金属的腐蚀与防护--教学设计.doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date金属的腐蚀与防护-教学设计一、教材分析第3节 化学能转化为电能电池(第2课时) 教学设计金属的腐蚀与防护刘春丽单位:商河弘德中学 地址:山东省济南市商河县 邮编:251600一、学情分析(一)教材分析本课时内容是鲁科版选修教材化学反应原理第一章第3节第2课时,教材主要介绍了金属的电化学腐蚀的原理和防护方法。本节开篇提供的统计材料给学生一个重要的警示,激发学生揭示金属腐
2、蚀原因的兴趣,并重点学习钢铁生锈的成因及本质。鉴于金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更为普遍和严重,教科书中以最为常见的钢铁腐蚀为例,剖析了两种电化学腐蚀,并重点介绍了金属的电化学防护方法。为了强化学生对电化学腐蚀原理的认识,课堂设计了一组对比实验。另外又安排了一个交流研讨,认识牺牲阳极的阴极保护法,通过原理说明较活泼的金属锌如何阻止铁的腐蚀。进一步认识外接电源的阴极保护法,与上一节课所学电解的知识相结合。本节课采用自学、探究与讨论相结合的方法。(二)学生分析知识储备上:通过必修2第二章第3节化学反应的利用以及选修4原电池的学习,学生已掌握了原电池的基本原理及金属的还原性与活泼性关系。能力水平上:具备
3、一定的实验设计能力、比较归纳能力。心理特点上:他们有强烈的好奇心和求知欲,有利于新知识的学习。而且,本节内容紧密联系实际,学生学习兴趣浓厚,具备了主动探究的原动力。存在的问题是学生对知识的学习只注重表面现象,缺少生活经验,缺乏一定的深入理解和综合思维的能力。二、教学目标知识与技能:(1)结合所学原电池原理,联系生活了解金属腐蚀的原理。(2)能够利用电化学知识进行金属防护。过程与方法:尝试从学习和生活中发现化学问题,提出探究方案,与他人合作探讨,提出解决问题的对策,并且组织规范的语言表达出来情感态度价值观:激发探究化学问题的兴趣和动机,关注化学在生活中的实际应用,做到学以致用,形成节约资源,循环
4、利用资源的可持续发展观念。三、教学重、难点及其突破策略教学重点:金属的电化学腐蚀及金属的电化学防护教学难点:金属发生吸氧腐蚀的电化学原理突破策略:通过情境导学法,实验探究法,多媒体辅助教学等方式,让学生了解金属腐蚀的原理和危害以及防护方法。通过学习明确金属腐蚀的本质及电化学腐蚀的原理,强化巩固吸氧腐蚀的具体过程。并从本质入手寻找金属防腐的方法,环环相扣。培养学生节约资源,爱护环境的意识;加深学生对化学与生活密切关系的认识,激发学生的学习兴趣,促进学生科学素养的全面提高。四、教学流程: 课前自学(根据预习提纲)课堂:(温故知新)目标定向(自学汇报 情景导入)实验探究互助答疑精讲点拨达标检测归纳总
5、结五、教学设计教学环节教师活动学生活动设计意图【温故知新】 关联知识 提出问题质疑:1、原电池的构成条件?2、哪一极易被腐蚀?以铁碳原电池装置图为例,规范原电池的工作原理思考,回答:活泼性不同的两极;电解质溶液;闭合回路;(自发的氧化还原反应)。在原电池反应中负极已被氧化而腐蚀。回顾旧知,铺垫新内容。【目标定向】 展示目标 突出重点展示学习目标,限定学习范围,突出学习重点,提出课堂希望。浏览标题,明确学习目标。宏观把握,联想质疑。让学生整体把握本节内容的同时,控制信息的接受范围,随时排除干扰性知识。【情境导入】投影展示沉重描述图片警示:当今社会有一个异常棘手的科技难题,那就是“金属的腐蚀与防护
6、”,“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的损失的总和。以我国为例,金属的腐蚀在2009年至少造成6700亿人民币的损失。观看图片,聆听讲解。惊诧之余,体会感悟:金属腐蚀不可等闲视之!通过触目惊心的数据,让学生知道:防止金属腐蚀,任重道远。让学生对金属的腐蚀产生浓厚的兴趣。【自学汇报】学生汇报教师板书一、金属的电化学腐蚀1、金属腐蚀: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:由于金属接触的介质不同,发生腐蚀的化学原理不同,一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐
7、蚀直接反应 电化学腐蚀原电池反应让学生先从概念上认识金属腐蚀的实质,下面再进行实验探究、具体认知。【展示探究结果】 (课前要求)明确任务分工协作细心观察认真记录分组实验探究:金属腐蚀发生的条件。引导学生分析实验现象,讨论金属腐蚀的条件。铁钉的组成(铁碳合金)探究任务1、铁钉盐酸溶液2、铁钉NaCl固体3、加入蒸馏水至浸没1/2的铁钉4、加入NaCl溶液至浸没1/2的铁钉5、铁钉上层植物油下层是煮沸后迅速冷却的蒸馏水现象有气体产生,反应速率快无现象铁钉在水面处略有生锈铁钉在水面处渐渐生锈无现象结论铁钉在酸溶液中易被腐蚀没有H2O,铁钉极难被腐蚀铁钉在潮湿通风环境中会被腐蚀在有电解质溶液、氧气时铁
8、钉易被腐蚀由于无O2(氧化剂),难被腐蚀对比试验,探究归纳培养学生推理能力通过分析得出结论的能力【继续探究】联想质疑 展示问题自主学习思考交流结合以上实验,探讨以下问题:1、为什么说金属的电化学腐蚀比化学腐蚀的危害程度更大?2、20世纪以来,金属遭受腐蚀的现象比过去数百年更为严重,其主要原因是什么?3、我们可以发现金属不仅在酸性甚至在中性溶液中都可以发生腐蚀,但二者在反应原理上有没有区别板书:1.析氢腐蚀(酸性较强的溶液)负极: Fe 2e- = Fe2+正极: 2H+ + 2e- = H2 总式: Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 2. 吸氧腐蚀(中性或弱酸性溶液)负极: 2Fe 4
9、e- = 2Fe2+正极: O2+4e- +2H2O = 4OH-总式: 2Fe + O2+2H2O=2 Fe(OH)2离子方程式:Fe2+2OH- =Fe(OH)24Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3【实验探究】实验操作:向铁粉中加入少量的炭粉,混合均匀后,撒入内壁分别用氯化钠和稀醋酸润湿过的两支试管分别标记为a、b中,按右图1-28装置好仪器。几分钟后,打开止水夹,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。实验现象: 思考1:导管中的水柱变化说明什么问题? 思考2:向铁粉中加入炭粉的作用是什么? 请大家根据原电池原理,写出电极反应式及电池反
10、应方程式。a装置中:负极: 正极: 电池反应: a装置中进一步反应: b装置中:负极: 正极: 电池反应: 结论:中性或酸性很弱或碱性条件下,易发生 腐蚀。当钢铁处于酸性气氛中时,易发生 腐蚀;析氢腐蚀和吸氧腐蚀都属于 腐蚀。在定向的基础上,学习目标已经十分明确了,同学们可以驾驭自己思维的汽车向目标行驶了逐层深入,利于探究,分类对比,易于辨析;【互助答疑】 汇总问题学生答疑汇总可能的问题:金属腐蚀本质是什么? 钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀的区别?评价学生行为,鼓励促进。学生踊跃回答,也可能存在生成性问题,由教师集中解决。培养积极性和主动性,体现主体地位。【解决问题】解释铆有铁铆钉的铜板暴露在潮湿空
11、气中的腐蚀情况运用以上知识信息,规范系统的解释该现象。实质为铁与铜在很弱的酸性水膜条件构成原电池,发生吸氧腐蚀。在学案上进一步完善电极反应式,及相关化学方程式总结问题答案对比增强记忆【自学讨论】联想质疑 展示问题自主学习思考交流1、鉴于金属发生腐蚀的原因,我们可以从哪些方面设想解决问题的思路?2、在生活和学习的过程中,你了解哪些防止金属腐蚀的具体方法?结合课本图片和投影,思考交流。明确研究方向,学习解决问题的方法。【精讲点拨】教师矫正教师精讲分析镀锌铁板、镀锡铁板,当镀层部分破损后,是否还有保护作用?导出电化学保护法,即将金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护。1、 牺牲阳极的阴极保护法
12、原理:形成原电池反应时,让被保护金属作正极,不反应,起到保护作用;而活泼金属作负极受到腐蚀。2、外加电流的阴极保护法此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。学生、思考、记录:金属的防护 1、在金属表面覆盖保护层。如: 涂油漆 2、改变金属内部的组织结构,制成不锈钢。3、电化学保护法,即将金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护。牺牲阳极的阴极保护法原理:形成原电池反应时,让被保护金属作正极,不反应,起到保护作用;而活泼金属作负极受到腐蚀。外加电流的阴极保护法原理: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。4、经浓硝酸等
13、强氧化剂处理或者运用电化学方法使金属表面钝化。教师解答普遍性的问题,起到画龙点睛的作用。【巩固提高】【例题1】钢铁很容易生锈而被腐蚀,每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀,该腐蚀过程中的电极反应式为_。(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率,可以采用图甲所示的方案,其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用_(填字母)。A铜 B钠 C锌 D石墨(3)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率,其中铁闸门应该连接在直流电源的_极。【例题2】(2010山东高考修改版)对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。(1)以下为铝材表面处理的一种方法:碱洗的目的是洗
14、去铝材表面的自然氧化膜,碱洗时常有气泡冒出,原因是 (用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收,最好向槽液中加入下列试剂中的 。a.NH3 b.CO2 c.NaOH d.HNO3 以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极电极反应式为 。(2)镀铜可防止铁制品腐蚀,电镀时用 做阳极(3)利用下图装置,可以模拟铁的电化学防护。若X为碳棒,为减缓铁的腐蚀,开关K应该置于 处。若X为锌,开光K置于M处,该电化学防护法称为 。巩固知识点,联系实际,联系高考训练审题能力。训练规范答题【拓展延伸】【归纳总结】金属腐蚀快慢规律作电解池阳极引起的腐蚀作原电池负极引起的腐蚀化学腐
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