第三单元 金属的腐蚀与防护教学设计及说课稿

基于手持技术的铁的电化学腐蚀实验探究

新华中学

蔡阳

一、实验教学背景

苏教版《化学反应原理》“金属的电化学腐蚀”这节内容设计的析氢腐蚀的实验方案是：向具支试管中加入铁粉、炭粉和稀醋酸，用导管连接装有红墨水的小试管，显示压强的变化。用这种方法进行实验，不但看不到压强增大，产生气泡的现象，反而出现了明显的倒吸现象。这引起了学生的极大兴趣。

出现异常现象是因为试管中氧气也会参与反应。在酸性条件下: 吸氧腐蚀的电动势为：E1O/H2O2Fe2/Fe42.303RTaHpo2/p

lg24FaFe2析氢腐蚀的电动势为：E2H/H2Fe2/Fe2.303RTa2Hlg2FaFe2pH

2/p从电动势可以看出，在酸性条件下，吸氧腐蚀和析氢腐蚀都会发生。这两个反应相互竞争，当吸氧腐蚀占上风时，就会出现倒吸的现象。本教学设计抓住这一不在教学预设之内的“意外”，挖掘出新的教学资源，重构教学内容，从而实现对学生创新能力的培养。

二、实验教学目标

钢铁腐蚀不会在无氧环境下发生，即使在工厂附近酸性较强的氛围中，也会在析氢腐蚀发生的同时发生吸氧腐蚀，这是现实生活中的真实情形。如果刻意地回避这一问题，会给学生造成酸性条件下只能发生析氢腐蚀的错觉，不利于培养学生的辩证性思维。本教学设计就1

是要让学生用科学的方法去追寻真实的化学。

本设计在帮学生理清析氢腐蚀和吸氧腐蚀关系的基础上，让学生整体感受科学探究过程，培养学生的科学过程能力，包括“提出科学问题能力”

“探究过程设计能力”

“运用材料和工具能力”“基于证据解释能力”。

三、实验内容

演示实验

发现问题

教学过程

探究过程

四、实验方法

手持技术，合作，讨论 2

分组实验

分析问题

装置改进

解决问题

五、教学过程

教学活动

【教师演示实验】

设计意图

从书本上演向铁粉中加入少量的炭粉，混合均匀后，撒入示实验中的异常内壁分别用氯化钠溶液和稀醋酸润湿过的两支具现象出发，引起支试管。析氢腐蚀出现了异常现象，没有冒泡，反学生的困惑，激而倒吸。

【问题引导】

1.析氢腐蚀为什么会倒吸？

2.析氢腐蚀是否有氢气析出？

3.析氢腐蚀还有什么物质参与

？

4.氢气析出的同时，氧气也参与反应了吗？

5.析氢腐蚀和吸氧腐蚀之间是什么关系呢？

……

【学生分组实验一】直观感受氧气的参与

通过使用氧发学生的兴趣。

让学生大胆提出自己的猜想，由浅入深地引导学生思考和讨论

向反应瓶中加入铁粉，炭粉，2mol/L的醋酸，气传感器，学生插入氧气传感器，测量氧气浓度的变化。

直观地感受到氧气确实参与了腐蚀过程。

图1 氧气浓度的变化

【学生分组实验二】对比实验：感受析氢腐蚀与吸 通过对比实3

氧腐蚀的竞争关系

验，学生能感受向a反应瓶中加铁粉，炭粉，2mol/L的氯化钠溶液

到吸氧腐蚀和析氢腐蚀的过程是同时发生的。随

图2 a瓶氧气浓度的变化 图3 a瓶压强变化

着酸性的增强，析氢腐蚀逐渐占上风。

向b反应瓶中加入铁粉，炭粉，2mol/L的醋酸溶液

图4 b瓶氧气浓度的变化 图5 b瓶压强变化

向c反应瓶中加入铁粉，炭粉，2mol/L的盐酸

图6 c瓶氧气浓度的变化 图7 c瓶压强变化

同时用氧气传感器测试氧气浓度的变化，用压强传感器测试压强的变化。 【小组讨论，得出结论】

1.在酸性条件下，吸氧腐蚀和析氢腐蚀确实同时存在，相互竞争。 2.弱酸性条件下吸氧腐蚀为主，强酸性条件下析氢腐蚀为主。

4

【师生探讨，改进装置】

改进一：

通过分组实验，学生已经意在讲解碳酸钠和碳酸氢钠的性质时，曾使用过识到，想要看到套管装置。吸氧腐蚀和析氢腐蚀的实验也可以放在明显的析氢腐蚀套管中进行。在小试管中发生吸氧腐蚀。大试管中的现象，必须排发生析氢腐蚀。

除氧气的干扰。 利用结论改进实验装置，从而跳出教材的束

图8 套管装置

缚，激发学生的创新思维。

装置优点：用小试管排出大试管中的空气，防止氧气干扰。显示压强变化的装置改用连通器，更加灵敏，两种反应现象同时出现，对比强烈。

改进二：

将连通器制成了微型装置。在短的一端放入铁丝和碳棒。加入稀醋酸，至液面与短导管的导管口相平，并滴入两滴铁氰化钾溶液检验亚铁离子，再用橡胶管和止水夹密封，隔绝空气。

装置优点：可以清晰看到氢气在碳棒表明形成，有利于学生了解电化学腐蚀原理。实验现象很快出现。适用于分组实验，操作简单，也节省药品。

5

六、实验反思

本节课是基于文献和实证的研究课。在实施时碰到的困难是：先进的数字化传感技术对学生的动手能力和熟练程度要求较高，提出猜想和设计实验方案的思维难度比较大，课堂时间不易把控。

本设计试图提供综合探究能力、技术应用能力、工具选择能力三维整合的实验教学案例，重在用科学的方法追寻真实的化学。

七、自我评价

在这个实验教学过程中，没有回避实验的异常现象，而是抓住这一教学资源，用异常的实验现象作为情境，引导学生抓住异常，深入思考，借助手持技术展开研究。使用一连串问题引导学生深入思考。学生大胆提出猜想，并分组进行实验，充分体会了探究的过程和探究的乐趣。师生再利用实验结果，展开奇思妙想，改进实验。 整个课堂是动态的、开放的。学生是这次学习活动的主体，学生在教学中体会了“观察-探究-改进”的过程，感受了提出猜想和实验论证的科学研究方法。也让学生形成了实验装置改进的一般性思路，学会了创造性地解决实验中出现的问题。

6