人教版高中化学选修四第四章第四节--金属的腐蚀与防护.doc

《金属的腐蚀与防护》教学设计
本节内容选自人教版高中化学选修4第四章第4节《金属的电化学腐蚀与防护》，本节知识用时二课时，本设计为第一课时。以省级重点中学某平行班高二学生为教学对象。
一、 教学设计思路分析
1、 教材分析
本节课的地位和作用：金属腐蚀是生活、生产中常见的现象，与社会的发展息息相关。它不但造成了巨大的资源的浪费，也给国民经济造成巨大的损失。因此，我们要了解金属腐蚀的危害，掌握其原理，从而寻找对应的解决办法而达到节约资源的目的。
这一课题主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀的原理等知识。它巩固了氧化还原反应、离子反应、原电池的知识。金属的腐蚀是研究化学反应与能量具体直观的体现，为学习金属的防护打下基础。
教材重点：电化学腐蚀（析氢腐蚀和吸氧腐蚀）的本质。
教材难点：析氢腐蚀、吸氧腐蚀的原理
2、 学情分析
本节课之前学生已经初步学习了氧化还原反应、离子反应、原电池的原理等,对金属腐蚀有感性认识，只是未归纳、整理、提升到具体腐蚀的条件及原理。金属腐蚀是生活常见的化学现象。
省重高二平行班学生的知识结构基本清晰，但是在设计实验、观察、记录现象等方面的能力不够全面，往往会遗漏信息，因此在教学中教师要充分发挥引导作用，抛出问题让学生的思路更明了，运用旧知分析新的实验现象，可提高学生的逻辑思维能力。

二、教学方案设计
1、 教学目标
知识与技能：通过情境激趣、实验探究等，分析、归纳、掌握析氢腐蚀和吸氧腐蚀原理。
过程与方法：通过比较不同条件下铁生锈的生活实例，了解“类比”与“对比”在化学学习中的作用和重要性，学会获取知识的方法。
情感、态度与价值观：通过金属腐蚀与生产、生活实际相联系的内容，提高学习兴趣；过了解化学腐蚀的危害性，认识到学习化学的重要性和必要性。
2、 教学方法
情境法﹑多媒体展示法、实验探究法。
3、 教学准备
信息素材：全球钢铁腐蚀的数据、潮湿环境下钢铁生锈图片，析氢腐蚀图片、吸氧腐蚀的模拟图片等；
实验素材：铁粉、碳粉、10%稀硫酸、10%稀醋酸、红墨水、泡菜水、烧杯、滴定管等；
课前分组：依据“同组异质，异组同质”的原则，将全班同学分组。
4、 教学过程
教学
环节
教师活动
学生
活动
设计
意图
创设
情景
导入
新课

【创设情景】 “全球有20%的钢铁厂每年生产的钢铁是为钢铁腐蚀生产的”。
【展示PPT】

【阅读讨论】找出重点信息。
通过数据引入，引发学生的好奇心，激起学习兴趣。同时，培养学生通过阅读获取有用信息的能力。
【问题】钢铁腐蚀的危害如此严重，是什么原因造成的？
【过渡】带着这些问题，下面我们来一起学习第三章 课题一 金属的腐蚀
【板书】第三章 课题一 金属的腐蚀
【分组讨论】结合生活中现象猜测钢铁腐蚀原因。
设疑，激发学生求知欲，明确本节课的学习内容

探究化学腐蚀
和电化学腐蚀

【探究试验】分别在试管①和②中加入5mL稀硫酸；然后在①中加1g纯铁粉，在②中加1g纯铁粉和0.5g炭粉。
【问题组】1、哪一支试管中产生气泡的速度快？
2、分析①②产生气泡速度不同的原因？
3、你能否联系过去所学的原电池知识进行分析实验①与实验②的差异原因？

【教师小结】
1．实验①中所发生的反应是铁与硫酸直接发生化学置换反应，就像铁与O2、Cl2等物质直接发生反应生成氧化铁或三氯化铁而引起的腐蚀一样叫化学腐蚀。
2．实验②中加入碳粉过后，满足了原电池组成的条件：铁与碳粉形成两个电极，其它铁与他们接触形成外电路，浸泡在硫酸溶液之中，形成了无数的微型原电池发生原电池反应，这种腐蚀叫电化学腐蚀。
【板书】化学腐蚀：与接触到的物质直接反应（慢）；
电化学腐蚀：原电池反应（快）
【过渡】为什么上面实验②中金属与酸反应速率快呢？为什么形成原电池金属就腐蚀的快呢？我们以实验②来开展分析：
【引导】通过刚才的分析，同学们能否绘制出实验②中一个微型原电池的装置图？

1.做探究实验。
2.观察实验现象（①比②产生气泡速度慢）。
3.区别实验①②产生金属腐蚀的不同现象的原因——一个是化学腐蚀，一个是电化学腐蚀。

【学生绘图】

1.通过学生亲自动手操作，培养学生自主探究的能力。

2.引导学生透过现象看本质。

3.回顾原电池知识，加深对电化学知识的理解。

探究不同酸性条件下电化学腐蚀原理
【引导】请同学们试着对上述原电池装置中铁电极和碳电极上发生的反应进行描述：
【板书】一、析氢腐蚀
钢铁酸性较强的溶液中的腐蚀原理：
铁电极——正极：Fe – 2e- = Fe2+（氧化反应）
碳电极——负极：2H+ + 2e- = H2（还原反应）
电池反应是：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2↑
【引导】请同学们试着绘制铁发生析氢腐蚀的原电池装置。并归纳出析氢腐蚀的概念。
【板书】由于金属在较强酸性溶液中发生电化学腐蚀，并有氢气产生的腐蚀，我们叫析氢腐蚀。
【过渡】前面我们提到全球每分钟就有一吨钢铁被腐蚀，难道这些钢铁都处在酸性环境之中吗？事实上大多数钢铁都不会处在酸性较强的环境之中。那他们又是怎样被腐蚀的呢？
我们常见的环境中钢铁是处在下面PPT展示的自然环境条件下：
【ppt展示】

【设问】图片中锈迹斑斑的钢管所处环境为弱酸性或中性的潮湿环境，有的还存在有植物生长的环境之中被腐蚀的。那铁被腐蚀的原因又是什么？
下面我们来看一个同样发生铁和碳之间的电化腐蚀实验：
【教师演示实验】
装置如图，在广口瓶的橡胶塞上嵌入浸泡了泡菜水（pH=6）的两条滤纸，将碳粉和铁粉混合物均匀粘附在滤纸条的两侧面，滤纸中间插入一根移液管，广口瓶底盛有红墨水，塞紧橡胶塞，用洗耳球通过侧面导管分别向广口瓶中鼓入空气，使红墨水进入移液管中，当红墨水刚好充满液泡时，关闭止水夹。观察一分钟以后。

泡菜水中铁的吸氧腐蚀实验
【问题组】
1．你观察到了什么现象？与析氢反应比较，同样是铁碳组成的原电池为什么移液管液面不上升（产生氢气）是而下降？
2．液面下降说明广口瓶中气体被消耗。那消耗的是什么气体？
【教师点拨】
同学们，如果让反应持续进行并放置一段时间，你们会看到铁粉与碳的混合物中会出现大量的红棕色沉淀物——Fe(OH)3。请想一想这说明了什么？
铁参与氧化还原反应，首先生成二价铁离子；氧参与反应使溶液转变为碱性。
【板书】二、吸氧腐蚀
铁在弱酸性或中性溶液中的腐蚀原理：
铁电极——正极：Fe – 2e- = Fe2+（氧化反应）
碳电极——负极：O2+2H2O+4e-=4OH-（还原反应）
电池反应是：2Fe + O2+2H2O = 2Fe(OH)2↓
【引导】请同学们试着绘制铁发生吸氧腐蚀的原电池装置。并归纳出吸氧腐蚀的概念。
【板书】钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气，此时发生的反应叫吸氧腐蚀。

【学生讨论书写】

学生归纳概念。

【观看图片】

【分组讨论】

【学生观察实验】描述实验现象（移液管中液面下降）

【学生分析现象】移液管红色液体液面下降，说明氧气消耗。

【学生分析】
1．铁转变为Fe2+的化合物再到Fe3+化合物；
2．转变为碱性环境。

画出演示实验中原电池装置图。
学生归纳概念。

用生活中常见现象引出问题，拉近学生与课堂的距离。

先提出问题，再做实验，使同学们有目的的观看实验现象，主动思考问题组。

培养学生的观察和分析比较的能力。

4.引导学生通过实验现象看本质，培养其发现问题，解决问题的能力。

5.由实验得出吸氧腐蚀与析氢腐蚀的概念，有助于加深学生对概念的理解。

知识拓展

【图片】教师展示并讲解析氢腐蚀与吸氧腐蚀图片

【总结】通过上面的实验以及图片可以得出，在吸氧腐蚀过程中正极上是溶解在水膜中的O2得到电子而被还原，实际上在一般情况下，析氢腐蚀与吸氧腐蚀同时存在，只是吸氧腐蚀比析氢腐蚀更为普遍。

结课
【引导】通过这一节课关于金属腐蚀的学习，我想请同学们来寻找一下：“全球每分钟会有一吨钢铁被腐蚀的原因是为什么？
【教师总结】通过上述两种钢铁的主要腐蚀——析氢腐蚀和吸氧腐蚀的学习使我们进一步理解到为什么地球上钢铁每一分钟会有一吨被腐蚀掉，它们无论存在哪一种环境之下：
1．干燥环境下有O2、Cl2等等化学物质可能与它们发生化学腐蚀；
2．在酸性潮湿的环境下，会发生析氢腐蚀；
3．在弱酸性或中性环境下，会发生吸氧腐蚀。
也就是说钢铁无论在哪一种环境条件之下，只要暴露在自然界都可能受到腐蚀！要克服这种现状我们需要进一步研究如何保护金属。这就是我们化学后续课程需要继续学习的金属的防护。

【学生分小组讨论总结】

前后呼应调动学生自主进行知识的总结

激发学生继续学习的欲望。
5、 板书设计

金属的电化学腐蚀
一、化学腐蚀：与接触到物质直接反应（慢）
二、电化学腐蚀：原电池反应（快）
（一）析氢腐蚀：
铁电极——负极：Fe – 2e- = Fe2+（氧化反应）
碳电极——正极：2H+ + 2e- = H2（还原反应）
总反应：Fe+2H+ = Fe2+ + H2
（二）吸氧腐蚀 ：
铁电极——负极：Fe – 2e- = Fe2+（氧化反应）
碳电极——正极：O2+2H2O2+4e-=4OH-（还原反应）
总反应： Fe + O2 + 2H2O =2Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O =4Fe(OH)3
2Fe(OH)3 =Fe2O3x.H2O +（3-x）2H2O