人教版选修4高中化学第四节 金属的电化学腐蚀与防护 教学设计

第四节
金属的电化学腐蚀与防护
一、教材分析
《金属的电化学腐蚀与防护》是人教版高中化学选修四《化学反应原理》第四章第四节，在学习了原电池原理及电解池原理的基础上展开，介绍了金属腐蚀造成的严重危害、电化学腐蚀的原理及防止金属腐蚀的几种方法，重点是掌握金属电化学腐蚀（析氢腐蚀和吸氧腐蚀）的本质（金属表面形成了微型原电池），同时指出，人们根据对金属电化学腐蚀本质的认识，发现了防护金属电化学腐蚀的方法，并具体地介绍了牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法,不但运用原电池原理(牺牲阳极的阴极保护法)，也再次运用了电解原理(外加电流的阴极保护法),加深了学生对化学能与电能相互转化的认识。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。
二、教学目标
1．知识目标：
(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)
知道防护金属腐蚀的方法。
2．能力目标：
（1）学会设计控制单一变量进行对比实验以及对实验设计进行评价。
（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、态度和价值观目标：
（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,学会与人合作与交流,共同研究，探讨科学问
题。
（3）通过化学实验（设计、验证和评价）这一科学研究方法，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。
三、教学重点难点
重点：金属的电化学腐蚀及金属的电化学防护
难点：金属发生吸氧腐蚀的电化学原理
四、学情分析
学生对金属的腐蚀有一定的认识，包括它的产生和防治，生活中对金属腐蚀的危害也有所见闻，而对金属腐蚀及防腐的原理不太清楚，学生了解了铁的腐蚀是氧气和水共同作用的结果，并且学习了原电池原理，再此基础上学习比较容易接受。
五、教学方法
1．阅读讨论
分析探究
计算机辅助教学
实验辅助教学
2．学案导学：见后面的学案。
3．新授课教学基本环节：预习检查、总结疑惑→情境导入、展示目标→合作探究、精讲点拨→反思总结、当堂检测→发导学案、布置预习
六、课前准备
1．学生的学习准备：预习金属的电化学腐蚀内容。
2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。3．教学环境的设计和布置：四人一组，实验室内教学。课前打开实验室门窗通风，课前准备好如下仪器装置和药品：铁粉
碳粉
具支试管
导管
红墨水
醋酸
NaCl溶液
七、课时安排：1课时
八、教学过程
[引入]在日常生活中，我们经常可以看到一些美丽的金属器皿使用一段时间后会失去表面的光泽。如：铁器会生锈、铜器会长出铜绿。实际上金属的生锈，其主要原因与原电池的形成有关，下面我们就来分析一下金属腐蚀的原因。
[板书]第四节
金属的电化学腐蚀与防护
[指导阅读]：引导学生阅读P84—85金属的电化学腐蚀内容，回答下列问题。
1、什么是金属腐蚀？其本质是什么?
2、金属腐蚀有哪些种类？化学腐蚀和哪些因素有关？
3、什么是电化学腐蚀？
[板书归纳]：
一、金属的电化学腐蚀
（一）、金属腐蚀：
1、定义：是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：M
–
ne-
→
Mn+（氧化反应）
3、类型：化学腐蚀——直接反应
电化学腐蚀——原电池反应
（二）、化学腐蚀
1、定义：
2、影响因素：
（三）、电化学腐蚀：
1、定义：
[过
渡]：
钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，若在潮湿的环境里或湿度较大的环境里长期放置，常易生锈变红，是什么原因？下面我们就来讨论钢铁在潮湿的空气中生锈的原因？
[实验探究]：P85将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入下图具支试管中，观察导管中水柱变化，并思考引起变化的原因？吸氧腐蚀
2、类型：
⑴
、吸氧腐蚀：中性或酸性很弱或碱性条件下易发生
负极：2Fe
-
4e-
=
2Fe2+
正极：O2
+
2H2O
+
4e-=
4OH-
电池反应：2Fe+
O2
+2
H2O
=2Fe(OH)2
进一步反应：4Fe(OH)2
+O2
+
2H2O
=
4
Fe(OH)3
2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x)
H2O
⑵、析氢腐蚀：当钢铁处于酸性环境中
负极：Fe
-
2e-
=
Fe2+
正极：2H+
+
2e-
=H2↑
电池反应：Fe
+
2H+
=Fe2+
+
H2↑
⑶、析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条
件
水膜呈
水膜呈
电极反应
负极（Fe极）
正极（C极）
总反应
联系
3、化学腐蚀与电化学腐蚀的比较：
[
电化腐蚀
化学腐蚀
条件
不纯金属或合金与
接触
与
直接接触
有无电流
有微弱电流产生
无电流产生
本质
较活泼的金属被氧化
金属被氧化
联系
两种腐蚀往往
发生，但
腐蚀更普遍，速度快，危害更重。
[典型例题]：例1、如图,
水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：
⑴、若液面上升，则溶液呈
性，
发生
腐蚀，电极反应式为：负极：
正极：
⑵、若液面下降，则溶液呈
性，发生
腐蚀，
电极反应式为：负极：
正极：
＊例2、钢铁在锈蚀过程中，下列5种变化可能发生的是
（
C
）
1、
Fe由+2价转化为+3价
②、O2被还原
③、产生H2
④、Fe(OH)3失水形成Fe2O3·H2O
⑤、杂质碳被氧化除去
A.
①②
B.
③④
C.
①②③④
D.
①②③④⑤
[提
问]：请大家根据铁生锈的原因，我们可以采取哪些措施防止铁生锈？
二、金属的电化学防护
1、牺牲阳极的阴极保护法
原电池的负极（阳极）的金属被腐蚀
原电池的正极（阴极）的金属被保护
⑴、原理：
⑵、装置图：
[科学探究]：验证牺牲阳极的阴极保护法
原因：
2、外加电流阴极保护法：
⑴、原理：
⑵、装置图：
[过
渡]：除此以外还有哪些防护方法？
[归纳小结]：
3、改变金属的内部结构（钢→不锈钢，在钢中加入镍和铬）。
4、覆盖保护膜（涂油漆，电镀，钝化等）。
5、金属被保护的效果比较：
电解池的阴极保护(外加电流阴极保护法)>
原电池的正极（牺牲阳极的阴极保护法）>
一
般保护
[典型例题]：例3、为了防止钢铁锈蚀，下列防护方法中正确的是
（
CD
）
A.
在精密机床的铁床上安装铜螺钉
B.
在排放海水的钢铁阀门上用导线连接一块石墨，一同浸入海水中
C.
在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里
D.
在地下输油的铸铁管上接直流电源的负极
例4、下列事实不能用电化学理论解释的是
（
B
）
A.轮船水线以下的船壳上装一定数量的锌块
B.铝片不用特殊方法保存
C.纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量硫酸铜溶液后速率加快
D.镀锌的铁比镀锡的铁耐用
[解
析]：A选项是通过构成Zn—Fe原电池，在船壳上加Zn块构成原电池负极，从而保护船体不被腐蚀。B选项是靠氧化膜保护铝。C选项Zn＋Cu2+====Cu＋Zn2+，生成的Cu与Zn在溶液中构成原电池加快反应的速率。D选项中Zn—Fe原电池Zn为负极，而Fe—Sn原电池中Fe为负极，故前者Zn被氧化保护了铁。答案：B
[问题探究]：探究一：镀锌铁皮和镀锡铁皮哪个更易被腐蚀？为什么？
探究二：纯锌和粗锌哪个更易和酸反应？如向酸中再加硫酸铜又会什么现象？
三、影响金属腐蚀快慢比较
[典型例题]：例5、下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是
5
2
1
3
4
[结
论]：1、原电池正极、电解池阴极受到保护
2、在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：
电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞防腐措施的腐蚀
九、板书设计
第四节
金属的电化学腐蚀与防护
一、金属的电化学腐蚀
（一）、金属腐蚀：
1、定义：是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：M
–
ne-
→
Mn+（氧化反应）
3、类型：化学腐蚀——直接反应
电化学腐蚀——原电池反应
（二）、化学腐蚀
1、定义：
2、影响因素：
（三）、电化学腐蚀：
1、定义：
2、类型：
⑴
、吸氧腐蚀：中性或酸性很弱或碱性条件下易发生
负极：2Fe
-
4e-
=
2Fe2+
正极：O2
+
2H2O
+
4e-=
4OH-
电池反应：2Fe+
O2
+2
H2O
=2Fe(OH)2
进一步反应：4Fe(OH)2
+O2
+
2H2O
=
4
Fe(OH)3
2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x)
H2O
⑵、析氢腐蚀：当钢铁处于酸性环境中
负极：Fe
-
2e-
=
Fe2+
正极：2H+
+
2e-
=H2↑
电池反应：Fe
+
2H+
=Fe2+
+
H2↑
⑶、析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较
3、化学腐蚀与电化学腐蚀的比较：
二、金属的防护
1、牺牲阳极的阴极保护发
正极：要保护的金属
负极：比要保护金属活泼的金属
2、外加电流的阴极保护法
阴极：被保护的金属
阳极：惰性电极
两者均存在于电解质溶液中接上外接直流电源。
十、教学反思
金属的腐蚀及其防护是日常生活中非常普遍、非常常见的现象，也是急待解决的问题。所以本节课应在科学知识的综合性、应用性、实践性上入手，密切联系生活实际，挖掘原电池的原理和组成条件（即金属腐蚀的原理），以及金属的腐蚀防护的重要意义，使学生认识到化学知识与工农业生产、科学实验、日常生活有密切的联系，以激发学生学习化学的兴趣，更重要的是启发学生运用化学知识解决实际问题，从而培养学生的创新精神。
-
+
辅助阳极