第三单元 金属的腐蚀与防护公开课教案

金属的电化学腐蚀

海宁市高级中学 赵龙飞

一、教材分析

金属的电化学腐蚀选自苏教版《化学反应原理》专题1第三单元。它介绍了金属的电化学腐蚀，让学生感受到金属的电化学腐蚀的普遍性，帮助学生更深层次的理解原电池，是原电池原理的应用和发展，是化学与生活实际联系的桥梁。

二、学情分析

经过第二单元“化学能与电能的转化”，学生对于原电池已有了较扎实的基础，对于金属的腐蚀也有了一定的了解，但只停留在宏观表征水平。本节课将以原电池为基础，让学生进一步探究金属腐蚀现象，使认识达到微观表征和符号表征的水平。

1. 知识基础

学生对于原电池的构造和工作原理已经有了一定的了解，会判断和设计简单的原电池。也对金属的腐蚀有一定的了解，但还只停留在宏观表征水平。

2. 认知基础

通过学习教育学心理学，我们知道高中生思维具有更高的概括性，辩证思维也迅速发展，处于具体思维向抽象思维发展的前期，但学生的抽象理解能力还稍弱，需要借助实验等手段帮助理解和引导。

三、教学目标

1. 通过对坎离砂发热原理的分析，了解吸氧腐蚀与析氢腐蚀的基本原理，以及两者的区别

和联系；

应的原理；

建金属的电化学腐蚀认知模型，揭示金属电化学腐蚀的本质和基本规律；

2. 利用传感器微观探析坎离砂的吸氧腐蚀原理，让学生能从宏观现象到微观本质来认识反3. 通过实验探究金属的吸氧腐蚀，培养学生的动手能力和科学探究能力，同时帮助学生构4. 通过利用“纸上原电池”的改进实验，培养学生的创新意识，建立绿色化学的观念；

5. 利用坎离砂这一生活中的实例，让学生明白化学对社会发展的重大贡献，帮助学生树立

辩证统一的科学观

四、教学重难点

重点：金属的吸氧腐蚀原理

难点：金属电化学腐蚀模型的构建

五、教学过程

教学过程设计

教学环节

设计意图

环节一：生活中的化学——揭秘坎离砂发热原理

展示坎离砂（2000年版第一部）的说明书：

功能主治：祛风散寒，活血止痛。用于风寒湿痹，四肢麻木，关节疼痛，用生活中的中成药脘腹冷痛。

坎离砂作为情境引入，引发学生的思考主要成分：当归、川穹、防风、透骨草、生铁粉（铁粉和碳粉）

和讨论。将学生的生用法用量：每250g加米醋15g(不可过量)，立即拌匀，装入布袋。外包活世界与书本中的棉垫(或毛巾)，待发热后，烫患处，药凉后取下。

科学知识进行连接，请同学们根据它的主要成分与用法用量分析它的发热原理

教学生用化学的眼预设：

光来分析看待生活学生会回答铁粉和米醋发生反应2CH3COOH + Fe= H2↑+(CH3COO)2Fe，中的事物，激发学生该反应为放热反应。此时可以追问碳粉的作用，让学生明白2000版坎离的学习兴趣。

砂发热过程中构成了Fe—C—米醋原电池，引出析氢腐蚀，加快反应速率。

环节二：实验探究

用改进后的2015版坎离砂作为情境，激任务一：观察与思考

起学生的好奇心。在

请同学们仔细观察自己桌子上的坎离砂说明书，尤其是其用法用量，实验探究环节，介于请结合其成分思考该坎离砂发热的原理，可以小组讨论。

Fe—碳—食盐水的【坎离砂】——《药典》2015版第一部

吸氧腐蚀学生比较用法用量：外用，将布袋抖动至发热后置于患处

陌生，可以帮助学生主要成分：当归、川穹、防风、透骨草、铁粉、木粉、活性炭和氯化钠

从

“提出问题”、“实验假设”、“实验探预设：

究”、“结果分析”四【学生活动】让学生将坎离砂打开，抖动进行体验，并思考发热原理。个环节层层递进认学生经过讨论，会猜测2015版的坎离砂发热也可能是形成了原电池，发识2015版坎离砂发生了一个氧化还原反应。

热的原理，同时也帮任务二：实验探究

助学生建立科学探1. 实验假设：如果坎离砂的发热过程中也形成了原电池，请同学们根据究化学问题的基本坎离砂的成分并结合原电池的构成把以下装置（图1）补充完整

模型。

【坎离砂】——2015版

主要成分：当归、川穹、防风、透骨草、铁粉、木粉、活性炭和氯化钠

在实验验证环节，采用“纸上原电池”改进实验，不仅可以节约试剂，同时使实验现象更明显（正极滴加酚酞可以快速的看到变红现象），同时也可以开拓学生的思维，激发学生的创新意识。

图1 原电池的装置图

预设：

【学生】负极为铁，正极为活性炭，电解质溶液为氯化钠溶液

2. 实验验证：请学生自己动手实验进行验证。

实验用品：饱和食盐水、铁棒、石墨棒、滤纸、电流计和导线、表面皿、此外，实验验证环节酚酞

中，让学生自己动手实验，培养学生的合PS：为了节约原料，该实验我改为微型实验，具体的装置见图2作交流能力和实验操作能力。

图2 纸上原电池（Fe—C—食盐水）

3. 结果分析：请根据看到的实验现象写出正、负极的电极反应式

预设：

学生在实验验证时会发现电流表指针发生偏转，此时可以让学生在分析

电极反应式后，向石墨端滴加酚酞进行观察，看是否有碱生成（见图2）。

因为该原电池比较陌生，所以学生书写的电极反应式可能为：

铁为负极：Fe-2e-=Fe2+

－－－碳为正极：H2O

+ 2e- = H2+2OH/2H2O +O2+ 4e== 4OH等

任务三：微观探析

为了帮助学生从本质上理解正极的电极反应式，根据学生的猜测，利用传感器探析吸引入传感器进行测定正极区H2和溶解氧的浓度。

氧腐蚀的原理，可以实验注意事项：

帮助学生从宏观现①测定正极区H2含量之前，需先进行校准，将空气中的H2含量校准为0 象到微观本质来理②测定溶解氧含量时，需先将溶解氧传感器放于正极区一段时间，然后解吸氧腐蚀的原理，帮助学生建立“宏观再进行测定

—微观—符号”三者实验结果：

的联系。

图3：正极区H2含量—时间的变化图

图4：正极区溶解氧含量—时间的变化图

实验结论：在正极区得电子的为O2

请学生书写整个原电池的总反应：2Fe + 2H2O + O2 == 2Fe(OH)2

【思考】我将昨天开封的坎离砂打开，发现了红棕色的固体，而未见白色固体，为什么？

预设：

引导学生从红棕色的固体推测出该物质为Fe2O3，让学生讨论从Fe(OH)2产生Fe2O3

的原因，最终得出结论：

在潮湿的空气中，4Fe(OH)2+2H2O + O2 == 4Fe(OH)3，Fe(OH)3失水变为Fe2O3 ·xH2O，这就是铁锈的成分，也就是我们看到的红棕色固体。整个过程中铁最终变成了铁锈，这就是铁的腐蚀。

【概念认知】

金属腐蚀：金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象。——在该过程中金属因失电子被氧化而腐蚀。

电化学腐蚀：不纯的金属或合金因为发生原电池反应而引起的腐蚀。

化学腐蚀：金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀。

【总结归纳】

以上两种坎离砂，在反应过程中均形成了原电池，使Fe失去电子变为Fe2+，这个过程都属于铁的电化学腐蚀。其中：

不纯的铁在醋酸等酸性环境中发生的电化学腐蚀产生H2的过程称为析氢腐蚀

负极（Fe）：Fe-2e-=Fe2+

正极（C）：2H+ + 2e- = H2

总反应：Fe + 2H+= Fe2+ + H2↑

不纯的铁在食盐水等中性、碱性或弱酸性环境中发生电化学腐蚀，过程中因为有O2被不断吸收，我们称之为吸氧腐蚀

负极（Fe）：Fe-2e-=Fe2+

正极（C）：2H2O +O2+ 4e== 4OH

－－

利用打开后的坎离砂产物推测吸氧腐蚀的后续反应，最终完善钢铁的吸氧腐蚀总反应。将课本知识与生活实际中的铁锈相联系，让学生在解决生活实际问题的时候掌握了知识。

总反应：2Fe + 2H2O + O2 == 2Fe(OH)2

4Fe(OH)2+2H2O + O2 == 4Fe(OH)3

，Fe(OH)3→Fe2O3 ·xH2O（铁锈）

当然析氢腐蚀随着环境中的H+不断得电子使溶液的pH不断增大，最终也会转变为吸氧腐蚀，生成铁锈。所以铁的电化学腐蚀最终的产物都是铁锈（Fe2O3 ·xH2O），吸氧腐蚀相比于析氢腐蚀更为常见。

环节三：模型构建，探究金属的吸氧腐蚀

在Fe—C—食盐水的基础上，改变电极【任务一】

材料进行吸氧腐蚀1. 若将碳棒换成铜片，还可以形成原电池呢？请用实验进行验证

的实验探究，帮助学2. 指出正负极，书写两极的电极反应式，并分析碳棒还可以用什么替代，生构建金属吸氧腐有什么规律？

蚀的模型，使复杂问预设：

题简单化，帮助学生【学生活动】进行实验验证，发现有电流产生，即可以形成原电池。在更好地解决化学问铜片端滴加酚酞后变红（图5）。

题。

该原电池的电极反应式：

负极（Fe）：Fe-2e-=Fe2+

正极（Cu）：2H2O +O2+ 4e== 4OH－－

规律：只要比铁不活泼的就可以作正极，比如Ag、Au等

此外，利用实验让学生根据实验现象进行分析、推理，解决问题。培养学生的证据意识。

图5：Fe—Cu—食盐水

【任务二】

1. 如果把铜片换成Zn片还能形成原电池吗？请通过实验进行验证，并说出你看到的实验现象

2. 请分析产生该实验现象的原因

3. 写出两极的电极反应式

4. 思考从该实验现象中可以得出什么结论

预设：

【学生活动】动手实验，发现指针发生偏转，即可以形成原电池。

实验现象：

Fe—Zn—食盐水原电池的电流表指针与Fe—Cu—食盐水、Fe—C—食盐

水原电池相比，偏转方向相反，且指针偏转幅度要小。在铁棒上滴加酚酞后变红（见图6）。

图6：Fe—Zn—食盐水

原因分析：

Fe—Zn—食盐水原电池中Fe做正极，而Fe—Cu—食盐水和Fe—C—食盐水原电池中Fe做负极，因此两者的偏转方向不同。

两极的电极反应式为：

负极（锌）：Zn-2e-=Zn2+

正极（铁）：2H2O +O2+ 4e== 4OH结论：

除了铁之外，其他金属也可以发生电化学腐蚀，在腐蚀的时候，较活泼的金属做负极，被腐蚀。

【归纳总结】

－－

请同学们根据以上的实验探究结果总结归纳金属的电化学腐蚀的规律：

【构建金属的电化学腐蚀模型】

析氢腐蚀：

负极（较活泼，被腐蚀）：M -ne

=Mn+

－不纯的金属（M）不纯的金属(M)在酸性较强的环境中发生的电化学腐蚀

引入我国首创的海洋电池，一方面提升学生对国家的自豪感，感受知识的力量；另一方面，让学生能运用所建立的模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。

正极（较不活泼，被保护）：2H+ + 2e- = H2

总反应：2M + 2nH+= 2Mn+ + nH2↑

吸氧腐蚀：

不纯的金属（M）在中性、碱性或弱酸性的溶液中发生的电化学腐蚀

负极（较活泼，被腐蚀）：M -ne

=Mn+

－－－正极（较不活泼，被保护）：2H2O +O2+ 4e==4OH

总反应：4M

+ 2nH2O + nO2 ==

4M(OH)n

【知识改变生活】——海洋电池

海洋电池是我国首创的。因为电线难以跨过海为灯塔供电，所以海洋电池的发明解决了这一难题。

海洋电池是以铝合金为电池负极，金属（Pt、Fe）网为正极，用取

之不尽的海水为电解质溶液。

它本身不含电解质溶液和正极活性物质，不放入海洋时，铝极就不会在空气中被氧化，可以长

期储存。用时，把电池放入海水中，便可供电,其能量比干电池高

20—50 倍。电池设计使用周期可长达一年以上，避免经常更换电池的麻烦.即使更换，也只是换一块铝板，铝板的大小，可根据实际需要而定。

请同学们根据海洋电池的介绍思考其工作原理。

任务四：美丽化学共建美好生活

以往我们讲起金属的腐蚀，总是提到它给我们的生产生活带来了多大的危害和损失，但希望同学们学了今天的内容后，能够明白，知识本身是没有错的，端看我们怎么来应用它。就像海洋电池、坎离砂，以及与坎离砂发热原理完全一致的暖宝宝。

通过坎离砂、海洋电池等的学习，再对比金属电化学腐蚀带来的危害，帮助学生树立辩证统一的科学观。

此外，暖宝宝的发热原理人们很早就掌握了，但是它的上市却是在引入暖宝宝的上个世纪的70年代，由日本人创造发明出来，源于其发现了最佳的铁、此外，发明史，渗透学生在碳比使其能维持较好的发热效率和发热时间。

科学研究过程中所

希望我们的同学们能够做个善于发现、勤于思考的有心人，例如同需具有的科学态度。

学们可以思考Fe—Zn—食盐水原电池的电流指针偏转幅度较小的原因，让美丽化学帮助我们一起共建美好生活。