金属的电化学腐蚀与防护教学设计

金属的电化学腐蚀与防护教学设计一、教学目标1.知识与技能目标了解金属腐蚀的危害及分类。理解金属电化学腐蚀的本质及原理，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。掌握金属防护的常用方法，了解牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法的原理。2.过程与方法目标通过实验探究、小组讨论等方式，培养学生观察、分析、归纳总结的能力，提高学生的科学探究能力。通过对比不同防护方法的原理，培养学生运用对比、分类等科学方法解决问题的能力。3.情感态度与价值观目标通过了解金属腐蚀的危害，增强学生的环保意识和节约意识。通过学习金属防护的方法，培养学生的创新意识和社会责任感，让学生体会化学与生活、生产的紧密联系。

二、教学重难点1.教学重点金属电化学腐蚀的原理。金属防护的方法。2.教学难点金属电化学腐蚀原理的理解，尤其是吸氧腐蚀的电极反应式的书写。牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法的原理及应用。

三、教学方法讲授法、实验探究法、小组讨论法、多媒体辅助教学法

四、教学过程

（一）导入新课（3分钟）【展示图片】展示一些金属腐蚀的图片，如生锈的铁制品、被腐蚀的铜雕像等。【提出问题】同学们，这些金属制品为什么会变成这样？金属腐蚀会带来哪些危害呢？【学生思考回答】引导学生观察图片，思考金属腐蚀的现象及可能带来的危害，如影响金属制品的使用寿命、造成经济损失、存在安全隐患等。【教师总结】金属腐蚀是一种常见且危害极大的现象，每年因金属腐蚀造成的经济损失巨大。今天我们就来深入学习金属的电化学腐蚀与防护。

（二）金属的腐蚀（12分钟）1.金属腐蚀的定义及本质【讲解】金属腐蚀是指金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。【板书】金属腐蚀：金属原子失去电子被氧化2.金属腐蚀的分类【展示表格】|分类依据|类型||::|::||与金属接触的物质及反应类型|化学腐蚀、电化学腐蚀||介质的酸碱性|析氢腐蚀、吸氧腐蚀|

【讲解】化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体（如O₂、Cl₂、SO₂等）或非电解质液体（如石油）等直接发生化学反应而引起的腐蚀。例如，铁与氯气直接反应生成氯化铁。电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。【举例说明】以钢铁在潮湿空气中生锈为例，说明电化学腐蚀的过程。钢铁中含有碳等杂质，在潮湿空气中，钢铁表面形成一层薄薄的水膜，水膜中溶解了氧气、二氧化碳等气体，形成了电解质溶液。此时，铁和碳就构成了原电池的两个电极，发生了电化学腐蚀。

（三）金属的电化学腐蚀（20分钟）1.实验探究【实验1】将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入具支试管中。在试管中加入经煮沸迅速冷却的蒸馏水，使铁钉的一部分浸入水中，一部分暴露在空气中。一段时间后，观察导管中水柱的变化，并检验试管中溶液的酸碱性。【学生分组实验】学生分组进行实验，仔细观察实验现象，并做好记录。【实验现象】导管中水柱上升，试管中溶液呈碱性。【教师引导分析】水柱上升说明具支试管内气体压强减小，即有气体被消耗。溶液呈碱性，说明有OH⁻生成。由此可推断，铁钉发生了吸氧腐蚀。【讲解】吸氧腐蚀：在中性或弱酸性条件下，钢铁表面吸附的水膜中溶解有氧气，氧气得电子发生还原反应，电极反应式为：O₂+2H₂O+4e⁻=4OH⁻。铁作为负极，失去电子发生氧化反应，电极反应式为：Fe2e⁻=Fe²⁺。总反应式为：2Fe+O₂+2H₂O=2Fe(OH)₂。生成的Fe(OH)₂不稳定，会继续被氧化：4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4Fe(OH)₃。Fe(OH)₃分解生成铁锈（Fe₂O₃·xH₂O）。【板书】吸氧腐蚀：负极：Fe2e⁻=Fe²⁺正极：O₂+2H₂O+4e⁻=4OH⁻总反应：2Fe+O₂+2H₂O=2Fe(OH)₂后续反应：4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4Fe(OH)₃，2Fe(OH)₃=Fe₂O₃·xH₂O+(3x)H₂O

【实验2】在一支试管中加入约3mL稀硫酸，再放入一根铁钉。观察铁钉表面的现象，并检验溶液中产生的气体。【学生分组实验】学生分组进行实验，观察现象并记录。【实验现象】铁钉表面有气泡产生，溶液中逸出的气体能使燃着的木条熄灭。【教师引导分析】铁钉表面有气泡产生，说明有气体生成。能使燃着的木条熄灭的气体是氢气，说明铁钉发生了析氢腐蚀。【讲解】析氢腐蚀：在酸性较强的溶液中，钢铁表面吸附的水膜酸性较强，H⁺得电子发生还原反应，电极反应式为：2H⁺+2e⁻=H₂↑。铁作为负极，失去电子发生氧化反应，电极反应式为：Fe2e⁻=Fe²⁺。总反应式为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑。【板书】析氢腐蚀：负极：Fe2e⁻=Fe²⁺正极：2H⁺+2e⁻=H₂↑总反应：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑

2.对比分析【小组讨论】组织学生分组讨论析氢腐蚀和吸氧腐蚀的异同点。【小组代表发言】各小组代表汇报讨论结果。【教师总结】|比较项目|析氢腐蚀|吸氧腐蚀||::|::|::||发生条件|水膜酸性较强|水膜呈中性或弱酸性||正极反应|2H⁺+2e⁻=H₂↑|O₂+2H₂O+4e⁻=4OH⁻||负极反应|Fe2e⁻=Fe²⁺|Fe2e⁻=Fe²⁺||总反应|Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑|2Fe+O₂+2H₂O=2Fe(OH)₂||后续反应|无|4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4Fe(OH)₃，2Fe(OH)₃=Fe₂O₃·xH₂O+(3x)H₂O|

（四）金属的防护（15分钟）1.金属防护的方法【讲解】金属防护的方法主要有以下几种：改变金属的内部结构：如制成合金，使金属的抗腐蚀能力增强。例如，不锈钢中加入了铬、镍等元素，改变了金属的内部结构，提高了其抗腐蚀性能。覆盖保护层：在金属表面覆盖一层保护膜，将金属与外界环境隔开，从而防止金属腐蚀。常见的方法有：涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等：这些物质可以在金属表面形成一层保护膜，阻止氧气、水等与金属接触。镀一层不易被腐蚀的金属：如在铁制品表面镀锌、镀锡等。锌比铁活泼，当锌层破损后，锌会作为原电池的负极被腐蚀，从而保护铁不被腐蚀；而锡比铁不活泼，当锡层破损后，铁会作为原电池的负极被腐蚀，所以铁制品镀锌更能起到保护作用。电化学保护法：牺牲阳极的阴极保护法：将较活泼的金属（如锌、镁等）连接在被保护的金属上，较活泼金属作为原电池的负极被腐蚀，被保护的金属作为正极而得到保护。例如，在轮船的船壳上镶嵌锌块，锌块不断被腐蚀，从而保护了轮船的钢铁外壳。外加电流的阴极保护法：将被保护的金属与电源的负极相连，电源的正极连接辅助阳极，形成电解池。在电解池中，被保护的金属作为阴极，不会失去电子而被腐蚀。例如，在海水中的钢铁闸门，可通过外加电流的阴极保护法进行防护。2.案例分析【展示案例】展示一些金属防护的实际案例，如桥梁防腐、地下管道防腐等，让学生分析这些案例中采用了哪种防护方法。【学生分析回答】学生观察案例，分析其中所采用的金属防护方法。【教师总结点评】对学生的回答进行总结和点评，进一步强调不同防护方法的应用场景和原理。

（五）课堂小结（5分钟）【引导回顾】引导学生回顾本节课所学内容，包括金属腐蚀的分类、电化学腐蚀的原理（析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式）以及金属防护的方法（改变金属内部结构、覆盖保护层、电化学保护法）。【教师总结】通过本节课的学习，我们了解了金属腐蚀的危害及分类，重点掌握了金属电化学腐蚀的原理，这是理解金属防护方法的基础。同时，我们也学习了多种金属防护的方法，希望同学们能够将所学知识应用到实际生活中，更好地保护金属制品。

（六）课堂练习（5分钟）1.下列关于金属腐蚀的说法正确的是（）A.金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被还原B.金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行C.钢铁的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀D.镀锌铁皮的镀层损坏后，铁皮会加速腐蚀【答案】C2.钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是（）A.2H⁺+2e⁻=H₂↑B.Fe²⁺+2e⁻=FeC.2H₂O+O₂+4e⁻=4OH⁻D.Fe³⁺+e⁻=Fe²⁺【答案】C3.为保护地下钢管不受腐蚀，可使它与（）A.直流电源负极相连B.铜板相连C.锌板相连D.直流电源正极相连【答案】AC

（七）布置作业（2分钟）1.课后练习册上与本节课相关的习题。2.查阅资料，了解生活中还有哪些地方应用了金属防护的知识，并写一篇简短的报告。

五、教学反思通过本节课的教学，学生对金属的电化学腐蚀与防护有了较为系统的认识。在教学过程中，通过实验探究、小组讨论等