高中化学鲁科版选修4 化学反应原理第3节 化学能转化为电能—电池教学设计

教学建议

一、重难点分析

重点:金属电化学腐蚀的原理及防护方法。

难点:电化学腐蚀。

二、教学方法

本节教学可采用讨论与讲授相结合的方法。

三、教学思路设计

1.本课时教学在整体设计上应以色彩鲜明的图像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,可以使学生通过感官刺激产生强烈的心理震撼,进而激发学生探讨金属腐蚀相关问题的欲望。

3.可与学生一道讨论以下问题:

(1)金属腐蚀的本质是什么?

(2)金属的电化学腐蚀与化学腐蚀有何不同?(从反应条件和反应原理上加以说明,并由此介绍金属电化学腐蚀的两种过程——析氢腐蚀和吸氧腐蚀。)

(3)为什么说金属的电化学腐蚀比化学腐蚀的危害程度更大?(电化学腐蚀现象更具有普遍性,并且电化学腐蚀更快。)

(4)自20世纪以来,金属遭受腐蚀的现象较过去数百年更为严重,其主要原因是什么?(可从酸雨形成的地区范围更广、降雨次数更为频繁等环境变化方面说明。)

4.关于金属防腐的思路和方法,可以在课堂上组织学生讨论:

(1)鉴于金属发生腐蚀的原因,可以从哪些方面设想解决问题的思路?(研究问题的方向)

①直接隔离。即可选用适当的材料使金属与空气或其他腐蚀性试剂隔离开,以阻止金属的腐蚀。

②因势利导。电化学腐蚀还是用电化学方法来解决,不回避金属与氧化剂的直接接触,采用还原性更强的物质或其他替代方式来满足氧化剂对电子的需求,从而保护主体金属构件免受腐蚀。

③改变本质。即改变金属的内部组成结构,使其具有较强的抗腐蚀性能。

(2)在生活和学习的过程中,你了解哪些防止金属腐蚀的具体方法?(学习解决问题的方法)

①给金属穿上“防护服”。具体方式有(以下内容只需借助图片作补充性的简略介绍):

涂漆——如在钢铁表面涂防锈油漆;

热镀——加热锌或锡等耐腐蚀性能较强的金属,使其均匀覆盖于钢铁表面;

电镀——在钢铁表面形成锌或铬等耐腐蚀性较强的金属镀层;

喷涂有机或无机涂层材料等。

②电化学防护法——即牺牲阳极保护法和外加电流的阴极保护法。这是本课时教学的重点内容之一。

③在钢铁中加入一定比例的铬和镍(如14%~18%Cr,7%~9%Ni),改变钢铁内部的组成和结构,可极大地提高钢铁抗腐蚀性能,这就是常见的“不锈钢”。

5.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。

参考资料

金属的腐蚀与防护

当金属和周围介质接触时,由于发生化学和电化学作用而引起的破坏叫做金属的腐蚀。从热力学观点看,除少数贵金属(如Au、Pt)外,各种金属都有转变成离子的趋势,就是说金属腐蚀是自发的普遍存在的现象。金属被腐蚀后,在外形、色泽以及机械性能方面都将发生变化,造成设备破坏、管道泄漏、产品污染,酿成燃烧或爆炸等恶性事故以及资源和能源的严重浪费,使国民经济受到巨大的损失。据估计,世界各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值的3.5%~4.2%,超过每年各项天灾(火灾、风灾及地震等)损失的总和。有人甚至估计每年全世界腐蚀报废和损耗的金属约为1亿吨!因此,研究腐蚀机理,采取防护措施,对经济建设有着十分重大的意义。

金属防腐蚀的方法很多,主要有改善金属的本质,把被保护金属与腐蚀介质隔开,或对金属进行表面处理,改善腐蚀环境以及电化学保护等。