1、第四节金属的电化学腐蚀与防护孙西荣，江苏省东海高级中学从容说课“金属的腐蚀与防护”始终是一个世界性的异常棘手的科技难题。本节开篇提供的统计资料“发达国家每年由于金属腐蚀造成的直接损失约占全年国民生产总值的2%4%”，远远超过各种自然灾害造成损失的总和，这无疑会给人们一个重要的警示：金属腐蚀，不可等闲视之！金属曾是人类文明发展的标志，如铜器时代、铁器时代。在现代社会中，钢铁等金属材料的产量和质量仍是反映国民经济发展水平的重要指标。然而人们对随处可见的金属腐蚀现象早已习以为常，不以为怪。因此，本节教学一方面是让学生了解金属发生腐蚀的原因及现代防腐措施，同时还要让学生知道：防止金属腐蚀，任重道远！本
2、节内容可大致分为三部分：揭示金属腐蚀的严重性和危害性分析发生金属腐蚀的原因探讨防止金属腐蚀的思路和方法。鉴于金属的电化腐蚀比化学腐蚀更为普遍，也更为严重，教科书中又重点以最常见的钢铁锈蚀为例，剖析了金属的两种电化腐蚀过程析氢腐蚀和吸氧腐蚀，并重点介绍了金属的电化学防护方法牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。教科书中安排了一个铁钉锈蚀的演示实验，帮助学生认识金属的吸氧腐蚀原理。另外又安排了一个科学探究，验证牺牲阳极的阴极保护法，通过实验说明较活泼金属锌如何阻止铁的腐蚀。为了拓展学生的知识面与培养他们的合作精神，教科书还安排了一项【实践活动】，要求学生查阅有关防治钢铁腐蚀方法的资料并交流。
3、本节教学可采用讲授与讨论相结合的方法。1本节教学在整体设计上应以色彩鲜明的图象和现象明显的实验作为重要的辅助手段，以强化学生的直观感受，有利于学生加深对相关知识的理解。2新课引入。以一组音像和文献中的数据资料或新闻信息，简要介绍金属在社会经济发展中的重要地位，同时揭示金属腐蚀所造成的严重危害，可以使学生产生强烈的心灵震撼，进而激发学生探讨金属腐蚀相关问题的欲望。3教科书中的实验43可安排在讨论金属的电化学腐蚀之前，帮助学生通过实验来了解金属发生电化学腐蚀的条件和相关的电极反应。同时可增补两组实验，按图417另备两套同样装置，其中一套只装一干燥的无锈铁钉，另一套只装少量盐水，几分钟后再比较三个装
4、置中的现象有何不同，这样更有利于说明金属发生电化学腐蚀的条件。4在本课小结时，可组织学生对金属的化学腐蚀和电化学腐蚀、析氢腐蚀和吸氧腐蚀等内容进行比较。三维目标知识与技能知道金属腐蚀的两种类型(化学腐蚀和电化学腐蚀)，能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，掌握化学腐蚀与电化学腐蚀的原理。过程和方法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，通过实验探究防止金属腐蚀的措施，查阅资料并交流防止钢铁腐蚀的方法。情感态度与价值观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；通过课堂探究活动，发展学生的探究能力，学会与人合作交流，研究探讨科学问题。教学重难点教学重点金
5、属的电化学腐蚀及金属的电化学防护。教学难点金属发生吸氧、析氢腐蚀的电化学原理。导入新课问题引入什么是金属腐蚀？其本质是什么？金属腐蚀有哪些种类？化学腐蚀和哪些因素有关？什么是电化学腐蚀？指导阅读阅读“金属的电化学腐蚀内容”，回答上述问题。推进新课投影、板书(学生回答)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：MneMn(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。投影、板书(学生填空划线部分)(二)化学腐蚀1定义：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
6、引起的腐蚀。如：钢管被原油中的含硫化合物腐蚀投影练习试写出铁在氯气中燃烧的化学方程式：投影答案2Fe3Cl22FeCl32影响因素：与接触物质的氧化性有关和温度越高，化学腐蚀越快。投影、板书(学生填空划线部分)(三)电化学腐蚀1定义：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，如钢铁在潮湿的空气中生锈。2析氢腐蚀投影练习析氢腐蚀：当钢铁处于酸性环境中，比如硫酸型酸雨，请同学写出电极反应式：学生讨论投影分析FeH2SO4FeSO4H2反应的离子方程式为：Fe2HFe2H2从而写出电极反应式：负极：Fe2eFe2正极(C)：2H2eH2电池反应：Fe2HFe2H
7、2投影、板书3吸氧腐蚀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教师投影、板书吸氧腐蚀：中性或酸性很弱及碱性条件下，易发生吸氧腐蚀。负极：2Fe4e2Fe2正极：O22H2O4e4OH离子反应：Fe22OHFe(OH)2电池反应：2FeO22H2O2Fe(OH)2进一步反应：4Fe(OH)2O22H2O4Fe(OH)32Fe(OH)3Fe2O3xH2O(3x)H2O投影(学生填空
8、划线部分)钢铁在潮湿的空气中表面会形成一薄层水膜，水膜又溶解来自大气的CO2、SO2等气体，使水膜中含有一定量的H，它是由这样一些反应产生的：H2OHOHH2OCO2H2CO3HHCO3结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜，它和钢铁中的铁和少量碳恰好构成原电池，发生探究实验中的吸氧腐蚀。投影电解质浓度越大，反应速率越快，同学们可联想家中炒菜的铁锅前一天晚上刚用过，第二天就锈迹斑斑，就是发生吸氧腐蚀。夏天腐蚀更快，温度高反应快。投影练习1.化学腐蚀与电化学腐蚀的比较电化学腐蚀化学腐蚀条件不纯金属或合金与_接触与_直接接触有无电流本质联系两种腐蚀往往_发生，但_腐蚀更普遍，速率快，危害更大2.
9、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)总反应联系投影析氢腐蚀当酸性降低时，就发生了吸氧腐蚀过渡既然金属很容易腐蚀，我们如何来保护它呢？下面来研究一下金属的防护，简单的金属防护的方法会给国家、社会带来巨大的经济效益。资料卡片金属腐蚀对人类社会的影响据美国、日本、加拿大等国公布的报告，每年仅因腐蚀所造成的直接经济损失大约占了国民经济总产值的1%4%，腐蚀生锈的钢铁约占年产量的20%。而在我国，每年金属腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的4%，腐蚀损失甚至超过了火灾、风灾和地震造成损失的总和。据有关资料统计，世界上每年因腐蚀而报废的金属材料和设备
10、约相当于金属材料产量的20%以上，一些发达国家由于金属腐蚀而造成的经济损失大约占国民经济总产值的2%4%。钢铁腐蚀后的影响，除了直接损耗以外，从钢结构受力分析，日本统计过这样的资料，在受力情况下钢结构被腐蚀后，若腐蚀1%，其强度下降10%15%。若双面腐蚀各达5%，其结构将报废。随着全球工业的发展，腐蚀的问题日趋严重。金属防腐问题是一个世界性的问题，下面我们就来学习金属的防护。设计意图通过相关资料，使学生了解金属腐蚀对人类社会的影响，激发学生学习化学知识的兴趣，培养他们具有关心社会的责任感和使命感。投影、板书二、金属的电化学防护(一)牺牲阳极的阴极保护法投影、学生练习如下图在海水中钢闸门上焊一
11、块锌，哪一种金属先被腐蚀？发生什么腐蚀？若是电化学腐蚀，试写出电极反应式。分析讨论投影Zn比Fe活泼，锌被腐蚀，发生吸氧腐蚀，反应方程式为：2ZnO22H2O2Zn(OH)2负极：2Zn4e2Zn2正极：O22H2O4e4OH离子方程式：Zn22OHZn(OH)2学生回答阳极：发生氧化反应的一极；阴极：发生还原反应的一极。教师补充这是阴、阳极的定义，放之四海皆准。投影(学生填空划线部分)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，这就是金属防护中利用原电池原理保护金属的方法，叫牺牲阳极的阴极保护法。(1)原理：形成原电池反应时，让被保护金属做阴(正)极，不反应，起到保护
12、作用；而活泼金属反应受到腐蚀。(2)实验探究：装置如下图投影、实验探究验证牺牲阳极的阴极保护法按下图连接好装置，观察电压计和Fe电极上有什么现象发生？往Fe电极区滴入2滴黄色K3Fe(CN)6(铁氰化钾)溶液，观察烧杯内溶液颜色有无变化。投影、学生讨论电压计指针有何变化？为什么？Zn、Fe电极上发生了什么反应？Fe2与Fe(CN)63反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀。3Fe22Fe(CN)63Fe3Fe(CN)62在这个装置中没有Fe2产生？说明什么问题？(二)外加电流的阴极保护法(1)原理：将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得
13、到保护，直接与电源负极相连使金属不失电子而得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。(2)装置如下图：投影、讨论联系生活实际，除此以外还有哪些防护方法？投影、归纳小结改变金属的内部结构(钢不锈钢，在钢中加入镍和铬)。覆盖保护膜(涂油漆、电镀、钝化等)。金属被保护的效果比较：电解池的阴极保护(外加电流的阴极保护法)原电池的正极(牺牲阳极的阴极保护法)一般保护。投影、练习为了防止钢铁锈蚀，下列防护方法中正确的是()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下列事实
14、不能用电化学理论解释的是()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放出气泡的速率加快D镀锌的铁皮比镀锡的铁皮耐用学生讨论、教师投影A选项是构成FeCu原电池，加快铁的腐蚀；B选项是构成FeC原电池，加快钢铁阀门的腐蚀；C选项是通过构成ZnFe原电池，在海轮舷上系Zn板构成原电池负极，从而保护海轮不被腐蚀；D选项是直接加负电使铁不失电子而起到保护作用。答案：CDA选项是通过构成ZnFe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ZnCu2CuZn2，生成的Cu与Zn在溶液中构成原电池加
15、快反应的速率。D选项中ZnFe原电池Zn为负极，而FeSn原电池中Fe为负极，故前者Zn被氧化保护了铁。答案：B投影、问题探究纯锌和粗锌哪个更易和酸反应？如向酸中再加硫酸铜又会有什么现象？三、金属腐蚀快慢比较投影、练习下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是_。投影分析A选项发生正常腐蚀；B选项发生原电池反应，铁作负极，反应速率加快；C选项发生原电池反应，锌作负极，锌被腐蚀，铁被保护，不易腐蚀；D选项中铁接负极被保护，腐蚀最不容易；E选项中铁接正电，加快腐蚀，比B选项还快，是腐蚀最快的。答案：E、B、A、C、D投影、板书1金属材料作为原电池正极、电解池阴极时受到保护。2在同一电解质溶液中，
16、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。实践活动可组织社会调查等活动，然后进行交流。相关专题可以是：1在当地，金属腐蚀的现状及其危害。2在当地，人们对金属腐蚀的严重性和危害性的认识程度。3通过观察和资料收集，你了解哪些防治金属腐蚀的方法？在社会上相关的科学技术有无新的进展？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：MneMn(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2Fe3Cl22FeCl32影响因素(三)电化学腐蚀1定义2析氢腐蚀硫酸
17、型酸雨FeH2SO4FeSO4H2。负极：Fe2eFe2；正极(C)：2H2eH2；电池反应：Fe2HFe2H2。3吸氧腐蚀中性或酸性很弱及碱性条件下：负极：2Fe4e2Fe2；正极：O22H2O4e4OH；离子反应：Fe22OHFe(OH)2；电池反应：2FeO22H2O2Fe(OH)2；进一步反应：4Fe(OH)2O22H2O4Fe(OH)3；2Fe(OH)3Fe2O3xH2O(3x)H2O。二、金属的电化学防护(一)牺牲阳极的阴极保护法(二)外加电流的阴极保护法：三、金属腐蚀快慢比较教学过程中让学生运用学过的知识去解决问题，通过探究实验增强学生的合作能力、实验技能。让学生开展社会实践活动
18、，增强学习化学的兴趣，并将学到的知识在实践中运用、巩固。1.化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与氧化剂直接接触不纯金属或合金与电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化的过程较活泼金属被氧化的过程相互联系化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生2吸氧腐蚀实验探究中为了增强实验的效果，可补充下面的实验。(1)向100 mL烧杯中加入约50 mL饱和食盐水后，插入两个玻璃筒(无底)；(2)将一颗无锈铁钉和一个碳棒分别用导线与电流计连接后，再分别插入两个玻璃筒中(装置如下图所示)，立即可观察到有电子自铁钉流向碳棒，表明铁钉与碳棒已构成原电池的两个电极；铁的吸氧腐蚀实验(3)1 min后，向插入铁钉的玻璃筒内滴入K3Fe(CN)6溶液，即可观察到铁钉附近的溶液变蓝色，表明铁被氧化，生成了Fe2；(4)向插入碳棒的玻璃筒内滴入酚酞溶液，可观察到碳棒附近的溶液变红色，表明溶液pH增大，呈碱性。将该实验中观察到的现象与课本中实验43结合起来讨论，能更好地说明钢铁生锈时发生吸氧腐蚀的原理。
