资源简介

鲁科版选择性必修一 化学反应原理
第一章第四节《金属的腐蚀与防护》教学设计
【教材分析】
本节内容选自鲁科版选择性修一第一章《化学反应与能量转化》的第四节《金属的腐蚀与防护》，本节重点介绍了金属电化学腐蚀的本质——表面形成微型原电池，并具体介绍了两种电化学防护方法：牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。安排本节内容的主要目的是：一方面让学生巩固所学的电化学知识，另一方面让学生利用电化学知识解决生活、生产中的实际问题。因此，学习本节内容，既能温故知新，又能学以致用。金属的腐蚀大部分是由于电化学原因引起的,所以金属的腐蚀与防护成为电化学领域研究的问题,也成为高中阶段应用化学反应原理的一个重要方面。
【学情分析】
学生在知识储备上，通过必修及前三节的学习已掌握原电池的基本原理及金属的还原性与活泼性的关系；在能力水平上，具备一定的实验设计能力与操作能力、比较归纳能力；在心理特点上，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。存在的问题是难以将所学的理论知识与日常生活和工业生产中的实际应用联系起来，学生对知识的学习只注重表面现象，缺少生活经验，缺乏一定的综合思维能力。
【课标要求】
了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害，了解防止金属腐蚀
的措施。
【教学目标】
1、知道金属腐蚀的危害，认识金属发生电化学腐蚀的本质，能运用化学符号等手段说明金属腐蚀的原理。
2、能运用原电池模型解释或推测金属的腐蚀等问题，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。
3、理解金属的电化学腐蚀原理在生产、生活中的应用，进一步从能量的角度理解化学科学对人类生活的重要贡献。
【教学重难点】
1、重点：金属的电化学腐蚀及金属的电化学防护。
2、难点：金属发生吸氧腐蚀的电化学原理
【教学方法】 情景教学法 探究教学法 问题教学法 讨论教学法
【教学用具】视频 PPT
【教学过程】
【情境导入】多媒体展示金属腐蚀的图片，青铜宝剑图片
【师】在日常生活中,我们经常见到钢铁制品生锈、铜制品长出铜绿,这就是金属腐蚀现象。金属的腐蚀现象普遍存在,常常是自发的。金属被腐蚀后,在外形、色泽及机械性能方面就会发生变化,从而使机器设备、仪器、仪表的精确度和灵敏度降低,直至报废。金属的腐蚀如果能被加以利用,也会给生活、生产带来便利。如:铝-空气海上照明灯、暖宝宝的应用、心脏起搏器等。
本节课我们就了解一下金属腐蚀的知识,知道金属腐蚀产生的原因才能更好地进行防护。
【联想质疑】金属腐蚀现象在生产生活中普遍存在。据统计，每年因金属腐蚀造成的经济损失远远超过因自然灾害和各类事故造成的经济损失的总和。那么，造成金属腐蚀的原因是什么？任何事物都有两面性，你能说出金属腐蚀原理的一些应用吗？
【问题】分析铜、铁、铝的结构及性质，总结出什么叫金属的腐蚀？金属腐蚀的本质是什么？类型有哪些？
【学生活动】阅读教材，并进行相互讨论，交流，了解什么是金属的腐蚀以及金属腐蚀的本质和类型。
【板书】1.金属的腐蚀：金属表面因与周围的物质发生氧化还原反应而遭到破环的现象称为金属的腐蚀。
2.金属腐蚀的本质：金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化还原反应
3.常见的有化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。
【讲解】金属腐蚀后在外形、色泽及机械性能等方面都有一定的变化。
【投影】生活中常见的化学腐蚀和电化学腐蚀图片。
【学生活动】对比图片，分析并思考化学腐蚀与电化学腐蚀的异同。
【归纳总结】学生完成学案表格归纳总结化学腐蚀和电化学腐蚀区别和联系。
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
条件 金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体等直接发生化学反应 不纯金属或合金跟电解质溶液接触，发生原电池反应
现象 无电流产生 有微弱电流产生
本质 金属原子失去电子而被氧化
联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍
【总结并多媒体展示】
金属的化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。
例如：铁在高温下与氧气直接化合而被腐蚀，在工业生产中氯气跟铁或与其他金属化合使金属锈蚀。
特点：反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。
电化学腐蚀：不纯的金属或合金与电解质溶液接触，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀。
例如:钢铁在潮湿的空气中生锈就是电化学腐蚀造成的。
金属发生电化学腐蚀的条件：1.不纯的金属
2.潮湿的环境：（1）吸附水膜（2）溶解气体
【交流研讨】铁生锈的现象随处可见。为什么铁在潮湿的环境中比在干燥的环境中更容易生锈？为什么当一块铜板上有铁铆钉时，铁铆钉特别容易生锈？
【投影】两种常见潮湿环境中铁生锈的照片
【板书】一、金属电化学腐蚀的原理
【学生活动】阅读教材相关内容，结合图片分析讨论并交流思考，铜板上铁铆钉被腐蚀时，是如何形成原电池的？
【投影】铜板上铁铆钉出的腐蚀原理示意图
【师生共同归纳】铜板表面凝结有一层水膜，空气中的二氧化碳、二氧化硫及沿海地区空气中的氯化钠等物质都可能溶解到水膜中形成电解质溶液。铜板和铁铆钉与电解质溶液接触形成原电池。铁原子又比铜原子容易失去电子， 成为负极反应物被腐蚀。
【投影】腐蚀原理有关电极反应式
负极: 2Fe – 4e- = 2Fe2+
正极: O2+4e- +2H2O = 4OH-
总式: 2Fe + O2 +2H2O =2 Fe(OH)2
铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，
2Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O(铁锈)＋(3－n)H2O。
【教师强调】这种腐蚀过程中，电解质溶液为中性或弱酸性，环境消耗的物质主要是氧气，铁生成含氧化合物，因此也称为“吸氧腐蚀”。
【质疑并提问】当水膜酸度较高时，正极反应物是否主要还是氧气？
【学生活动】思考，讨论，阅读教材
【学生总结】在水膜酸度较高的特殊环境中，正极反应可能主要是H+被还原成氢气而析出，这时所发生的腐蚀称为“析氢腐蚀”。
【多媒体展示】析氢腐蚀示意图
【学生活动】分析讨论并书写电极反应式
负极: Fe – 2e- = Fe2+
正极: 2H+ + 2e- = H2 ↑
总式：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 ↑
【提问】通过以上分析，讨论，能否得出吸氧腐蚀与析氢腐蚀的异同？
【学生活动】分组交流并讨论吸氧腐蚀与析氢腐蚀的异同
【投影】钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀的比较
【师生共同完成学案】
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 水膜酸性较强 水膜酸性较弱或呈中性
负极反应 Fe –2e－ ＝ Fe2+
正极反应 2H++ 2e－ ＝ H2↑ 2H2O + O2 + 4e－ ＝ 4OH-
总反应 Fe + 2H+ ＝ Fe2++ H2↑ 2Fe+2H2O+O2 ＝2Fe(OH)2
电子如何流动形成回路 Fe失去2e_，成为Fe2＋进入溶液，Fe失去电子流入石墨电极（C），H＋趋向于石墨电极（C），与石墨电极（C）上的电子结合成H2析出溶液 Fe失去电子成为Fe2＋进入溶液，Fe失去的电子流入石墨电极（C），在石墨电极（C）极上O2获得电子成为OH―进入溶液
【讲授并强调】
1.只有位于金属活动性顺序中氢前的金属才可能发生析氢腐蚀，氢后的金属不能发生。
2.钢铁等金属的腐蚀主要是吸氧腐蚀。
金属电化学腐蚀的本质为金属成为原电池负极，其原子失去电子变成金属阳离子进入电解质溶液而使金属发生损耗。
【总结】无论是电化学腐蚀还是化学腐蚀，金属腐蚀的本质都是金属原子失去电子被氧化损耗的过程。
【知识拓展】金属腐蚀的快慢判断
【结论】在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢可用下列规律判断：
电解原理引起的腐蚀>原电池引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐蚀措施的腐蚀
【总结提问】通过今天的学习，请同学们回答，为什么越王剑为什么千年不腐？
【学生总结】周围空气含量较少，地下水酸碱性不大，剑身上镀了一层不活波金属。
【课堂练习】
1、下列有关金属电化学腐蚀的说法正确的是( )
A.铜既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀 B.铁只能发生析氢腐蚀
C.铜只能发生吸氧腐蚀 D.析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍
2、右图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛 有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是( )
A.生铁块中的碳是原电池的正极
B.红墨水柱两边的液面变为左低右高
C.两试管中相同的电极反应式是：Fe-2e-=Fe2+
D.a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
【课后作业】金属的腐蚀在生活中普遍存在，那么生活中如何保护家中的大门不被腐蚀。
【课堂小结】
【板书设计】
1.4 金属的腐蚀与防护
1.金属的腐蚀：金属表面因与周围的物质发生氧化还原反应而遭到破环的现象称为金属的腐蚀。
2.金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化还原反应
3.常见的有化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。
一、金属的电化学腐蚀
1.吸氧腐蚀 2.析氢腐蚀
负极： Fe - 2e- = Fe2+ 负极： Fe - 2e- = Fe2+
正极： O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- 正极： 2H+ + 2e- = H2 ↑
电池总反应： 2Fe+O2+2H2O =2Fe(OH)2 电池总反应： Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 ↑
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4 Fe(OH)3
Fe(OH)3 Fe2O3·nH2O
【教学反思】：
机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，直至报废
使桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成坍塌
Fe
C
钢铁的析氢腐蚀示意图
钢铁的吸氧腐蚀示意图

展开更多......

收起↑