第三单元 金属的腐蚀与防护教学设计实例

基于培养学生科学精神和核心素养的问题导学设计

选修《化学反应原理》 专题1 化学反应与能量变化

第三单元 金属的腐蚀与防护（教学设计）

江苏省海州高级中学 宗国平（连云港）

一、学情分析

（一）教材分析

本课时内容是苏教版选修教材《化学反应原理》专题一第三单元的内容，是在了介绍化学能与电能的转化后，以钢铁的腐蚀为例介绍金属的腐蚀的本质和电化学腐蚀的类型（析氢腐蚀和吸氧腐蚀），了解金属防护的主要方法，进一步加深学生对化学能与电能相互转化的认识。通过本节的学习能引导学生关注日常生活，促进学生对金属腐蚀现象的深层次思考，学会利用原电池的原理分析钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀，提高对所学知识的理解和运用。同时利用电化学知识对金属进行防护，是对所学电化学知识的综合运用，学习本节将是专题一知识的全面巩固和提高。

（二）学生分析

高二选修班的学生在初中以及《化学1》中均已接触到铁生锈以及铁防止生锈的知识，已经知道铁生锈是铁与空气中氧气及水蒸气作用的结果，因此本节重点放在从电化学的角度分析铁生锈的原因以及金属防护的电化学方法。学生已经具备了一定的实验设计、观察和比较归纳的能力，具备小组合作、科学探究的能力，具备了主动探究的基础。本节内容紧密联系生活实际，激发学生的好奇心和求知欲，有利于新知识的学习，但是学生对知识的学习缺乏一定的深入理解和综合思维的能力，需要教师提供一定的帮助。

二．教学目标

知识与技能: 认识金属腐蚀带来的危害，了解防止金属腐蚀的重要意义。

了解金属腐蚀的两种类型（化学腐蚀和电化学腐蚀）的含义。

理解钢铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀发生的条件及原理，书写电极反应式和总反应式。

了解常见的金属防护的方法，能解释两种电化学防护方法的原理。

过程与方法：

通过实验设计与探究证明钢铁腐蚀为电化学腐蚀，进一步加深对原电池原理的理解。

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通过对钢铁在不同环境下的对照实验和对比实验的探究，学会设计实验和对实验进行评价。

通过实验探究的过程，进一步提高学生合作能力，对实验现象的观察能力和分析能力。

情感态度价值观：

通过金属腐蚀对生产、生活的影响，感受化学对人类进步的意义。

体验科学探究的过程，引导学生关注人类面临的与化学有关的社会问题，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力。

三、教学重、难点

重点：金属的电化学腐蚀及金属的电化学防护原理

难点：金属发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的原理

四、教学策略：

通过问题导学法引导学生思考、讨论、分析原理；通过对比实验探究（苏教版课本实验），多媒体辅助教学等方式，让学生了解金属腐蚀在不同环境下腐蚀的原理，强化巩固析氢腐蚀和吸氧腐蚀的具体过程，使学生明确析氢腐蚀和吸氧腐蚀的区别和联系，突破本节课的重难点。

通过联系生活实际，启发学生发现问题、交流讨论、归纳总结出金属防护的一般方法，利用思维导图形成金属腐蚀与防护的重点知识网。

五、教学流程：

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六、学习方法 【课前】思维导图

【课堂】提出问题 大胆猜测 实验探究 合作交流 反思评价

七．教学环节设计

【介绍】同学们好，非常高兴与大家相识于泗洪中学的化学课堂，化学的学习不仅仅是获得现有的知识和规律，更重要的是体验科学探究的过程，我们这节课就将以钢铁腐蚀为例来探寻金属腐蚀的主要过程，寻找金属防护的方案。

同时多媒体展示【教学目标：】

1.通过多种方式了解金属腐蚀的危害 2.掌握金属化学腐蚀、电化学腐蚀的含义和条件

3.通过实验探究了解铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀的区别 4.根据所学电化学知识能提出几种金属防护方案 【涵义】提出本节课的重点在与体验科学发现的过程。

环节一：情景导入 【视频】金属腐蚀的危害 【多媒体展示】（1）生活中常见金属腐蚀的图片；

（2）金属腐蚀对人类生活和经济的影响。

【Q1】教师：了解了金属腐蚀的危害，看到一张张熟悉的图片，我们不禁要问：是什么原因使金属失去了往日的风采？金属腐蚀的本质是什么呢？

【学生】金属与周围的物质发生了化学变化，金属失去电子，发生氧化反应。

【PPT】1.定义：指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。 2.本质：金属本身失去电子生成阳离子的过程（发生氧化反应）M - ne- = Mn+ 3

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【教师】金属的腐蚀实质上就是金属发生了氧化还原反应，与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀称为电化学腐蚀

【PPT】1.化学腐蚀

2.电化学腐蚀

【Q2】同学们根据自己的生活观察和所学知识，你认为哪种是金属腐蚀的主要过程？两种腐蚀有什么不同？

【生】电化学腐蚀是主要的，因为大多数金属制品是合金或者不纯的金属，电化学腐蚀会产

生电子的转移，反应速率更快………不同点：金属的构成、环境、腐蚀的速率

【设计意图】创设情景，结合生活实际，通过视频、图片和数据，让学生对金属的腐蚀有直观的感受，产生浓厚兴趣，快速进入学习思考的状态。引导学生直接判断出金属腐蚀的实质是发生了氧化反应，并从环境、金属结构等因素来区别两种腐蚀，为下面的观察图片和探究做好知识的铺垫。

环节二：观察讨论-设计方案 【教师】非常棒！那我们以使用最广泛的钢铁为例，请大家从这张图片中图中寻找信息，猜想并判断轮船和铁链在这样的环境中腐蚀的主要类型。

【Q3】钢铁主要发生哪种类型的腐蚀？ 【学生】铁碳合金、电解质溶液、船体与水面接触等部分，腐蚀的更快、氧气、水等判断为电化学腐蚀………. 【Q4】如何通过实验来证明在此环境下钢铁发生了电化学腐蚀呢？

实验室提供的药品和仪器:酚酞、铁氰化钾溶液、双氧水、二氧化锰、

U型管电线、灵敏电流表、注射器、大试管、导管等

已知：已知铁氰化钾与亚铁离子反应产生蓝色沉淀

【教师】模拟环境实验

在生产生活中我们会观察和发现许多的问题，解决问题的途径就是实验，我们可以在实验室模拟环境进行实验，从而得出结论。

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【讨论】设计实验 学案展示装置图（类似如右图） 【实验演示】

根据实验结果判断确实是电化学腐蚀，请大家根据实验现象写出电极反应式。

【学生】板书 负极：2Fe-4e-=2Fe 正级：O2+2H2O+4e-=4OH- 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2

【教师】通过实验我们验证了大家的猜想，图片中的钢铁在此环境中与水和氧气发生的是电化学腐蚀。

【设计意图】打破学生的思维惯性，由生活中的常见现象走进实验室，进行模式环境实验，重点在于教给学生一种科学研究的方法和思路。观察和发现问题后，有了大胆的猜测，下面应该怎么做？实验是检验真理的法宝，如何设计实验，如何验证等在这个环节，发展了学生的核心素养。

环节三：实验探究

【教师】钢铁在其他环境中的腐蚀情况又会怎样呢？

【实验探究】钢铁在不同环境下发生哪些电化学腐蚀？

铁粉与碳粉

液体

1 无

2 蒸馏水

3 4 5 6 1mol·L-1 氢氧化钠溶液

2+饱和食盐水

0.2mol·L-1 3mol·L-1醋酸

稀硫酸

结论

步骤：

1.试管中滴入溶液（20滴）润湿内壁，

液体留在试管内；

2.将还原铁粉和少量炭粉的混合粉末用漏斗全部撒入试管中，立刻塞紧塞子，将导管插入红色墨水的试管中； 3.观察导管中水柱的变化

【教师】注意事项：1检查装置的气密性；2.动作迅速；

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3观察点是导管中液面的变化；4.对照实验和对比实验

思考：导管中的水柱变化说明什么问题？ 【学生】观察、比较导管中水柱（在水中滴加几滴红墨水）的变化和试管中的现象。

水柱液面升高，说明试管内有气体消耗，压强减小

水柱液面降低，说明试管内有气体生成，压强增大

【结论】1.在强酸性环境中，钢铁以析出氢气的腐蚀为主；

2.在弱酸性或中性环境中，钢铁是吸收氧气的腐蚀；

3.有水溶液时，钢铁腐蚀的更快；

【小结】钢铁的腐蚀以吸氧腐蚀为主

【师】写出两种腐蚀的电极反应式和总反应式

【生】

发生条件

电极反应

析氢腐蚀

水膜呈酸性

负极: Fe – 2e- = Fe+2+ 吸氧腐蚀

水膜呈中性或酸性很弱

负极: 2Fe – 4e- = 2Fe

正极: O2+4e- +2H2O = 4OH- 2Fe + O2+2H2O=2 Fe(OH)2

2+正极: 2H + 2e- = H2

↑

总反应

联系

Fe + 2H= Fe + H2

↑

两种腐蚀同时存在，但后者较普遍

+ 2+【Q5】铁锈是如何生成的？

【生】4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3

2Fe(OH)3=Fe2O3

· nH2O+（3-n）H2O 【解决问题】书P25 【学生小结】影响金属腐蚀的因素：电解质溶液、温度、合金种类等

【设计意图】通过探究实验培养学生观察分析问题能力，同时通过对照和对比两种实验类型，使学生学会多角度分析问题的方法，培养分析问题、解决问题的能力，帮助学生加深对析氢腐蚀和吸氧腐蚀的认识，从而解决本节课的重点和难点。

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环节四：联系生活 收集证据 交流表达

【Q6】钢铁腐蚀的原理是否能为我所用？生活中你使用过的产品有利用这个原理的吗？

【学生】暖宝宝、自发热食品。。。。为放热反应

【教师】任何一种化学现象都有它的两面性，我们要尽最大努力发挥它的积极作用，同学们可能觉得这个产品的原理简单，原料便宜，自己就可以在家制作出来，其实不然，从原料的配比、辅材的选择都经过了科研人员无数次的实验，才研制成真正方便人们生活的产品，所以我们更应该尊重知识产权，购买正规的商品。老师带来的暖宝宝和自热食品可供同学们研究实验。

【Q7】钢铁制品都容易生锈吗？

【学生】许多不锈钢制品，通过改变结构，防腐蚀。

【实验探究】不同镀层下钢铁制品的腐蚀情况（课前准备）

【结论】铁盖更容易生锈

【教师】为什么会出现不同的结果？是不是与铁的表面覆盖的不同金属层有关？

【猜想】铁盖上镀的金属应该活动性比铁弱，铁片上镀的金属应该比铁活泼

【解密】铁片---白口铁；铁盖---马口铁

【Q8】生活小常识：金属生锈了怎么办？

【学生】打磨、酸溶（醋酸、柠檬酸）、除锈剂、电化学除锈等

【Q9】综合以上的知识，你可以提出哪些金属防护的方案？

物理方法：油、漆、包裹塑料皮

化学方法：钝化、发蓝（烤蓝）、

电化学方法：电镀、牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法

【学生】思维导图

【Q10】金属的腐蚀可以为社会创造价值吗？

【PPT】图片展示：腐蚀印刷电路板，金属雕刻等工艺

【设计意图】联系生活实际，结合学生所学习的电化学知识，引导学生交流讨论、总结。

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环节五：迁移运用

1. 下列各情况，理论上Fe片腐蚀由快到慢的顺序是：

一般规律：在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞

化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀

2.银器皿日久表面会生成硫化银而变黑。研究小组设计：将一定浓度的食盐溶液加入铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液，放置一段时间后，黑色会褪去而恢复光泽，且不会损失。请分析其中的原理。

已知反应过程中溶液会发生反应：2Al3++3S2-+6H2O==2Al(OH）3↓+3H2S↑

【设计意图】检测本节课教学目标的达成情况

环节六：反思评价

【总结】学生的思维导图

【教师】本节课我们学习了金属的腐蚀和金属的防护，而真正意义是和同学们探讨了科学探究的一般过程：观察发现问题、大胆猜想、设计实验、合作探究、交流展示、总结评价，同学们要有一双发现的眼睛，学会将课堂所学应用到生活和生产中去，用化学知识造福人类生活，推动社会进步。谢谢！

八．板书设计

三．金属的腐蚀和防护

1.金属的腐蚀

本质：

类型： 化学腐蚀 电化学腐蚀

2.金属的电化学腐蚀

析氢腐蚀（酸性） 吸氧腐蚀（中性或弱酸性）

3.金属的防护方法

（1）物理方法： （2）化学方法 （3）电化学保护

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