淺析“金屬的電化學腐蝕與防護”的探究性教學

項云 錢海濱

（江蘇省南京市第十三中學江蘇南京210008）

淺析“金屬的電化學腐蝕與防護”的探究性教學

項云 錢海濱

（江蘇省南京市第十三中學江蘇南京210008）

“金屬的電化學腐蝕與防護”是人教版《化學反應原理》第四章第四節(jié)的教學內容［1］，其中金屬腐蝕的原理是教學的重點，吸氧腐蝕是教學的難點。以往的教學缺陷主要是學生主動探究的過程偏少，特別在吸氧腐蝕這一難點的突破上很多教師束手無策，學生只能被動機械地接收，不能真正地理解。為此筆者根據新課程的教學要求和理念，充分發(fā)揮學生的自主性和探究性，并通過創(chuàng)新實驗設計突破了吸氧腐蝕這一教學難點，有效提高了課堂教學效率。

一、教學設計理念

本節(jié)課的設計充分體現了學生的主體地位，以學習型小組的合作為基礎，把課堂作為合作交流的平臺，使課前自學、課堂導學、課后拓學有機結合的自主探究的教學模式。這種問題探究式的教學方法，可充分調動學生自主學習、主動探究、合作交流，從而培養(yǎng)了學生的自主學習能力和實驗探究能力。

二、教學過程剖析

探究活動1：學生課前自主收集材料

［圖片引入］請同學展示他們在校園內拍攝的幾幅圖片。如：學校操場廣播箱的鐵底座、音樂教室外的空調支架都已銹跡斑斑（見圖1），特別是空調支架的腐蝕已造成一定的安全隱患。

圖1 學生自拍圖片

［材料展示］學生匯報課前收集的材料，讓大家認識金屬腐蝕給人類帶來的經濟損失和生命威脅。如：2007年8月1日美國明尼蘇達州一座跨越密西西比河的大橋發(fā)生坍塌，事故造成6人死亡，原因是大橋連接路堤和主橋的引橋存在較嚴重的鋼鐵腐蝕。

［引出問題］面對金屬腐蝕產生如此大的危害，大家有沒有想過，金屬怎么被腐蝕的呢？

評析：以往的教學設計基本上是老師收集資料在課堂展示，學生很少參與。而本節(jié)課的教學變學生被動學習為主動探究，培養(yǎng)學生收集資料、合作交流的能力。所以課前教師及時指導學生、布置相應的活動和探究的任務是十分必要的。學生提前幾天利用網絡收集相關的資料和圖片，并在校園內親手拍攝一些金屬腐蝕的圖片，這種親身體驗比教師直接講解效果要好得多。

探究活動2：“不同條件下鐵釘銹蝕”的實驗探究

［學生活動］學習型小組投影展示他們的實驗探究方案，匯報幾天前準備的實驗探究成果。

［探究結論］鐵釘在潮濕的空氣中容易生銹，在NaCl、CH3COOH等電解質溶液中鐵釘銹蝕的速率明顯加快。

［教師設疑］如何解釋上述現象呢？

［教師引導］原電池反應能加快反應速率，上述過程是否有原電池反應發(fā)生呢？

［討論回答］鐵釘是鐵和碳的合金，與電解質溶液構成無數微小的原電池，發(fā)生了電化學腐蝕。

評析：本節(jié)課的教學要求教師和同學必須提前一周開始準備“不同條件下鐵釘銹蝕”的實驗探究，這一個環(huán)節(jié)在本節(jié)課的教學中很重要，沒有學生的預習和提前的探究，教學目標將難以達成。課前要求學生以學習型小組為單位，自主設計“不同條件下鐵釘銹蝕”的實驗方案，并在教師指導下動手實驗。課堂上請各小組用投影展示自己的實驗方案和實驗成果，教師點評或小組互評，這一過程加強了課堂教學的互動性，活躍了課堂教學氣氛，大大提高了學生的自主探究能力。

探究活動3：鐵吸氧腐蝕的實驗創(chuàng)新［2］

［思考交流］鐵的析氫腐蝕我們在《化學2》原電池一節(jié)中已學到過，那么用飽和食鹽水浸泡的鐵釘發(fā)生了什么腐蝕呢？

［教師引導］既然沒鐵被腐蝕，那么負極肯定還是鐵失電子被氧化。正極周圍存在的物質有Na+、Cl-、CO2、O2、N2、稀有氣體，從理論上推測正極應是哪種物質優(yōu)先得電子發(fā)生還原反應呢？

［回答］應該是氧氣。

［引入探究］我們能否設計儀器簡單、現象明顯的實驗來現場驗證你的推測呢？

［學生探究］教師要參與學生的討論，巡視指導。

［教師提示］要證明O2參與了電極反應，且短時間內產生明顯現象，我們的創(chuàng)新要從以下兩個方面入手：（1）用純氧代替空氣；（2）增大電極的表面積。

［實驗創(chuàng)新］教師對學生設計的方案綜合評價后，優(yōu)化出科學合理的改進方案，并演示如下：

（1）收集一具支試管純O2（用H2O2加MnO2催化分解制?。?；

（2）把適量鐵粉和少量石墨充分混合；

（3）將混合物均勻撒在紗布上，用氯化鈉溶液充分濕潤；

（4）迅速將紗布放入具支試管中，注意觀察玻璃導管內液面的變化。

［現象］30秒水柱就明顯上升，1分鐘約升到1厘米高，隨后不斷上升，下課前高度約達到8厘米（見圖2）。

［結論］由于試管內收集的是純氧，水柱的上升表明一定是O2得電子參與了電極反應。電極反應如下：

圖2

負極（Fe）：2Fe-4e-=2Fe2+

正極（C）：H2O+O2+4e-=4OH-

評析：析氫腐蝕學生高一已經學過，也容易理解，不必多講。吸氧腐蝕的理解是本節(jié)課的難點，以往的教學設計大多沒有做到有效的突破。本節(jié)課鐵吸氧腐蝕的實驗創(chuàng)新突破了這一教學難點，使學生真正“看到”了鐵吸氧腐蝕的發(fā)生，這也是本節(jié)課的最大亮點。教師課前做了充分的準備，課堂上通過巧妙的啟發(fā)引導，激活了學生創(chuàng)新思維的細胞，培養(yǎng)了學生的探究能力和創(chuàng)新能力，這正是新課程理念所要倡導的教學設計。

探究活動4：探究“暖寶寶”的發(fā)熱原理，培養(yǎng)學生的辯證思維

［實物介紹］商場上買來的“暖寶寶”，其主要成分是鐵粉、碳粉、木屑和少量氯化鈉、水等，使用時輕輕揉搓就會放出熱量，用完后袋內有大量鐵銹生成。

［教師設疑］為什么輕輕揉搓會放出熱量呢？請用所學知識解釋其原理。

［探究討論］原來是鐵粉（負極）、碳粉（正極）、氯化鈉和水（電解質溶液）構成了原電池，加快了鐵氧化腐蝕的速率而較快放熱。

探究結果也進一步證明了電化學腐蝕能加快金屬腐蝕的速率。

［教師點撥］金屬腐蝕確實給人類帶來了很大的危害，但有時也可被人類加以利用，要用辯證的思維去看待事物，不可全盤否定。關鍵是要用所學的知識使其趨利避害，朝著對人類有利的方向發(fā)展。

評析：以往的教學設計忽略了學生辯證思維的培養(yǎng)。金屬腐蝕確實給人類帶來了很大的危害，但人類也可以用自己的智慧來利用金屬的腐蝕，讓學生學會認識事物的兩面性，辯證地看待問題。

三、教學反思

提前一周的準備工作使本節(jié)課的教學在容量大的情況下并不顯得緊張而繁雜，課堂上重點突破時間充足。在教學過程中以學生為主體，讓學生積極主動參與整個教學過程，學生活動探究時間多，氣氛活躍，取得了很好的教學效果。通過課前對學生自主學習的指導，引導學生發(fā)現問題；通過實驗探究讓學生學會分析思考，善于合作交流；通過聯系生活實際培養(yǎng)了學生的辯證思維；通過實驗創(chuàng)新突破教學難點，引導學生把感性知識內化為認知結構，努力讓學生從“常態(tài)思維”躍遷到“創(chuàng)新思維”。當然，新課程倡導的實驗探究能力的培養(yǎng)不是一朝一夕就能實現的，作為化學教師，我們在教學中要不斷滲透有利于學生能力發(fā)展的各種教學策略。

［1］宋心琦主編.化學選修4：化學反應原理［M］.北京：人民教育出版社，2007：84

［2］項云，錢海濱，蔣金虎.鐵吸氧腐蝕的實驗創(chuàng)新［J］.化學教育，2011，（6）：59

1008-0546（2013）06-0064-02

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10.3969/j.issn.1008-0546.2013.06.027