资源简介

化学鲁教版五四学制 2024 九年级全一册
第三节 金属材料的锈蚀与防护（教学设计）
一、核心素养目标
宏观辨识与微观探析：从宏观层面观察不同环境下钢铁锈蚀的现象差异，从微观角度剖析铁与氧气、水发生化学反应导致锈蚀的本质，建立 “现象 - 本质” 的认知联系。
科学探究与创新意识：通过参与金属锈蚀条件的探究实验，掌握实验设计的控制变量思路，提升实验操作、数据分析及结论归纳能力，尝试提出优化防锈方案的创新想法。
科学态度与社会责任：了解金属锈蚀造成的经济损失和废旧金属的环境危害，树立节约金属资源、保护环境的责任意识，形成可持续发展的科学观念。
二、教学重难点
（一）教学重点
钢铁锈蚀的核心影响因素（氧气、水）及常见减缓锈蚀的方法。
控制变量法在探究金属锈蚀条件实验中的应用。
（二）教学难点
设计科学的实验方案探究金属锈蚀的影响因素。
分析实验现象并归纳出钢铁锈蚀的本质原因及影响因素。
三、教材分析
本节内容选自鲁教版初中化学第四单元第三节《金属材料的锈蚀与防护》，是在学生学习金属基本性质（如铁与氧气反应）后的延伸与应用。金属材料在日常生活（厨具、门窗）、工业生产（机械、建筑）中应用广泛，而锈蚀是金属材料使用中的重要问题，因此本节内容对学生理解金属性质、合理使用金属材料具有现实意义。
教材采用 “生活现象→实验探究→原理分析→实际应用” 的编排逻辑：首先通过 “铁质工具生锈” 与 “不锈钢雕塑耐腐” 的对比现象，引发学生认知冲突，自然导入课题；接着安排 “探究钢铁锈蚀因素” 的实验活动，引导学生运用控制变量法分析问题，培养科学探究能力；随后讲解铁锈成分（Fe O ）及防锈原理，介绍具体防锈方法；最后阐述废旧金属的污染危害与回收意义，衔接资源保护与环保理念。这种编排既符合学生从具体到抽象的认知规律，又搭建了 “化学知识 - 生活应用” 的桥梁，有助于学生形成完整的知识体系。
四、学情分析
教学对象为九年级学生，具有以下学习基础与特点：
认知基础：生活中已接触金属锈蚀现象（如铁钉生锈、铁锅生锈），具备感性认知；此前学习过铁与氧气的反应，了解金属的部分化学性质，但对 “锈蚀的条件”“防锈原理” 缺乏系统理解。
思维特点：处于形象思维向抽象思维过渡阶段，对直观的实验现象、生活案例兴趣浓厚，但分析实验数据、归纳规律的逻辑思维能力仍需引导。
学习难点：
实验设计层面：难以准确把握控制变量法的核心（仅改变一个变量，其他条件不变），可能出现实验方案设计不严谨的问题。
概念理解层面：易将 “钢铁锈蚀” 简单归因为 “接触水” 或 “接触氧气”，忽略 “两者共同作用” 的本质。
应用层面：难以将防锈原理与生活实际结合，如不清楚 “涂油漆”“镀铬” 的防锈本质是 “隔绝氧气和水”。
基于此，教学中需以生活实例为依托，通过实验探究突破难点，注重知识的形成过程，帮助学生建立 “现象 - 原理 - 应用” 的认知链条。
五、教学过程
教学环节一 新课导入
【情境展示】同学们，大家请看两组图片：第一组是家里阳台长期不用的铁质晾衣架，表面布满红棕色锈迹，用手一摸还会掉渣；第二组是城市广场的不锈钢纪念碑，历经多年风雨，依然光洁如新。大家在生活中还见过哪些类似的金属锈蚀或耐腐现象？可以和同桌交流 1 分钟。
【问题引导】同样是金属制品，为何锈蚀情况差异这么大？是材质不同，还是环境影响？两千多年前的 “越王勾践剑”，埋藏在地下两千余年，出土时却锋利无锈，这又是什么原因呢？
【引入课题】这些问题都与 “金属材料的锈蚀与防护” 有关，今天我们就通过实验和分析，揭开金属锈蚀的秘密，学习保护金属材料的方法。
设计意图
贴近生活：以学生熟悉的金属锈蚀现象为切入点，快速激发学习兴趣，拉近化学与生活的距离。
引发思考：通过历史文物 “越王勾践剑” 的案例，增添课堂趣味性，同时提出问题链，引导学生主动探究。
明确目标：自然过渡到教学主题，让学生带着疑问进入学习，提升学习主动性。
教学环节二 探究钢铁锈蚀的影响因素
活动一：感知生活中的钢铁锈蚀
【引入】生活中，我们常会发现：下雨天自行车链条容易生锈，而擦干后放在车库里的自行车却不易生锈；铁质门窗在潮湿的南方比在干燥的北方更容易锈蚀。结合这些现象，大家猜想一下，哪些因素可能导致钢铁锈蚀？
【师生活动】
教师展示 “潮湿环境中铁钉生锈”“干燥环境中铁钉完好” 的对比图片，提出问题：“这些现象能说明什么？”
学生结合生活经验分组讨论（2 分钟），小组代表分享猜想，如 “钢铁生锈可能需要水”“钢铁生锈可能需要空气（氧气）”“潮湿加空气会让钢铁更快生锈” 等。
教师记录学生猜想，引导学生思考：“如何通过实验验证这些猜想？”
【对应训练 1】下列生活中的钢铁制品，最容易发生锈蚀的是（ ）
A. 放在衣柜里的铁钉
B. 刷过防锈漆的铁门
C. 浸没在蒸馏水中的铁块
D. 潮湿厨房中的铁锅
【答案】D
【解析】钢铁锈蚀需要同时接触氧气和水。A 选项中衣柜内干燥，缺少水，不易锈蚀；B 选项中防锈漆隔绝了氧气和水，不易锈蚀；C 选项中蒸馏水中氧气含量低，锈蚀速度慢；D 选项中潮湿环境提供水，厨房空气提供氧气，满足锈蚀的两个条件，最易锈蚀。
活动二：设计实验探究钢铁锈蚀的条件
【问题】要验证 “钢铁锈蚀是否需要氧气和水”，我们需要用到科学探究中的重要方法 —— 控制变量法。如何设计实验，才能分别探究 “仅氧气”“仅水”“氧气和水共同作用” 对钢铁锈蚀的影响？
【师生活动】
教师引导学生分析实验设计思路：“要探究一个因素的影响，需控制其他因素不变。例如，探究‘水的影响’时，要保证氧气充足，只改变‘是否有水’这一变量。”
学生分组设计实验方案，教师巡视指导，选取典型方案展示：
实验 1：将洁净铁钉放入干燥试管，用橡皮塞密封（控制条件：有氧气，无水）。
实验 2：将洁净铁钉完全浸没在煮沸过的蒸馏水中，密封试管（控制条件：有水，无氧气，煮沸可去除水中溶解的氧气）。
实验 3：将洁净铁钉的一半浸入蒸馏水中，试管敞口（控制条件：有氧气，有水）。
实验 4：将洁净铁钉的一半浸入食盐水，试管敞口（控制条件：有氧气、水，额外加入食盐）。
实验 5：将用食醋浸湿的铁钉放入敞口干燥试管（控制条件：有氧气、酸，少量水）。
教师补充说明实验注意事项：“实验前需确保铁钉洁净（去除表面锈迹），试管干燥，以避免干扰实验结果。”
【对应训练 2】在探究钢铁锈蚀条件的实验中，下列分析正确的是（ ）
A. 实验 1 中铁钉不生锈，说明铁生锈不需要氧气
B. 实验 2 中铁钉不生锈，说明铁生锈不需要水
C. 实验 3 中铁钉生锈，说明铁生锈需要氧气和水共同作用
D. 实验 4 和实验 5 没必要做，因为已能得出锈蚀条件
【答案】C
【解析】A 选项实验 1 仅说明 “只有氧气时铁不生锈”，不能证明铁生锈不需要氧气；B 选项实验 2 仅说明 “只有水时铁不生锈”，不能证明铁生锈不需要水；C 选项实验 3 中氧气和水同时存在，铁钉生锈，可证明两者是铁生锈的必要条件；D 选项实验 4、5 可探究 “食盐”“酸” 对锈蚀的影响，能丰富对锈蚀因素的认识，有必要做。
活动三：分析实验结果，归纳锈蚀因素
【问题】若将上述实验放置四天，会观察到什么现象？这些现象能得出哪些结论？
【师生活动】
教师展示四天后的实验现象图片：
实验 1、2：铁钉无明显锈迹。
实验 3：铁钉浸入水中的部分出现红棕色锈迹。
实验 4：铁钉锈蚀速度比实验 3 更快，锈迹更多。
实验 5：铁钉表面迅速出现锈迹，且伴有气泡。
学生观察图片，分组讨论（3 分钟），分析现象背后的原因：
实验 1、2 无锈迹：说明仅氧气或仅水，都不能使铁生锈。
实验 3 有锈迹：说明铁生锈需要氧气和水共同作用。
实验 4、5 锈蚀更快：说明食盐、酸会加速钢铁锈蚀。
教师总结：钢铁的锈蚀主要是铁与空气中的氧气、水蒸气发生化学反应的结果；此外，环境中的酸、盐（如食盐），以及钢铁本身的成分（如是否为合金），都会影响锈蚀速度。铁锈的主要成分是氧化铁（Fe2O3），质地疏松，不能阻止内部钢铁继续锈蚀。
【对应训练 3】关于钢铁锈蚀的说法，正确的是（ ）
A. 钢铁锈蚀只与氧气有关
B. 铁锈的主要成分是四氧化三铁
C. 潮湿环境中钢铁更容易锈蚀
D. 钢铁锈蚀是物理变化
【答案】C
【解析】A 选项钢铁锈蚀与氧气、水都有关，并非只与氧气有关；B 选项铁锈主要成分是 Fe2O3，不是四氧化三铁；C 选项潮湿环境提供水，满足锈蚀条件，钢铁更易锈蚀；D 选项钢铁锈蚀生成新物质铁锈，属于化学变化。
教学环节三 学习减缓钢铁锈蚀的方法
活动一：推导减缓钢铁锈蚀的思路与方法
【问题】既然钢铁锈蚀需要氧气和水，那我们该如何减缓甚至阻止钢铁锈蚀？核心思路是什么？
【师生活动】
教师引导学生从 “破坏锈蚀条件” 的角度思考：“要阻止钢铁生锈，要么隔绝氧气，要么隔绝水，要么同时隔绝两者。”
学生结合生活经验，列举常见的防锈方法，如 “给自行车涂机油”“给铁门刷油漆”“用不锈钢做厨具” 等。
教师分类总结减缓锈蚀的方法，并解释原理：
方法 1：保持钢铁表面洁净干燥（如用完铁锅后及时擦干）—— 去除 “水” 这一锈蚀条件。
方法 2：涂覆保护层（涂刷油漆、覆盖搪瓷、涂抹防锈油）—— 隔绝氧气和水。
方法 3：镀耐腐金属（如自行车钢圈镀铬、铁钉镀锌）—— 在钢铁表面形成致密保护层，隔绝氧气和水。
方法 4：改变金属成分，制成合金（如加入铬、镍制成不锈钢）—— 从本质上提升金属的耐腐性，避免锈蚀。
【对应训练 4】下列措施中，能有效减缓钢铁锈蚀的是（ ）
A. 将钢铁制品长期放在雨中
B. 在钢铁表面喷涂防锈涂料
C. 用湿抹布经常擦拭钢铁制品
D. 将钢铁制品放在露天广场
【答案】B
【解析】A 选项雨水提供水，露天环境提供氧气，会加速锈蚀；B 选项防锈涂料能隔绝氧气和水，有效减缓锈蚀；C 选项湿抹布提供水，加速锈蚀；D 选项露天环境接触氧气和水，加速锈蚀。
教学环节四 认识废旧金属的回收意义
活动一：分析废旧金属的环境危害
【引入】金属制品使用一段时间后会报废，产生大量废旧金属。据统计，我国每年有近 500 万吨废钢铁、20 多万吨废有色金属未能回收利用，这些未回收的废旧金属会给环境带来哪些危害？
【师生活动】
教师展示 “废旧电池堆积污染土壤”“废旧金属泄漏污染水源” 的图片，讲解：“部分废旧金属（如废电池中的铅、汞、镉）属于重金属，它们在自然界中难以降解，会随着雨水渗透到土壤、地下水中，被植物吸收后进入食物链，导致动物、人类慢性中毒，甚至死亡。”
学生结合环保知识，分享对 “废旧金属污染” 的认识，如 “废旧电池不能随便扔，会污染地下水”。
【对应训练 5】废旧电池对环境的污染主要是因为（ ）
A. 电池外壳的塑料污染
B. 电池中的重金属污染
C. 电池中的电解液污染
D. 电池的包装纸污染
【答案】B
【解析】废旧电池的核心污染是内部含有的铅、汞、镉等重金属，这些物质会长期危害生态环境，故选 B。
活动二：探讨废旧金属的回收意义
【问题】既然废旧金属危害大，那回收利用废旧金属有什么好处？
【师生活动】
学生分组讨论（2 分钟），分享回收废旧金属的意义，如 “减少污染”“节省资源” 等。
教师补充具体数据，强化认知：
回收 1 个铝制易拉罐，比制造新易拉罐节省 20% 的成本，同时减少 90%-97% 的能源消耗。
回收 1 吨废钢铁，可炼出 0.9 吨优质钢，相比用铁矿石冶炼，不仅成本降低一半，还能减少空气污染、水污染和土壤污染。
教师总结：回收废旧金属，既能减少重金属对环境的污染，又能节约金属资源和能源，是保护资源、保护环境的重要举措。
【对应训练 6】下列关于回收废旧金属的说法，不正确的是（ ）
A. 回收废旧金属可以减少对环境的污染
B. 回收废旧金属可以节约金属资源
C. 回收废旧金属可以节约能源
D. 回收废旧金属没有任何意义
【答案】D
【解析】回收废旧金属具有减少污染、节约资源、节约能源等多重意义，D 选项说法错误。
六、课堂小结
七、板书设计
第三节 金属材料的锈蚀与防护
一、钢铁锈蚀的因素
核心因素：氧气、水蒸气（缺一不可）
影响因素：酸、盐、钢铁成分、温度等
铁锈成分：Fe2O3（疏松，无保护作用）
二、减缓锈蚀的方法
保持洁净干燥
涂覆保护层：油漆、防锈油、搪瓷
镀耐腐金属：镀锌、镀铬
制成合金：不锈钢（加铬、镍）
三、废旧金属的处理
危害：重金属污染土壤、水源
回收意义：减少污染、节约资源、节约能源
八、教学反思
本次教学以生活现象为起点，通过实验探究突破核心难点，整体课堂氛围活跃，学生参与度较高。具体优点如下：
导入环节结合生活实例与历史故事，有效激发了学生的学习兴趣，为后续探究奠定了良好基础；
实验探究环节注重引导学生运用控制变量法，从 “设计方案” 到 “分析现象”，逐步培养了学生的科学探究能力；
知识应用环节紧密联系生活，如 “自行车防锈”“废旧电池回收”，帮助学生理解化学知识的现实意义。
但教学中仍存在不足：
实验探究时间分配稍显紧张，部分小组未能充分讨论实验方案的细节，导致展示时出现逻辑漏洞；
对 “铁锈成分（Fe2O3）与铁的区别” 讲解不够深入，部分学生仍混淆 “铁” 与 “铁锈” 的性质；
废旧金属回收部分的案例较少，学生对 “回收的经济意义” 理解不够直观。
后续改进方向：
优化时间分配，预留更多时间给小组讨论，确保实验方案设计的严谨性；
增加实物展示（如生锈铁钉与纯铁对比），结合微观示意图讲解铁锈成分，加深理解；
补充 “回收前后能源消耗对比” 的图表，让学生更直观地认识回收的经济与环境价值。

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