4.3 金属的腐蚀与防护 教学设计-2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

该高中化学教学设计聚焦金属的腐蚀与防护核心知识，通过五菱汽车锈蚀对比图导入，追溯腐蚀本质与类型，设计防护方案，串联原电池、电解池原理，构建从原理到应用的知识支架。 以“护‘菱’行动”真实情境贯穿教学，落实科学态度与责任，通过吸氧腐蚀实验、电化学防护验证实验培养科学探究与实践，思维导图梳理知识提升科学思维。帮助学生建立宏观-微观联系，教师可借鉴情境化设计，提升教学效果。

《金属的腐蚀与防护》教学设计 一、课题：护“菱”行动：解码金属腐蚀与防护的秘密 二、第5学时 三、教学内容分析 本主题是人教版（2019版）选择性必修1第四章化学反应与电能的内容。本主题围绕电能与化学能的相互转化展开，具体包括五大核心模块：原电池工作原理、化学电源、电解工作原理、电解原理的应用、金属的腐蚀与防护。教材以电能与化学能转化为纽带，依托氧化还原反应原理，串联原电池与电解池的核心知识，同时结合常见化学电源、氯碱工业等实际应用，让学生感知化学在能源与制造业中的关键作用，提升学生社会责任核心素养。本人依据柳州五菱新能源产业报国大情境，以科技强国情怀激发兴趣，串联本主题五个课时的内容，分别从五菱汽车动起来（启动供电）——跑起来（行驶供电）——持续跑（充电补能）——电解应用（质造支撑）——汽车部件优化（美观耐用）依次对原电池、化学电源、电解池、电解应用、金属的腐蚀与防护进行探究学习，实现 知识系统化和应用场景化。基于氧化还原反应的电能与化学能转化支撑能源与材料发展的大概念核心思想，编排了本单元的教学安排，如下： 本节内容选自人教版高中化学选择性必修1第四章第三节《金属的腐蚀与防护》，是电化学知识的核心应用课。教材以金属腐蚀的危害→本质→类型→防护为逻辑主线，先通过铁索、铜像生锈的实例引出腐蚀现象，再从微观角度揭示金属腐蚀的本质，进而区分化学腐蚀与电化学腐蚀，重点剖析钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀，最后通过实验探究呈现金属防护的三类方法即改变金属材料的组成、在金属表面覆盖保护层和电化学保护。深化氧化还原反应、电化学原理的理解，培养宏观现象→微观本质→符号表达的化学思维，完善电化学知识网络。 教学中融合五菱汽车腐蚀案例情境，引导学生认识化学技术对产业发展的支撑作用，激发民族自豪感与社会责任，强化教材从生活走向化学，从化学服务生活的理念。 四、学情分析 知识基础： 学生已掌握原电池和电解池的构成条件与工作原理，能写出简单电极反应式；对金属生锈有生活化认知，但尚未将生锈现象与电化学原理建立关联，对腐蚀本质的理解停留在表面接触水和氧气的宏观层面。 能力基础： 具备初步的实验操作能力和逻辑推理能力，但在宏观现象与微观粒子行为的关联、原理与实际场景的结合上存在不足，难以自主设计实验验证防护方案。 认知障碍： 学生对汽车养护这一生活化主题兴趣浓厚，通过护“菱”行动的学习，能激发其解决实际问题的动机，降低对抽象电化学原理的畏难情绪，提升主动探究的意愿。但应用电化学原理设计防护方案时，难以区分牺牲阳极法与外加电流法的原理及适用场景 五、教学目标 素养目标： 1.宏观辨识与微观探析：通过五菱汽车锈蚀的宏观现象宏观与电子转移、电极反应等微观现象的关联，建立宏观现象与微观本质的认知模型。 2.证据推理与模型认知：基于K3[Fe(CN)6]溶液是否产生蓝色沉淀、O2浓度变化等证据，推理防护方法的有效性，用原电池、电解池模型解释腐蚀与防护原理。 3.科学态度与社会责任：通过分析五菱汽车腐蚀问题，认识化学对工业生产的价值；通过设计金属部件养护指南，培养服务生活的责任意识。 评价目标： 1. 能利用电化学原理解释金属腐蚀的现象。 2. 了解金属的防护措施。 六、教学重点、难点 教学重点： 1.化学腐蚀与电化学腐蚀的区别，钢铁吸氧腐蚀的原理。 2.电化学保护法的原理及实验验证。 教学难点：钢铁吸氧腐蚀中铁锈生成的多步反应分析；电化学防护的本质。 七、评价设计 学习目标 表现标准 评价任务 评价等级 A B C 目标1： 金属腐蚀的本质，明析电化学腐蚀中吸氧腐蚀、析氢腐蚀的条件及原理。 通过自主阅读教材内容，了解金属腐蚀的原理。 评价任务1： 1.通过自主阅读了解金属腐蚀的本质及金属腐蚀的类型和区别。 2.理解电化学腐蚀中吸氧腐蚀、析氢腐蚀的条件及原理，正确书写电极反应式。 精准复述腐蚀本质、两类腐蚀的定义及差异，能准确书写吸氧 、 析氢腐蚀的电极反应式。 能说出腐蚀本质及两类腐蚀的基本区别，电极反应式书写偶有疏漏。 记住腐蚀本质及两类腐蚀的名称，无法说清核心差异，电极反应式书写错误较多。 目标2： 熟知金属防护的三类核心方法及适用场景。 明确电化学腐蚀中吸氧腐蚀、析氢腐蚀的条件及原理； 评价任务2： 1.懂得金属防护的方法； 2.能区分牺牲阳极法与外加电流法的原理差异。 清晰辨析三类防护方法的原理、操作及适用场景，能区分牺牲阳极法与外加电流法的核心不同。 可描述三类防护方法的操作，对电化学保护法原理理解不够深入。 能列举防护方法，但无法区分适用场景。 目标3： 能结合实际场景如汽车部件识别腐蚀原因，设计科学合理的金属防护方案。 利用所学金属腐蚀的原理和防护知识，解释实际场景中腐蚀现象的原因并提出防护方案。 评价任务3： 针对五菱汽车底盘、排气管易腐蚀，车身需兼顾性价比与防护的问题，设计防护方案。 可自主关联腐蚀原理与实际案例（如汽车底盘吸氧腐蚀、酸雨区钢材析氢腐蚀）。 能解释常见腐蚀案例的原因，细节表述不完整。 需提示才能将原理与实际案例关联。 八、教学过程活动设计 环节名称 教师活动 学生活动 设计意图 时间 情境导入—护“菱”行动启动 【展示】两组对比图：①光亮的五菱汽车；②锈迹斑斑的底盘、排气管。 【问题】同样是金属部件，为何腐蚀差异大？金属腐蚀的密码是什么？如何保护爱车？ 【明确项目主题】护“菱”行动——解码金属腐蚀与防护的秘密，告知本节课两大任务：追溯生锈根源和设计防护方案。 观察图片，结合生活经验思考腐蚀现象的可能原因。 【自由发言】可能与水、氧气有关、底盘容易沾水，易生锈。明确本节课学习目标。 以学生熟悉的汽车为情境，通过矛盾现象引发认知冲突，拉近化学与生活的距离，为后续学习奠定基础，初步渗透科学态度与社会责任素养。 1分钟 任务一：追溯五菱金属“生锈密码”根源 【展示】铁、铜生锈的图片 引导学生阅读教材，找出金属腐蚀的本质即M − ne− = Mn+。 【小结】金属腐蚀的核心是氧化还原反应，金属作还原剂失电子。 观察图片，自主阅读教材，圈出关键句：金属原子失去电子被氧化。 记笔记，明确腐蚀的微观本质。 从生活中的现象和教材入手，引导学生自主提炼核心知识，建立微观电子转移与宏观腐蚀现象的关联，落实宏观辨识与微观探析素养。 2分钟铁索生锈 铜管生锈 【展示】两类腐蚀案例： ①盛放液氯的钢瓶漏气（化学腐蚀）；②铁索、铜管生锈（电化学腐蚀）。 【提问】两类腐蚀的条件、本质有何不同？引导学生结合教材加以梳理。 【强调】电化学腐蚀更普遍，因为金属多为合金（含杂质），易形成原电池。 观察图片，对比思考差异。 自主阅读教材，梳理金属腐蚀的类型、条件、本质、实例； 明确电化学腐蚀需电解质溶液和杂质（形成原电池）的关键条件。 通过对比，引导学生区分两类腐蚀，避免概念混淆。 2分钟 【问题】五菱汽车底盘在潮湿环境中生锈，属于哪种电化学腐蚀？如何通过实验验证？ 【实验视频】铁钉的吸氧腐蚀实验 引导观察：导管内液面变化；同时展示用传感器测量装置内O2浓度的变化曲线图。 【问题链引导】①液面上升、O2浓度下降，说明试管内发生了什么反应？” ②铁钉与杂质（C）、NaCl溶液形成原电池，正负极是什么？请写出电极反应式和总反应。 【补充】后续反应：4Fe(OH)2 +O2+2H2O=4Fe(OH)3 Fe(OH)3失水生成(Fe2O3·xH2O)（铁锈）。 【联系实际】为何五菱汽车的底盘、排气管往往比车身外壳、车把手更容易腐蚀？ 【分析猜测】可能是吸氧腐蚀，因为底盘处于中性环境。 观察实验现象：导管液面上升； 观看实验视频，观察实验现象。 【小组讨论回答问题】①O2被消耗，导致试管内气压减小，液面上升。 ②书写电极反应式，理解铁锈生成的多步过程。 负极：2Fe-4e-=2Fe2+ 正极：O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 【回答】结合生活经验回答：底盘缝隙易积水，长期处于潮湿状态，为腐蚀提供“电解液”，工作时排气管温度高，同时接触尾气，加速腐蚀。 通过实验探究，让学生用宏观现象推导微观反应，突破吸氧腐蚀原理难点；联系汽车实际，强化化学服务生活的理念，落实科学探究与创新意识素养。 9分钟 【过渡】金属腐蚀是“环境+金属特性”共同作用的结果，不同场景下腐蚀原因有差异。 【提问】若钢铁处于酸性环境（如酸雨浸泡的部件，腐蚀类型是什么？与吸氧腐蚀有何不同？ 引导学生结合教材图4-19 钢铁的析氢腐蚀示意图，自主梳理电极反应和总反应。 【小结】水膜酸碱性是区分两种电化学腐蚀的关键。 自主阅读教材，对比吸氧腐蚀， 回答析氢腐蚀。书写析氢腐蚀的电极反应和总反应； 负极：2Fe-4e-=2Fe2+ 正极：(2H+ + 2e- = H2↑) 总反应：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2↑ 明确：酸性环境生成H2，中性/弱酸性环境消耗O2。 利用已有知识（原电池原理）自主学习析氢腐蚀，培养独立思考能力；对比两种腐蚀，形成系统认知，落实模型认知素养。 4分钟 任务二：科技护“菱”方案设计 【问题】金属腐蚀中，原电池的负极、电解池的阳极会失电子被腐蚀，如何利用这一原理保护金属？ 引导学生推导：若让被保护金属作原电池正极或电解池阴极，是否能阻止其失电子？ 明确两大电化学防护思路：牺牲阳极法（原电池原理）、外加电流法（电解池原理）。 【小组讨论】让被保护金属不失电子，就不能作负极/阳极。 【推导结论】作正极或阴极，金属得电子或不失电子，就能被保护。 记笔记，明确防护的核心逻辑。 基于腐蚀原理反向推导防护思路，培养逆向思维；将理论与防护方法关联，落实证据推理与模型认知素养。 3分钟 【分组任务】 ①1-4组：验证牺牲阳极法（Fe与Zn连接，放入3%NaCl溶液）；②5-8组：验证外加电流法（Fe接电源负极，石墨接正极，放入3%NaCl溶液）。 巡视指导：纠正操作错误（如导线连接、溶液滴加），引导学生记录现象。 【小结】两组实验均无蓝色沉淀，证明Fe未失电子，两种防护方法均有效。 【小组合作】分组操作实验，并记录现象：①牺牲阳极法：无蓝色沉淀；②外加电流法：无蓝色沉淀。 小组讨论结论：①Zn作负极被腐蚀，Fe作正极被保护； ②Fe作阴极，不失电子，被保护。 小组代表汇报，分享实验成果。 通过动手实验，让学生用是否产生蓝色沉淀的证据验证防护效果，突破电化学防护本质难点；小组合作培养协作能力，落实科学探究与创新意识素养。 6分钟 【问题】除了电化学保护，还有哪些方法能保护五菱汽车金属部件？ 【展示】①改变金属组成：添加Cr、Ni制成不锈钢（用于发动机部件）；②表面覆盖保护层：车身喷漆、车把手镀铬、底盘喷涂PVC涂层、部件涂油。 【深度思考】为何五菱不采用整车镀锌？ 【小结】防护方法需兼顾‘效果、成本、使用场景。 【回答】结合生活经验回答： 喷漆、涂油能隔绝水和氧气。 观察图片，理解不同方法的适用场景。 讨论后回答：镀锌太贵，不符合五菱的性价比，而且镀层坏了更麻烦。明确实际应用中需综合考量的原则。 从实验室方法延伸到工业实际选择，让学生认识到化学技术的应用需结合经济、场景等因素，落实科学态度与社会责任素养。 5分钟 【课堂评价】 教师讲解正确答案，针对错误率高的选项，结合本节课知识再次梳理。 独立完成习题，标记疑惑选项。小组内交流解题思路， 听教师讲解，纠正错误认知，强化薄弱点。 通过习题检测知识掌握情况，及时反馈与纠错；题目设计紧扣教学重点，帮助学生巩固核心概念，落实终结性评价。 5分钟 课堂小结：构建知识体系 引导学生以金属的腐蚀与防护为核心，绘制思维导图； 邀请1-2名学生展示思维导图，教师补充完善。 【总结】本节课通过护“菱”行动，从原理到应用，解决了金属腐蚀与防护的问题，希望大家能将化学知识用于生活。 独立绘制思维导图，梳理本节课知识脉络。 展示作品，分享梳理思路，如先记腐蚀本质，再分类型，最后对应防护方法。 对照教师补充，完善自己的思维导图。 用思维导图构建系统的知识框架，避免知识碎片化；学生展示促进表达能力，落实宏观-微观-符号的整合认知。 3分钟 九、板书设计 金属的腐蚀与防护（护“菱”行动） 一、金属的腐蚀—追溯生锈密码 1.本质：(M - ne- = Mn+)（氧化反应） 2.类型 二、金属的防护—设计护“菱”方案 1.电化学保护法：牺牲阳极法、外加电流法 2.改变金属组成：不锈钢（添加Cr、Ni） 3.表面覆盖保护层 十、作业设计 基础知识巩固： 1.港珠澳大桥的设计使用寿命达120年，施工中对桥体钢构件采用了多种防腐蚀方法。下列分析错误的是（ ） A．防腐蚀原理主要是避免发生反应：2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2 B．钢构件表面喷涂环氧树脂涂层，是为了隔绝空气、水等，防止形成原电池 C．采用外加电流阴极保护法时需直接在钢构件上安装锌块 D．钢构件可采用不锈钢材料以减缓电化学腐蚀 2.柳州市被称为“桥梁博物馆”，刚建成的凤凰岭大桥成为“桥梁博物馆”的新成员，大桥的桥体使用了大量的金属材料。下列对桥梁中使用的金属材料保护措施不正确的是（ ） A．经常用浓盐酸清洗金属材料 B．在金属材料表面刷油漆 C．在金属材料表面镀保护层 D．改变金属内部结构制成防腐合金 3.日常生活中，我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等金属腐蚀现象。下列说法不正确的是（ ） A．图1中X为锌时可以防止海港码头埋设管道的钢制阀门腐蚀 B．图2中，负极生成 C．铝制品表面出现白斑可以通过图3装置进行探究，由活性炭区向铝箔表面区迁移，其中负极反应式为： D．图3装置的总反应为，生成的进一步脱水形成白斑 提升和拓展题： 1.实践任务：调研身边五菱新能源车主，收集“金属部件腐蚀故障案例”，结合课堂知识，设计《金属部件日常养护指南》。 2.拓展思考：海洋平台、输油管道的腐蚀该如何防护？查阅资料了解国家防腐技术突破。 素养立意：将课堂知识延伸到课外实践，培养用化学解决实际问题的能力；关联国家基建需求，提升学生的社会责任感，落实科学态度与社会责任素养。 十一、教学反思和改进 教学亮点： 本节课以五菱汽车金属腐蚀为真实载体，贯穿追溯生锈根源到护“菱”行动方案的设计探究，关联原电池电解池等基础知识，将零散知识加以串联，又通过护“菱”行动的课后实践，激发学生解决实际问题的兴趣，让学生在解决实际问题中建构知识，有效提升学习兴趣和核心素养。 教学过程中设置铁钉的吸氧腐蚀实验和防护方法验证实验，均围绕证据→推理→结论展开，突破了抽象原理的理解难点，落实了科学探究与创新意识的核心素养。结合新能源民族品牌汽车的防腐，在教学中渗透民族自豪感和社会责任感。 不足之处：课堂评价方式单一，主要以学生回答问题为主，缺乏对学生探究过程的动态评价；学生实验参与度不均衡，部分学生未能亲自动手。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 第 1 页 共 2 页 学科网（北京）股份有限公司 $