PAGE1PAGE§1.3.3探究金屬的電化學腐蝕一、教材分析本課時內容位于魯科版選修4《化學反應原理》第一章第三節第三課時，是在學生學習了電解原理和原電池原理的基礎上展開的，是對電化學原理知識的應用和完善。教材重點介紹了析氫腐蝕和吸氧腐蝕這兩種電化學腐蝕的本質——金屬表面形成了微型原電池，內容的編排充分考慮到學生的認知發展規律。在學生實驗探究的基礎上，引導學生總結實驗現象產生的原因，進而從微觀角度加以解釋，并用化學符號表示，從而實現由感性認識向理性認識的升華。通過本節內容的學習，學生對氧化還原反應和電化學等知識有進一步的理解認識。另外本節課內容的知識在社會生產、生活和科學研究中有著廣泛的應用，與我們的生活息息相關，具有非常強的實用價值。二、學情分析本節課的教學對象是高二物化生學生。在知識儲備方面：學生在初中已經對鋼鐵在潮濕的環境中容易生銹及防銹措施有了一定的了解；在高中已經掌握氧化還原反應理論、原電池和電解原理及其簡單應用。在能力方面，高二學生已經具備一定的合作探究和實驗動手能力、以及比較歸納能力。在心理方面，由于本節內容緊密聯系生活實際，學生有較強的好奇心和求知欲，有利于新知識的學習，具備了主動探究的原動力。存在的問題是學生對知識的學習只注重表面現象，缺乏一定的深入理解和綜合分析能力。三、教學任務分析【教學目標】（1）通過吸氧、析氫腐蝕的實驗探究，增強對金屬發生電化學腐蝕微觀本質的認識，完善電化學知識體系。（2）利用數字化實驗儀器對電化學腐蝕的探究，將微觀發生的反應可視化，引導學生從宏觀辨識現象，微觀探析分析本質、發展宏觀辨識與微觀探析、證據推理與模型認知等化學學科核心素養。（3）通過對暖寶寶的探究，學會運用化學知識解決生活中簡單的化學問題，培養“科學探究與創新意識、科學態度與社會責任”的化學學科核心素養。【評價目標】（1）通過對吸氧、析氫腐蝕的微觀本質的探究，診斷并發展學生金屬電化學腐蝕微觀本質的認識水平。（2）利用數字化實驗儀器對吸氧腐蝕和析氫腐蝕的探究，發展學生實驗探究設計水平。（3）通過對暖寶寶的探究，診斷并發展學生對化學價值的認識水平。【教學重難點】教學重點：認識金屬發生電化學腐蝕的本質，發展“證據推理與模型認知”的化學學科核心素養。教學難點：利用數字化實驗儀器，探究吸氧腐蝕的本質，發展“科學探究與創新意識”的化學學科核心素養【教學方法】采用預測-實驗-觀察-解釋的教學策略，在真實情境下促進學生觀念的建構。采用講授、實驗、自主、合作、探究等方法。四、教學資源的應用準備1.朗威數字化實驗儀器壓強傳感器、電流傳感器利用傳感器，設計了數字信息化演示實驗，讓學生通過觀察明顯的實驗現象和即時數據變化，以此打破了原理教學中的被動局面，將實驗變成探究的起點，啟發學生積極思考，培養學生的科學探究精神。2.實驗儀器及藥品鐵片、食鹽水、酚酞、鐵氰化鉀溶液、硫氰酸鉀溶液、鹽酸、碳酸鈉溶液、具支試管、燒杯、U型管、暖寶寶。3.新技術的應用靈活運用希沃授課助手，通過手機與電腦同屏方式解決了演示實驗學生觀察困難的問題。另外，學生分組實驗的結果，可以通過希沃授課，進行同屏展示，讓學生在觀看、對比不同組的實驗方法及結果的同時，提升自身的實驗能力。本節課PPT演示文稿，增加課堂容量，提高課堂效率。五、教學過程設計教學環節教師活動學生活動設計意圖（一）導入新課【視頻資料】我國腐蝕狀況及控制戰略研究【圖片資料】金屬腐蝕的現象當今世界，資源日益匱乏，而金屬腐蝕卻觸目驚心，金屬防腐尤為重要，但知己才能知彼，要想研究更好的防腐技術，就必須知道金屬為什么會腐蝕以及發生怎樣的腐蝕，才能對癥下藥。這節課，我們一起通過實驗探究來學習金屬的電化學腐蝕。【設問】鋼鐵腐蝕給我們人類生活帶來了巨大危害，那么金屬腐蝕的本質是什么？【投影】【分析】鋼鐵腐蝕的本質就是其中的鋼鐵失電子發生氧化反應變成鋼鐵陽離子的過程【問題】金屬腐蝕的類型？它們的最大區別？【設問】為什么鋼鐵在干燥的空氣中不易生銹，而在潮濕的空氣中卻易生銹呢？【分析】鋼鐵在潮濕的空氣中，表面會形成一層電解質溶液的薄膜，它跟鋼鐵里的鐵和的碳恰好構成了原電池，原電池加快反應速率。提前閱讀課本，做好學習新課的準備。觀看、聆聽思考交流回答總結，鐵被氧化Fe－ne－→Fen+學生陳述金屬腐蝕的分類，闡述對化學腐蝕和電化學腐蝕的區別、理解學生分析鋼鐵在潮濕的環境可能形成原電池。視頻和圖片是較文字而言更為直觀生動的信息呈現形式，聲像結合，提供金屬腐蝕的相關數據，讓學生體會這一常見現象的危害和防腐的必要性，激發學生學習的興趣，培養學生的社會責任感，引出課題。引導學生與原電池原理相聯系，達到溫故知新的目的。（二）實驗探究探究一：鐵的吸氧腐蝕是不是電化學腐蝕？探究鐵的腐蝕產物？呈現小組討論單：（1）能否將不純的鐵可能發生的腐蝕設計成原電池來理解？如何設計？（2）預測負極反應產物，如何驗證產物？（3）預測正極反應產物，如何驗證產物？【演示實驗】以碳棒、鐵片分別為正負極，氯化鈉溶液為電解質溶液，連接電流傳感器測電流。分別用KSCN、K3[Fe(CN)6]溶液檢驗負極產物，用酚酞檢驗正極產物。【學生分組實驗】實驗目的：實驗室驗證鋼鐵的電化學腐蝕正負極產物實驗藥品：鐵片、NaCl溶液，K3[Fe(CN)6]溶液、酚酞展示一：展示二：【追問】為什么看到液滴邊緣區域溶液變紅？中間區域變成藍色？【分析】腐蝕過程中，氧化反應和還原反應分別發生在不同的區域內，具有典型的電化學反應特征，因此吸氧腐蝕是電化學反應，供氧的不均勻導致宏觀上出現可識別的正負極。【小結】鋼鐵的吸氧腐蝕探究二：實驗室模擬鋼鐵在不同電解質環境中的腐蝕情況呈現人教版教材對鐵釘吸氧腐蝕的實驗探究。分析該裝置的實驗原理【提問】同學們觀察到什么現象？【設問】那么鋼鐵在其他電解質環境中會發生什么反應？又會有什么現象呢？【分組實驗】展示實驗目的、實驗要求第一、二組模擬鋼鐵在堿性環境（Na2CO3）中的腐蝕情況第三、四組模擬鋼鐵在弱酸性環境(PH=5的鹽酸)中的腐蝕情況請第五、六組模擬鋼鐵在強酸性環境（1mol·L-1的鹽酸）中的腐蝕情況【提示】本實驗對課本原有實驗做了一些改進，用生活中常見的暖貼來代替鐵釘，原因？分析暖寶寶組成成分？【分析】鐵釘反應相對緩慢，為了課堂上實驗效果更明顯，利用生活素材暖寶寶進行實驗，反應現象更明顯。暖貼原材料：鐵粉、活性炭、食鹽、吸水性樹脂、蛭石宏觀實驗現象微觀解釋符號表征（電極反應式）：【提問】若鐵在電解質溶液酸性較強的環境中，負極、正極、總反應式？【小結】對比分析吸氧腐蝕與析氫腐蝕，突出教學重點。學生分組討論實驗方案，小組代表匯報組內成員意見，教師補充。各小組集思廣益，最終達成了共同的實驗方案：用鐵片和碳棒模擬鋼鐵的腐蝕。負極產物是鐵失電子，產物可能是Fe2+或Fe3+？正極產物是O2得電子，產物可能是OH-或H2O？共同討論、分析問題，形成解決問題的實驗方案書寫正、負極反應式，電池總反應式以及后續反應方程式。根據反應特點對這樣的電化學腐蝕命名。思考、交流導管內液面上升，因為裝置內的壓強減小，大氣壓將試管中的液體壓進導氣管，從而形成一段液柱。分組操作實驗，記錄實驗現象，匯報實驗結果，并解釋現象產生的原因。前四組同學分別匯報鐵粉、碳粉在堿性、弱酸性環境中所觀察到的現象？導管內的液面上升，說明發生了吸氧腐蝕。五六組觀察到導管口有氣泡冒出。產生了氫氣。在思考討論中剖析鋼鐵的生銹過程，加深學生對生銹過程的認識與理解，讓學生學會科學探究的一般方法，培養學生分析問題、解決問題的能力，歸納總結的能力，語言表達能力和團隊協作能力。學生以實驗手段獲取宏觀現象，并從微觀角度討論其本質。培養學生的遷移能力和動手操作能力通過實驗探究，啟發學生的創新意識培養學生的實驗操作能力，嚴謹求實、勇于探索與創新的科學態度。發展宏觀辨識與微觀探析的學科核心素養，并從合作中體驗快樂，從實驗中感受化學的神奇。學生以實驗手段獲取宏觀現象，并從微觀角度討論其本質，建立起“宏觀﹣微觀﹣符號”三者的聯系。（三）數字化實驗探究【過渡】前面實驗探究是定性的研究了鋼鐵的電化學腐蝕，但是我們為了更好的研究，需要定量的分析鋼鐵的電化學腐蝕，所以我們借助數字化實驗儀器完成定量分析。【演示實驗】1、利用壓強傳感器，測定暖寶寶在中性環境中，裝置中壓強的變化。2、數字化實驗探究強酸性環境下，鋼鐵的腐蝕機理【思考】為什么壓強隨著時間的變化，呈現出先升高后降低的趨勢？【思考】壓強時間圖像中，為什么斜率逐漸較小。學生觀察記錄結合壓強減小的變化分析得出：在中性電解液環境中，O2在正極得電子發生還原反應，壓強降低學生討論回答當酸性較強時，金屬腐蝕以析氫腐蝕為主，所以壓強先增大。隨著反應的進行，當呈現弱酸性時，主要發生吸氧腐蝕。斜率代表反應速率，隨著反應的進行，氧氣濃度降低，所以速率降低。通過數字化實驗技術的使用，使學生體會到現代教育技術在化學研究中的重要作用將數字化實驗引入課堂，讓學生感受先進教學儀器的使用，讓微觀現象宏觀化，使學生對電化學腐蝕有更加直觀具體的認知，提高數據分析處理的能力，拓展學生的思維方法（四）原理應用【展示】暖寶寶、自熱火鍋、生銹的汽車、繡鈍的鐵柱。同一原理，不同結果。【思考】從“暖寶寶”的探究過程中，發現同樣是鐵粉被氧化的化學反應，一方面可以利用它放出的熱量，制作出“暖寶寶”“自熱火鍋”等，給人們的生活帶來便利；另一方面這個反應卻也是鋼鐵生銹的原理，給社會生產帶來危害。同學們如何看待這一問題呢？【講述】從多角度認識化學反應，更要在現實生活或生產中更好地應用所學習的化學知識來趨利避害。【課后思考】金屬腐蝕給生產、生活帶來了很大的危害，我們該如何利用恰當的方法科學防止金屬被腐蝕？認識化學反應，應該從物質變化和能量變化兩個維度來分析。有的化學反應可能從產物的角度看是有害的，但是從能量的角度看是有利的。培養學生從多角度認識化學反應，更要在現實生活或生產中更好地應用所學習的知識來趨利避害，讓知識更好地為生活服務，幫助學生形成未來發展需要的正確價值觀念，發展學生的社會責任意識。（五）歸納整理【小結】通過今天的探究學習，我們知道了金屬吸氧腐蝕和析氫腐蝕的原理，通過借助數字化實驗使實驗觀察深入本質，用壓強傳感器使實驗數據化、曲線化，使得實驗由定性過渡到定量的角度。同時也看到了相同的化學原理，產生了不一樣的結果，更加認識到要從多個角度，辨證地看待化學問題，用我們所學的知識趨利避害，更好的為我們的生活服務。學生整理、交流、表達對本節課知識進行概括、整合、提升，形成金屬電化學腐蝕的認知模型；發展學生對與化學有關的社會問題作出正確的價值判斷的能力，體會化學與生活密不可分。六、板書設計探究金屬的電化學腐蝕一、鋼鐵的吸氧腐蝕負極：Fe-2e-=Fe2+正極：2H2O+O2+4e-=4OH-總反應：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2后續反應：Fe(OH)2→Fe(OH)3→Fe2O3?xH2O二、鋼鐵的析氫腐蝕負極：Fe-2e-=Fe2+正極：2H++2e-=H2總反應：Fe+2H+=Fe2++H2↑學情分析本節課的教學對象是高二物化生組合學生。在知識儲備方面：學生在初中已經對鋼鐵在潮濕的環境中容易生銹及防銹措施有了一定的了解；在高中已經掌握氧化還原反應理論、原電池和電解原理及其簡單應用。在能力方面，高二學生已經具備一定的合作探究和實驗動手能力、以及比較歸納能力。在心理方面，由于本節內容緊密聯系生活實際，學生有較強的好奇心和求知欲，有利于新知識的學習，具備了主動探究的原動力。存在的問題是學生對知識的學習只注重表面現象，缺乏一定的深入理解和綜合分析能力。效果分析本節課，在教師的引導下，在學生之間的相互啟發和幫助下，學生們全情投入，學習熱情高，主動性強，潛力挖掘好。教師設計的實驗活動有趣味性，設計的問題有層次性，讓學生在有趣的實驗中學會鋼鐵的吸氧腐蝕以及暖貼的發熱原理。本節課注重與生活相聯系，讓學生貼近生活，便于學生理解的同時，易于調動學生的積極性。本節課的實驗設計引發學生的探究興趣，讓學生體驗了從設計實驗到評價方案，再到確定實驗方案，組織實施實驗，觀察實驗現象，得出結論的過程。學生與老師配合好，參與度高，收獲較大。本節課實驗設計創新化，先采用常規實驗探究鋼鐵的吸氧腐蝕和析氫腐蝕，而后采用數字化實驗探究，運用數字化傳感系統，將微觀的變化可視化，增加圖像表征，實現了宏觀、微觀、符號、圖像的四重表征，幫助學生更好的抓住重點，突破難點。將實驗有定性的角度過渡到定量的角度，并啟發學生運用現代信息技術開拓化學實驗現象的觀察視野，體驗創新實驗帶來的快樂。教材分析本課時內容位于魯科版選修4《化學反應原理》第一章第三節第三課時，是在學生學習了電解原理和原電池原理的基礎上展開的，是對電化學原理知識的應用和完善。教材重點介紹了析氫腐蝕和吸氧腐蝕這兩種電化學腐蝕的本質——金屬表面形成了微型原電池，內容的編排充分考慮到學生的認知發展規律。在學生實驗探究的基礎上，引導學生總結實驗現象產生的原因，進而從微觀角度加以解釋，并用化學符號表示，從而實現由感性認識向理性認識的升華。通過本節內容的學習，學生對氧化還原反應和電化學等知識有進一步的理解認識。另外本節課內容的知識在社會生產、生活和科學研究中有著廣泛的應用，與我們的生活息息相關，具有非常強的實用價值。評測練習1、在一塊表面無銹的鐵片上滴食鹽水，放置一段時間后看到鐵片上有鐵銹出現。鐵片腐蝕過程中發生的總化學方程式：2Fe+2H2O+O2

=

2Fe(OH)2，Fe(OH)2進一步被氧氣氧化為Fe(OH)3，再在一定條件下脫水生成鐵銹，其原理如圖。下列說法正確的是（

）A．鐵片發生還原反應而被腐蝕B．鐵片腐蝕最嚴重的區域應該是生銹最多的區域C．鐵片腐蝕中負極發生的電極反應：2H2O+O2+4e-

=

4OH-D．鐵片里的鐵和碳與食鹽水形成無數微小原電池，發生了電化學腐蝕2、將NaCl溶液滴在一塊光亮清潔的鐵板表面上，一段時間后發現液滴覆蓋的圓周中心區(a)已被腐蝕而變暗，在液滴外沿棕色鐵銹環(b)，如圖所示。導致該現象的主要原因是液滴之下氧氣含量比邊緣少。下列說法正確的是（）A．液滴中的Cl-由a區向b區遷移B．液滴邊緣是正極區，發生的電極反應為：O2+2H2O+4e--═4OH-C．液滴下的Fe因發生還原反應而被腐蝕，生成的Fe2+由a區向b區遷移，與b區的OH-形成Fe(OH)2，進一步氧化、脫水形成鐵銹D．若改用嵌有一銅螺絲釘的鐵板，在銅鐵接觸處滴加NaCl溶液，則負極發生的電極反應為Cu－2e-=Cu2+3.鐵及其化合物與生產、生活關系密切。下圖是實驗室研究海水對鐵閘不同部位腐蝕情況的剖面示意圖。(1)該電化腐蝕稱為

。(2)圖中A、B、C區域相比較，生成鐵銹最多的是

(填字母)。課后反思本節課以提高學生的化學學科核心素養為本，符合“學生為主體，教師為主導，探究過程為主線，培養科學素養為主旨”的新課程教學理念。引導學生設計實驗方案，以“預測—實驗—觀察—解釋”的方式完成實驗探究的教學，教學中關注學生的動態生成，引導學生深度學習。整節課以學生匯報、教師引導、自主學習、實驗探究、合作討論等形式相結合的方式展開教學，學習金屬電化學腐蝕的分類、本質、和應用，培養學生對問題的分析、歸納、總結能力，學生獲得知識的同時發展了“證據推理與模型認知”和“科學探究與創新意識”等化學學科核心素養。本節課實驗設計創新化，先采用常規實驗探究鋼鐵的吸氧腐蝕和析氫腐蝕，而后采用數字化實驗探究，運用數字化傳感系