2027届高三化学一轮复习教学设计： 探究性实验—铝的腐蚀（结合必修一第三章第二节和选择性必修一第四章第三节）

《探究性实验——铝的腐蚀》教学设计 课例名称:《探究性实验——铝的腐蚀》 单元教学设计说明 《普通高中化学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）要求教学过程遵循科学规律，围绕核心素养开展学生活动，最终落实立德树人的根本任务。 电化学腐蚀是高中学生要掌握的较难内容，其中要求他们学会从宏观与微观结合的视角对金属腐蚀进行理解内化，能分析金属腐蚀与外界环境之间的关系，这也符合了核心素养的要求——宏观辨识与微观辨析。不仅如此，学生通过在不同条件下的实验探究，利用电化学模型分析和解决金属腐蚀问题，实现了证据推理与模型认知。因此，在这一单元，我们利用“四线合一”的教学，从主题线入手培养学生主体意识，帮助学生清晰地认知这节课的实验目的。接着，从问题线让学生主动思考、积极反思，再从活动线开展，培养学生的实验思路与动手能力。最后在素养线汇总，让学生的综合实力得到提高。 下图为“四线合一”的单元教学思维导图，一般先从横向开展教学，再从纵向深化教学效果。 “四线合一”存在着内部联系，每条线不能单独存在，它们在课堂中相互影响、相互牵制，共同作用于课堂教学，高效实现教学目标。 课时教学设计理念 本节课以问题线为核心，展开情境线，对主题内容用进行探究。在这次实验探究中，主要解决三个问题：1、如何改进教材中的气体检验装置？2、不同环境条件中，铝金属发生什么类型的腐蚀？3、基于铝金属的性质，能设计哪些电化学装置？ 随着问题的推进，知识线逐渐明确。学生能根据问题线进行探究式学习，形式包括观察、模仿、师生合作、小组讨论、归纳总结等等。课程的每一个环节，都与核心素养线形成闭环，保证教学的系统性、科学性。这实验教学中，一个“主题探究”会跟随这许多“问题”，教师向学生提问，协助学生解决问题，做到深化思考。 因此，本课时的教学设计思路比较清晰，沿用“四线合一”的教学方法先引出生活背景，提高学生对腐蚀现象的思考。然后再结合“宏观实验”与“微观模型”两种教学方式，让学生在不同的实验体系下掌握两种腐蚀类型——析氢腐蚀与吸氧腐蚀，并且能够总结“环境中pH值会影响腐蚀的类型”。接着，学生在掌握铝金属腐蚀的类型后能快速地解释电化学腐蚀的深层原理，最后能自主总结出铝金属的腐蚀原理并进行实际应用。学生通过最新的科技新闻拓展视野，在本课时提高核心素养。 课时教学内容分析（含教材分析） 人教版高中化学必修一中的元素性质，一般都是从性质探究实验的角度进行授课，学生理解记忆的要点较多。其中，必修一第三章第二节介绍的铝金属，既可以和酸反应，也可以和碱反应的性质尤为特殊。 人教版选择性必修一从微观的角度诠释了化学宏观现象的原理。其中，第四章第三节主要介绍了金属电化学腐蚀，包括析氢腐蚀和吸氧腐蚀，帮助学生更客观地理解金属发生腐蚀现象的深层原因。 结合两个板块的教学，从电化学腐蚀的角度去研究铝金属的特性，不仅在教材基础上增加了腐蚀原理的应用，能让学生充分体会到事物的两面性，辩证的认识金属腐蚀的利弊，还能通过应用电化学知识对金属进行防护，使学生能够正确认识电化学原理，并对所学电化学知识进行灵活的运用。 课时学情分析 1、学生知识储备：初三学生已经完成了元素性质的复习，熟练掌握金属元素的性质。此外，对电化学知识有良好的基础，能够正确认知微观原理。 2、学生素养储备：学生能初步运用比较、分析的方法进行实验探究，能用科学、准确的语言合理表述实验现象，具有一定的证据推理能力，但是面对宏观现象与微观原理之间的联系，逻辑思考能力需要锻炼提升。 课时教学目标 1、宏观辨识与微观辨析。学生能从宏观与微观结合的视角对金属腐蚀进行理解内化，能分析金属腐蚀与外界环境之间的关系。 2、证据推理与模型认知。通过不同条件下的实验探究，学生能利用电化学模型分析和解决金属的防腐问题。 3、科学探究与创新意识。延伸教材内容，学生自行设计气体检验装置来验证实验猜想，进一步深入思考铝电池的应用场景，深化教材内容的学习。 课时教学重点、难点 1、教学重点：析氢腐蚀和吸氧腐蚀的判断、电极方程式书写 2、教学难点：电化学腐蚀的理解、气体检验装置改进 课时教学过程 教学环节 师生活动 设计意图 环节一： 背景引入 【PPT展示】人教版选择性必修一教材内容。 【教师提问】电化学腐蚀的类型有哪些？ 【教师讲解】金属腐蚀可以分为化学腐蚀与电化学腐蚀。电化学腐蚀可以分为吸氧腐蚀与析氢腐蚀。 【PPT展示】金属铝在生活中的应用。 【教师提问】如果长时间使用钢丝球清洗铝锅，会加速腐蚀吗？ 【学生回答】铝与铁形成原电池，加快腐蚀。 回归教材，思考金属铁腐蚀与金属铝腐蚀的相似之处。联系生活，提高兴趣，调动积极性。 环节二： 实验探究 【PPT展示】实验原理与实验材料。 【教师讲解】厨房中经常使用食醋、食盐、小苏打来做饭，所以用pH不同的酸碱溶液来模拟这些外界环境。用打磨后的铝箔做负极、钢丝球做正极，来探究铝电池的腐蚀情况。 实验1：酸性条件下的金属铝腐蚀 【学生猜想】在pH为2的盐酸溶液中，铝金属发生析氢腐蚀。 【教师演示实验】将打磨后的铝箔与少量铁丝球置于试管中，取用0.01 mol/L的盐酸溶液20 mL倒入试管，试管口抹上肥皂液。 【学生观察回答】反应一段时间后，发现试管中产生大量气泡，试管口出现一明显的肥皂泡。实验结束后，试管中的溶液为绿色。 【学生小组讨论】 问题1：有没有方法证明产生的气体是氢气？ 学生答：用燃着的小木条靠近肥皂泡，发出爆鸣声就是氢气。 问题2：为什么反应后的溶液是绿色的？ 答：铝反应完后，铁丝继续反应生成Fe2+ 生活情景的认识到实验方案的设计，帮助学生建立类比思维 利用压强差来证明析氢腐蚀，其中使用肥皂液作为气体收集的方法，便于观察现象。 环节二： 实验探究 实验2：中性条件下的金属铝腐蚀 【学生猜想】在pH为7的NaCl溶液中，铝金属发生吸氧腐蚀。 【教师演示实验】将打磨后的铝箔与少量铁丝球置于试管中，取用0.01 mol/L的NaCl溶液20 mL倒入试管，观察现象。 【学生观察回答】无明显现象。 【教师提问】 问题3：看不到现象，说明电化学腐蚀没有进行吗？ 学生回答：不是，说明电化学腐蚀的速度很慢。 【教师讲解】这个条件下，铝电池的电化学腐蚀缓慢，不适用选择性必修一教材中的气体检验装置。教材中铁钉吸氧腐蚀实验，操作方便，但没有定量计算耗氧量。请同学们模仿教材中的实验，设计可以定量测定气体的检验装置。 【气体检验装置改进】学生自行设计后上台讲解检验的原理，有助于直观地检测电化学腐蚀过程中的气体变化情况。 【实验改进】播放学生预实验视频。将打磨后的铝箔与少量铁丝球置于西林瓶中，加入适量0.01 mol/L的NaCl溶液，上方插入一根带有刻度的注射器。静止一晚，注射器的实数减少0.4 ml，西林瓶内部产生白色沉淀。 【学生小组讨论】 问题4：为什么中性环境中，铝的腐蚀很缓慢？ 学生回答：铝箔表面由氧化铝的保护，腐蚀缓慢。 问题5：如何进一步确认白色沉淀的成分？ 学生回答：白色沉淀溶于NaOH溶液，则证明是Al(OH)3沉淀。 培养学生辩证思维，深入思考化学反应的微观本质与宏观现象之间的关系。 中性条件下铝金属发生吸氧腐蚀，速度很慢，引导学生进行实验装置的改进。 环节二： 实验探究 实验3：碱性条件下的金属铝腐蚀 【教师演示实验】在注射器中未知浓度的NaOH溶液，再放入打磨后的铝箔与少量铁丝球，密封注射器，连接压强传感器读取示数，显示为大气压。教师要求学生要注意压强示数的变化。 【学生猜想】在碱性环境中，铝金属发生析氢腐蚀。 【教师提问】 问题6：在碱性环境中，铝电池有没有可能发生吸氧腐蚀？请配平电极方程式。 学生回答：析氢腐蚀和吸氧腐蚀都能配平方程式。 【教师演示实验】将打磨后的铝箔与少量铁丝球置于试管，取用0.01 mol/L的NaOH溶液20 mL倒入试管，试管口抹上肥皂液。 【学生观察回答】试管内缓慢产生气泡，试管口产生较小的肥皂泡，说明在pH为12的NaOH溶液中，铝电池发生析氢腐蚀。 【学生小组讨论】 问题7：请同学们观察另外一组实验的压强示数发生了什么变化？请一位代表来检测未知溶液的pH值。 学生回答：未开始前，注射器内压强为大气压。反应一段时间后，压强减小，说明氧气被消耗，证明发生吸氧腐蚀。经检测，未知溶液是pH=10的NaOH溶液。 问题8：碱性环境中，铝电池的腐蚀情况是怎么样的？ 学生回答：在pH为10的NaOH溶液中，铝电池发生吸氧腐蚀。所以，铝电池在碱性较强环境中发生析氢腐蚀，在碱性较弱环境中发生吸氧腐蚀。 从电化学微观原理出发，培养学生辩证思想。化学反应的类型会受到环境影响，实践出真理。 学生中有人猜想析氢腐蚀，基于教材中提到金属铝能与NaOH溶液反应析出氢气，故用宏观实验证明。 学生中有人猜想吸氧腐蚀，基于能够正确书写出相关的电极方程式，故用溶液碱性较弱的实验组进行压强检测，科学研究铝金属的腐蚀情况。 环节三： 总结应用 【课堂小结】 铝金属的性质：铝表面常常覆盖一层致密氧化膜。铝可以和酸溶液、碱溶液发生反应。 【播放视频】基于镁铝电池的酸碱指示装置 【学生小组讨论】 问题9：镁铝电池有什么特点？检验溶液酸碱性原理？ 学生回答：镁铝金属作为电极，插入陌生溶液，可以观察电流计的指针方向判断溶液的酸碱。如果电流表显示负数，说明金属镁做负极，金属铝做正极，陌生溶液为酸性。反之，溶液为碱性。 【PPT展示】世界前沿科技发展、铝电池的应用展望。 培养学生的爱国主义，培养科学家精神，实现科学探究与创新意识。 课时板书设计 本节课采用除了随堂练习之外，还通过板书环节来完善本节课的教学效果。如图所示，教学结束前，请学生总结本节课的实验内容，并在板书的基础上写出电极方程式。 课时作业设计 学生课后要完成实验报告。实验报告中设计了很多问题，学生通过查阅网络材料来扩宽视野，培养学生的辩证性思维，学会趋利避害，了解铝电池的最新研究进展，从而培养我们的社会责任感。 另外，各小组经过讨论，共同设计一种基于镁铝电池的应用装置。利用铝金属的特点，学生认为将镁铝金属作为电极，插入陌生溶液，可以观察电流计的指针方向判断溶液的酸碱性，如下图所示。如果电流表显示负数，说明金属镁做负极，金属铝做正极，陌生溶液为酸性。反之，溶液为碱性。 课时评价设计 本次实验主要研究铝电池在不同环境中的腐蚀情况。从各实验现象可得，铝电池在酸性、碱性条件下会发生析氢腐蚀；在中性或者碱性较弱条件下会发生吸氧腐蚀。通过这次实验，可以帮助学生从宏观与微观结合的视角对金属腐蚀进行理解，分析金属腐蚀与外界环境之间的关系，还能能进一步深入思考铝电池的应用场景，深化教材内容的学习。 在教学过程中，通过“不同条件下铝金属腐蚀的探究”这一问题线，明确“电化学腐蚀包括吸氧腐蚀与析氢腐蚀”这一主题线，展开“师生合作、小组讨论”这一活动线，最后培养出“宏观辨识与微观辨析、证据推理与模型认知”这一素养线。 在完成实验探究后，进一步加强学生对电化学装置的应用思维。学生在观察镁铝电池的特点时，展开“电池改进装置”这一主题线，进而在活动线中完成“归纳总结、动手操作、创新研发”，最后培养学生“科学探究与创新意识”的重要素养。 本节课的不足之处在于，数字化实验没有普及，学生尚未有能力操作手持技术，只能完成简单的定性定量实验。 课时教学反思 人教版选择性必修一《金属的防护与腐蚀》是高中阶段十分重要的一个学习内容，它不仅是高考中的重点，也是与生活息息相关的一个知识点。学生们在接受新知的课程中，教师一般都会选择金属铁作为研究对象，原因有二：一是铁制品是人类使用最多的金属制品；二是金属铁的腐蚀在高中教学中更具有代表性。 在高考设计的金属元素考点中，要求学生也要掌握其他金属元素的性质，比如说铜、铝、镓、铬、钒等等，一般应用在价类二维图、化工流程题当中。人教版必修一《金属材料》中介绍了铝金属，学生一般掌握“铝三角”这一元素性质后，就不会再深入思考金属铝的腐蚀现象了。 所以本节课，结合金属铝与电化学腐蚀两个重要章节，进行了一次创新实验探究课。本节课的主要目的，是让学生有意识地去思考，外界环境的改变会导致不同类型腐蚀的发生。课上，采用pH各不相同的溶液模拟外界环境，通过教师的演示实验，让学生更直观地感受到电化学腐蚀的现象。 课上探究中性环境下铝电池腐蚀时，学生观察不到明显的实验现象，进而可以引发思考——现象不明显的时候，如何更科学有效地检测气体的消耗呢？教材上的铁钉吸氧腐蚀实验就给出了一个很好的参考模板，我们要求学生延伸教材内容，自行设计一款能够定量检测氧气消耗量的实验装置，帮助学生树立类比思想，培养学生的创新意识与科学家精神。 课上探究碱性下铝电池腐蚀时，学生会下意识认为发生析氢腐蚀，因为必修一教材中提到：金属铝在氢氧化钠溶液中可以释放出氢气。教材中只讲解了性质与原理，没有讲解具体的反应条件。为了培养学生的辩证思维，让学生意识到事物具有两面性，我们设计了两种碱性环境中的实验。第一种，学生可以快速看到析氢腐蚀的产生，这与教材说法如出一辙。第二种，在手持技术的协助下，学生发现吸氧腐蚀的假设同时成立。因此，学生可以客观地总结出实验结论，深化该项目的学习。 本节课也存在着不足之处。一是因手持技术未普及，没有让学生动手操作实验；二是课后作业的形式较单一，可以再丰富一些，比如让学生观看铝电池的发展历史，思考铝电池在今后工业生产中的使用情况等等，这有助于培养学生爱国主义情环与世界大局观念。 学科网（北京）股份有限公司 $