2019-2020年人教版高中化學選修四 4-4 金屬的電化學腐蝕與防護(教案).doc
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2019-2020年人教版高中化學選修四 4-4 金屬的電化學腐蝕與防護(教案) 教學目標 知識與技能: 1.了解金屬腐蝕的種類,探究金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因 2.掌握化學腐蝕和電化學腐蝕的區(qū)別。 3.認識金屬腐蝕的危害及防腐措施,感受化學對人類生產和生活的影響。 過程與方法:通過學習增強保護環(huán)境的意識,節(jié)約意識。 情感態(tài)度與價值觀:進一步學會對比、比較認識事物的科學方法和假設驗證探究的思維方式,辯證的認識外因條件對化學變化的影響。 教學重點:吸氧腐蝕、析氫腐蝕的原理 教學難點:吸氧腐蝕、析氫腐蝕的原理 教學過程: 【投影】常見的金屬腐蝕現(xiàn)象: 【導課】金屬腐蝕的現(xiàn)象非常普遍,像金屬制成的日用品、生產工具、機器部件、海輪的船殼等,如保養(yǎng)不好,都會腐蝕,從而造成大量金屬的損耗。至于因設備腐蝕損壞而引起停工減產、產品質量下降、污染環(huán)境、危害人體健康,甚至造成嚴重事故的損失,那就更無法估計了。因此,了解金屬腐蝕的原因,掌握防護的方法,是具有十分重要的意義的。 【板書】 第二節(jié) 金屬的腐蝕與防護 一、金屬腐蝕 【閱讀】回答什么是金屬腐蝕? 【板書】金屬腐蝕:金屬(或合金)跟周圍接觸到的氣體(或液體)反應而腐蝕損耗的過程。 【講述】 金屬的化學腐蝕:金屬跟接觸到的物質直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。 例如:鐵在高溫下與氧氣直接化合而被腐蝕,在工業(yè)生產中氯氣跟鐵或與其他金屬化合使金屬銹蝕。特點:反應簡單、金屬與氧化劑之間的氧化還原反應。 【板書】1、 化學腐蝕:金屬跟接觸到的物質直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。特點:反應簡單、金屬與氧化劑之間的氧化還原反應。 【講述】溫度對化學腐蝕的影響: 【科學探究】不同條件下鐵釘?shù)匿P蝕 注意:①光亮鐵釘浸沒在菜油之中;②光亮鐵釘半浸半露在菜油中;③光亮鐵釘完全浸沒在食鹽水中;④光亮鐵釘完全浸沒在酸性溶液中或堿性溶液中。學生分別觀察并寫出報告以培養(yǎng)學生的觀察與描述能力。教師不但要給學生出題目,還要發(fā)揮點撥作用,提出注意點:①觀察的一周中不要振蕩試管,否則會破壞生銹的界面;②把各人設置的具體條件和的狀況詳盡記錄在案,以利分析和歸納,寫出高質量的家庭探究報告。 實驗方案 記錄 結論 【總結】鐵釘生銹的條件:鐵釘含雜質、與電解質溶液接觸。 【思考】絕大多數(shù)鋼鐵生銹是否是化學腐蝕?為什么? 【板書】2、電化學腐蝕 【講解】由于金屬和液態(tài)介質(常為水溶液)構成微小的原電池而發(fā)生金屬腐蝕的過程.電化學腐蝕是金屬腐蝕的主要形式.例如:鋼鐵在潮濕的空氣中生銹就是電化學腐蝕造成的. 【板書】 電化學腐蝕 :不純的金屬或合金與電解質溶液接觸,會發(fā)生原電池反應,比較活潑的金屬失電子被氧化的腐蝕。 【共同分析】形成原電池的原因。 【板書】 【投影】鋼鐵的吸氧腐蝕與析氫腐蝕: 【講解】 吸氧腐蝕與析氫腐蝕:發(fā)生條件、正負極反應、總反應。 【板書】 分類 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條件 水膜酸性較強(弱酸) 水膜酸性較弱或呈中性 負極反應 Fe –2e === Fe2+ 2Fe –4e === 2 Fe2+ 正極反應 2H+ + 2e === H2 2H2O + O2 + 4e- == 4OH- 總反應 Fe + 2H+ == Fe2+ + H2 2Fe + 2H2O + O2 == 2Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2= 4Fe(OH)3 Fe2O3.xH2O 次要 主要 【歸納與交流】化學腐蝕與電化腐蝕的對比。 【板書】3、化學腐蝕與電化腐蝕的對比 (1)本質:金屬原子失電子而被氧化 M – ne == Mn+ (2) (3) 相互關系:往往同時發(fā)生,電化腐蝕要比化學腐蝕普遍得多。 【小結】略 【課堂練習】 1.把a、b、c、d4塊金屬片浸入稀硫酸中,用導線兩兩相連可以組成幾個原電池。若a、b相連時a為負極;c、d相連時電流由d到c;a、c相連時c極上產生大量氣泡;b、d相連時b上有大量氣泡產生;則四種金屬的活動性順序由強到弱為: .(a>c>d>b) 2.燒過菜的鐵鍋未及時洗去含有NaCl的殘液,過一段時間便出現(xiàn)紅棕色的鐵銹斑點,已知該銹斑為Fe(OH)3失水的產物。表示Fe(OH)3生成的電極反應式、離子方程式和化學方程式分別為;(1)負極 , 正極 ;(2) ;(3) 。(Fe-2e=Fe2+ ,2H2O+O2+4e=4OH-,) (Fe2++2OH-=Fe(OH)2;4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3) 3.有人設計以Pt和Zn為電極材料,埋入人體內作為某種心臟病人的心臟起搏器的能源。它依靠人體內血液種含有一定濃度的溶解氧、H+和Zn2+進行工作。它的兩極電極反應式分別為: 。(正極:Zn-2e=Zn2+ ,負極:2H2O+O2+4e=4OH-,) 【過渡】金屬被腐蝕后,在外形、色澤以及機械性能等方面都將發(fā)生變化,會使機器設備、儀器、儀表的精密度和靈敏度降低,影響使用以至報廢,甚至發(fā)生嚴重事故。每年由于鋼鐵生銹會使我國損失大約100~150億元。在英國,每90秒鐘就有1噸鋼被銹蝕掉。因此防止金屬腐蝕有很重要的意義。 【板書】二、金屬的防護 【思考與交流】討論自行車不同構件的防銹措施: 【復習】電化學腐蝕的實質,寫出兩極反應方程式(析氫和吸氧)。 【思考】影響金屬腐蝕的因素有那些?(閱讀P56 最后一自然段) 【練習】 1、影響金屬腐蝕的因素有__和__兩個,就金屬本身來說金屬越__,金屬越易被 腐蝕,金屬中含雜質越__,金屬越易被腐蝕;介質對金屬腐蝕影響也很大,如果金屬在____、____和____,金屬越易被腐蝕。 【思考】海水中的金屬為何容易被腐蝕?(提示:電解質溶液) 【討論】要想減少或避免電化學腐蝕,我們應該采取什么措施? ① 對金屬做必要的精煉,以減少其中能導電的不活潑雜質。 ② 對機器、儀表及時保養(yǎng),減少金屬與腐蝕性氣體、電解質溶液、潮濕氣體的接觸。 ③ 根據(jù)用途不同采取不同的方法使金屬與造成發(fā)生的介質隔離,如涂油脂、噴漆、鍍層、表面鈍化等。 ④ 選用適宜的金屬或非金屬制成耐腐蝕的合金,如煉制不銹鋼、耐酸鋼等。 ⑤ 采用電化學防護方法,如在鋼鐵的船體上焊接上較活潑的金屬鋅。 【投影】常見金屬防腐蝕方法: 【板書】1、物理方法 【講述】以上投影中方法都是物理方法。剛才同學們回答時已提到電化學防護方法。 【投影】兩種電化學防護方法 【講述】金屬腐蝕本質就是金屬失電子而被氧化的過程。金屬越活潑,金屬越易被腐蝕。因此在金屬鐵上連接一塊比它更活潑的金屬,發(fā)生原電池反應時,失電子的為活潑的金屬,而鐵被保護。 【探究活動1】 決策——采用哪種防銹方法 1鍍鋁后涂漆 2鍍鋅后涂漆 3鍍鎘后涂漆 4鍍鉻 5鍍錫 6噴砂清理后涂漆 7一般清理后涂漆 8在銹上涂漆 上圖對不同防銹方法的效果進行了比較,同時也粗略給出了這些方法的成本。 【問題】 采用哪種方法來保護鐵不生銹,仔細考慮成本與效果。 (1)房子上的鑄鐵檐槽(2)海邊碼頭上的鋼軌(3)鐵的徽章(4)放電熨斗的支架(5)鋼刀片(6)鐵鑰匙(7)兒童游戲場中秋千的鋼架 1至7中,要求針對所給出的不同情況,去決定應分別采用哪種防銹方法。這項工作最好在小組中進行。有一些做決定時應考慮的因素: ●物品需要保存多長時間?很明顯,如果物品只需保存很短的時間,就沒有必要去考慮給它一個長久的保護。 ● 物品將用在哪里?如果物品主要用于室外,它就需要較好地進行保護。 ● 物品是干什么用的?物品用途不同,保護方法也不同。例如,物品要接受高溫,就不能用油漆進行保護。 ● 物品外觀重要嗎?某些保護方法也是為了裝飾外觀用的。例如,鍍鉻。 【探究活動2】決策——怎樣保護通向學校的小橋 假設你為地方政府的架橋部門工作,你要在一條河上修一座供人行走的小橋,有了這座橋,孩子們就可以從住宅區(qū)通過小河到學校上學了。這座橋要用鐵建造,你要決定采用什么樣的保護方法來防止它生銹.這座橋需要保存16年,因為16年后學校就要搬到另一個新的地方。 有四種防銹措施供選擇: 選擇1 不防銹,不采取防銹措施的橋,10年后必須進行更換,否則會由于銹蝕而發(fā)生危險。 選擇2 在對橋進行一般性清理后,涂上油漆.這種保護措施需要每3年重新進行一次。 選擇3 用噴砂清理法對橋清理后,涂上油漆。這種保護措施需要每6年重新進行一次。 選擇4 將橋噴砂清理后,鍍上鋅再涂上漆。這種保護措施能使橋保存18年。 下面給出了以上四種選擇的成本。 表: 四種選擇的成本 【問題】 (1)計算每個選擇從橋建造開始,16年所花的費用(包括建造費和維修保護費)( 2)采用哪個選擇? 【討論】 1.只有鋼鐵才能生銹,很多其他的金屬,如鋁和銅,幾乎完全不發(fā)生銹蝕.可是為什么我們用鋼鐵比用其他金屬多呢? 2.假如有人發(fā)明了一種又便宜、又簡單的方法,使銹永遠不可能發(fā)生.顯然這一發(fā) 明會帶來很大的益處,你認為它也可能帶來壞處嗎? 3.汽車排氣系統(tǒng)受銹的影響很嚴重。一輛車,由普通鋼制造的排氣系統(tǒng)價值960元,由于生銹的原因,它使用大約2年就需要更換。對同一輛車,如果買一個由不銹鋼制造的排氣系統(tǒng),受銹的影響就會減少,并且可以使用6年,不銹鋼排氣系統(tǒng)價值1900元。 從長遠考慮,是普通鋼排氣系統(tǒng)便宜,還是不銹鋼排氣系統(tǒng)便宜?解釋你的回答。 4.在英國才有不到10%的汽車擁有者購買不銹鋼排氣系統(tǒng)。請你評論一下這個事實。 【課堂練習】 1.解釋下列現(xiàn)象并寫出有關原電池的電極反應: (1)馬口鐵(鍍Sn鐵皮)做的罐頭,打開后為什么極易生銹? (2)自來水管(鍍Zn鐵管)和白鐵皮做的提桶,為什么不易生銹? (3)輪船船殼的水線以下部分,為什么要裝上一定數(shù)量Zn塊? 2.橋梁上鋼結構接頭處須用鉚釘連結,以下三種鉚釘,選用何種為好? (1)鋁鉚釘 (2)銅鉚釘 (3)鋼鉚釘 3.下列各燒杯中盛有海水,依次插入: (1)Fe片;(2)Cu、Fe導線相連;(3)Sn、Fe導線相連;(4)Zn、Fe導線相連;(5)Al、Fe導線相連;鐵在其中被腐蝕時由快到慢的順序是:_________。 參考答案:1、略2、(3)3、(2)>(3)>(1)>(4)>(5) 板書設計: 第二節(jié) 金屬的腐蝕與防護 一、金屬腐蝕 金屬(或合金)跟周圍接觸到的氣體(或液體)反應而腐蝕損耗的過程。 1、 化學腐蝕:金屬跟接觸到的物質直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。特點:反應簡單、金屬與氧化劑之間的氧化還原反應。 2、電化學腐蝕 不純的金屬或合金與電解質溶液接觸,會發(fā)生原電池反應,比較活潑的金屬失電子被氧化的腐蝕。 分類 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條件 水膜酸性較強(弱酸) 水膜酸性較弱或呈中性 負極反應 Fe –2e === Fe2+ 2Fe –4e === 2 Fe2+ 正極反應 2H+ + 2e === H2 2H2O + O2 + 4e- == 4OH- 總反應 Fe + 2H+ == Fe2+ + H2 2Fe + 2H2O + O2 == 2Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2= 4Fe(OH)3 Fe2O3.xH2O 次要 主要 3、化學腐蝕與電化腐蝕的對比 (1)本質:金屬原子失電子而被氧化 M – ne == Mn+ (3) 二、金屬的防護 1、物理方法 2、電化學法 教學回顧: 本節(jié)課介紹了金屬腐蝕造成的嚴重危害、電化學腐蝕的原理及防止金屬腐蝕的幾種方法,重點是掌握金屬電化學腐蝕(析氫腐蝕和吸氧腐蝕)的本質(金屬表面形成了微型原電池)和發(fā)現(xiàn)防護金屬電化學腐蝕的方法,教材具體地介紹了犧牲陽極的陰極保護法和外加電流的陰極保護法,不但運用了原電池原理(犧牲陽極的陰極保護法),也再次運用了電解池原理(外加電流的陰極保護法),加深了學生對化學能與電能相互轉化的認識。- 配套講稿:
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- 2019-2020年人教版高中化學選修四 4-4 金屬的電化學腐蝕與防護教案 2019 2020 年人教版 高中化學 選修 金屬 電化學 腐蝕 防護 教案
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