化学九年级下册（2024）金属的腐蚀教学设计

这是一份化学九年级下册（2024）金属的腐蚀教学设计，共10页。
新课导入
[情境导入] [多媒体展示] 钢铁生锈的图片。
[讲述] 自然界中的金属资源是有限的,金属锈蚀是自发的、普遍存在的现象。据估计,世界某些国家每年因金属锈蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值的3.5%~4.2%,超过每年各项大灾(火灾、风灾及地震等)损失的总和。有人甚至估计每年全世界因锈蚀报废和损耗的金属数以亿吨计!
金属制品的应用范围十分广泛,小到日常生活用品,大到建筑钢材。但在使用过程中,也会产生大量废旧金属,如果不进行回收利用,不仅对资源是严重的浪费,还会造成环境的污染。因此,废旧金属的回收和利用十分必要。
[资料导入]
资料一:据报道,现在世界上每年因锈蚀而报废的金属设备和材料的量高达当年金属产量的20%以上,其中最容易锈蚀的是产量最高的钢铁材料和设备。
资料二:矿物的储量有限,而且不能再生。根据已探明的一些矿物的储藏量,并根据目前这些金属的消耗速度,有人估计一些矿物可供开采的年限如图所示(不包括今后新探明的矿物储量、一些国家的金属储备量和金属的回收利用等)。
[议一议]
1.金属锈蚀会给我们带来哪些危害?
2.金属资源短缺对人类社会的发展意味着什么?
教学建言
[建言1] 钢铁生锈条件的探究
1.按图进行实验:取无锈的洁净铁钉,分别在不同条件下进行实验。提前安排一周,让学生每天观察出现的现象,通过分析每个实验的条件,得出实验结论。
2.类比拓展:铜生锈条件的探究实验
(1)铜在潮湿的环境中可生成铜锈——碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]。
(2)根据元素守恒推测铜生锈的影响因素——氧气、水、二氧化碳。
(3)控制变量设计探究实验如下:
[建言2] 探究铁生锈条件的实验改进
教学过程中主要探究有关铁生锈的条件,然后依照教材给学生演示实验,然而课堂中是无法立即观察到现象的,一般需要提前3~5天准备。为解决这一问题,可设计如下实验:
一、实验原理改进
铁生锈的过程发生了缓慢的氧化反应,需要铁和氧气、水同时接触才能生成铁锈。若增大铁与水、氧气的接触面积,提高氧气的体积分数,则能有效加快铁生锈的速率。
二、实验装置改进
三、实验操作及现象
1.准备好一套常温下制O2的装置(含试剂)。
2.将一根细铁丝打磨后平均分成三段,均绕成螺旋状。
3.在U形管底部加适量碱石灰,在碱石灰上铺一些玻璃棉,将两段绕成螺旋状的细铁丝放入U形管的两端(其中一段细铁丝用水润湿),塞紧胶塞,第三段铁丝放入盛有蒸馏水的试管中,铁丝完全没入水中。
4.将制O2的发生装置和盛有用水润湿的铁丝的U形管一端连接,打开分液漏斗及止水夹,反应开始。一段时间后用水润湿的铁丝逐渐失去光泽并不断出现红棕色锈斑,没有用水润湿的铁丝没有明显变化,全浸在水中的铁丝也没有明显变化。
四、实验优点
1.实验耗时短,现象明显。
2.探究效果好,有利于学生真正理解铁生锈的条件。
3.根据该反应中加快氧化反应的措施,启发学生进一步思考与创新。
[建言3] 防止金属生锈的措施
根据自行车部件的防锈措施总结出常见的防锈方法。
情境素材建议
[新课标情境素材建议1]
废旧金属的分类回收和再利用
现如今,金属制品的应用范围十分广泛,小到日常生活用品,大到建筑钢材。但在使用过程中,会产生大量废旧金属。有人曾做过这样的估算:回收1 t废钢铁可炼得好钢0.9 t,相当于节约矿石3 t,可节约成本47%,同时还可减少空气污染、水污染和固体废弃物污染。可见,废旧金属的回收再利用不仅能够缓解资源需求,对环境起到保护作用,还有着巨大的经济效益。
那么你知道废旧金属的回收处理方式是怎么样的吗?废旧金属主要通过火法富集、湿法溶解、微生物吸附等工艺实现资源回收利用。废旧金属还可经过加工,成为金属雕塑、工艺品等,实现更高的美学价值。
考查点:
(1)将废旧金属加工成雕塑或工艺品时,主要发生的是物理变化还是化学变化?
(2)废旧金属(如易拉罐、废铁丝)在垃圾分类中属于 。
A.有害垃圾 B.厨余垃圾 C.可回收物 D.其他垃圾
(3)回收废旧金属有什么重要意义?(至少答出一点)
(4)废旧电池和废旧金属都属于“废旧物品”,为什么前者属于有害垃圾,而后者属于可回收物?
[答案] (1)物理变化。 (2)C
(3)节约金属资源,缓解资源要求;减少环境污染;降低能源消耗(合理即可)。
(4)废旧电池含汞、镉等有毒物质,随意丢弃会污染环境,需特殊处理;废旧金属化学性质稳定,可通过冶炼重新制成金属制品,属于可再生资源。
[新课标情境素材建议2]
取暖贴说明书
如图为某品牌一次性取暖贴的说明书部分内容。
取暖贴发明于20世纪70年代,其反应原理是利用原电池加快氧化反应,将化学能转变为热能,原料层含铁粉、蛭石等无毒物质,由原料层、明胶层和无纺布袋组成。使用时去掉外袋,氧气通过透气膜进入,铁粉与氧气、水反应放热,透氧速率控制放热时间和温度,蛭石用于保温。如图为两种取暖贴使用过程中的温度变化曲线。取暖贴使用时需注意不能直接接触皮肤、睡觉时禁用、避免同一位置长时间使用并留意皮肤状况。
考查点:
(1)任意写出取暖贴中三种成分的化学式。
(2)取暖贴的原料层中蛭石的作用是什么?
(3)取暖贴发热原理是物理变化还是化学变化?
(4)取暖贴的原料层中,发热的主要物质是什么?
(5)写出取暖贴发热过程涉及的铁粉与氧气、水反应生成氢氧化亚铁的化学方程式。
(6)判断下列关于取暖贴的说法是否正确(正确的打“√”,错误的打“×”)。
①使用取暖贴不能直接接触皮肤( )
②根据图像判断可知,A取暖贴的保温效果好于B( )
③取暖贴在使用前必须密封保存( )
(7)请对取暖贴剩余物的处理提出一条合理化建议。
[答案] (1)NaCl、Fe、C等。(任写三种即可)
(2)保温。
(3)化学变化。
(4)Fe。
(5)2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2。
(6)①√ ②√ ③√
(7)回收利用(合理即可)。
视频资源
[视频] 铁制品锈蚀的条件
板书设计
课后习题变式
1.[1题变式:从大单元整合角度] 用如图所示实验研究铁的化学性质。
(1)A中铁丝燃烧的现象是剧烈燃烧,放热,火星四射, 。
(2)B中发生反应的化学方程式为 。
(3)C实验可验证铁的金属活动性比铜强,则a为 。
(4)D实验的现象是①中铁钉生锈,②中铁钉未生锈,说明铁钉生锈与 有关。
[答案] (1)生成黑色固体 (2)Fe+2HClFeCl2+H2↑ (3)CuSO4(或CuCl2等,合理即可)
(4)水
2.[1题变式:从大单元整合角度] 用如图所示实验探究铁生锈和铁燃烧的条件。下列说法正确的是( )
A.对比①②可探究接触氧气是不是铁生锈的条件之一
B.对比②③可探究接触水是不是铁生锈的条件之一
C.对比①④可探究温度达到着火点是不是铁燃烧的条件之一
D.对比③④可探究接触氧气是不是铁燃烧的条件之一
[答案] C
3.[2题变式:从资源利用角度] 废旧手机的某些部件中含有Mg、Al、Cu、Ag等金属,将旧手机的部件粉碎并浸入足量稀硫酸中,充分反应后过滤,滤液中一定含有的溶质是( )
A.硫酸镁、硫酸铝 B.硫酸铜、硫酸银
C.硫酸铝、硫酸铜 D.硫酸镁、硫酸银
[答案] A
4.[3题变式:从创新情境角度] 下列各种情况中,埋在地下的铸铁管道腐蚀最慢的是( )
A.在潮湿、疏松、透气的土壤中 B.在潮湿、致密、不透气的土壤中
C.在干燥、致密、不透气的壤中 D.在沿海潮湿的土壤中
[答案] C
5.[3题变式:从数字化实验角度] 实验探究铁锈蚀影响因素,记录如下(炭粉不与盐酸反应)。
(1)实验①证明在干燥的空气中铁不锈蚀,则x= 。
(2)下列说法正确的是 (填字母)。
A.实验②③中O2含量减少表明铁已锈蚀
B.实验①②证明水对铁锈蚀有影响
C.实验②③证明食盐能加快铁锈蚀
D.实验①②③证明炭粉对铁锈蚀有影响
(3)取出少量实验②后集气瓶中的固体于试管中,加入足量稀盐酸,观察到有气泡产生,该现象证明取出的固体中一定含有 。
[答案] (1)21 (2)ABC (3)铁
6.[4题变式:从实际应用角度] 常见的金属防锈方法有:①在表面喷漆;②在表面涂油;③在表面镀一层其他耐腐蚀金属;④在表面覆盖搪瓷;⑤改变金属的组成和结构。请填写下列常见金属制品通常采用的防锈方法(填序号)。
(1)门把手 。 (2)机器上的齿轮 。 (3)汽车车身 。
(4)铁盆 。(5)不锈钢医疗器械 。
[答案] (1)③ (2)② (3)① (4)④ (5)⑤
7.[5题变式:从生活应用情境角度] 小王家有一些废旧的铁锅、易拉罐,社区正在开展环保活动。为了保护金属资源,小王可以采取的做法有 (填字母)。
A.把废旧铁锅和易拉罐直接扔到普通垃圾桶
B.将废旧铁锅和易拉罐送到社区指定的回收点
C.废旧铁锅可以钻孔后作为花盆,易拉罐打磨后可以作笔筒
D.建议家人以后购买金属制品时,选择质量好、耐用的产品
[答案] BCD
8.[6题变式:从主题情境角度] 解释分析下列现象。
(1)铜器生锈:在潮湿环境中,铜器表面会慢慢生成绿色的铜锈,铜锈的主要成分是碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]。试分析铜生锈可能与空气中的 有关。
(2)不锈钢耐腐蚀:不锈钢常用于制造医疗器械、餐具等,具有良好的耐腐蚀性。与普通铁制品相比,不锈钢的成分中加入了铬、镍等元素。结合金属防锈的原理,推测不锈钢耐腐蚀的原因是 。
(3)不同环境中铁钉的锈蚀:将相同的铁钉分别放在①干燥的密封瓶中、②装满水的密封瓶中(铁钉完全浸没)、③装有少量水且敞口的烧杯中,一段时间后观察铁钉生锈情况。结合实验现象分析,若要防止铁钉生锈,可采取的措施是
。
[答案] (1)氧气、水和二氧化碳
(2)不锈钢中加入铬、镍等元素后,改变了铁的内部结构
(3)将铁制品放在干燥的环境中,或在铁制品表面涂油、刷漆、镀一层耐腐蚀的金属等,以隔绝氧气和水,防止铁生锈
9.[7题变式:从实验装置变形角度] 用如图所示实验研究金属的性质。一段时间后,甲中观察到的现象是 ,出现上述现象的原因是
。乙中观察到的现象是 。
[答案] 铁丝生锈,试管中液面上升 铁生锈消耗氧气,装置内气体减少,压强变小,液面上升 与水面接触处铁丝锈蚀最严重,软塑料瓶会变瘪
教材参考答案
[教材P22~24学生实验探究参考答案]
提出问题: 铁锈蚀的原因有氧气和水
形成假设: 1.氧气 铁在空气中容易氧化 2.水
设计并实施实验,获取证据:
分析解释现象:1.水和氧气
2.铁主要和水、氧气反应,生成铁锈,其主要成分为氧化铁
反思评价:湿度越大,铁锈蚀越严重。
可以保持铁制品干燥来防止生锈;或者使铁与氧气和水分隔绝来防止生锈。
[教材习题参考答案]
1.B 2.B 3.D
4.Fe2O3(或Fe2O3·xH2O) 涂油 刷油漆 外加保护层隔绝空气和水 有的不锈钢是改变了金属结构防止金属锈蚀
5.acdg
6.(1)铁在水和空气共同作用下生成了氧化铁(Fe2O3),该物质呈红褐色。
(2)因为化学实验室的铁架台经常接触酸、碱、盐溶液,所以特别容易生锈。
(3)南方沿海地区气候潮湿,空气中的水分多,而北方空气中干燥少水,所以南方沿海地区的铁制品比北方的易锈蚀。
(4)铝比铁活泼,铝的外表一经暴露,很快就会生成一层致密的氧化膜(Al2O3),这层膜包在铝制品的表面,能防止铝进一步被氧化。而铁一旦生锈,铁锈疏松,疏松状的铁锈又容易吸收水分和空气,使里面的铁腐蚀得更快。
7.铁钉露出水面处更易生锈,显红褐色,U形管中红墨水液面不相平,a管液面高过b管液面 试管内部分氧气和水与铁发生锈蚀反应,导致管内气压减小实验编号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
实验
步骤
将铁钉放在用水浸湿的一团棉花球上
将铁钉浸入迅速冷却的沸水内,塞紧胶塞
试管内放干燥剂,在一团干棉花团上放铁钉,塞紧胶塞
实验
图示
观
察
、
记
录
片刻后
无明显现象
无明显现象
无明显现象
一天后
无明显现象
无明显现象
无明显现象
三天后
铁钉表面有铁锈产生
无明显现象
无明显现象
一周后
铁钉表面生锈严重
无明显现象
无明显现象
实验条件
分析
与氧气、水接触
只与水接触
只与氧气接触
实验
结论
铁在干燥的空气中和有水无氧气的环境中不易生锈,在与水、氧气同时接触时易生锈;铁生锈是铁与氧气和水共同作用的结果
实验装置
序号
其他试剂
200 s时O2的含量
①
干燥剂
x%
②
10滴水
15%
③
10滴水和1.0 g食盐
8%
项目
I
Ⅱ
Ⅲ
实验设计
实验条件
只存在氧气
实验步骤
将铁钉放在用水浸湿的一团棉花团上,塞紧胶塞
实验图示
观察、记录
片刻后
无明显现象
无明显现象
无明显现象
一天后
无明显现象
无明显现象
无明显现象
三天后
铁钉表面有铁锈产生
无明显现象
无明显现象
一周后
铁钉表面生锈严重
无明显现象
无明显现象