# 金属活动性顺序与腐蚀

> 化学 · CIE IGCSE 0620
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-0620-u9-reactivity-series-and-corrosion/

本指南覆盖CIE IGCSE 0620考纲要求的金属活动性顺序、置换反应预测规则、铁生锈的条件，以及符合2026-2028考纲的核心/拓展腐蚀防护方法。

**先修:** [金属的基本性质（第9.1单元）](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-0620-u9-basic-metal-properties/); [书写文字方程式和配平后的符号方程式](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-0620-u1-chemical-equations/)

## 学习目标

- 熟记包含碳和氢在内的完整金属活动性顺序
- 利用金属活动性顺序预测金属与水、稀酸以及金属化合物的反应
- 解释铁生锈的条件以及核心防护方法
- 根据金属活动性顺序排序判断置换反应能否发生
- （拓展内容）解释牺牲阳极保护法作为氧化还原类腐蚀防护方法的原理

## 核心内容：金属活动性顺序表及反应规则

**金属活动性顺序表** — 按反应性从强到弱排序的金属（外加非金属碳和氢）排名列表，用于预测化学反应的发生情况。

1. 钾（K）
2. 钠（Na）
3. 钙（Ca）
4. 镁（Mg）
5. 铝（Al）
6. 碳（C）
7. 锌（Zn）
8. 铁（Fe）
9. 铅（Pb）
10. 氢（H）
11. 铜（Cu）
12. 银（Ag）
13. 金（Au）

> **mnemonic**
>
> 请别再叫我粗心斑马，试着记住铜护金的规律

**例题:** 利用金属活动性顺序判断镁是否会与稀盐酸反应，若反应发生请写出文字方程式。

1. 在活动性顺序中找到镁和氢的位置：镁位于氢之前。
2. 应用规则：位于氢之前的金属可与稀酸反应生成盐和氢气。
3. 反应发生，文字方程式：镁 + 盐酸 → 氯化镁 + 氢气

> **考试提示:** 你必须熟记包含碳和氢在内的完整活动性顺序，这是解答金属提取和酸反应类题目的必备知识点。

## 核心内容：置换反应

**置换反应** — 反应性更强的金属从另一种金属的盐溶液或固态氧化物中置换（取代）出反应性更弱的金属的反应。

只有当游离态金属在活动性顺序中的位置高于化合物中的金属时，置换反应才会发生。例如，铁可以从硫酸铜溶液中置换出铜，但铜无法从硫酸亚铁溶液中置换出铁。

**例题:** 一名学生将锌粉加入浅绿色的硫酸亚铁溶液中。请描述预期的实验现象，并结合金属活动性顺序解释该反应发生的原因。

1. 在活动性顺序中找到锌和铁的位置：锌位于铁之前，因此置换反应可以发生。
2. 实验现象：灰色锌粉溶解，浅绿色溶液变为无色，深灰色的铁单质固体沉积在试管底部。
3. 解释：锌的反应性比铁更强，因此可以从硫酸亚铁中置换出铁。文字方程式：锌 + 硫酸亚铁 → 硫酸锌 + 铁

## 核心内容：铁的生锈与防护方法

**铁锈蚀** — 铁特有的腐蚀现象，铁与氧气和液态水反应生成松软片状的水合氧化铁（铁锈），铁锈会剥落，露出更多铁从而进一步发生腐蚀。

铁生锈的必要条件是**同时存在（来自空气的）氧气和液态水**。如果缺少任意一种物质（例如将铁保存在干燥空气中，或放在煮沸除氧的水中），铁就不会生锈。

- **屏障法**：在铁表面涂覆油漆、油、油脂或塑料，隔绝铁与氧气和水的接触
- **镀锌法**：在铁表面镀上一层锌，既可以起到屏障作用，即使镀层被刮破也能提供额外的防护
- **合金化法**：将铁与铬、镍混合制成不锈钢，不锈钢不会生锈

**例题:** 一扇铁质花园大门已经出现初期生锈迹象。请说出两种可有效防止其进一步生锈的方法，并分别解释其原理。

1. 方法1：给整扇大门表面刷漆。这会形成一层气密防水的屏障，阻止氧气和水接触铁，防止铁锈生成。
2. 方法2：对大门进行镀锌处理。锌镀层既可以作为物理屏障，在镀层被刮破时还能提供牺牲性防护（完整解释见拓展部分）。

## 仅拓展内容：牺牲性防护

**牺牲性防护** — 一种金属防腐方法，将反应性更强的金属（例如锌或镁）连接到铁制品上。反应性更强的金属会优先氧化（腐蚀），通过牺牲自身来保护铁不生锈。

与屏障法不同，即使防护金属层受损，该方法依然有效。反应性更强的金属比铁更容易失去电子，作为还原剂向原本会氧化生锈的铁提供电子。

**例题:** 铁质船体通常会安装镁块来防止生锈。请结合金属活动性顺序解释该方法的工作原理。

1. 在金属活动性顺序中找到镁和铁的位置：镁的反应性远强于铁。
2. 当暴露在盐水和氧气中时，镁会优先腐蚀（氧化），失去电子生成镁离子。
3. 任何原本会失去电子生成铁锈的铁原子，都会立刻从正在腐蚀的镁处获得电子，因此保持为中性铁单质，不会生锈。
4. 镁块完全腐蚀后需要定期更换。

## 常见错误

- **错误做法:** 使用金属活动性顺序时忘记包含碳和氢
  - 原因: 碳是预测从氧化物中提取金属的必要元素，氢是预测金属与稀酸反应结果的必要元素。
  - 正确做法: 始终牢记包含这两种非金属在内的完整活动性顺序，且顺序正确。
- **错误做法:** 声称所有金属都能与稀酸反应
  - 原因: 活动性排在氢之后的金属（铜、银、金）无法将氢从稀酸中置换出来，因此不会发生反应。
  - 正确做法: 仅预测金属活动性顺序中排在氢之前的金属能与稀酸发生反应。
- **错误做法:** 将腐蚀和生锈两个术语混用
  - 原因: 腐蚀是任意金属发生损耗的通用过程，而生锈仅特指铁的腐蚀。其他金属例如铝会形成保护性腐蚀层，阻止进一步损耗。
  - 正确做法: 仅在指代铁的腐蚀时使用生锈一词，其他金属的损耗统一使用腐蚀。
- **错误做法:** 声称油漆等屏障防护方法即使被刮花也能正常发挥作用
  - 原因: 刮痕会破坏屏障层，让氧气和水接触到铁的表面，因此生锈会从刮痕位置开始发生。
  - 正确做法: 对于涂层可能被损坏的物件，使用镀锌或牺牲阳极保护法，这类方法即使表面被刮花也能正常生效。
- **错误做法:** 声称生锈只需要水或者只需要氧气
  - 原因: 生锈反应的进行需要两种反应物同时参与，铁在干燥空气中或者无氧水中都不会生锈。
  - 正确做法: 始终明确说明生锈的发生需要同时有来自空气的氧气和液态水。

## 速查表

| 概念 | 核心考纲规则 | 拓展考纲规则 |
| --- | --- | --- |
| 金属活动性顺序排序 | K > Na > Ca > Mg > Al > C > Zn > Fe > Pb > H > Cu > Ag > Au | 更活泼的金属是更强的还原剂，更易失去电子 |
| 与稀酸的反应 | 活动性排在H之前的金属反应生成盐 + H₂ | 反应属于氧化还原反应：金属被氧化，H⁺离子被还原 |
| 置换反应 | 更活泼的金属将活泼性更弱的金属从其化合物中置换出来 | 属于氧化还原过程：更活泼的金属被氧化，活泼性更弱的金属离子被还原 |
| 生锈条件 | 需要同时有O₂和液态水 | 生锈属于氧化还原反应：Fe被氧化，O₂被还原 |
| 防锈方法 | 屏障防护法、镀锌、合金化 | 牺牲阳极保护法利用Zn/Mg优先发生腐蚀，从而保护Fe |
| 金属提取 | 活动性排在C之后的金属通过C还原提取；活动性排在C之前的金属通过电解法提取 | 提取反应属于氧化还原过程 |

## 下一步

在你掌握了金属活动性顺序与腐蚀的相关内容后，就可以开始学习金属提取工艺，该部分内容完全依赖金属活动性顺序的排序来为每种金属选择正确的提取方法。如果你学习的是拓展层级内容，还可以练习书写置换反应和腐蚀反应的离子半反应方程式，为试卷2和试卷4中的长答题做准备。请务必使用该主题的结构化练习题测试你的知识掌握程度，该知识点在核心卷和拓展卷中都属于高频考点。

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