教学设计
孙西荣，江苏省东海高级中学
从容说课
“金属的腐蚀与防护”始终是一个世界性的异常棘手的科技难题。本节开篇提供的统计资料——“发达国家每年由于金属腐蚀造成的直接损失约占全年国民生产总值的2%～4%”，远远超过各种自然灾害造成损失的总和，这无疑会给人们一个重要的警示：金属腐蚀，不可等闲视之！金属曾是人类文明发展的标志，如铜器时代、铁器时代。在现代社会中，钢铁等金属材料的产量和质量仍是反映国民经济发展水平的重要指标。然而人们对随处可见的金属腐蚀现象早已习以为常，不以为怪。因此，本节教学一方面是让学生了解金属发生腐蚀的原因及现代防腐措施，同时还要让学生知道：防止金属腐蚀，任重道远！
本节内容可大致分为三部分：
揭示金属腐蚀的严重性和危害性→分析发生金属腐蚀的原因→探讨防止金属腐蚀的思路和方法。
鉴于金属的电化腐蚀比化学腐蚀更为普遍，也更为严重，教科书中又重点以最常见的钢铁锈蚀为例，剖析了金属的两种电化腐蚀过程——析氢腐蚀和吸氧腐蚀，并重点介绍了金属的电化学防护方法——牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。
教科书中安排了一个铁钉锈蚀的演示实验，帮助学生认识金属的吸氧腐蚀原理。另外又安排了一个[科学探究]，验证牺牲阳极的阴极保护法，通过实验说明较活泼金属锌如何阻止铁的腐蚀。
为了拓展学生的知识面与培养他们的合作精神，教科书还安排了一项【实践活动】，要求学生查阅有关防治钢铁腐蚀方法的资料并交流。
本节教学可采用讲授与讨论相结合的方法。 1．本节教学在整体设计上应以色彩鲜明的图象和现象明显的实验作为重要的辅助手段，以强化学生的直观感受，有利于学生加深对相关知识的理解。
2．新课引入。以一组音像和文献中的数据资料或新闻信息，简要介绍金属在社会经济发展中的重要地位，同时揭示金属腐蚀所造成的严重危害，可以使学生产生强烈的心灵震撼，进而激发学生探讨金属腐蚀相关问题的欲望。
3．教科书中的[实验43]可安排在讨论金属的电化学腐蚀之前，帮助学生通过实验来了解金属发生电化学腐蚀的条件和相关的电极反应。同时可增补两组实验，按图417另备两套同样装置，其中一套只装一干燥的无锈铁钉，另一套只装少量盐水，几分钟后再比较三个装置中的现象有何不同，这样更有利于说明金属发生电化学腐蚀的条件。
4．在本课小结时，可组织学生对金属的化学腐蚀和电化学腐蚀、析氢腐蚀和吸氧腐蚀等内容进行比较。
三维目标 知识与技能
知道金属腐蚀的两种类型(化学腐蚀和电化学腐蚀)，能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，掌握化学腐蚀与电化学腐蚀的原理。
过程和方法
从实验探究过程中提高对实验现象的观察能力和分析能力，通过实验探究防止金属腐蚀的措施，查阅资料并交流防止钢铁腐蚀的方法。
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，增强学生学习兴趣；通过课堂探究活动，发展学生的探究能力，学会与人合作交流，研究探讨科学问题。
教学重难点 教学重点
金属的电化学腐蚀及金属的电化学防护。 教学难点
金属发生吸氧、析氢腐蚀的电化学原理。
教学过程设计
导入新课 [问题引入]
①什么是金属腐蚀？其本质是什么？
②金属腐蚀有哪些种类？化学腐蚀和哪些因素有关？ ③什么是电化学腐蚀？
[指导阅读]阅读“金属的电化学腐蚀内容”，回答上述问题。
推进新课 [投影、板书](学生回答) 一、金属的电化学腐蚀 (一)金属腐蚀
1．定义：是指金属或合金跟接触的气体或液体发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。
－＋
2．本质：M－ne＝＝＝Mn(氧化反应)。
3．类型：化学腐蚀——直接反应 电化学腐蚀——原电池反应。 [投影、板书](学生填空划线部分) (二)化学腐蚀
1．定义：金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。如：钢管被原油中的含硫化合物腐蚀
[投影练习]试写出铁在氯气中燃烧的化学方程式：
[投影答案]2Fe＋3Cl2=====2FeCl3
2．影响因素：与接触物质的氧化性有关和温度越高，化学腐蚀越快。 [投影、板书](学生填空划线部分) (三)电化学腐蚀
1．定义：不纯的金属跟电解质溶液接触时。会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，如钢铁在潮湿的空气中生锈。
2．析氢腐蚀
[投影练习]析氢腐蚀：当钢铁处于酸性环境中，比如硫酸型酸雨，请同学写出电极反应式：
[学生讨论]
＋＋
[投影分析]Fe＋H2SO4＝＝＝FeSO4＋H2↑反应的离子方程式为：Fe＋2H＝＝＝Fe2＋H2↑ 从而写出电极反应式：
－＋
负极：Fe－2e＝＝＝Fe2
＋－
正极(C)：2H＋2e＝＝＝H2↑
＋＋
电池反应：Fe＋2H＝＝＝Fe2＋H2↑ [投影、板书] 3．吸氧腐蚀
钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，若在潮湿的环境里或湿度较大的环境里长期放置，
点燃
常易生锈变红，是什么原因？下面我们就来讨论钢铁在潮湿的空气中生锈的原因。
[实验探究]将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入下图具支试管中，观察导管中水柱变化，并思考引起变化的原因
[教师投影、板书]
吸氧腐蚀：中性或酸性很弱及碱性条件下，易发生吸氧腐蚀。
－＋
负极：2Fe－4e＝＝＝2Fe2
－－
正极：O2＋2H2O＋4e＝＝＝4OH
＋－
离子反应：Fe2＋2OH＝＝＝Fe(OH)2 电池反应：2Fe＋O2＋2H2O＝＝＝2Fe(OH)2
进一步反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝＝＝4Fe(OH)3 2Fe(OH)3＝＝＝Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O [投影](学生填空划线部分)
钢铁在潮湿的空气中表面会形成一薄层水膜，水膜又溶解来自大气的CO2、SO2等气体，＋
使水膜中含有一定量的H，它是由这样一些反应产生的：
＋－
H2OH＋OH
＋－
H2O＋CO2H2CO3H＋HCO3
结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜，它和钢铁中的铁和少量碳恰好构成原电池，发生探究实验中的吸氧腐蚀。
[投影]电解质浓度越大，反应速率越快，同学们可联想家中炒菜的铁锅前一天晚上刚用过，第二天就锈迹斑斑，就是发生吸氧腐蚀。夏天腐蚀更快，温度高反应快。
[投影练习]1.化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 条件 有无电流 本质 联系 2.析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较 条件 电极反应 负极(Fe极) 正极(C极) 总反应 联系 析氢腐蚀 水膜呈________ 吸氧腐蚀 水膜呈________ 电化学腐蚀 不纯金属或合金与________接触 化学腐蚀 与________直接接触 两种腐蚀往往________发生，但________腐蚀更普遍，速率快，危害更大 [投影]析氢腐蚀当酸性降低时，就发生了吸氧腐蚀
[过渡]既然金属很容易腐蚀，我们如何来保护它呢？下面来研究一下金属的防护，简单的金属防护的方法会给国家、社会带来巨大的经济效益。
[资料卡片]金属腐蚀对人类社会的影响——据美国、日本、加拿大等国公布的报告，每年仅因腐蚀所造成的直接经济损失大约占了国民经济总产值的1%～4%，腐蚀生锈的钢铁约
占年产量的20%。而在我国，每年金属腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的4%，腐蚀损失甚至超过了火灾、风灾和地震造成损失的总和。
据有关资料统计，世界上每年因腐蚀而报废的金属材料和设备约相当于金属材料产量的20%以上，一些发达国家由于金属腐蚀而造成的经济损失大约占国民经济总产值的2%～4%。钢铁腐蚀后的影响，除了直接损耗以外，从钢结构受力分析，日本统计过这样的资料，在受力情况下钢结构被腐蚀后，若腐蚀1%，其强度下降10%～15%。若双面腐蚀各达5%，其结构将报废。随着全球工业的发展，腐蚀的问题日趋严重。金属防腐问题是一个世界性的问题，下面我们就来学习金属的防护。
[设计意图]通过相关资料，使学生了解金属腐蚀对人类社会的影响，激发学生学习化学知识的兴趣，培养他们具有关心社会的责任感和使命感。
[投影、板书]
二、金属的电化学防护 (一)牺牲阳极的阴极保护法 [投影、学生练习]如下图
在海水中钢闸门上焊一块锌，哪一种金属先被腐蚀？发生什么腐蚀？若是电化学腐蚀，试写出电极反应式。
[分析讨论] [投影]
Zn比Fe活泼，锌被腐蚀，发生吸氧腐蚀，反应方程式为：2Zn＋O2＋2H2O＝＝＝2Zn(OH)2
－＋
负极：2Zn－4e＝＝＝2Zn2
－－
正极：O2＋2H2O＋4e＝＝＝4OH
＋－
离子方程式：Zn2＋2OH＝＝＝Zn(OH)2 [学生回答]
阳极：发生氧化反应的一极；阴极：发生还原反应的一极。 [教师补充]这是阴、阳极的定义，放之四海皆准。 [投影](学生填空划线部分)
原电池的负极(阳极)的金属被腐蚀，原电池的正极(阴极)的金属被保护，这就是金属防护中利用原电池原理保护金属的方法，叫牺牲阳极的阴极保护法。
(1)原理：形成原电池反应时，让被保护金属做阴(正)极，不反应，起到保护作用；而活
泼金属反应受到腐蚀。
(2)实验探究：装置如下图
[投影、实验探究]验证牺牲阳极的阴极保护法 按下图连接好装置，观察电压计和Fe电极上有什么现象发生？往Fe电极区滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察烧杯内溶液颜色有无变化。
[投影、学生讨论]
①电压计指针有何变化？为什么？ ②Zn、Fe电极上发生了什么反应？
＋－
③Fe2与[Fe(CN)6]3反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀。
＋－
3Fe2＋2[Fe(CN)6]3＝＝＝Fe3[Fe(CN)6]2↓
＋
在这个装置中没有Fe2产生？说明什么问题？
(二)外加电流的阴极保护法
(1)原理：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，直接与电源负极相连使金属不失电子而得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。
(2)装置如下图： [投影、讨论]
联系生活实际，除此以外还有哪些防护方法？ [投影、归纳小结]
①改变金属的内部结构(钢→不锈钢，在钢中加入镍和铬)。 ②覆盖保护膜(涂油漆、电镀、钝化等)。
③金属被保护的效果比较：电解池的阴极保护(外加电流的阴极保护法)＞原电池的正极(牺牲阳极的阴极保护法)＞一般保护。
[投影、练习]
①为了防止钢铁锈蚀，下列防护方法中正确的是( ) A．在精密机床的铁床上安装铜螺钉
B．在排放海水的钢铁阀门上用导线连接一块石墨，一同浸入海水中 C．在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里 D．在地下输油的铸铁管上接直流电源的负极 ②下列事实不能用电化学理论解释的是( ) A．轮船水线以下的船壳上装一定数量的锌块 B．铝片不用特殊方法保存
C．纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量硫酸铜溶液后放出气泡的速率加快 D．镀锌的铁皮比镀锡的铁皮耐用 [学生讨论、教师投影]
①A选项是构成Fe—Cu原电池，加快铁的腐蚀；B选项是构成Fe—C原电池，加快钢铁阀门的腐蚀；C选项是通过构成Zn—Fe原电池，在海轮舷上系Zn板构成原电池负极，从而保护海轮不被腐蚀；D选项是直接加负电使铁不失电子而起到保护作用。
最新人教版高中化学《金属的电化学腐蚀与防护》教学设计
