【教學目標】

1.了解金屬發(fā)生電化學腐蝕的本質(zhì)，知道金屬腐蝕的危害，了解防止金屬腐蝕的措施。

2.能利用電化學原理解釋金屬腐蝕現(xiàn)象，選擇并設計防腐措施。

【學情分析】

1.知識：初中化學了解了關于物質(zhì)與氧氣發(fā)生化學反應的特點，談到金屬腐蝕的條件，高一必修談到原電池工作的原理，到現(xiàn)在涉及的電化學基礎知識，這些呈現(xiàn)螺旋式上升的化學知識，有利于學生構建系統(tǒng)的知識網(wǎng)絡。

2.能力：學生已經(jīng)具備一定的實驗設計觀察能力和歸納能力，學生對金屬腐蝕的理解程度存在差異，教師要針對學生的實際情況進行教學，幫助學生建立正確的金屬腐蝕觀念。

3.心理：強烈的好奇心和求知欲，有利于學生學習新知識，具備了主動探究的原動力；存在的問題是學生注重表面現(xiàn)象，缺少生活經(jīng)驗，缺乏一定的深入理解能力和綜合思維能力。

【教學目標】

（一）知識目標

1.理解和掌握金屬腐蝕的基本原理，包括電化學腐蝕過程和影響因素，如濕度、溫度、電解質(zhì)溶液等。

2.應用所學的金屬腐蝕知識，對實際金屬腐蝕問題進行分析和解決。

3.能夠根據(jù)不同金屬和環(huán)境選擇適當?shù)姆雷o方法，如涂層、干燥、陰極保護等，并能夠正確操作金屬防護實驗。

（二）素養(yǎng)目標

1.宏觀辨識與微觀探析：引導學生從氧化還原反應的宏觀現(xiàn)象探究金屬腐蝕的本質(zhì)是微觀世界金屬失去電子變成金屬陽離子的過程。

2.證據(jù)推理與模型認知：以“晉祠鐵人千年不腐”和課本實驗為依據(jù)推理金屬腐蝕的本質(zhì)，構建金屬防腐的基本措施。

3.科學探究與創(chuàng)新意識：通過課本知識的學習，課后搜集資料進一步完善防腐的新技術、新方法，并從本質(zhì)上創(chuàng)新防腐新方法。

4.科學精神與社會責任：通過探究“晉祠鐵人千年不腐”“太原市輸暖管道的防腐措施”的原因以及觀看“滄州鐵獅子腐蝕”的慘痛教訓，進一步培養(yǎng)學生的環(huán)保意識，喚醒當代青年重視環(huán)保的社會意識。

【教學重難點】

教學重點：運用二維模型認知金屬電化學腐蝕的原理以及金屬電化學防腐的方法。

教學難點：能夠利用電化學腐蝕的模型解釋生產(chǎn)、生活中的某些金屬腐蝕現(xiàn)象，能夠理解一些先進的防腐措施。

【教學過程】

【情境引課】視頻介紹“晉祠鐵人千年不腐”。

【過渡】宋代鐵人千年不腐，它是如何防腐防銹的呢？解決問題之前，我們先要探究金屬腐蝕的本質(zhì)原因。

目標一：探究金屬腐蝕的本質(zhì)和分類

任務一：用已有知識解釋鐵器文物是如何被腐蝕

【展示實驗】學生認真閱讀教材第11～12頁，認真觀察圖4-19、4-20，教師展示課本實驗4-3，學生認真觀察，小組討論并回答下列問題。

【問題1-1】在初中化學的學習中我們做過鐵釘腐蝕的實驗，鐵釘什么位置腐蝕最嚴重？

【活動1-1】學生回答鐵釘腐蝕最嚴重的位置是與空氣、水接觸的地方。

【問題1-2】我們知道鐵銹的主要成分是Fe2O3，請你從氧化還原的角度考慮鐵釘生銹還需要什么物質(zhì)的參與？如何來證明？

【活動1-2】小組討論，給出方案一：測定壓強的變化。方案二：測定氧氣的含量。

【問題2】鐵釘在腐蝕過程中發(fā)生的化學反應是什么？如何進行驗證？

【活動2】根據(jù)資料卡片利用鐵氰化鉀對鐵釘腐蝕的生成物進行檢驗。

【過渡】實驗使用的鐵釘是用NaCl溶液浸泡過一段時間的。為什么浸泡在海水中的鋼鐵制品更容易腐蝕呢？腐蝕過程中發(fā)生了氧化還原反應，NaCl溶液又是電解質(zhì)溶液，這里是否符合原電池的構成條件，形成電流了呢？

【問題3】請大家利用原電池的二維模型分析、判斷你的猜想。

【活動3】學生分組討論，利用原電池的二維認知模型分析鐵釘腐蝕過程中的四個要素及半極反應。

【歸納展示】

【板書】金屬的腐蝕：

1.定義：金屬的腐蝕是指金屬或合金與接觸的氣體或液體發(fā)生氧化還原反應而腐蝕損耗的過程。

2.本質(zhì)：M-ne-=Mn+金屬失去電子被氧化變成金屬陽離子。

【過渡】鐵釘中含有的雜質(zhì)碳可以作為正極材料，這樣的金屬與電解質(zhì)溶液接觸，會在雜質(zhì)附近形成許多微小的原電池。

任務二：探究金屬腐蝕的類別

【問題4】理論上，我們在二維模型上構建了鐵釘腐蝕的原電池模型；實際上，大家能否將“鐵釘腐蝕過程中形成了原電池”這一猜想進行實驗驗證呢？

【活動4】學生在學案上設計鐵釘腐蝕的原電池圖形，并書寫半極反應和總反應方程式。

【拓展】酸雨會加速金屬的腐蝕，那pH值的變化對金屬的腐蝕有什么影響呢？化學興趣小組的學生通過壓強傳感器可以測出隨著pH值的降低，體系壓強增大。經(jīng)分析在這個過程中H+代替氧氣得到電子，生成H2。

【問題5】請大家根據(jù)以上探究，對析氫腐蝕和吸氧腐蝕進行總結。

【學生總結、歸納并板書】

1.化學腐蝕：金屬與接觸到的干燥氣體（如O2、Cl2、SO2等）或非電解質(zhì)液體（如石油）等直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。

2.電化學腐蝕：不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時，會形成原電池，其中比較活潑的金屬作為負極，失去電子而發(fā)生氧化還原反應。

3.電化學腐蝕的分類：

（1）吸氧腐蝕

負極Fe：Fe-2e-=Fe2+

正極C：O2+2H2O+4e-=4OH-

總反應：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2

鐵銹的生成：4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3

2Fe（OH）3=Fe2O3·xH2O+（3-x）H2O

（2）析氫腐蝕：金屬處在軟性較強的環(huán)境

負極Fe：Fe-2e-=Fe2+

正極C：2H++2e-=H2↑

總反應：Fe+2H+=Fe2++H2↑

任務三：猜測鐵器文物發(fā)生了哪種電化學腐蝕

猜測1：發(fā)生了吸氧腐蝕，O2得電子生成OH－，F(xiàn)e失電子成為Fe2+，兩者結合生成Fe（OH）2。

猜測2：發(fā)生了析氫腐蝕，水中H+得電子生成 H2，F(xiàn)e失電子成為Fe2+，F(xiàn)e2+與水中的OH－結合生成Fe（OH）2。

【活動5】學生討論得出（見圖2）。

【板書】日常環(huán)境中，鐵質(zhì)文物表面水膜酸性較弱，主要發(fā)生吸氧腐蝕。

目標二：探究金屬的防護方法和措施

任務四：解密“晉祠鐵人千年不腐”之謎

【提示】從金屬腐蝕的本質(zhì)出發(fā)，思考防腐的措施。

金屬防護的本質(zhì)：阻止 M-ne-=Mn+的發(fā)生

思考角度切斷原電池反應改變金屬材料組成在金屬表面履蓋保護層給予電子

【再次觀看視頻】“晉祠鐵人千年不腐”之謎

【注意】1.“分節(jié)疊鑄法”（切斷原電池）

2.“含有鎳鉻等成分”（合金，改變金屬結構）

【歸納總結】化學防腐法

1.切斷原電池（如“分節(jié)疊鑄法”）

2.改變金屬結構（如制成合金等）

3.增加保護層（如刷漆、電鍍等）

【過渡】以上方法都是從切斷原電池角度有效地減緩了鋼鐵的腐蝕，鋼鐵腐蝕的本質(zhì)是鐵單質(zhì)失去電子做還原劑被氧化的過程，如果我給鋼鐵連接一個比鐵還原性更強的金屬會有什么樣的效果呢？

任務五：太原市輸暖管道的防腐技術分析

【觀看視頻】冬季太原市取暖公司工作人員給地下管道換鎂塊的過程（見圖3）。

【金屬的電化學防護】

教師講解電化學防腐（參考教材圖4-24）。

（一）犧牲陽極法

1.原電池原理：正極：被保護金屬→不發(fā)生反應；負極：活潑金屬→需要定期更換。

2.應用：該法主要用來保護一些鋼鐵設備，如在鍋爐內(nèi)壁、船體外殼上裝上鎂合金或鋅塊。

【自主學習】閱讀教材第EpTFOC37YasrDuTRHoA18Q==110頁，實驗4-4，按照圖4安裝儀器。

【問題1】以Fe作保護電極，以Zn作輔助電極，以經(jīng)過酸化的3%的NaC1溶液作電解質(zhì)溶液，觀察電流表指針的變化，以及燒杯中兩個電極附近發(fā)生的現(xiàn)象。（投屏見表1）

【問題2】過一段時間，用膠頭滴管從Fe電極區(qū)域取少量溶液滴入試管中，再向試管中滴入2滴K3［Fe（CN）6］（鐵氰化鉀）溶液，觀察試管中溶液顏色的變化。

【總結】Fe2+的檢驗：Fe2+與K3［Fe（CN）6］溶液（黃色）反應生成KFe［Fe（CN）6］沉淀（帶有特征藍色）。這是檢驗溶液中Fe2+的常用方法。

結論：Fe、Zn和經(jīng)過酸化的NaCl溶液構成原電池；該裝置中鐵未被腐蝕。

【實驗2】實驗過程：將1g瓊脂加入250 mL燒杯中，再加入50 mL飽和食鹽水和150 mL水。攪拌、加熱煮沸，使瓊脂溶解。稍冷后，趁熱把瓊脂溶液分別倒入兩個培養(yǎng)皿中。

現(xiàn)象：靠近鋅皮處顏色無變化，靠近裸露在外的鐵釘處出現(xiàn)紅色。

原因：構成原電池反應，Zn作陽極（負極），鐵作陰極（正極），鋅被腐蝕，鐵被保護。

現(xiàn)象：靠近銅絲處出現(xiàn)紅色，靠近裸露在外的鐵釘處出現(xiàn)藍色。

原因：構成原電池反應，鐵作陽極（負極），銅作陰極（正極），鐵被腐蝕，陽極上發(fā)生Fe-2e-=Fe2+，F(xiàn)e2+與K3［Fe（CN）6］溶液反應生成KFe［Fe（CN）6］藍色沉淀。

【總結】犧牲陽極保護法本質(zhì)是：被保護金屬連接一種更活潑的金屬，構成原電池，讓活潑金屬作負極（陽極），保護不活潑金屬，記憶：“找替罪陽”。

【過渡】金屬的電化學防腐本質(zhì)是：阻止金屬失去電子變成陽離子而被腐蝕，除了原電池的犧牲陽極保護法，根據(jù)生活經(jīng)驗和現(xiàn)有知識，還有什么方法可以防止金屬失去電子而被腐蝕呢？

（二）外加電流法

【問題1】請同學們回憶“電解法精煉銅”的原理，如果將被保護的金屬與電源的負極相連，作電解池的陰極，金屬還會因為失去電子而腐蝕嗎？

【學生1】不會，金屬被保護了。

【自主學習】閱讀教材第115頁，觀察圖4-28，并小組合作總結“外加電流法”。

【學生2】原理：被保護金屬與外接電源負極相連作電解池的陰極。

【歸納總結】具體方法：外加電流法是把被保護的鋼鐵設備作為陰極，用惰性電極作為輔助陽極，兩者均放在電解質(zhì)溶液（如海水）里，外接直流電源。通電后，調(diào)整外加電壓，強制電子流向被保護的鋼鐵設備，使鋼鐵表面腐蝕電流降至零或接近零。在這個系統(tǒng)中，鋼鐵設備被迫成為陰極而受到保護。

任務六：課堂總結

1.化學腐蝕和電化學腐蝕的比較（見表2）

2.析氫腐蝕和吸氧腐蝕的比較（見表3）

（三）金屬的防護

1.阻斷原電池的形成

（1）改變金屬材料的組成，制成合金、分疊鑄造法等。

（2）在金屬表面覆蓋保護層。

2.電化學防護

（1）犧牲陽極法。

（2）外加電源保護法。

【教學反思】

本節(jié)課以情境教學的方式，將知識建構、深化模型、實驗探究相結合。教學過程沿著問題解決和素養(yǎng)形成的設計思路全面展開；教學環(huán)節(jié)由宏觀現(xiàn)象的感知發(fā)展到微觀原理的分析，逐步落實核心素養(yǎng)。立足生產(chǎn)生活實際，以解決實際問題“解密晉祠鐵人千年不腐之謎”為主線，從金屬腐蝕原理的能量變化與物質(zhì)變化兩個角度不斷深化金屬電化學腐蝕的模型，培養(yǎng)學生形成二維認識化學反應的思維模式。

需要改進之處：（1）實驗設計還需要進一步改進，盡可能更直觀、快速地看到實驗現(xiàn)象。（2）由于實驗條件對學生現(xiàn)有能力的限制，還可以通過計算O2的消耗量或者曲線的擬合公示，或者殘余物中鐵、氧化鐵含量的測定等方法，進一步對比金屬防腐措施的優(yōu)劣。（3）課堂上評價方式應該更多樣化。

（作者單位：1.太原師范學院附屬中學；2.太原市第十一中學校；3.太原市晉源區(qū)實驗中學校；4.太原市第三十七中學校）

編輯：趙文靜