4.4 金属的电化学腐蚀与防护 第1课时（教学设计）化学沪科版选择性必修1

该高中化学教学设计聚焦金属的电化学腐蚀核心知识，通过展示桥梁、轮船等金属锈蚀图片及视频，结合年经济损失数据与“世界腐蚀日”背景导入课题，搭建从生活现象到化学本质的学习支架，衔接氧化还原反应、原电池原理等前备知识。 资料特色在于融合科学探究与实践、科学思维、科学态度与责任素养，通过实验模拟钢铁在稀硫酸（析氢）和食盐水（吸氧）中的腐蚀过程，对比化学与电化学腐蚀差异，结合训练题建构腐蚀速率规律模型，激发学生探究兴趣，帮助教师突破电极反应书写难点，提升教学效率。

4.4 金属的电化学腐蚀与防护 课时1 金属的电化学腐蚀 一、知识目标 1.理解金属腐蚀的本质及其原因，掌握金属腐蚀的主要类型（化学腐蚀和电化学腐蚀）。 2.掌握吸氧腐蚀和析氢腐蚀的原理，能够正确书写相关电极反应式和总反应式。 3.了解金属腐蚀的危害，掌握影响金属腐蚀速率的因素以及判断金属腐蚀快慢的规律。 二、素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识金属腐蚀的现象和危害，从微观角度理解金属腐蚀的本质和电化学腐蚀的原理。 2.证据推理与模型认知：通过实验探究和实例分析，建立金属腐蚀的模型，推理影响金属腐蚀速率的因素和判断腐蚀快慢的规律。 3.科学态度与社会责任：认识到金属腐蚀对社会经济的影响，增强对金属腐蚀防护的意识和责任感。 一、教学重点 金属腐蚀的本质、电化学腐蚀的原理（析氢腐蚀和吸氧腐蚀）、金属腐蚀速率的影响因素及判断腐蚀快慢的规律。 二、教学难点 析氢腐蚀和吸氧腐蚀的原理及电极反应式的书写、判断金属腐蚀快慢规律的应用。 本节教学内容出自沪教版2020选择性必修1第四章《化学反应与电能》第三节《金属的腐蚀与防护》课时1《金属的电化学腐蚀》。金属的腐蚀与防护是化学知识在实际生活中的重要应用，它紧密联系生产生活实际，对于培养学生运用化学知识解决实际问题的能力具有重要意义。 教材首先通过展示铁、铝、铜等金属生锈的现象，引导学生思考金属腐蚀的本质，即金属原子失去电子被氧化的过程。接着详细介绍了金属腐蚀的两种主要类型——化学腐蚀和电化学腐蚀，并通过实验探究的方式，让学生直观地了解电化学腐蚀的过程，包括析氢腐蚀和吸氧腐蚀的原理及电极反应式。最后，教材探讨了金属腐蚀的速率快慢与哪些因素有关以及判断金属腐蚀快慢的规律。这种编排方式符合学生的认知规律，从现象到本质，从理论到实践，逐步引导学生深入理解金属的电化学腐蚀。 教学对象是高二阶段的学生，他们已经具备了一定的化学基础知识，如氧化还原反应、原电池原理等，这为学习金属的电化学腐蚀奠定了理论基础。然而，他们对于金属腐蚀这一现象的认识还停留在表面，缺乏深入的理解和系统的认识。 在思维能力方面，初高中学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们需要通过具体的实验和实例来理解抽象的化学概念和原理。因此，在教学过程中，应注重通过实验探究和实际案例分析，帮助学生将抽象的知识具体化，提高他们的学习兴趣和学习效果。 此外，学生在学习过程中可能会遇到一些困难，例如对析氢腐蚀和吸氧腐蚀的原理理解不够深入，对金属腐蚀速率快慢的影响因素分析不准确等。针对这些问题，教师应加强引导和指导，通过对比、归纳等方法，帮助学生理清思路，掌握重点，突破难点。同时，要鼓励学生积极参与课堂讨论和实验探究，培养他们的自主学习能力和创新思维能力。 教学环节一 课堂导入 【展示图片和视频】同学们，老师先给大家展示一些图片和视频。这里有一座年久失修的桥梁，它的金属构架部分已经锈迹斑斑，看起来摇摇欲坠；还有一艘废弃的轮船，船体被腐蚀得千疮百孔；另外，一些机器设备、仪器仪表因为金属腐蚀，精度和灵敏度大大降低，甚至已经报废。（播放相关图片和视频，让学生直观感受金属腐蚀的严重后果） 【提出问题】大家看到这些触目惊心的场景，能感受到金属腐蚀给我们带来的巨大损失。那你们有没有想过，金属为什么会发生腐蚀呢？金属锈蚀的原因是什么呢？面对这样的情况，我们又应该采取怎样的防护措施呢？ 【分享数据】其实，每年由于金属腐蚀造成的经济损失是非常惊人的。据统计，每年因腐蚀引起的经济损失在各国的 GDP 中平均超过 3%。2009 年经过 WCO 各成员的讨论并一致通过了在世界范围内确立每年的 4 月 24 日作为“世界腐蚀日”，其宗旨就是唤醒政府、工业界以及我们每个人认识到腐蚀的存在。 【引出课题】金属腐蚀是一个不容忽视的问题，它与我们的生活和生产息息相关。今天，就让我们一起走进“金属的电化学腐蚀”，去探究其中的奥秘。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：通过展示金属腐蚀的图片和视频，让学生直观地看到金属腐蚀带来的严重危害，这种视觉上的冲击能够迅速吸引学生的注意力，激发他们对金属腐蚀原因和防护措施的好奇心和探究欲望，提高学生的课堂参与度。 2.联系实际生活：结合实际生活中的桥梁、轮船、机器设备等例子，让学生感受到金属腐蚀在生活和生产中的普遍性，使抽象的化学知识变得具体而贴近生活，让学生认识到化学知识的实用性，增强学生学习化学的动力。 3.引发思考，导入新课：提出关于金属腐蚀原因和防护措施的问题，以及分享金属腐蚀造成的经济损失和“世界腐蚀日”的信息，引发学生的思考，自然地引出本节课的主题——金属的电化学腐蚀，让学生明确学习目标，带着问题去探索新知识，提高学习的主动性和积极性。 教学任务一 金属腐蚀的本质及其原因 活动一 引入金属腐蚀的概念 【情景引入】同学们，金属材料在人类社会发展中发挥着重要的作用，但在使用过程中若保护不当，会出现生锈腐蚀的现象，给人类带来了巨大的损失。比如桥梁、建筑物的金属构架可能因腐蚀强度降低而造成坍塌，机器设备、仪器、仪表也会因腐蚀精度和灵敏度降低直至报废。那大家知道金属锈蚀的原因是什么吗？对此应采取怎样的防护措施呢？这就是我们今天要探讨的内容。 【设计意图】通过展示金属腐蚀带来的危害实例，引发学生的好奇心和求知欲，自然地引入本节课的主题——金属的腐蚀与防护。 【师生活动】 教师：提出问题“金属锈蚀的原因是什么？应采取怎样的防护措施？”引导学生思考。 学生：积极思考问题，尝试发表自己的看法。 教师：对学生的回答进行点评和总结，引出金属腐蚀的定义：金属与周围环境中的物质发生氧化还原反应而产生损耗的现象。 【对应训练1】下列关于金属腐蚀的说法正确的是（ ） A. 金属腐蚀就是金属与氧气发生化学反应 B. 金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化 C. 金属腐蚀只有化学腐蚀一种类型 D. 金属腐蚀对人类没有任何好处 【答案】B 【解析】金属腐蚀是金属与周围环境中的物质发生氧化还原反应，不只是与氧气反应，A选项错误；金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化，B选项正确；金属腐蚀包括化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型，C选项错误；金属腐蚀会给人类带来损失，但在某些情况下也有一定的应用，如牺牲阳极的阴极保护法，D选项错误。 【对应训练2】金属腐蚀的现象有很多，下列不属于金属腐蚀现象的是（ ） A. 铁生锈 B. 铜表面生成铜绿 C. 铝表面形成氧化铝薄膜 D. 金属被拉伸变形 【答案】D 【解析】铁生锈、铜表面生成铜绿、铝表面形成氧化铝薄膜都是金属与周围物质发生氧化还原反应而被腐蚀的现象，而金属被拉伸变形是物理变化，不属于金属腐蚀现象，D选项符合题意。 活动二 探究金属腐蚀的本质 【情景引入】我们来看一些常见的金属腐蚀现象，如铁生锈变成，铝生锈生成，铜生锈变成。从这些变化中，大家思考一下金属腐蚀的实质是什么呢？ 【设计意图】通过具体的金属腐蚀实例，引导学生从现象深入到本质，培养学生的分析和归纳能力。 【师生活动】 教师：展示铁、铝、铜生锈的图片和对应的化学变化，提出问题“金属腐蚀的实质是什么？” 学生：观察图片和化学变化，思考并回答问题。 教师：引导学生分析金属从游离态变为化合态的过程，得出金属腐蚀的实质是金属原子失去电子，被氧化，用方程式表示为。 【对应训练3】在金属腐蚀过程中，金属原子发生的变化是（ ） A. 得到电子被氧化 B. 失去电子被氧化 C. 得到电子被还原 D. 失去电子被还原 【答案】B 【解析】金属腐蚀的实质是金属原子失去电子，化合价升高，被氧化，B选项正确。 活动三 区分化学腐蚀和电化学腐蚀 【情景引入】由于与金属接触的气体或液体不同，发生腐蚀的情况也不同。金属腐蚀主要分为化学腐蚀和电化学腐蚀。那它们分别是怎样定义的呢？有什么区别呢？我们通过一些实例来了解一下。 【设计意图】通过对比化学腐蚀和电化学腐蚀的定义和实例，让学生清晰地掌握两种腐蚀类型的特点，培养学生的对比分析能力。 【师生活动】 教师：给出化学腐蚀的定义：金属与其他物质直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀。并举例铁与氯气直接反应而腐蚀、输油输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀、高温条件下被腐蚀的燃气灶等。强调化学腐蚀无电流产生。 学生：认真听讲，理解化学腐蚀的定义和特点。 教师：给出电化学腐蚀的定义：指不纯的金属或合金与电解质溶液接触，发生原电池反应，使比较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。 学生：思考电化学腐蚀的过程是如何发生的。 教师：通过实验探究来模拟钢铁腐蚀。先进行实验一，将铁棒放入稀硫酸中，让学生观察实验现象，并写出化学方程式。 学生：观察实验现象，记录铁片表面出现大量气泡，并写出化学方程式。 教师：接着进行实验二，将铁棒和碳棒接触并同时放入稀硫酸中，让学生观察实验现象。 学生：观察到碳棒表面出现大量气泡，反应速率更快，铁片腐蚀更严重。 教师：解释这就是析氢腐蚀，写出负极反应式，正极反应式，总反应式。强调只有位于金属活动性顺序中氢前的金属才可能发生析氢腐蚀，氢后的金属不能发生。 学生：理解析氢腐蚀的原理和电极反应式。 教师：进一步讲解如果钢铁表面水膜的酸性很弱或显中性时，会发生吸氧腐蚀，写出负极反应式，正极反应式，总反应式，并说明后续会进一步被氧化为，失去部分水生成。 学生：理解吸氧腐蚀的原理和电极反应式。 教师：总结电化学腐蚀与化学腐蚀的本质都是金属失去电子而被氧化的过程，一般情况下两者会同时发生，但电化学腐蚀伴随着原电池电流产生，腐蚀速度更快，比化学腐蚀更普遍。并对比析氢腐蚀和吸氧腐蚀的条件：水膜酸性较强时发生析氢腐蚀，氧化性；水膜酸性较弱或呈中性时发生吸氧腐蚀，氧化性。 学生：理解两种腐蚀类型的区别和联系。 【对应训练4】下列关于化学腐蚀和电化学腐蚀的说法正确的是（ ） A. 化学腐蚀比电化学腐蚀更普遍 B. 化学腐蚀无电流产生，电化学腐蚀有电流产生 C. 化学腐蚀的速率比电化学腐蚀快 D. 化学腐蚀和电化学腐蚀的本质不同 【答案】B 【解析】一般情况下电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，A选项错误；化学腐蚀是金属与其他物质直接发生氧化还原反应，无电流产生，电化学腐蚀是发生原电池反应，有电流产生，B选项正确；电化学腐蚀的速率比化学腐蚀快，C选项错误；化学腐蚀和电化学腐蚀的本质都是金属失去电子被氧化，D选项错误。 【对应训练5】钢铁在潮湿的空气中发生的主要腐蚀类型是（ ） A. 化学腐蚀 B. 析氢腐蚀 C. 吸氧腐蚀 D. 无法确定 【答案】C 【解析】钢铁在潮湿的空气中，表面形成的水膜酸性很弱或显中性，主要发生吸氧腐蚀，C选项正确。 教学任务二 金属腐蚀的主要类型及速率快慢 活动一 探究影响金属腐蚀速率的因素 【情景引入】我们知道相对干燥的地区，水分少，金属不易腐蚀，而潮湿多雨的地区，温度高，易发生电化学腐蚀。那金属腐蚀快慢与哪些因素有关呢？ 【设计意图】通过生活中的实际现象，引导学生思考影响金属腐蚀速率的因素，培养学生从生活中发现化学问题的能力。 【师生活动】 教师：提出问题“金属腐蚀快慢与哪些因素有关？”引导学生思考。 学生：积极思考，尝试从不同角度回答问题。 教师：总结影响金属腐蚀速率的因素：金属越活泼，越易被腐蚀（本性）；环境温度越高，腐蚀速率越快（温度）；氧化剂浓度越大，腐蚀速率越快（浓度）。 学生：理解并记录这些影响因素。 【对应训练6】下列因素中，不会影响金属腐蚀速率的是（ ） A. 金属的活动性 B. 环境的温度 C. 金属的颜色 D. 氧化剂的浓度 【答案】C 【解析】金属的活动性、环境的温度、氧化剂的浓度都会影响金属腐蚀的速率，而金属的颜色与金属腐蚀速率无关，C选项符合题意。 活动二 掌握判断金属腐蚀快慢的规律 【情景引入】在实际情况中，我们如何判断金属腐蚀的快慢呢？这就需要掌握一些判断规律。 【设计意图】让学生学会运用规律判断金属腐蚀的快慢，提高学生解决实际问题的能力。 【师生活动】 教师：讲解判断金属腐蚀快慢的规律： 1.与构成原电池两极的材料有关（两极材料的活动性差别越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属被腐蚀的速度越快）。 2.同一电解质溶液中（电解池的阳极 >原电池的负极 >化学腐蚀 >原电池的正极 >电解池的阴极）。 3.同一种金属在相同浓度不同介质中（强电解质中>弱电解质中>非电解质中）。 4.有无保护措施的腐蚀快慢顺序（无保护措施的金属腐蚀>有一定保护措施的金属腐蚀>牺牲阳极的阴极保护法引起的金属腐蚀>有外加电流的阴极保护法引起的金属腐蚀）。 5.同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快。 学生：认真听讲，理解并记录这些规律。 教师：给出典型范例 【例1】“下列各情况下，其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是________________________”，引导学生运用所学规律进行分析。 学生：分析题目，得出答案（5）（2）（1）（3）（4）。 【对应训练7】相同材质的铁在下列四种情况下，腐蚀最快的是（ ） A. 放在干燥的空气中 B. 放在潮湿的空气中 C. 部分浸入食盐水中 D. 浸没在植物油中 【答案】C 【解析】铁在干燥的空气中不易腐蚀，A选项错误；在潮湿的空气中会发生电化学腐蚀，但食盐水中电解质浓度大，腐蚀速率更快，B选项错误，C选项正确；浸没在植物油中，隔绝了空气和水，不易腐蚀，D选项错误。 【对应训练8】下列关于金属腐蚀快慢的说法正确的是（ ） A. 化学腐蚀一定比电化学腐蚀快 B. 原电池的负极比正极腐蚀慢 C. 电解池的阳极比阴极腐蚀快 D. 有外加电流的阴极保护法引起的金属腐蚀比牺牲阳极的阴极保护法快 【答案】C 【解析】一般情况下电化学腐蚀比化学腐蚀快，A选项错误；原电池的负极发生氧化反应，比正极腐蚀快，B选项错误；电解池的阳极发生氧化反应，比阴极腐蚀快，C选项正确；有外加电流的阴极保护法引起的金属腐蚀比牺牲阳极的阴极保护法慢，D选项错误。 4.4 金属的电化学腐蚀与防护 课时1 金属的电化学腐蚀 一、金属腐蚀的本质及其原因 1.现象 o铁生锈：Fe₂O₃·xH₂O o铝生锈：Al₂O₃ o铜生锈：Cu₂(OH)₂CO₃ 2.实质：金属原子失去电子，被氧化（M - ne⁻ = Mⁿ⁺） 3.危害 o桥梁、建筑物金属构架坍塌 o机器设备、仪器报废 o地下管道泄漏、轮船船体损坏 4.类型 o化学腐蚀 定义：金属与其他物质直接反应 举例：铁与氯气、钢管被含硫化合物腐蚀 特点：无电流产生 o电化学腐蚀 定义：形成原电池，活泼金属失电子 析氢腐蚀 条件：水膜酸性强 电极反应：负极Fe - 2e⁻ = Fe²⁺，正极2H⁺＋2e⁻ = H₂↑ 吸氧腐蚀 条件：水膜酸性弱或中性 电极反应：负极Fe - 2e⁻ = Fe²⁺，正极O₂＋4e⁻＋2H₂O = 4OH⁻ 二、金属腐蚀的主要类型及速率快慢 1.影响因素 o金属本性：越活泼越易腐蚀 o温度：温度越高，腐蚀越快 o氧化剂浓度：浓度越大，腐蚀越快 2.判断规律 o与原电池两极材料有关 o不同条件下腐蚀快慢顺序 电解池阳极＞原电池负极＞化学腐蚀＞原电池正极＞电解池阴极 强电解质中＞弱电解质中＞非电解质中 无保护措施＞有一定保护措施＞牺牲阳极的阴极保护法＞有外加电流的阴极保护法 1.下列关于金属腐蚀的说法正确的是() A．金属在潮湿空气中腐蚀的实质是：M＋nH₂O = M(OH)ₙ＋n/2H₂↑ B．金属的化学腐蚀的实质是：M－ne⁻ = Mⁿ⁺，电子直接转移给氧化剂 C．金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行 D．在潮湿的环境中，金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀 【答案】B 【解析】A选项，金属在潮湿空气中的腐蚀主要是电化学腐蚀，不一定发生M＋nH₂O = M(OH)ₙ＋n/2H₂↑反应，A错误；B选项，金属的化学腐蚀是金属直接与氧化剂反应，实质是M－ne⁻ = Mⁿ⁺，电子直接转移给氧化剂，B正确；C选项，金属的化学腐蚀不一定在酸性条件下进行，如铁在氯气中腐蚀，C错误；D选项，在潮湿环境中，若水膜酸性很弱或呈中性，发生吸氧腐蚀，不一定是析氢腐蚀，D错误。 2.如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是() A．生铁块中的碳是原电池的正极 B．红墨水水柱两边的液面变为左低右高 C．两试管中相同的电极反应式是Fe－2e⁻ = Fe²⁺ D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀 【答案】B 【解析】A选项，生铁块中Fe和C形成原电池，Fe较活泼作负极，C作正极，A正确；B选项，a试管中发生吸氧腐蚀，消耗氧气，压强减小，b试管中发生析氢腐蚀，产生氢气，压强增大，所以红墨水水柱两边的液面变为左高右低，B错误；C选项，两试管中都是Fe作负极，电极反应式为Fe－2e⁻ = Fe²⁺，C正确；D选项，a试管中食盐水呈中性，发生吸氧腐蚀，b试管中氯化铵溶液呈酸性，发生析氢腐蚀，D正确。 3.铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是() A．正极反应式为2H⁺＋2e⁻ = H₂↑ B．此过程中还涉及反应4Fe(OH)₂＋2H₂O＋O₂ = 4Fe(OH)₃ C．此过程中Fe、Cu均被腐蚀 D．此过程中电流从Fe流向Cu 【答案】B 【解析】A选项，吸氧腐蚀正极反应式为O₂＋4e⁻＋2H₂O = 4OH⁻，A错误；B选项，负极铁失电子生成亚铁离子，与氢氧根离子结合生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁易被氧化为氢氧化铁，即4Fe(OH)₂＋2H₂O＋O₂ = 4Fe(OH)₃，B正确；C选项，该过程中Fe被腐蚀，Cu作正极不被腐蚀，C错误；D选项，电流从正极（Cu）流向负极（Fe），D错误。 4.相同材质的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是() 【答案】C 【解析】A选项，铁直接与空气和水接触，会发生电化学腐蚀；B选项，铁与铜形成原电池，铁作负极，加快铁的腐蚀；C选项，铁与锌形成原电池，锌作负极，铁作正极被保护，不易被腐蚀；D选项，铁作阳极，发生氧化反应，被腐蚀。所以最不易被腐蚀的是C。 5.宝鸡被誉为“青铜器之乡”，出土了大盂鼎、毛公鼎、散氏盘等五万余件青铜器。研究青铜器(含Cu、Sn等)在潮湿环境中发生的腐蚀对于文物保护和修复有重要意义。下图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图，下列说法不正确的是() A．青铜器发生电化学腐蚀，图中c作负极 B．潮湿环境中Cl⁻浓度大时有利于多孔粉状锈的生成 C．若生成0.2molCu₂(OH)₃Cl，则消耗的O₂体积为4.48L D．环境中的Cl⁻与正、负两极反应的产物作用生成a的离子方程式为2Cu²⁺＋3OH⁻＋Cl⁻ = Cu₂(OH)₃Cl↓ 【答案】C 【解析】A选项，根据电化学腐蚀原理，较活泼金属作负极，所以图中c作负极，A正确；B选项，潮湿环境中Cl⁻浓度大时，会促进反应进行，有利于多孔粉状锈的生成，B正确；C选项，未说明是否在标准状况下，无法计算消耗氧气的体积，C错误；D选项，根据示意图可知，环境中的Cl⁻与正、负两极反应的产物作用生成Cu₂(OH)₃Cl，离子方程式为2Cu²⁺＋3OH⁻＋Cl⁻ = Cu₂(OH)₃Cl↓，D正确。 在本次教学中，通过实验探究和实例分析，学生较好地理解了金属腐蚀的本质、类型及速率影响因素。实验环节激发了学生的学习兴趣，提高了他们的观察和分析能力。但在教学过程中，发现部分学生对吸氧腐蚀和析氢腐蚀的原理理解存在困难，后续应加强相关知识点的讲解和练习。此外，在讲解判断金属腐蚀快慢的规律时，可结合更多实例，让学生更好地掌握和应用这些规律。在今后的教学中，要更加关注学生的学习反馈，及时调整教学方法和策略，以提高教学效果。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $