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《金属的腐蚀与防护》教学设计

作者: 来源:教导处 发布时间:2012年03月20日点击数:

 

《金属的腐蚀与防护》教学设计
                                       明玲保
教学目标:
知识与技能:了解金属腐蚀的原理以及防护的原则和措施。
过程与方法:
1.通过模拟铁制品在自然条件下腐蚀的情况,认识金属发生电化学腐蚀的原因,探究防止金属腐蚀的措施,理解科学探究的意义,学习科学探究的方法,提高科学探究的能力。
2.在探究的过程中,培养问题意识和敢于质疑、勤于探索的的意识。
3.在上网查阅资料的过程中,学会利用网络获取、整合信息。
情感态度与价值观:在化学学习的过程中体验并享受探究带来的快乐,感受化学学习的乐趣。
教学过程:
【情境引入】2007年8月2日,美国明尼苏达州一座跨越密西西比河的大桥发生坍塌(通过课件结合图片介绍)。事故造成13人死亡。调查人员事后发现造成本次事故的多个原因,比如巨大的交通流量、丢失的各类关键螺栓、以及老化生锈的金属结构等等。还有一个不可忽视的因素,就是在大桥桥体内栖息的鸽子在桥梁的关键部位留下了大量的粪便。随着时间的推移,鸽子窝及其排泄的粪便加快了大桥金属结构的腐蚀老化速度,最终成为本次垮塌事件的“帮凶”。
过渡通过金属腐蚀的四幅图片说明生活中金属腐蚀的例子比比皆是。
介绍】我国作为世界上钢铁产量最多的国家(去年全国生产钢材6.1亿吨),每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年产量的十分之一,由于金属腐蚀而造成的损失占国内生产总值的3%,约合人民币10000亿元。
【引入课题】由此可见,金属的腐蚀造成的损失是很严重的,因此学习金属的腐蚀原理,并利用腐蚀原理对金属进行防护是非常必要的。
【板书】金属的腐蚀与防护
【展示学习目标】
(1)通过观察和调查的方式了解金属腐蚀的原理以及防护的原则。
(2)在实验室中,模拟铁制品在自然条件下腐蚀的情况,认识金属发生电化学腐蚀的原因,探究防止金属腐蚀的措施。
(3)上网查阅资料,了解防止金属腐蚀的新手段、 “化学暖炉” “热敷袋”等的构造。
(4)主动学习、激情交流、踊跃展示,提高对化学学习的兴趣。
【思考】列举几种常见的金属腐蚀实例
【学生思考回答】学生回答可能不全面,通过生活中的实例引导学生多方思考。
【教师引导总结】
金属常见的金属腐蚀实例有:
(1)铁在潮湿的空气中生锈
(2)铜在潮湿的空气中产生铜绿
(3)铁被酸雨腐蚀
(4)镁、铝等活泼金属表面形成氧化膜
【思考】以上金属腐蚀的共同特点是什么?
【学生思考回答】
【教师引导总结】金属腐蚀是由于金属原子失电子,发生氧化反应,成为金属阳离子。
【思考金属腐蚀的定义】
【学生总结回答、教师多媒体显示并予以强调】
一、金属腐蚀
1、定义
金属或合金跟接触的气体或液体发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。
【思考金属腐蚀的本质】
【学生总结回答、教师引导并用多媒体显示】
失电子
金属原子   金属阳离子
氧化反应
M – ne- → Mn+
【模拟实验室】以铁为例在实验室里模拟铁被酸雨腐蚀和在潮湿空气中生锈的情境。(因为实验观察现象需要的时间较长,所以实验放在课前完成,课上对观察到的实验现象进行交流展示)
铁被酸雨腐蚀设计的试验为:
1. 用稀醋酸浸没铁粉
铁在潮湿的空气中生锈设计的试验为:
2. 用食盐水润湿试管后加入铁粉
3. 用稀醋酸润湿试管后加入铁粉
三个实验的装置为下图:

【交流实验现象及理论解释】交流前提醒:铁粉含碳量为0.1%。学生分小组交流。
【讨论后小组交流展示】配合教师的设问回答
(1)含碳铁粉与酸(或食盐水)溶液构成了何种装置?(形成了原电池)
(2)1号、2号试管中现象怎样?
1号:A管中产生气泡,B管中导管内液面下降
2号:A管无明显变化,B管中导管内液面上升
(学生可能回答不全,引导学生逐步总结全面)
(3)你能根据现象写出电极反应吗?
【动笔写】学生在练习本上书写1号、2号试管的电极反应。
教师巡视观察学生的书写情况。
【展示、演示、总结】结合学生的作品动画演示原理并总结现象和电极反应。
1号试管:A管中产生气泡,B管中导管内液面下降,动画演示反应过程:
结合动画演示总结电极反应和总反应:
负极:Fe - 2e- = Fe2+
正极:2H+ + 2e- =H2
总反应:Fe + 2H+ = Fe2+ + H2
【引导学生得出】此腐蚀过程为析氢腐蚀,发生的条件为:钢铁处于酸性较强环境中。
2号试管:A管无明显变化,B管中导管内液面上升, 动画演示反应过程:
 
 
结合动画演示总结电极反应和总反应:
负极:Fe - 2e- = Fe2+
正极:O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
总反应:2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2
【引导学生得出】此腐蚀过程为吸氧腐蚀,发生的条件为:钢铁处于极弱酸性或中性或碱性环境中。
【思考】生成的氢氧化亚铁为白色,而我们看到的铁锈为红色,说明氢氧化亚铁发生了哪些后续反应?
【动手写】写出氢氧化亚铁发生的后续反应的方程式。
【巡视指导】学生正确书写两个方程式有难度,进行必要的指导,并让学生到前面讲解。
【学生讲解】找一名学生到前面讲解氢氧化亚铁氧化为氢氧化铁和氢氧化铁分解为铁锈两个方程式的书写方法。
【引导总结】由析氢腐蚀与吸氧腐蚀的原理得出二者都是发生原电池反应而引起的腐蚀,都属于电化学腐蚀。
【总结金属腐蚀的类型】
思路:析氢腐蚀与吸氧腐蚀都属于电化学腐蚀(形成原电池),不形成原电池的腐蚀为化学腐蚀,化学腐蚀与电化学腐蚀同属于金属腐蚀,形成金属分类的框架:
金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀,电化学腐蚀分为吸氧腐蚀和吸氢腐蚀。  
【引导得出】由于铁与碳在空气中形成很多微小的原电池,所以金属的电化学腐蚀更为普遍。
【电化学腐蚀深化探究】
(1)3号装置中发生了电化学腐蚀吗?
(2)属于哪种电化学腐蚀呢?
(3)根据3号试管中的现象你能给出何种解释?
学生思考回答】3号装置中A试管中铁变为红棕色,B管中液面上升。
【追问1】根据钢铁腐蚀的条件,A试管中应该发生什么腐蚀?
【生答】发生析氢腐蚀。
【追问2】若发生析氢腐蚀,B管中液面应该下降,而实际液面上升,说明铁还发生了什么腐蚀?
【生答】还发生吸氧腐蚀。
【引问】发生析氢腐蚀液面上升,发生吸氧腐蚀液面下降,说明那种腐蚀是主要的?
【生答】吸氧腐蚀是主要的。
【教师总结】3号装置中同时发生了析氢腐蚀和吸氧腐蚀,由于B试管中液面上升,说明吸氧腐蚀为主。
【强调】一般情况下,金属的电化学腐蚀中吸氧腐蚀更为主要。
【应用拓展】
1.相对于在内河行驶的轮船来说,海轮更容易被腐蚀。
2. 1910年遗留在南极的食品罐头盒,其表面至今很少有铁锈出现。
3.当化工厂排出的废气为酸性气体时,工厂附近的铁制品容易生锈。
4.用于连接铜板的铁螺丝容易生锈,而连接锌板的铁螺丝却不易生锈。
【学生思考交流】
【学生回答教师点拨】
1.海水中含有较多盐类,导电能力比内河的水更强,因此,电化学腐蚀更容易进行。
2.说明在低温下,腐蚀更难进行。
3.说明酸性条件下金属更容易被腐蚀。
4.空气中的CO2和水蒸气可在活泼性不同的金属表面形成一层水膜,从而构成原电池。前者铁作负极,易失电子,因而易被腐蚀;后者铁作正极,不易失电子,因而不易被腐蚀。
【问题讨论】金属的一般防腐措施有哪些?
【阅读讨论后回答】刷漆、涂油、镀膜、制成合金等
【展示自行车图片总结防腐措施】烤蓝、镀锌、镀铬、烤漆、涂机油、涂凡士林等。
【看书总结】
根据金属腐蚀的本质,看书总结还可以采取什么措施防腐?
【学生回答】防止金属失电子的电化学保护法。包括牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。
【课件展示】
二、金属的电化学防腐
1.原理:防止金属失电子
2.牺牲阳极的阴极保护法:结合动画展示让学生理解此保护法原理---形成原电池反应时,让被保护金属做正极,活泼金属做负极。
 
3.外加电流的阴极保护法
结合动画展示让学生理解此保护法原理---将被保护金属作为电解池的阴极,另一导电物质作为阳极,在外加直流电的作用下使阴极得到保护。
 
【设问、引导上网查阅资料】
1.除此以外还有其它防护方法吗?
2.“化学暖炉” “热敷袋”等的构造如何?
请同学们上网查阅资料,获取相关信息。
【学生上网查阅资料,解答问题】
【教师引导学生查阅、总结】
【课堂练习】
1
如图, 水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天观察:
(1)若液面上升,则溶液呈   性,发生         腐蚀,电极反应式为 :                                                                                                     负极:                            ,正极:                          
(2)若液面下升,则溶液呈   性,发生         腐蚀,电极反应式为 :                                                                                                     负极:                            ,正极:                          
2、2000年5月,保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝:铜铸的牛首、猴首和虎首,普通铜器时间稍久容易出现铜绿,其主要成分是[Cu2(OH)2CO3]这三件1760年铜铸的国宝在240 年后看上去仍然熠熠生辉不生锈,下列对起原因的分析,最可能的是(  
A、它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金;
B、环境污染日趋严重,它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去;
C、铜的金属活动性比氢小,因此不宜被氧化;
D、它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金;
3.下列各情况,在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是                        
 
 
 
【练习后学生回答,教师点评】
【课堂小结】
由学生总结并投影展示:
金属的腐蚀
1.定义:指金属或合金跟接触的气体或液体发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。
2..本质:金属失电子被氧化。
3.分类:    化学腐蚀(不形成原电池)
 金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀,电化学腐蚀分为吸氧腐蚀和吸氢腐蚀。
二、金属的电化学防腐
1.原理:防止金属失电子
2.牺牲阳极的阴极保护法
3.外加电流的阴极保护法
 
【教学反思】
总结和反思本节课,除课堂的内容及层次展开合理,重、难点突破有效等因素外,我认为还有以下六个特点。
1.多媒体辅助教学,激发了学生的学习兴趣,调动了学生内在的学习动力,提高了课堂教与学效率、减轻了师生负担。计算机图、文、声并茂,直观、生动地展现金属腐蚀的情境与腐蚀的原理,在学生的认识与教学要求之间架起一座桥梁,使他们在愉快地探索知识奥秘中感受、体验教学规律,不仅教学密度大、效率高(节省了教师许多不必要的板书讲解时间),减轻了教师负担,而且易于学生理解,课后做作业的速率将加快,从而减轻了学生负担。
2.实验探究探究提高了学生科学探究的能力。金属腐蚀的探究实验,使学生进一步学会了运用观察实验等多种手段获取信息,并运用比较等方法进行信息加工,体验了探究的快乐,提高了探究的能力。
3.多层次的问题情境的设计,遵循了学生的认知规律。教学过程呈现出低起点、密台阶、节奏快、效率高的特点。
4.学生现场查阅金属腐蚀的新手段,有助于了解科技前沿问题,提高获取信息的能力,形成可持续发展的思想。
5. 自主、合作、探究学习,活跃了课堂。 经过精心而充分的准备(备知识、备课堂体系、更备学生),在整个课堂教学中,我注意尽量发挥学生的主体作用,让他们自主学习、合作学习、探究学习,如实验现象的解释、金属腐蚀原理的探究、电极反应式的书写、金属的防护措施,都由学生自主学习、探究交流、总结展示,虽然不是自己教的学生,但是整节课师生配合默契,课堂气氛活跃。
6. 和谐的气氛生成了课堂。在整个课堂教学中,我多用肯定、赞赏的语气与学生交流,如“一组和七组同学们回答得很好,其他组呢!”激起了学生的竞争意识;“谁还能考虑的更周密呢?”唤起了学生个体的表现欲;……在用语言、动作(如鼓掌、微笑等)等辅助手段营造的课堂气氛中,使孩子们始终与老师配合默契,生成了快乐、和谐的课堂气氛,为教学目标的达成打下了良好的基础。

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