金属的腐蚀与防护.doc

《金属的腐蚀与防护》教学设计
【教学目的】
１．知识：使学生了解金属腐蚀，特别是电化腐蚀的原因和金属防护的常用方法。
２．能力：培养学生的自学能力，理论联系实际的能力和归纳总结知识的能力。
３．德育：使学生树立环境保护意识和珍惜资源，可持续发展的意识。
【教学重点】电化腐蚀的原因。
【教学难点】析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应方程式。
【教学方法】自学讨论，师生共议，民主教学，亦教亦学
【教学用品】投影仪
【教学过程】
［探索实验］ 1、向一充满氧气的大试管A中放入几枚用 ＮａＣｌ饱和溶液浸泡过的无锈铁钉后，用带导管的单孔胶塞塞紧，再把导管的另一端伸入烧杯水中 ０.５ｃｍ左右，观察现象。
2、向另一大试管B中放入几枚用稀盐酸溶液浸泡过的无锈铁钉后，用带导管的单孔胶塞塞紧，再把导管的另一端伸入烧杯水中 ０.５ｃｍ左右，观察现象。
［师述］ 我们刚做了两个探索实验，大家都很关心：两支试管里，明显地看到：铁钉生锈了。除了铁钉生锈，还有什么现象呢？
［投影］示 Ａ，Ｂ两组导管内液面的变化（为利于观察，可在 Ａ，Ｂ的长导管内各滴加一滴红墨水）（见表一）
现象：Ａ中：长导管内液面上升，Ｂ中：长导管内液面下降。
［师述］ 大家一定在想：铁钉为什么会生锈？两支试管中长导管内的液面，为什么一个上升，一个下降？这也就是我们这一节课要研究的主要内容。
［板书］金属的电化学腐蚀与防护
［师述］通过上一节课的学习，我们已经掌握了原电池的化学原理，本节课就是要应用原电池的化学原理，研究金属腐蚀的原因和金属的防护问题。为了培养同学们的自学能力，理论联系实际的能力和对知识归纳总结的能力。本节课采用“自学讨论，师生共议，民主教学，亦教亦学”的教学方法。请大家用 １０分钟时间，结合自学提纲阅读教材，并完成上述探索实验的报告，准备好发言。发自学提纲讲义（上附探索实验报告）
［板书］一、金属的电化学腐蚀
1、金属的电化腐蚀的本质：M - ne- = M n+
2、钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀的分析和比较；
3、金属电化学腐蚀与化学腐蚀的比较；
4、金属防护的常用方法；
［自学提纲］
１．金属的电化腐蚀的本质是什么？
请分析：钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀中：ａ）原电池的形成条件；ｂ）正、负极；ｃ电解质溶液；ｄ）电子如何流动形成电通路；ｅ）电极反应；ｆ）最终腐蚀产物；ｇ）哪种腐蚀更普遍。
２．析氢腐蚀、吸氧腐蚀中“析”和“吸”字的含意。
３．什么情况下，金属会发生化学腐蚀？试从形成条件、主要现象、腐蚀本质、相互关系去比较电化腐蚀与化学腐蚀的异同点。
４．试举例说明金属腐蚀的危害和金属防护的重要意义，如何根据原电池反应的原理去选择金属防护的方法？
［探索实验报告］
表 一
试管
现 象
解 释
反 应 式

Ａ
铁钉生锈，长导管液面上升
发生析氢腐蚀，产生 Ｈ2，增大，试管 内 气 体 增 多，压强增大，导 致 导 管 内 液 面上升
（－）Ｆｅ－２ｅ＝Ｆｅ２＋
（＋）２Ｈ＋ ＋２ｅ＝Ｈ２
Ｂ
铁钉生锈，长导管液面下降
发生吸氧腐蚀，消耗 Ｏ2，试管 内 气 体 减 少，压 强，减小，导 致 导 管 内 液 面下降
（－）Ｆｅ－２ｅ＝Ｆｅ２＋
（＋）２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２ ＋４ｅ＝４ＯＨ－

表 二

析 氢 腐 蚀
吸 氧 腐 蚀
形成条件
水膜酸性较强
水膜酸性很弱或呈中性
电解质溶液
溶有 ＣＯ２的水溶液
溶有 Ｏ２的水溶液
负极
Ｆｅ
负极反应
Ｆｅ－２ｅ＝Ｆｅ２＋
正极
Ｃ
正极反应
２Ｈ＋ ＋２ｅ＝Ｈ２
２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２ ＋４ｅ＝４ＯＨ－
电子如何流动形成电通路
Ｆｅ失 ｅ成为 Ｆｅ２＋进入溶液 Ｆｅ，失去的 ｅ流入 Ｃ极，Ｈ＋趋向于Ｃ极与 Ｃ极上的 ｅ结合成Ｈ2析出溶液
Ｆｅ失 ｅ成为 Ｆｅ２＋进入溶液 Ｆｅ失去的 ｅ流入 Ｃ极，O２在C极获得ｅ成为 ＯＨ－进入溶液
最终腐蚀
产物
铁锈（Fe2O3的复杂水合物）
普遍性
吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍
［讨论］请同学们参照自学提纲思考题进行讨论。
（讨论可采用“自由交谈”，或“小组讨论”结合“中心发言”（上讲台发言）的办法。讨论中有精彩或独特见解的，教师当即给予肯定、赞赏；有错误的，引导学生自己纠正达到共识，最后，和学生一起归纳总结。）
［讨论１］讨论思考题 １。（过程略）（学生代表发言时，投影教材 Ｐ91图 4－16，4－17供学生分析用。）
［投影］钢铁析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较。（见表二）
［讨论２］讨论自学提纲思考题 ２。
结论：析氢腐蚀中，Ｈ２是产物，从溶液中析出，所以为“析氢”。吸氧腐蚀中，Ｏ２是反应物，被消耗而吸收，所以为“吸氧”。了解了析氢腐蚀和吸氧腐蚀的原理，就不难解释 Ａ，Ｂ试管的不同实验现象了。
［投影］已完成的探索实验报告（见前面自学提纲后）
［讨论 ３］讨论思考题 ３（过程略）
［投影］化学腐蚀和电化腐蚀的比较
表 三

化 学 腐 蚀
电 化 腐 蚀
条 件
金属 与 非 电 解 质 直 接 接 触（不与电解质溶液接触）
不纯金属或合金跟电解质溶液接触
现 象
无电流产生
（不发生原电池反应）
有电流产生（发生原电池反应）
本 质
发生氧化－还原反应
金属被腐蚀
氧化反应和还原反应分两极进行，较活泼的金属被腐蚀

相互关系
两种腐蚀往往同时发生，但电化腐蚀更普遍
［讨论４］讨论思考题 ３（过程略）（引导学生从珍惜、节约资源、树立环境保护和可持续发展意识的高度去认识金属腐蚀的危害和金属防护的重要意义。）
［师述］指出：金属的腐蚀对国民经济带来的损失是惊人的，据 ７０年代美国的一份统计报告，全世界每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料，约相当于金属年产量的 １／３，造成的直接经济损失约达7000亿美元。至于因设备腐蚀损坏而引起的停工减产、产品质量下降、污染环境、危害人体健康甚至造成严重事故的损失，就更无法估计了。因此，对金属采取适当的防护措施具有重要意义，那么如何根据原电池反应的原理去选择金属防护的方法？
［投影］（学生代表发言时，投影教材 Ｐ91图 4－18，4-20供学生分析用。）
1、电化学保护法
（1）牺牲阳极的阴极保护法
形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。
（2）外加电流的阴极保护法
将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。
2、其他方法：(1) 在金属表面覆盖保护层——电镀、油漆、钝化等
(2) 制成合金（不锈钢）——改善金属的内部组织结构(内因)
［师述］ 当前，世界各国都有许多优秀的科学家，从事金属腐蚀理论及防护方法的研究工作。有志者可选择这方面的课题研究，一定会大有作为；一旦有新的突破，产生的经济效益和社会影响，必将是巨大的。
［课堂练习］
［投影］１解释下列现象并写出有关原电池的电极反应：
（１）马口铁（镀 Ｓｎ铁皮）做的罐头，打开后为什么极易生锈？
（２）自来水管（镀 Ｚｎ铁管）和白铁皮做的提桶，为什么不易生锈？
（３）轮船船壳的水线以下部分，为什么要装上一定数量 Ｚｎ块？
２．桥梁上钢结构接头处须用铆钉连结，以下三种铆钉，选用何种为好？
（１）铝铆钉 （２）铜铆钉 （３）钢铆钉
３．下列各烧杯中盛有海水依次插入：（１）Ｆｅ片；（２）Ｃｕ、Ｆｅ导线相连；
（３）Ｓｎ、Ｆｅ导线相连；（４）Ｚｎ、Ｆｅ导线相连；（５）Ａｌ、Ｆｅ导线相连（６）Ｃｕ、Ｆｅ分别接原电池负、正极；（７）Ｃｕ、Ｆｅ分别接原电池正、负极。铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是：（６） ＞（２）＞（３） ＞（１） ＞（４） ＞（５） ＞（７）。
［作业］Ｐ94习题
［第二课堂活动］以课外活动小组为单位，到本地区的厂矿或者其他单位进
行关于金属腐蚀情况和防护方法的调查研究，写出调查报告或小论文。

附：［自学提纲］
１．金属的电化腐蚀的本质是什么？
请分析：钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀中：ａ）原电池的形成条件；ｂ）正、负极；ｃ电解质溶液；ｄ）电子如何流动形成电通路；ｅ）电极反应；ｆ）最终腐蚀产物；ｇ）哪种腐蚀更普遍。
２．析氢腐蚀、吸氧腐蚀中“析”和“吸”字的含意。
３．什么情况下，金属会发生化学腐蚀？试从形成条件、主要现象、腐蚀本质、相互关系去比较电化腐蚀与化学腐蚀的异同点。
４．试举例说明金属腐蚀的危害和金属防护的重要意义，如何根据原电池反应的原理去选择金属防护的方法？
［探索实验报告］
表 一
试管
现 象
解 释
反 应 式

Ａ

Ｂ

表 二

析 氢 腐 蚀
吸 氧 腐 蚀
形成条件

电解质溶液

负极

负极反应

正极

正极反应

电子如何流动形成电通路

最终腐蚀
产物

普遍性

表 三

化 学 腐 蚀
电 化 腐 蚀
条 件

现 象

本 质

相互关系

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