钢铁的电化学腐蚀与防护教学设计

钢铁的电化学腐蚀与防护教学设计一、学情分析本节课授课对象为高二理科生。从知识储备来看，他们已经掌握了氧化还原反应和原电池的基本原理，这为本节课的学习奠定了理论基础。从能力水平来看，他们具备一定的实验设计能力，并能熟练完成基本的实验操作，可以通过合作完成简单的探究实验。学生对铁生锈的生活现象很熟悉，也在必修教材中学习过铁及其化合物的性质，了解合金等知识，因此具备了自主探究铁的吸氧腐蚀原理的能力。二、学习内容分析本节课教学内容源自高中化学人教版教材选修4第四章第四节金属的电化学腐蚀与防护，但只选取了教材中的部分内容进行教学。由于钢铁是使用最广泛的金属材料，且钢铁腐蚀中又以电化学腐蚀更为普遍且危害更大。所以教学中仅以钢铁为例重点探究电化学腐蚀的原理，删除了钢铁的化学腐蚀以及其他金属的腐蚀。同时也增加了探究铁的吸氧腐蚀原理的学生分组实验。三、教学设计【教学目标】1、知识与技能了解钢铁的电化学腐蚀原理，会书写吸氧腐蚀和析氢腐蚀的电极反应式和总反应式。知道常见的电化学防护的方法，并能解释其原理。2、过程与方法通过分组实验，体会与人合作、交流，共同研究，探讨科学问题。3、情感态度与价值观知道采取防护措施可以减少由于钢铁腐蚀带来的巨大经济损失，感受化学对人类进步的意义。【教学重点】 吸氧腐蚀原理；牺牲阳极的阴极保护法【教学难点】 探究吸氧腐蚀原理【实验用品】试管，胶头滴管，U型管，烧杯，导线，灵敏电流表，碳棒，铁钉，饱和食盐水，KSCN溶液，H2O2溶液，酚酞，暖宝宝，药匙，数字化实验仪器（O2传感器、数据采集器）等【教学过程】教师活动学生活动设计意图【课前准备】播放微视频分析学生作业情况【课堂导入】由学生作业中暴露出的问题引出本节课探究的主题：Fe-C-NaCl溶液是否构成了原电池？【过渡】根据提供的试剂和仪器，请你们通过实验来获得答案。【过渡】既然形成了原电池。接下来我们就要继续探究该原电池发生的电极反应。【提问】1、负极Fe发生什么类型的反应，可能得到什么产物?2、根据提供的试剂和仪器，如何检验负极产物?设计出具体操作步骤。【引导】鼓励并引导学生完善设计，确定实验步骤。【指导】巡视并指导学生实验操作。【过渡】接下来继续探究该原电池的正极反应。【提问】正极发生什么类型的反应，溶液中哪些微粒有可能在正极发生反应？【引导】如何才能确定氧气是否参加反应了呢？【演示实验】用氧气传感器记录的数据说明有氧气参与反应【提问】1、预测正极产物2、根据提供的试剂和仪器，如何检验正极极产物?设计出具体操作步骤。【引导】鼓励并引导学生完善设计，确定实验步骤。【指导】巡视并指导学生实验。【过渡】大家已经通过实验，解决了作业中出现的问题。【提问】1、写总反应方程式2、分析后续反应【总结】这就是钢铁腐蚀中最常见的 “吸氧腐蚀”。属于电化学腐蚀的一种。【过渡】铁制品所处的环境不同，腐蚀原理也有所不同。思考在酸雨严重的地区钢铁腐蚀的原理。【总结】我们称这种为析氢腐蚀，多发生在酸性环境，也属于电化学腐蚀的一种。【过渡】钢铁腐蚀很常见，可你知道它带来的危害吗？【投影】钢铁腐蚀的危害【过渡】防护工作刻不容缓【提问】既然钢铁腐蚀绝大多数都是由于形成原电池造成的，那我们能否利用原电池知识来进行防护呢？【引导】同学们设计出的这种防护方法是否有效？有待实验验证。【视频】通过对比实验，验证“牺牲阳极的阴极保护法”【提问】生活中就有运用这种方法对钢铁设备进行防护的案例，请你举例说明。【总结】这些案例都是利用原电池原理进行防护的“牺牲阳极的阴极保护法”。【介绍】1.原电池中描述的“阳极”和“负极”指的是同一电极，都是指发生氧化反应的电极。2. 还可以外接直流电源，利用电解池原理进行防护。“外加电流的阴极保护法”。【投影】本节课知识梳理腐蚀的本质？防护的本质？【总结】同学们提到的这些困惑很有价值。事实上“金属的腐蚀与防护”一直是世界性的科技难题，我们今天仅以钢铁为代表，初步了解了跟电化学相关的腐蚀原理以及基本的防护方法。希望大家课下能查阅资料，在老师的帮助下进行实验，就今天尚未解决的疑惑继续探究。【课前准备】观看微视频，完成作业【交流与合作】分组实验，汇报实验结果结论1: Fe-C-NaCl溶液能形成原电池。负极： Fe正极： C【思考与交流】分组讨论，分组汇报实验方案【交流与合作】分组实验，汇报实验结果结论2: 负极Fe-2e-=Fe2+【思考与交流】分组讨论，回答【思考与交流】分组讨论，分组汇报实验方案【交流与合作】分组实验，汇报实验结果结论3: 正极反应O2+2H2O+4e-=4OH-回答。【思考与交流】分组讨论，分组汇报实验方案观看实验，思考回答倾听；思考【归纳】本节课有什么收获？你还有哪些困惑没有得到解决，想进一步了解的？设置认知冲突，激发学生的探究欲望。以实验事实来构建化学知识，更符合学生的认知规律通过设计实验，增强学生的探究意识，提升学生的思维能力。通过汇报方案，培养学生准确使用化学术语表达的能力。通过分组实验，提升学生实验操作技能。手持技术的运用，使原本不易观察到的现象以直观的数据和图像的形式呈现给学生，更符合学生的认知规律。将所学的理论知识与实际生活联系，通过知识迁移，引发学生思考增强学生的社会责任感。培养学生归纳总结的能力运用所学的知识来解决实际生活中的问题，让学生切实感受到化学对人类进步的意义。由于时间限制，有些内容课上无法展开探究，比如：“酸性多强才发生析氢腐蚀”“