钢铁的表面镀一层不易锈蚀的金属
【解题关键】 防止钢铁锈蚀的原理：一是隔绝空气，二是隔绝水，三是改变金属内部结构。
练6 (2023·潍坊)某化学学习小组为探究铁丝生锈、铁丝燃烧的影响因素，进行如下实验(点燃操作已略去)。下列说法错误的是( )
A.对比①③可知：水是铁丝生锈的条件之一
B.对比①②可知：氧气是铁丝生锈的条件之一
C.对比②③可知：氧气是铁丝燃烧的条件之一
D.对比③④可知：铁丝形状能影响铁丝的燃烧
练7 (2023·无锡)用如图所示装置探究铜生锈的条件，一个月后发现铜丝未生锈。下列叙述错误的是( )
A.金属的腐蚀是金属从单质变成化合物的过程
B.在潮湿的空气中，铝比铁耐锈蚀
C.在有氧气和水的条件下，铜比铁易生锈
D.铜生锈可能与空气中的O2、H2O和CO2有关
练8 (2025·青岛)钢铁是目前应用最广泛的金属。钢铁工业的发展状况
是衡量一个国家工业化水平的重要标志。
(1)早在春秋时期，我国就掌握了炼铁方法，其原理是Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2，反应过程中化合价降低的元素是_____________。
(2)如今铁制品应用于生活的方方面面。如用铁锅做饭，主要因为铁具
有_____性。
(3)不锈钢不易生锈，铁容易生锈，二者性质不同的原因是___________
_____。请列举一条生活中防止铁锅生锈的方法：_____________。铁制
品生锈时应及时除锈，生产中可用盐酸除铁锈(主要成分是Fe2O3)，反应
的化学方程式为________________________。
Fe(或铁元素)
导热
物质的结构
不同
擦干(或涂油)
Fe2O3+6HCl====2FeCl3+3H2O
(4)随着生产力的发展，我国炼铁技术又有新突破，是少数几个掌握羰基
铁粉生产技术的国家之一。羰基铁粉在国防军工领域有重要应用，其制
备的简易流程如图所示。
制备Fe(CO)5时，先往设备中通入一段时间CO再加热的原因是___________
_______________，制备过程中可循环利用的物质是_______________。
排尽设备内
空气，防止爆炸
CO(或一氧化碳)
练9 新考法 装置创新
(2024·长春)实验是化学研究的重要手段。图1为教材中探究铁锈蚀条件的实验装置，约一周后能观察到明显现象。小组同学对部分实验进行了改进，使出现明显现象的时间缩短至5～10分钟，改进后的装置如图2所示(夹持装置已略去)。
(1)图1实验中，对比___(填序号)可知，铁生锈与氧气有关。
(2)图2实验中，证明铁生锈与水有关的现象为______________________
_____________。
(3)图2实验能够在较短时间内观察到明显现象，其主要原因是_________
_____。
(4)图2实验的优点是在一定程度上缩短了实验时间，但仍存在不足。请
你指出该实验设计的不足之处_____________________________(答一条
即可)。
AB
U形管左侧铁丝生锈，右
侧铁丝不生锈
氧气浓度
较大
未能探究铁生锈是否与氧气有关
实验10 金属的冶炼——一氧化碳还原化铁
1.反应原理：在高温下用CO将铁从铁矿石中还原出来，反应的化学方程
式：_______________________。
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
====
高温
2.实验装置
3.实验步骤与实验现象
(1)检查装置的_______。
(2)装入试剂并固定装置。
(3)先点燃尾部酒精灯，再通入一氧化碳 。
(4)待玻璃管内的空气完全排尽后(约半分钟)，点燃_________给氧化铁
加热 ；红色粉末逐渐变为_____，澄清石灰水_______，尾气燃烧时产生
___色火焰。
(5)当玻璃管内的红色粉末完全变色后，熄灭_________。
(6)继续_____________ ，待玻璃管内的固体冷却后，再_______________
___。
气密性
酒精喷灯
黑色
变浑浊
蓝
酒精喷灯
通入一氧化碳
熄灭尾部的酒精
灯
巧学妙记：酒精灯早出晚归，酒精喷灯迟到早退。
注意事项：
因为CO有毒，在实验前先通CO，会污染空气，所以为了避免CO的影响，要先点燃尾部酒精灯。
由于CO是可燃性气体，点燃或加热可燃性气体与空气的混合物可能会引发爆炸，所以实验前先通CO以排净装置内的空气。
Fe在加热条件下能与空气中的O2反应，继续通CO可防止还原出来的Fe再次被氧化。
4.有关的化学方程式
①_______________________；
②_________________________；
③________________。
5.尾气处理
方法一：在装置末端放一盏燃着的酒精灯，将未反应的一氧化碳转化为二氧化碳。
方法二：用气球收集尾气，回收利用。
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
Ca(OH)2+CO2====CaCO3↓+H2O
2CO+O2 2CO2
====
高温
====
点燃
6.产物的检验
物理方法：磁铁吸引，若有黑色固体被磁铁吸起，则说明生成了铁。
化学方法：用稀盐酸检验，将生成物加入稀盐酸中，若有气泡冒出，则说明生成了铁。
7.实验改进
8.拓展提高
(1)反应原理：用碳和氧化铜高温加热炼铜，反应的化学方程式为
_____________________。
(2)实验装置：(如图)
(3)实验现象：试管中的黑色粉末逐渐变为___色，澄清石灰水_______。
C+2CuO 2Cu+CO2↑
红
变浑浊
====
高温
1.某兴趣小组的同学们利用如图所示的装置对CO还原Fe2O3粉末的实验进行探究(固定装置略)。
【查阅资料】CO能溶于铜液[醋酸二氨合铜(Ⅰ)和氨水的混合液]
(1)按上图连接装置A～E，在装入试剂前，先_________________。
(2)写出装置B中反应的化学方程式：______________________。
(3)通入CO2一段时间后，先点燃___(填“A”或“D”)处酒精喷灯。
(4)装置C中玻璃管的作用：_________。
检查装置的气密性
2NaOH+CO2====Na2CO3+H2O
A
平衡气压
(5)反应一段时间后，能证明CO与Fe2O3反应的实验现象：______________
_______；____________________。写出装置D中反应的化学方程式：
_______________________。
(6)某同学认为该装置有缺陷，需在装置E后再连接装置F，其目的是_____
_________。装置E、F的接口连接顺序：a连接__(填“b”或“c”)。
D中红色固体变
成黑色
E中Ca(OH)2溶液变浑浊
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
吸收
一氧化碳
c
====
高温
实验11 铁制品锈蚀条件的探究
1.影响钢铁锈蚀的因素
(1)铁与空气中的_____________等物质发生复杂化学反应生成氧化铁(铁锈的主要成分)。
(2)钢铁的成分和环境的温度、湿度、酸碱性等都是影响钢铁锈蚀的因素。
氧气、水蒸气
2.实验设计
编号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
实验条件 铁钉与空气和水同时接触 铁钉只与空气接触 铁钉只与水接触 铁钉与食盐水和空气接触 食醋浸湿的铁钉只与空气接触
实验图示
编号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
实验现象 表面出现红色铁锈 无明显锈迹 无明显锈迹 表面出现红色铁锈 表面明显变黑
生锈程度 生锈 不生锈 不生锈 严重生锈 严重生锈
分　　析 通过对比Ⅰ与Ⅱ两组实验可知，影响铁生锈的因素是水；通过对比Ⅰ与Ⅲ两组实验可知，影响铁生锈的因素是空气；通过对比Ⅰ与 Ⅳ 两组实验可知，食盐水可以加快铁生锈；通过对比Ⅰ与Ⅴ两组实验可知，弱酸性条件可以加快铁生锈 实验结论 铁生锈是铁与_______和_____共同作用的结果
注意事项 (1)实验中所用的水都是经过煮沸并迅速冷却的蒸馏水，煮沸的目的是将溶解在水中的氧气除去，迅速冷却的目的是减少或防止空气中的氧气溶于水。
(2)植物油的作用是隔绝空气，防止空气中的氧气溶于水
水蒸气
氧气
3.铁锈的主要成分为_______________，它的结构疏松，不能阻碍里层的
铁继续与氧气、水等反应，因此铁制品可以全部锈蚀。
4.久置的铜制品表面会锈蚀生成铜绿，化学式为Cu2(OH)2CO3，产生铜绿
是铜与空气中的氧气、水和_______________共同作用的结果。
5.铝的活动性比铁强，在生活中却常在铁的表面涂铝粉的原因为_______
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________。
氧化铁(或Fe2O3)
二氧化碳(或CO2)
铝是一
种比较活泼的金属，在常温下就很容易跟氧气发生反应，生成一层致密
而坚固的氧化铝薄膜。这层薄膜阻止了内层的铝进一步氧化，从而对内
部起到保护作用
2.为探究铁钉生锈的条件，某探究性学习小组设计实验如下图：
(1)①实验中最易生锈的部位是___。
②中植物油的作用是_________。
③实验中，棉花和氯化钙的作用是_________。
(2)①②③对比实验，得出结论：铁生锈的主要条件是与_________共同作用的结果。
乙
隔绝氧气
作干燥剂
空气、水
(3)若想探究食盐水是否影响铁钉的生锈速率，还需设计的实验为_______
_____________________________________。
(4)某同学设计了如上图所示的三个对比实验，一段时间后，甲中的现象
为_____________________________，乙和丙中均无明显变化。由此得出
铁丝锈蚀的过程，实际上是铁丝与_________发生化学反应的过程。
将洁净
无锈的铁钉放入盛有适量食盐水的试管中
铁丝发生锈蚀且试管中液面上升
水、氧气
(5)借助U形玻璃管探究钢铁锈蚀的条件，如下图1所示：
①一段时间后潮湿的钢丝棉有明显锈迹，干燥的钢丝棉没有锈迹，此现
象说明_______________。
钢铁锈蚀需要水
②实验结束时，细心的同学发现浸没在凉开水中的钢丝棉也有少量锈
迹，说明本实验有不完善之处，请利用原有装置提出具体改进方案
________________________________________。
③借助U形玻璃管利用铁生锈粗略测定空气中氧气的体积分数，如图2所
示，得出空气中氧气体积分数约为五分之一的实验现象是____________
________________。
在盛有凉开水的U形管两端液面上滴加植物油
U形管左侧液
面上升到刻度4处
【数字化实验】
(6)某同学对溶液酸碱性是否影响铁钉生锈的快慢展开了如下探究。按图3装置进行实验，测得装置中溶液上方氧气浓度的变化曲线如图4(已知：氯化铵溶液显酸性)。
①实验中溶液上方氧气浓度变化越大，铁钉锈蚀的速率_____(填“越
快”“越慢”或“不变”)。
②根据图4中数据可知，铁钉在酸性溶液中更易锈蚀。
③图4曲线先陡后缓说明铁生锈速率的规律是_______________________
_____________。
越快
随着氧气的消耗，铁生锈
速率逐渐减缓

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