高中化学苏教版选修4 化学反应原理第三单元 金属的腐蚀与防护教学设计

金属的电化学腐蚀和防护

                            ----教案（第一课时）

【教学目标】

1．能描述金属腐蚀的化学原理，知道金属防护的常用方法，认识防止金属腐蚀的重要意义。

2．进一步学会对比、比较认识事物的科学方法和假设验证探究的思维方式，辩证的认识外因条件对化学变化的影响；

3．参与试验探究观察铁生锈的过程，体会动手试验自己获得铁的性质的知识的成功愉悦，保持学习的兴趣；

【教学重点】金属的电化腐蚀

【教学难点】析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电化学原理

【教学方法】实验探究、师生共议、归纳总结。

【教学过程】

【引入】金属腐蚀的现象非常普遍，像金属制成的日用品、生产工具、机器部件、海轮的船壳等，如保养不好，都会腐蚀，从而造成大量金属的损耗。至于因设备腐蚀损坏而引起停工减产、产品质量下降、污染环境、危害人体健康，甚至造成严重事故的损失，那就更无法估计了。因此，了解金属腐蚀的原因，掌握防护的方法，是具有十分重要的意义的。我们今天就来学习金属腐蚀的相关知识。

【板书】 第四节  金属的腐蚀

【板书】一、金属腐蚀：

【提问】什么是金属腐蚀？

【板书】金属腐蚀：指金属（或合金）跟周围接触到的气体（或液体）发生化学反应而引起损耗的过程。

【讲述】请同学结合平时所学关于金属反应的例子，总结金属腐蚀的本质？

金属在化学反应中，失去电子，表现还原性，被氧化；因此我们可以总结出金属腐蚀得本质就是：金属原子失去电子被氧化

【板书】金属腐蚀得本质就是：金属原子失去电子被氧化

【讲述】金属的腐蚀在自然界中普遍存在，下面我准备了一些数据，希望同学们会觉得很惊人。据不完全统计，全世界金属的生产其中90%为钢铁，目前世界钢铁的年产量约为10亿吨，但与此同时大约每年有10%的钢铁被腐蚀，折合美元约7000亿美元，折合人民币约4万亿元，由于腐蚀造成的经济损失约占国民生产总是的2%~4%，这些数据是一个相当庞大的数字。另外，据统计，金属的腐蚀造成的损失，远远超过水灾、火灾、风灾、地震等自然灾害造成损失的总和。由此可见，金属腐蚀问题十分严重且普遍，因此，我们更有义务和责任区了解金属腐蚀的原因，从根本去防止金属的腐蚀。

【板书】二、金属腐蚀的危害

（下面我们就来具体分析金属腐蚀的条件和原因，我们先完成昨天的课外作业）

【问题1】寻找生活中金属最易腐蚀的场所！

（学生回答）（总结分析）

【分析】从以上同学找的例子中我们很容易发现什么地方的金属更容易腐蚀？

（学生总结：潮湿的地方、经常接触到腐蚀性物质的场所）

【板书】结论：在潮湿的地方金属更易腐蚀；经常接触到腐蚀性物质的金属更易腐蚀。

【问题2】比较装空调的房间和普通房间中金属制品的腐蚀程度！

（学生总结：普通房间金属的腐蚀程度更大）

【板书】结论：在潮湿的地方金属更易腐蚀；

【讲述】从以上两道题目中很容易看出，金属在潮湿的环境下更易腐蚀，那么，金属是与水反应还是和空气反应呢？

下面同学就这个问题，设计实验来研究一下钢铁腐蚀的条件，提示大家我们可以利用对比、比较的方法设计实验，我这里提供的实验用品有：铁钉、煮沸过的水（除O2）、干燥剂（CaCl2）、植物油、试管、橡胶塞，也可选用其它试验用品。

注意在设计实验的时候已图示的形式表示在学案相应的位置（时间5分钟）

【实验设计】（学生自主设计）（由学生讲述设计的实验）

【现象】 单独与水或空气接触的铁钉不易腐蚀，但是与水和空气同时接触的铁钉，出现明显的锈蚀。

【板书】三、铁钉生锈的条件：潮湿的空气

【讲述】下面我们就实验现象来分析一下钢铁锈蚀的原因，在第一个问题中，我们看到金属如果接触腐蚀性物质，会发生化学反应而使金属腐蚀，例如：铁在高温下与氧气直接化合而被腐蚀，在工业生产中氯气跟铁或与其他金属化合使金属锈蚀等，我们把这种腐蚀的类型称为化学腐蚀。

【板书】四、金属腐蚀的原因

            1、化学腐蚀：金属直接与接触到的物质直接发生化学反应，这样引起的腐蚀为~

【讲述】在对比实验中，我们发现，铁钉发生化学腐蚀的速率很慢，在试管3中，腐蚀速率则明显加快，下面我们从微观角度来看看这个试管中金属腐蚀的原因。我们取铁钉的剖面图，铁钉是铁碳合金，在潮湿的环境下，铁钉的表面形成一层水膜，而空气中的CO2和O2可以溶于水形成电解质溶液。

H2O＋CO2≒H2CO3≒H＋＋HCO3-

形成原电池，发生原电池反应，铁作为负极被氧化，正极发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀，把这种类型的金属腐蚀称为电化学腐蚀。

【板书】　2、电化学腐蚀：不纯的金属（或合金）与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀成为电化学腐蚀。

负极(Fe)： Fe - 2e- = Fe2+

正极 (C)：　　2H＋＋2e-＝H2↑（析氢腐蚀）

2H2O + O2 + 4e- = 4OH-（吸氧腐蚀）

铁锈的生成：Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2↓

4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3

生成的Fe(OH)3，失水生成Fe2O3·xH2O就是铁锈 。

【讲述】吸氢我们可以通过试验来验证一下铁钉是否发生吸氧腐蚀，我们来看这个试验装置：ｐ８５

【试验现象和结论】水柱上升，说明发生了吸氧腐蚀。

【讲述】另外，我们还注意到，电化学腐蚀现象在生活中更为普遍而且腐蚀速率更快，所以金属的腐蚀以电化学腐蚀为主。

【板书】注：金属的腐蚀以电化学腐蚀同时发生，但以电化学腐蚀为主

【问题】钢铁被腐蚀后生成的铁锈可以起到保护金属的作用吗？

【引入】在我们生活中金属发生不同程度的腐蚀，其中以电化学腐蚀为主，但是我们也发现，在电化学腐蚀的过程中，条件不同腐蚀速率也是不同的，下面我们就这一问题来进行研究。

下面请同学们利用现有的试验用品来设计实验，探究影响电化学腐蚀速率的影响因素：

（铁钉、煮沸过的水（除O2）、NaCl溶液、CH3COOH溶液、试管，也可选用其它试验用品）

注意在设计实验的时候已图示的形式表示在学案相应的位置（时间5分钟）

【学生设计试验】1、空气+水+铁钉

2、铁钉+NaCl溶液+空气

3、铁钉+CH3COOH溶液+空气

【试验现象】CH3COOH溶液中的铁钉腐蚀程度最快，依次是在NaCl溶液中、在水中。

【结论】1、在较强电解质溶液中腐蚀速率更快

【板书】五、影响金属电化学腐蚀速率的影响因素

1、在较强电解质溶液中腐蚀速率更快

【引入】把钢铁换成其他更活泼的金属合金，腐蚀速率会加快。

【板书】2、金属性质越活泼，腐蚀速率越快

【课堂小结】

这节课我们通过试验探究了金属腐蚀的本质、条件、原因和影响腐蚀速率的因素，其中需要注意的是，金属的腐蚀有化学腐蚀和电化学腐蚀两种，但是以电化学腐蚀为主，电化学腐蚀又包括吸氢腐蚀和吸氧腐蚀两种。

【随堂练习】

1、自20世纪以来，金属遭受腐蚀的现象较过去百年更加严重，其主要原因？

答：酸雨形成的地域范围更广了、空气中CO2含量增多、降雨量增多。

2. 1910年遗留在南极的食品罐头盒，其表面至今很少有铁锈出现。

答：是由于南极的温度常年在0℃以下，说明在较高温度下，腐蚀更易进行。

3.用于连接铜板的铁螺丝容易生锈。

答：是由于铁与铜及空气中的水蒸汽构成了原电池，铁作原电池的负极，因此铁易被腐蚀而生锈。

4.相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更容易被腐蚀。

答：因为海水中含有较多的氯化钠等盐类，导电能力比内河的水更强，而在电解质溶液中，电化学腐蚀更容易进行。

5.当化工厂排出的废气为酸性气体时,工厂附近的铁制品容易生锈。

答：说明铁制品在酸性条件下比在中性条件下更容易被腐蚀。

6、如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：

（1）若液面上升，则溶液呈中性或碱性性，发生吸氧腐蚀,电极反应式为：负极：  Fe–2e-＝Fe2+       ,

正极：O2+2H2O+4e-＝4OH－

（2）若液面下降，则溶液呈酸性性，发生析氢腐蚀，电极反应式为：负极：Fe–2e-＝Fe2+正极：2H++2e-＝H2↑

【板书设计】第二节  金属的腐蚀

一、金属腐蚀：金属（或合金）跟周围接触到的气体（或液体）反应而腐蚀损耗的过程。

金属腐蚀的本质：金属原子失电子而被氧化

M – ne == Mn+

二、金属腐蚀的危害

三、金属腐蚀的条件：

１、潮湿的空气

２、接触腐蚀性物质

３、温度

四、金属腐蚀的原因：

1、化学腐蚀：金属直接与接触到的物质直接发生化学反应，这样引起的腐蚀为~

2、电化学腐蚀：不纯的金属（或合金）与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀成为电化学腐蚀。

负极(Fe)： Fe - 2e- = Fe2+

正极 (C)：　　2H＋＋2e-＝H2↑（析氢腐蚀）

2H2O + O2 + 4e- = 4OH-（吸氧腐蚀）

总方程式：（析氢腐蚀）Fe＋2H＋＝H2↑＋Fe2+

　　　　（吸氧腐蚀）Fe＋2H2O + O2＝Fe(OH)2

Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2↓       

4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3                      铁锈的生成

Fe2O3·xH2O就是铁锈 。

注：铁锈疏松，会加剧内部钢铁的腐蚀

3、相互关系：往往同时发生，但电化腐蚀要比化学腐蚀普遍得多。

五、电化学腐蚀速率的影响因素：

1、在较强电解质溶液中腐蚀速率更快

2、金属性质越活泼，腐蚀速率越快