4.3金屬的腐蝕與防護教學設計20252026學年高二上學期化學人教版選擇性必修1一、教材定位與學情分析本節(jié)位于選擇性必修1第四章第三節(jié)，承接“原電池”與“電解池”兩大電化學核心模型，是學生第一次系統(tǒng)地把電極反應規(guī)律遷移到真實材料服役場景。高二學生已具備：1.能用“失電子—氧化、得電子—還原”描述電極反應；2.會書寫簡單原電池符號，判斷正負極與電子流向；3.對金屬活動性順序及常見離子顏色、沉淀有感性記憶；4.生活經(jīng)驗中見過鐵銹、銅綠、鋁箔變白等現(xiàn)象，但缺乏“電化學視角”的歸因。學生最易出現(xiàn)的障礙：1.把“腐蝕”簡單等同于“化學腐蝕”，忽視“電化學腐蝕”微觀電池回路；2.將“犧牲陽極法”與“原電池負極”混淆，認為“被保護金屬失電子”；3.面對“析氫”“吸氧”兩種環(huán)境模型，不能快速匹配電極反應式；4.計算題中不會利用I=Qt二、核心素養(yǎng)目標1.宏觀辨識與微觀探析：能從顏色、氣泡、銹層等宏觀現(xiàn)象反推微觀電池構成，指出“陽極—陰極—電子路徑—離子路徑”。2.變化觀念與平衡思想：能用“氧化還原”“電子守恒”解釋析氫、吸氧腐蝕的電極反應，并判斷不同環(huán)境下哪種腐蝕為主。3.證據(jù)推理與模型認知：通過“鐵釘實驗”系列現(xiàn)象—數(shù)據(jù)—結論鏈，建立“金屬腐蝕速率∝電流強度”的定量模型。4.科學態(tài)度與社會責任：評析“鍍鋅—鍍錫—合金化—陰極保護”在橋梁、船舶、水管中的真實案例，權衡資源、成本、環(huán)境，提出合理防護方案。三、重難點重點：電化學腐蝕機理(析氫、吸氧)；防護原理(犧牲陽極、外加電流、鈍化、涂層)。難點：①微觀電池正負極判斷；②腐蝕速率定量計算；③多種防護手段的協(xié)同與取舍。四、教學流程（總時長40min，按“情境—探究—建?！獞谩u價”遞進）時間教師—學生活動鏈知識錨點素養(yǎng)落點0'–3'教師出示一段城市自來水主管道更換新聞：直徑1.2m的球墨鑄鐵管服役30年后，內壁點蝕深度達6mm，導致爆裂。提問：為何外表完好，內壁卻穿孔？學生快速議論，教師板書學生關鍵詞“水、鐵、銹、氧、電”。真實問題驅動科學態(tài)度與社會責任3'–6'教師追問：鐵銹成分？學生齊答Fe?O?·xH?O。教師追問：鐵失電子給誰？學生遲疑。教師布置第一個實驗觀察任務。激活已有“氧化還原”概念宏觀辨識與微觀探析6'–12'學生分組實驗：取四枚光亮鐵釘，分別置于：①干燥空氣；②煮沸后冷卻的蒸餾水+油封；③自來水；④食鹽水+敞口。記錄24h后現(xiàn)象（課前已做，課堂直接展示結果）。教師引導學生排序：銹蝕快慢④>③>②>①。追問：④最快說明什么？學生歸納“水+電解質+O?”加速腐蝕。教師板書：電化學腐蝕=陽極失電子+陰極得電子+閉合回路?，F(xiàn)象→條件→模型證據(jù)推理12'–18'教師給出“析氫腐蝕”與“吸氧腐蝕”兩張對比卡片（文字描述）：酸性環(huán)境2H?+2e?=H?↑，中性或弱堿性O?+2H?O+4e?=4OH?。學生任務：判斷①雨水(pH≈5.6)②海水(pH≈8.1)分別對應哪種腐蝕？并寫出鐵作陽極的電極反應。學生板演：Fe?2e?=Fe2?。教師強調：電子必須通過金屬本體到達陰極表面，離子必須通過水膜遷移，二者缺一不可。電極反應式書寫變化觀念與平衡思想18'–22'教師追問：若鐵釘與銅絲接觸并浸入食鹽水，腐蝕速率如何變化？學生猜想：加快。教師給出數(shù)據(jù)：實驗測得電流約0.12mA，求24h內鐵損失質量。學生代入公式：m=MI定量計算腐蝕量證據(jù)推理與模型認知22'–28'教師過渡：如何阻斷電子或離子路徑？學生頭腦風暴：刷漆、鍍鋅、連接更活潑金屬、通反向電流……教師歸納四大類：①隔離法（涂層、鍍層）；②犧牲陽極（Zn、Al、Mg塊）；③外加電流（整流器+惰性陽極）；④鈍化（Cr、Al合金自氧化膜）。學生任務：橋梁鋼架、地下鋼管、船舶外殼、家用熱水器內膽，各選最適方案并說明理由。小組代表發(fā)言，教師即時追問“鍍鋅層破損后為何仍保護”“外加電流過大是否產生氫脆”。真實情境決策科學態(tài)度與社會責任28'–32'教師給出“鍍錫鐵”（馬口鐵）與“鍍鋅鐵”（白鐵）對比：若表面劃傷，哪種繼續(xù)保護基體鐵？學生用“電極電位”比較：Zn2?/Zn=?0.76V，F(xiàn)e2?/Fe=?0.44V，Sn2?/Sn=?0.14V，判斷Zn仍作陽極，Sn則轉為陰極，加速鐵腐蝕。學生恍然大悟：鍍層金屬的“活潑性”決定破損后命運。模型遷移微觀探析32'–35'教師課堂快問快答（口頭）：1.銅制水龍頭與鐵管連接，誰被腐蝕？2.鋁在濃硝酸中鈍化，是化學腐蝕還是電化學腐蝕？3.船舶犧牲陽極每5年更換一次，依據(jù)什么計算？學生即時回答，教師只給“對/錯”不展開，用于診斷性評價。當堂反饋模型認知35'–38'教師布置分層作業(yè)：A層（基礎）：寫出吸氧腐蝕正負極反應，并解釋鐵銹為何在陰極區(qū)生成。B層（提升）：某地下鋼管采用外加電流保護，設計電流密度1mA·m?2，管長2km，直徑0.8m，求年理論消耗電量（kWh）。C層（拓展）：查閱“不銹鋼晶間腐蝕”機理，用200字說明為何焊接熱影響區(qū)易生銹。學生自選一題，下節(jié)上交。鞏固+遷移個性發(fā)展38'–40'學生一分鐘小結：用“一句話”概括本節(jié)課最大收獲；教師用“關鍵詞云”形式快速復述：電子路徑、離子路徑、陽極、陰極、犧牲、反向電流。下課。結構化回顧元認知五、板書設計（線性邏輯，無圖）4.3金屬的腐蝕與防護1.現(xiàn)象：鐵銹、銅綠、鋁粉化2.本質：陽極Fe?2e?=Fe2???陰極2H?+2e?=H?↑或O?+2H?O+4e?=4OH?條件：水+電解質+O?+閉合回路3.速率：m=4.防護：?①隔離?②犧牲陽極（Zn>Fe）?③外加電流?④鈍化5.決策：環(huán)境+成本+壽命+安全六、作業(yè)分層示例答案（供教師批改參考）A層：吸氧腐蝕陽極Fe?2e?=Fe2?，陰極O?+2H?O+4e?=4OH?，F(xiàn)e2?+2OH?=Fe(OH)?，4Fe(OH)?+O?→Fe?O?·xH?O，故銹層在富氧陰極區(qū)沉積。B層：側面積=πdl=π×0.8×2000=5026.5m2，I=1mA·m?2×5026.5×10?3=5.03A，年電量Q=5.03×365×24=44066Ah≈44.1kAh，電能W=UIt，若外加電壓2V，則W=2×44.1=88.2kWh。C層：不銹鋼焊接時，600–800°C區(qū)間碳與鉻生成Cr??C?析出，晶界貧鉻<12%，鈍化膜破壞，形成微電池：晶粒為陰極，晶界為陽極，發(fā)生晶間腐蝕。七、教學反思（供教師課后自評）1.實驗前置：鐵釘腐蝕24h現(xiàn)象需課前完成，課堂直接分析，避免等待；若學校條件不允許，可改用“同屏對比照片”但本教案已規(guī)避多媒體提示，教師可提前打印黑白照片貼于黑板。2.