高中人教版 (2019)金属的腐蚀与防护教学设计

这是一份高中人教版 (2019)金属的腐蚀与防护教学设计，共7页。教案主要包含了知识与技能，过程与方法，情感态度与价值观，指导阅读，实验探究，实验现象，讨论小结，实验结论等内容，欢迎下载使用。
《金属的电化学腐蚀与防护》是人教版高中化学选择性必修1《化学反应原理》第四章第三节内容，在学习了原电池原理及电解池原理的基础上展开，介绍了金属腐蚀造成的危害、电化学腐蚀的原理及防止金属腐蚀的几种方法。本节课重点阐述了金属电化学腐蚀(主要讲了钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀)的本质(金属表面形成了微型原电池)，同时指出，人们根据对金属电化学腐蚀本质的认识，发现了防止金属腐蚀的方法，并具体地介绍了牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法，不但运用了原电池原理(牺牲阳极的阴极保护法)，也再次运用了电解原理(外加电流的阴极保护法)，加深了学生对化学能与电能相互转化的认识。本节内容是本章理论知识的实际应用，有利于培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。
学情分析
学生对金属的腐蚀有一定的了解，包括金属腐蚀的产生和防护，在生活中对金属腐蚀的危害也有所见闻。有些学生可能对金属腐蚀及防护的原理产生好奇，同时，学生了解了铁的腐蚀是氧气和水共同作用的结果，并且学习了原电池原理知识，在此认识基础上学习本节内容，比较容易接受。
教学目标
【知识与技能】
(1)知道金属腐蚀的两种类型(化学腐蚀和电化学腐蚀)。
(2)能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害。
(3)知道防护金属腐蚀的方法。
【过程与方法】
(1)学会设计控制单一变量进行对比实验以及对实验设计进行评价。
(2)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。
【情感态度与价值观】
(1)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。
(2)通过课堂探究活动，激发学生的学习兴趣，培养学生的创新意识、合作精神和实践能力。
(3)通过化学实验(设计、验证和评价)这一科学研究方法，培养学生实事求是的科学精神，帮助学生树立正确的科学态度。
教学重难点
金属的电化学腐蚀及金属的电化学防护，钢铁发生吸氧腐蚀和析氢腐蚀的电化学原理。
教学过程
一、导入新课
【引入】在日常生活中，我们经常可以看到一些美丽的金属器皿使用一段时间后 会失去表面的光泽。如铁器会生锈、铜器会出现铜绿。实际上金属的生锈，其主要原因与原电池的形成有关，下面我们就来分析一下金属腐蚀的原因。
(设计意图：通过展示生活、生产中金属生锈的图片，引起学生的共鸣，引出新课。)
二、讲授新课
【板书】第三节 金属的电化学腐蚀与防护
【指导阅读】引导学生阅读教材第107页金属的电化学腐蚀内容，回答下列问题。
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？
教学环节一：金属的电化学腐蚀
(一)金属腐蚀
1.定义：金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
2.本质：M-ne-Mn+(氧化反应)。
3.类型：(1)化学腐蚀——直接反应；(2)电化学腐蚀——原电池反应。
(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。
2.影响因素：温度越高化学腐蚀的速度越快。
(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的腐蚀。
【过渡】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，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】教材实验4 -3：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，几分钟后，观察导管中水柱变化，并思考引起变化的原因。
【实验现象】导管中有水柱上升，铁钉表面有铁锈生成。
【讨论小结】装置的导管中水柱上升，说明大试管内气体压强减小，有气体参加反应。
【实验结论】装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀。
(设计意图：学生通过课堂探究活动，激发学生的学习兴趣。)
2.类型：
(1)钢铁的电化学腐蚀：吸氧腐蚀：中性或酸性很弱条件下易发生。
I：
负极：2Fe-4e-2Fe2+
正极：O2 +2H2O+4e-4OH-
总反应：2Fe+O2 +2H2O2Fe(OH)2
进一步反应：4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O+(3-x) H2O
(2)析氢腐蚀：在酸性环境中易发生。
负极：Fe-2e-Fe2+
正极：2H++2e-H2↑
总反应：Fe+2H+Fe2++H2↑
(3)析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较：
【师生互动】
(设计意图：明确钢铁的电化学腐蚀分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀，并以吸氧腐蚀为主。)
(四)化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
【师生互动】
(设计意图：通过比较学习，能更清晰地区别认识化学腐蚀与电化学腐蚀的原理。)
【例1】如图，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：
(1)若液面上升，则溶液呈中性或弱酸性，发生吸氧腐蚀。
电极反应为：负极：2Fe-4e-2Fe2+，正极：O2 +2H2O+4e- 4OH-
(2)若液面下降，则溶液呈酸性，发生析氢腐蚀。
电极反应为：负极：Fe-2e-Fe2+，正极：2H++2e-H2↑。
【思考交流】请大家根据铁生锈的原因，思考我们可以采取哪些措施防止铁生锈。
教学环节二：金属的电化学防护
(一)防护方法
1.牺牲阳极的阴极保护法
(1)原理：原电池原理。
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。
(2)装置示意图：
【科学探究】实验验证牺牲阳极的阴极保护法。
2.外加电流阴极保护法
(1)原理：电解池原理。
(2)装置示意图：
(设计意图：进一步强化对金属电化学腐蚀原理的理解和应用。)
【过渡】除此以外还有哪些防护方法？
3.改变金属的内部结构(如钢制成不锈钢)。
4.覆盖保护膜(涂油漆、电镀、钝化等)。
(二)金属被保护的效果比较
外加电流的阴极保护法>牺牲阳极的阴极保护法>一般保护
【例2】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.在船身上装锌块
D.在地下输油的铸铁管上接直流电源的负极
答案：CD
【例3】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反应速率增大
D.镀锌的铁比镀锡的铁耐用
答案：B
解析：A选项，通过构成Zn- Fe原电池，Zn 块作原电池负极，从而保护船体不被腐蚀B选项，因为铝和氧气反应生成致密的Al2O3膜保护铝片。C选项，Zn+Cu2+=Cu+Zn2+ ，生成的Cu与Zn在中构成原电池加快反应。D选项，Zn-Fe原电池Zn为负极，而Fe-Sn原电池中Fe为负极，故前者Zn被氧化，保护了铁。
教学环节三：影响金属腐蚀快慢比较
【例4】下列各溶液中，Fe片腐蚀由快到慢的顺序是_________________________。
答案：（5）（2）（1）（3）（4）
【结论】1.金属作原电池正极、电解池阴极时受到保护；
2.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>牺牲阳极的阴极保护法>外加电流的阴极保护法
三、课堂小结
板书设计
第三节 金属的电化学腐蚀与防护
一、金属的电化学腐蚀
(一)金属腐蚀
1.定义
2.本质
3.类型
(二)化学腐蚀
1.定义
2.影响因素
(三)电化学腐蚀
1.定义
2.钢铁的电化学腐蚀
(1)吸氧腐蚀
(2)析氢腐蚀
(3)析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较
(四)化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
二、金属的电化学防护
(一)防护方法
1.牺牲阳极的阴极保护法
2.外加电流的阴极保护法
(二)金属被保护的效果比较
三，影响金属腐蚀快慢比较
教学反思
金属的腐蚀及其防护与日常生活息息相关。所以本节课应从科学知识的综合性、应用性、实践性入手，密切联系生活实际，挖掘原电池的原理和金属电化学腐蚀形成条件联系，使学生认识到化学知识与工农业生产、科学实验、日常生活有密切的关系，以激发学生学习化学的兴趣，启发学生运用化学知识解决实际问题，从而培养学生的创新精神。析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜
水膜
电极反应
负极(Fe极)
正极(C极)
总反应
联系
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜呈酸性
水膜酸性很弱或中性
电极反应
负极(Fe极)
Fe-2e-Fe2+
2Fe-4e-2Fe2+
正极(C极)
2H++2e-H2↑
O2 +2H2O+4e-4OH-
总反应
Fe+2H+Fe2++H2↑
4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
联系
钢铁的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主，若所处环境呈酸性时，则发生析氢腐蚀
电化学腐蚀
化学腐蚀
条件
不纯金属与 接触
金属与 直接接触
有无电流
产生
产生
本质
被氧化
被氧化
联系
两种腐蚀往往 发生，但 腐蚀更普遍，速度也快得多，危害更严重
电化学腐蚀
化学腐蚀
条件
不纯金属与电解质溶液接触
金属与反应物质直接接触
有无电流
有微弱电流产生
无电流产生
本质
较活泼的金属被氧化
金属被氧化
联系
两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀腐蚀更普遍，速度也快得多，危害更严重
实验操作
实验现象
电流计指针发生偏转，铁电极上有气泡产生，但铁极附近无蓝色沉淀产生
实验结论
(1)Zn、Fe和经过酸化的NaCl溶液构成原电池；
(2)电极反应：负极：Zn−2e−=Zn2+；正极：2H++2e−=H2↑；
(3)该装置中铁未被腐蚀