金属的电化学腐蚀与防护

金属的电化学腐蚀与防护金属的电化学腐蚀与防护 教学设计教学设计 祁东一中祁东一中 唐唐 翔翔 一 一 教学设计的理论依据教学设计的理论依据 本教学设计首先依据 普通高中化学课程标准 对金属的的腐蚀与防护的要求 能解释 金属发生电化学腐蚀的原因 认识金属腐蚀的危害 探究防止金属腐蚀的措施 在此基础 之上 本设计广泛应用生产生活中金属的腐蚀现象和防腐措施 拉近了知识与生活的联系 使学生充分体会原理在生产 生活中的广泛应用 同时又对化学腐蚀及防护的功能与价值 以及学生认识发展的障碍点进行了分析 从而确定了教学设计的思路 二 二 教材分析教材分析 金属的腐蚀与防护 是一个世界性的科技难题 本节提供的统计资料 全球每年 由于金属腐蚀造成的直接损失约达 7000 亿美元 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 对于常见金属常用的腐蚀现象及其防护方法 学生在生活和学习中已有一定的了解 教材的编排充分体现了化学与生活的紧密联系 本节知识既将有关金属的零散的知识进行 了整合 又是原电池知识的扩展 延续和应用 教材依托初中 活动与探究 探究铁钉 锈蚀的条件和高中必修 2 电化学知识 原电池基本原理的知识 让学生了解金属腐蚀 的原理和危害 通过探究学习金属腐蚀的本质及电化学腐蚀的原理 认识化学是材料科学 发展的基础 激发学习化学的兴趣 体会化学学习的价值 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 三 学情分析三 学情分析 学生在学习完原电池工作原理及常见的化学电源后对化学能转化为电能有了初步的认 识 在此基础上利用这些知识研究生产生活中面临的重要的问题 金属的腐蚀 然后利用 金属腐蚀的本质研究金属的防腐 通过这些使学生的思维得到一步步的提升 学生认识障碍点主要在于 电化学腐蚀 核心概念的理解上 学生对于钢铁的锈蚀可 能只停留在铁和氧气的反应 而钢铁在潮湿的环境中发生电化学腐蚀 形成无数微小的原 电池 很难通过实验去直观的演示 只能靠学生去分析 推理 想象 因此需要我们合理 的设计情景 合理的设计知识台阶 四 教学目标四 教学目标 1 知识与技能目标 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 认识钢铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀发生的条件及原理 会书写电极反应式和总反应式 4 了解常见的防止金属腐蚀方法及其原理 2 方法与过程目标 1 体会实验是学习和研究物质化学性质的重要方法 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 3 情感态度与价值观目标 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 发展学生的探究能力 学会交流与合作 3 通过化学实验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 教学重点 金属的电化学腐蚀 防止金属腐蚀的方法 教学难点 金属的电化学腐蚀 五 教学内容与过程五 教学内容与过程 教教 师师 活活 动动 学生学生 活动活动 设计设计 意图意图 讲述 这节课我们学习本书最后一部分内容 金属的电化学腐蚀与防护 板书 4 4 金属的电化学腐蚀与防护 讲述 请同学们看大屏幕 讲述 通过图片的观察大家对金属的腐蚀有了一个初步的认识 现在请 一名同学阅读教材 P84 第一自然段的内容 了解一下金属腐蚀给我们带来 怎样的危害 过渡 既然金属的危害如此之大 下面让我们一起来探究一下如何避免 这种腐蚀的发生 探究铁钉腐蚀的条件 编号 实验 方案 煮沸后 迅速冷 却的蒸 馏水且 加植物 油 铁钉 棉花 干 燥剂氯化 钙 铁钉 且盖上塞 子 蒸馏水 铁钉 NaCl 溶液 铁钉 醋酸溶液 铁钉 记录无锈蚀无锈蚀 与空气接触 部分有铁锈 铁钉表面有 较多铁锈 铁钉表面有较 多铁锈 结论铁钉与空气 水同时接触才会锈蚀 且有电解质溶液时锈蚀加快 观看大屏 幕 阅读教材 观察并 思考 学生观看 图片得出 影响铁钉 锈蚀的条 件 给学生直 观的感受 学生从教 材中提取 信息 通过实验 让学生思 考得出铁 钉锈蚀的 条件 相同时间产生更多的铁锈 提问 请大家分析为什么会有 这样的区别 讲述 我们通过对实验的观察不难得出如下的结论 铁钉与空气 水同 时接触才会锈蚀 且有电解质溶液时锈蚀加快 相同时间产生更多的铁锈 讲述 铁钉是铁碳熔合而成的合金 像这样 不纯的金属在和电解质溶 液接触时会发生原电池反应从而使金属发生腐蚀 我们称为金属的电化学 腐蚀 板书 一 金属的腐蚀 1 金属的电化学腐蚀 讲述 金属的腐蚀还有另一类 把定义打出来边看边解释 比如说铁与 干燥的气体 O2 Cl2 SO2 或非金属电解质液体 石油 接触时 在一定 条件下就会发生化学反应 我们把这类腐蚀称作化学腐蚀 石油腐蚀金属 接触主要是含硫化合物的影响 板书 2 金属的化学腐蚀 问题 金属的化学腐蚀与哪些因素有关 结论 温度是影响化学腐蚀影响因素之一 讲述 在生产生活中比较普遍而且危害较大的是金属的电化学腐蚀 在 这里我们来重点讨论一下金属发生电化学腐蚀的原理 请同学们阅读教材 P84 P85 然后分析比较金属的两类电化学腐蚀 析氢腐蚀吸氧腐蚀 条件水膜呈强酸性 水膜呈中性或弱酸性 负极 Fe Fe 2e Fe2 2Fe 4e 2Fe2 电极 反应 正极 C 2H 2e H2O2 2H2O 4e 4OH 2H Fe2 Fe2 H22Fe 2H2O O2 2Fe OH 2 总反应 4Fe OH 2 2H2O O2 4Fe OH 3 2Fe OH 3 Fe2O3 xH2O 3 x H2O 联系 金属的腐蚀以电化腐蚀为主 电化腐蚀又以吸氧腐蚀为主 板书 1 析氢腐蚀 2 吸氧腐蚀 讲述 现在我们学完了金属的电化学腐蚀 下面我们把金属腐蚀的两种 方式对比一下 类型化学腐蚀电化学腐蚀 发生的条件 金属与接触物直接反应 不纯金属或合金与电解质溶液 形成原电池 电流 无电流产生有电流产生 本质 金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀 阅读教材 完成表格 填充表格 与原电池 相联系达 到复习巩 固的目的 把金属的 两种腐蚀 放在一起 加深学生 对金属腐 蚀的理解 相互 关系 电化学腐蚀比化学腐蚀要普遍得多 腐蚀速率 也快很多 讲述 金属发生金属腐蚀的本质 M ne Mn 发生氧化反应 实验探究 教材 P85 问题 解释图片中出现的现象 解释 由于铁钉发生吸氧腐蚀 氧气被消耗掉 导致具支试管内的压强 降低 外界大气压把水压入导管内 过渡 刚刚我们了解了金属腐蚀的基本形式 并且知道金属腐蚀的形式 中以金属的电化学腐蚀为主 现在我们从电化学的角度研究金属的腐蚀的 防护问题 以钢铁腐蚀为例 无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀 铁都做负极 碳做正 极 负极流出电子而被消耗 作为正极的碳接受负极流入的电子而保护起 来 现在假如要把铁保护起来 如何操作做呢 板书 二 金属的电化学防护 问题 如何保护铁 讲述 用铁做正极 用一种比铁更活泼的金属和它相连 这样在形成原 电池时 活泼的金属做负极 冲锋陷阵 被牺牲掉了 从而铁做正极流入 电子 多余的电子抑制了铁失去电子而保护起来 这样的例子还有很多 点击课件 比方说轮船上镶嵌的锌铆与海水构成的原电池 在轮船吃水 线以下 镶嵌着一的排排的锌块 作为原电池的负极流出电子到铁的表面 而把铁保护起来 这一排排的锌块起到了保护船体钢板的作用 问题讨论 如果轮船上不嵌入锌块 而嵌入铜块效果如何 嵌入锌块是让锌冲锋陷阵牺牲锌呢 而嵌入铜块后 起到了相当于引蛇 出洞的作用了 铁做负极 加快了铁的腐蚀 小结 这种防护方法实际上是消耗负极的正极保护法 但习惯上称作牺 牲阳极的阴极保护法 学生观看 实验视频 思考把锌 换成铜怎 么解释原 理 对原电池 的原理加 深认识 加深学生 队对原电 池的正负 极材料的 认识 电化学上规定 电子流出的一极叫阳极 负极 电子流入的一极叫 阴极 正极 即 牺牲阳极的阴极保护法 实验演示 接下来我们通过一个实验来验证一下 点击课件的超链接 为什么看不到沉淀 原因是无亚铁离子生成 通过实验进一步验证了牺牲 阳极的阴极保护法可以很好的保护金属 避免金属的腐蚀 问题 金属表面能够富集大量的电子金属就可以避免腐蚀 除了金属做 原电池的正极外还有没有其他方法也能在其表面富集电子呢 讲述 接着来学习另一种保护方法 外加电流的阴极保护法 我们前面学习过化学电源 如干电池 只要与电源的负极相连 电池的负极流出电子 如果把被保护的金属连上 电池的另一极正极连上 辅助电极 也同样会起到保护金属不会腐蚀的作用 原理说明 我们都知道 钢铁在发生电化学腐蚀时 铁是作负极 有电 子流出 如果要抑制它表面电子的流出的趋势 就需要把它接在外加电源 的负极 当通电后 电子就被强制的往回流 这样有了电子的流入 有电 子的流入我们就把这极称作阴极 即外加电流的阴极保护法 其实 金属防护的方法还有很多 下面我们一起来看书 P86 以及视频 现在我们对本节内容进行总结如下 危害 损失金属材料 损失设备危害 损失金属材料 损失设备 本质 本质 M ne Mn 氧化反应氧化反应 金属的腐蚀金属的腐蚀 特征 伴有电流特征 伴有电流 电化学电化学 腐蚀腐蚀 析氢腐蚀析氢腐蚀 吸氧腐蚀 主 吸氧腐蚀 主 化学腐蚀化学腐蚀 地位 次要地位 次要 特征 无电流产生特征 无电流产生 地位 主要地位 主要 类型及类型及 危害危害 金属的防护金属的防护 方法方法 应用电化学保护应用电化学保护 其他其他 牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法外加电流的阴极保护法 改变金属的内部结构改变金属的内部结构 在金属表面附盖保护层在金属表面附盖保护层 本质 阻止本质 阻止M ne Mn 的发生的发生 学生观看 从中获取 金属防护 的其他方 法 三 扩展 判断金属腐蚀快慢的规律 不纯的金属或合金 在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀 活 泼金属因被腐蚀而耗损 金属的腐蚀的快慢与下列两种因素有