高中化學 第四節(jié) 金屬的腐蝕與防護教案 新人教版選修4

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第四章 電化學基礎 第四節(jié) 金屬的電化學腐蝕與防護 一、教材分析 《金屬的電化學腐蝕與防護》是人教版高中化學選修四《化學反應原理》第四章第四節(jié)，在學習了原電池原理及電解池原理的基礎上展開，介紹了金屬腐蝕造成的嚴重危害、電化學腐蝕的原理及防止金屬腐蝕的幾種方法，重點是掌握金屬電化學腐蝕（析氫腐蝕和吸氧腐蝕）的本質(zhì)（金屬表面形成了微型原電池），同時指出，人們根據(jù)對金屬電化學腐蝕本質(zhì)的認識，發(fā)現(xiàn)了防護金屬電化學腐蝕的方法，并具體地介紹了犧牲陽極的陰極保護法和外加電流的陰極保護法,不但運用原電池原理(犧牲陽極的陰極保護法)，也再次運用了電解原理(外加電流的陰極保護法),加深了學生對化學能與電能相互轉(zhuǎn)化的認識。本節(jié)內(nèi)容是本章理論知識的實際應用，有利于培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。 二、教學目標 1．知識目標： (1) 知道金屬腐蝕的兩種類型（化學腐蝕和電化學腐蝕）。 (2) 能解釋金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因,認識金屬腐蝕的危害。 (3) 知道防護金屬腐蝕的方法。 2．能力目標： （1）學會設計控制單一變量進行對比實驗以及對實驗設計進行評價。 （2）從實驗探究過程中提高對實驗現(xiàn)象的觀察能力和分析能力。 3．情感、態(tài)度和價值觀目標： （1）通過金屬腐蝕與生產(chǎn)、生活實際相聯(lián)系的內(nèi)容,增強學生學習興趣. （2）通過課堂探究活動,發(fā)展學生的探究能力,學會與人合作與交流,共同研究，探討科學問 題。 （3）通過化學實驗（設計、驗證和評價）這一科學研究方法，培養(yǎng)學生實事求是的科學精神，幫助學生樹立正確的科學態(tài)度。 三、教學重點難點 重點：金屬的電化學腐蝕及金屬的電化學防護 難點：金屬發(fā)生吸氧腐蝕的電化學原理 四、學情分析 學生對金屬的腐蝕有一定的認識，包括它的產(chǎn)生和防治，生活中對金屬腐蝕的危害也有所見聞，而對金屬腐蝕及防腐的原理不太清楚，學生了解了鐵的腐蝕是氧氣和水共同作用的結(jié)果，并且學習了原電池原理，再此基礎上學習比較容易接受。 五、教學方法 1．閱讀討論 分析探究 計算機輔助教學 實驗輔助教學 2．學案導學：見后面的學案。 3．新授課教學基本環(huán)節(jié)：預習檢查、總結(jié)疑惑→情境導入、展示目標→合作探究、精講點撥→反思總結(jié)、當堂檢測→發(fā)導學案、布置預習 六、課前準備 1．學生的學習準備：預習金屬的電化學腐蝕內(nèi)容。 2．教師的教學準備：多媒體課件制作，課前預習學案，課內(nèi)探究學案，課后延伸拓展學案。3．教學環(huán)境的設計和布置：四人一組，實驗室內(nèi)教學。課前打開實驗室門窗通風，課前準備好如下儀器裝置和藥品：鐵粉 碳粉 具支試管 導管 紅墨水 醋酸 NaCl溶液 七、課時安排：1課時 八、教學過程 [引入]在日常生活中，我們經(jīng)常可以看到一些美麗的金屬器皿使用一段時間后會失去表面的光澤。如：鐵器會生銹、銅器會長出銅綠。實際上金屬的生銹，其主要原因與原電池的形成有關，下面我們就來分析一下金屬腐蝕的原因。 [板書]第四節(jié) 金屬的電化學腐蝕與防護 [指導閱讀]：引導學生閱讀P84—85金屬的電化學腐蝕內(nèi)容，回答下列問題。 1、什么是金屬腐蝕？其本質(zhì)是什么? 2、金屬腐蝕有哪些種類？化學腐蝕和哪些因素有關？ 3、什么是電化學腐蝕？ [板書歸納]： 一、金屬的電化學腐蝕 （一）、金屬腐蝕： 1、定義：是指金屬或合金跟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+（氧化反應） 3、類型：化學腐蝕——直接反應 電化學腐蝕——原電池反應 （二）、化學腐蝕 1、定義： 2、影響因素： （三）、電化學腐蝕： 1、定義： [過 渡]： 鋼鐵及其制品通常為含碳的鐵合金，若在潮濕的環(huán)境里或濕度較大的環(huán)境里長期放置，常易生銹變紅，是什么原因？下面我們就來討論鋼鐵在潮濕的空氣中生銹的原因？ [實驗探究]：P85將經(jīng)過酸洗除銹的鐵釘，用飽和食鹽水浸泡一下，放入下圖具支試管中，觀察導管中水柱變化，并思考引起變化的原因？吸氧腐蝕 2、類型： ⑴ 、吸氧腐蝕：中性或酸性很弱或堿性條件下易發(fā)生 負極：2Fe - 4e- = 2Fe2+ 正極：O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- 電池反應：2Fe+ O2 +2 H2O =2Fe(OH)2 進一步反應：4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O = 4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O+(3-x) H2O ⑵、析氫腐蝕：當鋼鐵處于酸性環(huán)境中 負極：Fe - 2e- = Fe2+ 正極：2H+ + 2e- =H2↑ 電池反應：Fe + 2H+ =Fe2+ + H2↑ ⑶、析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條 件 水膜呈 水膜呈 電極 反應 負極（Fe極） 正極（C極） 總反應 聯(lián)系 3、化學腐蝕與電化學腐蝕的比較： [ 電化腐蝕 化學腐蝕 條件 不純金屬或合金與 接觸 與 直接接觸 有無電流 有微弱電流產(chǎn)生 無電流產(chǎn)生 本質(zhì) 較活潑的金屬被氧化 金屬被氧化 聯(lián)系 兩種腐蝕往往 發(fā)生，但 腐蝕更普遍，速度快，危害更重。 [典型例題]：例1、如圖, 水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察： ⑴、若液面上升，則溶液呈 性， 發(fā)生 腐蝕，電極反應式為：負極： 正極： ⑵、若液面下降，則溶液呈 性，發(fā)生 腐蝕， 電極反應式為：負極： 正極： ＊例2、鋼鐵在銹蝕過程中，下列5種變化可能發(fā)生的是 （ C ） Fe由+2價轉(zhuǎn)化為+3價 ②、O2被還原 ③、產(chǎn)生H2 ④、Fe (OH)3失水形成Fe2O3H2O ⑤、雜質(zhì)碳被氧化除去 A. ①② B. ③④ C. ①②③④ D. ①②③④⑤ [提 問]：請大家根據(jù)鐵生銹的原因，我們可以采取哪些措施防止鐵生銹？ 二、金屬的電化學防護 1、犧牲陽極的陰極保護法 原電池的負極（陽極）的金屬被腐蝕 原電池的正極（陰極）的金屬被保護 ⑴、原理： ⑵、裝置圖： [科學探究]：驗證犧牲陽極的陰極保護法 原因： 2、外加電流陰極保護法： ⑴、原理： - + ⑵、裝置圖： 輔助陽極 [過 渡]：除此以外還有哪些防護方法？ [歸納小結(jié)]： 3、改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（鋼→不銹鋼，在鋼中加入鎳和鉻）。 4、覆蓋保護膜（涂油漆，電鍍，鈍化等）。 5、金屬被保護的效果比較： 電解池的陰極保護(外加電流陰極保護法)> 原電池的正極（犧牲陽極的陰極保護法）> 一 般保護 [典型例題]：例3、為了防止鋼鐵銹蝕，下列防護方法中正確的是 （ CD ） A. 在精密機床的鐵床上安裝銅螺釘 B. 在排放海水的鋼鐵閥門上用導線連接一塊石墨，一同浸入海水中 C. 在海輪舷上用鐵絲系住鋅板浸在海水里 D. 在地下輸油的鑄鐵管上接直流電源的負極 例4、下列事實不能用電化學理論解釋的是 （ B ） A.輪船水線以下的船殼上裝一定數(shù)量的鋅塊 B.鋁片不用特殊方法保存 C.純鋅與稀硫酸反應時，滴入少量硫酸銅溶液后速率加快 D.鍍鋅的鐵比鍍錫的鐵耐用 [解 析]：A選項是通過構(gòu)成Zn—Fe原電池，在船殼上加Zn塊構(gòu)成原電池負極，從而保護船體不被腐蝕。B選項是靠氧化膜保護鋁。C選項Zn＋Cu2+====Cu＋Zn2+，生成的Cu與Zn在溶液中構(gòu)成原電池加快反應的速率。D選項中Zn—Fe原電池Zn為負極，而Fe—Sn原電池中Fe為負極，故前者Zn被氧化保護了鐵。答案：B [問題探究]：探究一：鍍鋅鐵皮和鍍錫鐵皮哪個更易被腐蝕？為什么？ 探究二：純鋅和粗鋅哪個更易和酸反應？如向酸中再加硫酸銅又會什么現(xiàn)象？ 三、影響金屬腐蝕快慢比較 [典型例題]：例5、下列各情況，在其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是 5 2 1 3 4 [結(jié) 論]：1、原電池正極、電解池陰極受到保護 2、在同一電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下： 電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞防腐措施的腐蝕 九、板書設計 第四節(jié) 金屬的電化學腐蝕與防護 一、金屬的電化學腐蝕 （一）、金屬腐蝕： 1、定義：是指金屬或合金跟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+（氧化反應） 3、類型：化學腐蝕——直接反應 電化學腐蝕——原電池反應 （二）、化學腐蝕 1、定義： 2、影響因素： （三）、電化學腐蝕： 1、定義： 2、類型： ⑴ 、吸氧腐蝕：中性或酸性很弱或堿性條件下易發(fā)生 負極：2Fe - 4e- = 2Fe2+ 正極：O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- 電池反應：2Fe+ O2 +2 H2O =2Fe(OH)2 進一步反應：4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O = 4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O+(3-x) H2O ⑵、析氫腐蝕：當鋼鐵處于酸性環(huán)境中 負極：Fe - 2e- = Fe2+ 正極：2H+ + 2e- =H2↑ 電池反應：Fe + 2H+ =Fe2+ + H2↑ ⑶、析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較 3、化學腐蝕與電化學腐蝕的比較： 二、金屬的防護 1、犧牲陽極的陰極保護發(fā) 正極：要保護的金屬 負極：比要保護金屬活潑的金屬 2、外加電流的陰極保護法 陰極：被保護的金屬 陽極：惰性電極 兩者均存在于電解質(zhì)溶液中接上外接直流電源。 十、教學反思 金屬的腐蝕及其防護是日常生活中非常普遍、非常常見的現(xiàn)象，也是急待解決的問題。所以本節(jié)課應在科學知識的綜合性、應用性、實踐性上入手，密切聯(lián)系生活實際，挖掘原電池的原理和組成條件（即金屬腐蝕的原理），以及金屬的腐蝕防護的重要意義，使學生認識到化學知識與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學實驗、日常生活有密切的聯(lián)系，以激發(fā)學生學習化學的興趣，更重要的是啟發(fā)學生運用化學知識解決實際問題，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。 十一、學案設計(見下頁)