探究金屬的電化學(xué)腐蝕

1、探究金屬的電化學(xué)腐蝕一、設(shè)計(jì)理念“金屬的腐蝕與防護(hù)”始終是一個(gè)世界性異常棘手的科技難題。本節(jié)課著重討論金屬的電化學(xué)腐蝕機(jī)理，闡述吸氧腐蝕和析氫腐蝕的反應(yīng)原理，指出金屬電化學(xué)腐蝕的本質(zhì)是金屬表面形成了微型原電池，使金屬失去電子而被氧化。通過模型建構(gòu)促進(jìn)學(xué)生對金屬電化學(xué)腐蝕原理的理解；通過實(shí)驗(yàn)探究，幫助學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)，促進(jìn)認(rèn)知發(fā)展。設(shè)計(jì)過程體現(xiàn)“從具體性知識傳授到核心觀念建構(gòu)、從知識為本到基于學(xué)生認(rèn)識發(fā)展”的理念，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式。同時(shí)借助手持技術(shù)，控制變量、數(shù)據(jù)采集、繪制成圖，師生通過“觀察-討論-解釋”曲線變化趨勢來分析判斷金屬腐蝕類型，更準(zhǔn)確的得出不同環(huán)境條件下金屬的電化

2、學(xué)腐蝕類型不同。全課從“宏觀-微觀-符號-曲線”四重表征引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)金屬電化學(xué)腐蝕的工作原理，實(shí)現(xiàn)教學(xué)既定目標(biāo)。二、教學(xué)背景（一）教材分析金屬的電化學(xué)腐蝕是人教版選修4化學(xué)反應(yīng)原理第4章第四節(jié)內(nèi)容。人教版教材必修1已經(jīng)重點(diǎn)介紹了氧化還原反應(yīng)原理，必修2學(xué)習(xí)了簡單原電池的工作原理和形成條件。選修4第四章前3節(jié)重點(diǎn)學(xué)習(xí)原電池、化學(xué)電源、電解池知識。本節(jié)知識是對前面所學(xué)知識的重組、加工、細(xì)化的過程，也是將前面學(xué)習(xí)過的理論知識，在具體社會(huì)生活環(huán)境中進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用的過程。 學(xué)生對金屬腐蝕的現(xiàn)象和危害，對金屬防腐措施，有著較為豐富的生活經(jīng)驗(yàn)，但存在的主要問題是對知識的學(xué)習(xí)只注重表面現(xiàn)象，缺乏一定的綜合思維能

3、力。通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生將所學(xué)知識整合、應(yīng)用，指導(dǎo)生產(chǎn)、生活和社會(huì)實(shí)踐，達(dá)到學(xué)以致用的目的，體會(huì)化學(xué)學(xué)習(xí)的價(jià)值，更有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、聯(lián)系實(shí)際解決問題的能力。（二）學(xué)情分析本節(jié)內(nèi)容緊密聯(lián)系實(shí)際，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚，具備了主動(dòng)探究的原動(dòng)力。高二學(xué)生具備了一定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)操作能力，具備了一定的分析問題、解決問題能力和比較歸納能力。根據(jù)教材所呈現(xiàn)的內(nèi)容和學(xué)生學(xué)習(xí)的思維規(guī)律及特點(diǎn)，學(xué)生雖然有一定的生活經(jīng)驗(yàn)，但要將感性認(rèn)識與相關(guān)理論聯(lián)系起來，清晰區(qū)分鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕和析氫腐蝕的原理及發(fā)生條件，并用化學(xué)用語準(zhǔn)確表達(dá)出來，仍存有一定困難。針對學(xué)生實(shí)際，制定了以下教學(xué)目標(biāo)。三、教

4、學(xué)目標(biāo)1認(rèn)識鋼鐵吸氧腐蝕和析氫腐蝕發(fā)生的條件，掌握其原理，學(xué)會(huì)書寫電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。2設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)定性探究鋼鐵在不同條件下發(fā)生電化學(xué)腐蝕的類型，提升對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察能力和分析解決問題能力。3. 利用手持技術(shù)探究不同條件下鋼鐵電化學(xué)腐蝕的類型，將定性比較實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為定量分析，讓結(jié)論更直觀、準(zhǔn)確、科學(xué)。提升學(xué)生思維的縝密性。4. 通過參與科學(xué)探究，學(xué)會(huì)與人合作、交流的精神。通過所學(xué)知識化害為利，學(xué)會(huì)辯證看待問題。四、教法分析根據(jù)新課程的精神，再結(jié)合本節(jié)課的實(shí)際特點(diǎn)，考慮到高二年級學(xué)生的現(xiàn)狀，確定本節(jié)課教法的指導(dǎo)思想是：采用問題探究式教學(xué)，體現(xiàn)“學(xué)教并重”的教學(xué)理念，以問題和活動(dòng)為兩條主線，引導(dǎo)學(xué)生積

5、極思考，熱情參與，自主建構(gòu)。課程實(shí)施以學(xué)生為主體，教師適當(dāng)引導(dǎo)，將模型建構(gòu)、實(shí)驗(yàn)探究、觀察分析與多媒體教學(xué)相融合，促進(jìn)學(xué)生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)。五、教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：鋼鐵在不同條件下的電化學(xué)腐蝕類型：吸氧腐蝕和析氫腐蝕。教學(xué)難點(diǎn)：鋼鐵的吸氧腐蝕六、教學(xué)流程圖利用所學(xué)知識解決實(shí)際問題如何證明正極反應(yīng)物是O2還是H+？設(shè)計(jì)意圖學(xué)生活動(dòng)線索教學(xué)環(huán)節(jié)核心內(nèi)容問題線索金屬的電化學(xué)腐蝕吸氧腐蝕析氫腐蝕實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思考，觀察現(xiàn)象提出問題思考交流，匯報(bào)激發(fā)學(xué)生探究欲望通過視覺和溫度感覺把吸氧腐蝕的存在模擬證實(shí)出來，對學(xué)生的認(rèn)識、記憶、理解均起到積極作用，沖擊力更強(qiáng)。當(dāng)H+濃度較大時(shí)，會(huì)不會(huì)氧化能力強(qiáng)于O2而優(yōu)先在正極上

6、反應(yīng)？實(shí)驗(yàn)探究動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題分析問題分析數(shù)據(jù)，解決問題得出結(jié)論利用手持技術(shù)，通過對數(shù)據(jù)分析解決實(shí)際問題，使結(jié)果更具說服力，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力知識應(yīng)用思考，聆聽引導(dǎo)學(xué)生用辯證的方法看問題，利用所學(xué)知識，解決新問題猜測暖寶寶快速放熱的原理是什么？如何證明正極反應(yīng)物是還是H+？如何證明正極反應(yīng)物是還是H+？七、教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖提出問題【問題1】：根據(jù)暖寶寶成分請同學(xué)們思考，可能是發(fā)生了什么類型的反應(yīng)，使暖寶寶快速放熱？思考交流得出結(jié)論創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)【模型構(gòu)建】這類因形成原電池反應(yīng)而造成金屬的腐蝕我們叫做金屬的電化學(xué)腐蝕?！締栴}2】：在該原電池反應(yīng)中

7、正、負(fù)極反應(yīng)物分別是什么？分析，猜測【思考交流】：使用封閉體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，若反應(yīng)后體系內(nèi)壓強(qiáng)減小，則證明氧氣參加反應(yīng)。觀察現(xiàn)象【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】用稀H2SO4溶液模擬酸雨進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題，交流討論，分析圖像，得出結(jié)論通過視覺和溫度感覺把吸氧腐蝕的存在模擬證實(shí)出來，對學(xué)生的認(rèn)識、記憶、理解均起到積極作用，沖擊力更強(qiáng)。利用學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的問題，培養(yǎng)學(xué)生利用不同變量間的關(guān)系來解決實(shí)際問題的思想。利用手持技術(shù)，將現(xiàn)象數(shù)字化，更具說服力；通過數(shù)字化技術(shù)，可以讓本來只能定性比較的問題轉(zhuǎn)化為定量比較，使比較結(jié)果更具體、更準(zhǔn)確?！締栴}3】：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明是O2還是H+參與了正極反應(yīng)？對學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)

8、方案進(jìn)行評價(jià)，歸納，補(bǔ)充，得出演示實(shí)驗(yàn)方案?！狙菔緦?shí)驗(yàn)】將暖寶寶中成分用紗布包住，放入錐形瓶中，觀察U形管中水柱變化情況因吸收氧氣發(fā)生的電化學(xué)腐蝕，我們叫做吸氧腐蝕。某些地方由于環(huán)境污染，空氣中含有大量的SO2等酸性氣體，使得雨水酸性較強(qiáng)，氫離子濃度較大，此時(shí)，氫離子氧化能力會(huì)不會(huì)強(qiáng)于氧氣而優(yōu)先在正極反應(yīng)呢？析出氫氣的電化學(xué)腐蝕叫做析氫腐蝕。實(shí)驗(yàn)探究由氣體狀態(tài)方程知道：pV=nRT當(dāng)容積恒定時(shí)， n值增大，則p/T比值增大,反之，比值減小?！狙菔緦?shí)驗(yàn)】1、組裝儀器，啟動(dòng)儀器,設(shè)置圖像橫縱坐標(biāo)； 2、取定量暖寶寶內(nèi)容物，用紗布包好，放入錐形瓶，向錐形瓶中滴加稀硫酸溶液，潤濕并浸透混合物； 3、啟

9、動(dòng)儀器，采集壓強(qiáng)和溫度數(shù)據(jù)，分析圖像?！拘〗Y(jié)】：吸氧腐蝕和析氫腐蝕是競爭關(guān)系，當(dāng)酸性較強(qiáng)時(shí)，電化學(xué)腐蝕以析氫腐蝕為主；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氫離子濃度減小，發(fā)生吸氧腐蝕。 在自然界中，由于空氣中含有二氧化碳等氣體溶于水，正常雨水的pH在5.6左右，呈弱酸性；那么處在弱酸性環(huán)境中的鋼鐵發(fā)生的電化學(xué)腐蝕究竟是吸氧腐蝕還是析氫腐蝕呢？聆聽，思考通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖像的分析，比較在不同條件下鋼鐵的電化學(xué)腐蝕類型發(fā)生的變化演示實(shí)驗(yàn)：使用pH=6溶液模擬正常雨水中電化學(xué)腐蝕過程。知識應(yīng)用如何利用所學(xué)知識化害為利，降低損失，將是我們研究的重要課題。聆聽，思考培養(yǎng)學(xué)生辯證的看待問題八、板書設(shè)計(jì)九、教學(xué)反思在設(shè)計(jì)本節(jié)課

10、的過程中，遇到了很多的實(shí)際問題，做了如下改進(jìn)：1、起初準(zhǔn)備用金屬腐蝕的圖片和視頻引入金屬的電化學(xué)腐蝕，同時(shí)安排吸氧腐蝕的實(shí)驗(yàn)探究，但在配制鐵粉和碳粉的混合物模擬鋼鐵的吸氧腐蝕時(shí)，發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)對鐵粉和碳粉的比例及鐵粉的性能要求很高，否則反應(yīng)時(shí)間較長，用于課堂教學(xué)不現(xiàn)實(shí)。在這種情況下，我考慮到了市面上銷售的暖寶寶，它利用了電化學(xué)腐蝕原理，并且由于成批投入生產(chǎn)，工藝較成熟，因此它的配料比和鐵粉性能都能達(dá)到最佳效果，反應(yīng)時(shí)間短，現(xiàn)象明顯，且價(jià)格低廉，非常適合用于教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)探究。因此，我將教學(xué)的導(dǎo)課改為了從金屬的電化學(xué)腐蝕原理的應(yīng)用入手，整個(gè)教學(xué)過程中以暖寶寶為教學(xué)情境，學(xué)生有濃厚的興趣，并且反應(yīng)現(xiàn)象明顯，有較好的教學(xué)效果。2、本節(jié)課使用了手持技術(shù)探究不同條件下鋼鐵電化學(xué)腐蝕的類型，之前的上課過程中主要通過壓強(qiáng)傳感器測定封閉體系內(nèi)壓強(qiáng)變化情況來確定電化學(xué)腐蝕的類型，在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，析氫腐蝕發(fā)生的同時(shí)，封閉體系內(nèi)的溫度在升高，因此，造成壓強(qiáng)變化的因素有兩個(gè)：氣體物質(zhì)的量和反應(yīng)