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赞可夫说:“教学法一旦触及情绪和意志领域,这种教学法就能发挥高度有效的作用。”情境教学就是以培养兴趣为前提,激起学生的好奇心求知欲,从而使学生树立起学好化学的自信心,积极主动地参与到化学学习的过程中来。
《金属的电化学腐蚀与防护》是人教版高中化学选修4第四章第四节的内容。初中化学进行过“活动与探究”《铁钉锈蚀的条件》实验;在必修2“电化学知识“中初步学习了原电池的概念等知识;在本章前三节分别较详细的介绍了原电池的工作原理、几种常见的化学电源和电解原理与应用研究。在学习以上知识之后,及时学习电化学的应用顺理成章。教材内容在不同阶段逐步扩大范围,加深程度,按照螺旋式结构编写。因此本节情境设计也是层层深入,螺旋式上升,这样的安排,让学生对电化学知识的学习得到 巩固和补充,并逐步深化,既体现了教材循序渐进、由易到难的编排意图,又符合学生的知识水平和认知水平面;既分散了难点,让学生分期“消化”,又减轻了负担,有利于學生更好的掌握知识。
创设生活情境,从生活走进化学,观察厨房中的化学现象,洁净的生铁锅一夜间变得锈迹斑斑。
引出问题:铁锅发生什么变化,为什么?学生能从旧知、从现象分析铁发生了化学变化,由Fe转化成了Fe2O3。从生活走进化学,引入新课,将学生带入情境,引发思考产生新的疑问:Fe是如何变成Fe2O3?创设问题情境,以激励学生解决问题的动机。培育学生宏观辨识和微观探析的化学素养。
创设实验情境,通过实验探究铁生锈的原理。结合生活中暖宝宝的发热现象,阅读使用说明,经对比发现与生铁锅的成分的相似。
用暖宝宝的材料进行设计,并改进实验,探究铁的吸氧腐蚀的原理。
通过实验,观察实验现象,分析与讨论,得出铁的吸氧腐蚀原理,解释铁生锈遥原因。
改变反应的环境,探究铁的析氢腐蚀原理。培养学生宏观辨识与微观探析的化学素养,即能通过观察、辨识一定条件下物质的形态及变化的宏观现象,初步掌握物质及其变化,并能运用符号表征物质及其变化;同时能认识物质的变化是有条件的;能从内因和外因等方面较全面地分析物质的化学变化,关注化学变化中的能量转化;能从不同视角对纷繁复杂的化学变化进行分类研究,逐步揭示各类变化的特征和规律。
三重表征:宏观——微观——符号表征
铁生锈 Fe——Fe2O3——负极:Fe-2e-=Fe2+
液面上升 Fe发生吸氧腐蚀 正极:O2+4e-+2H2O=4OH-
液面下降 Fe发生了析氢腐蚀 正极:2H++2e-=H2
创设数据情境,通过网上查询,给出表中数据,即一年世界钢铁产量,钢铁生锈被腐蚀的质量,用于防护所需资金。
学生从数据上了解金属腐蚀的危害,认识到钢铁生锈不容忽视,思考如何防护这一重大的课题,意识到这是值得探究的问题,培养学生数据素养。同时培养了学生关注与化学有关的社会热点问题,认识环境保护和资源合理开发的重要性,具有可持续发展意识和绿色化学观念。
创设生活情境:再次回到厨房,寻找金属腐蚀情况的防护措施,如生锈的菜刀、锅、勺子,防生锈的物品拷瓷盆、不锈钢碗、保温杯等;视线回到眼前课堂中的教室,观察寻找身边的金属的腐蚀与防护现象的措施,课桌椅脚、风扇、教室外的护栏。得出常见金属腐蚀的方法有涂上防护层、改变金属内部结构。
创设信息情境,回归教材图片,利用电化学知识分析轮船上的防护措施、钢闸门的防护措施。
利用原电池原理,较活泼金属Zn作负极被腐蚀,Fe作正极被保护,这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法;利用电解池原理,被保护金属与电源的负极相连,作为电池的阴极而被保护,称为外加电流的阴极保护法,小结金属防护的电化学保护法,牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。金属因电化学而腐蚀,而防护也可以利用电化学原理.培养学生利用化学知识解决问题的能力.体验电化学知识的学科价值与社会责任。良好的情境可以使教学内容触及学生的情绪和意志领域,让学生深切感受学习活动的全过程并升华到自己精神的需要。
创设任务情境,布置课后调查与探究。校园中的金属腐蚀现象与防护措施;再从校园走向社会,周末到校外调查金属腐蚀的现象与防护措施,并提出合理的意见的建议。培育学生深刻理解化学、技术、社会和环境之间的相互关系,赞赏化学对社会发展的重大贡献,能运用已有知识和方法综合分析化学过程对自然可能带来的各种影响,权衡利弊,勇于承担责任,积极参与有关化学问题的社会决策,培育参与和解决问题的能力。
本节课的设计思路是创设生活情境,提出问题,再创设实验情境,探究问题,分析问题,解决问题,进一步创设数据情境,再次提出问题,又创设新的生活情境,分析问题,解决疑惑,进一步创设信息情境,探究问题,得出结论,最后创设任务情境,让学生从生活走进化学,利用所学知识指导生活,从生活情境走进课堂真实情境,走出教室,走进校园,走出社会,调查金属的腐蚀与防护的现象与措施,并提出个人的意见与建议。
本节课中,通过六个真实情境的创设,从生活走进化学课堂,激起悬疑,通过实验情境的创设,探究金属的腐蚀原理与防护措施,再回归生活、走进教室、走到校园、走出校园,观察、调查身边的金属腐蚀现象与防护措施,层层深入、螺旋上升创设情境,自然地融入并培育核心素养。
[设疑] 暖宝宝的发热原理是什么?
对比暖宝宝与生铁锅的成份:
生铁锅:Fe C
暖宝宝:Fe C NaCl
[活动2]利用暖宝宝探究生铁锅生锈的原理: 实验步骤:将1/3暖宝宝原料加入锥形瓶中,连接好仪器,并将导管插入烧杯的液面以下,观察导管中水柱的变化。
[分析] 暖宝宝发热原理:Fe与C在NaCl作电解质条件下,与空气中O2反应,放出热量,所以能发热。
在此过程中发生的总反应为:
2Fe+O2+2H2O = 2Fe(OH)2
電极反应式: 负极:2Fe-4e-=2Fe2+
正极:O2+2H2O+4e-=4OH-
[设疑] 通过上面实验探究,你能解析铁锅生锈的原理吗?
[结论]Fe→负极:2Fe-4e-=2Fe2+ 正极:O2+2H2O+4e-=4OH-
→Fe2++2OH-=Fe(OH)2 →4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
→Fe2O3.nH2
[总结过渡] 铁在中性环境下发生吸氧腐蚀,若改变环境呢,
会发生什么变化?下面通过第二个实验来探究。
[活动3]探究铁的析氢腐蚀
实验步骤: 在实验探究1的锥形瓶中,加入约5ml稀盐酸溶液,连接好仪器,将导管插入液面以下,观察现象。
[结论]钢铁的腐蚀与环境相关,当环境为中性或弱酸性环境下,发生吸氧腐蚀,在酸性较强的环境与发生析氢腐蚀。
创设信息情境;回归教材图片;轮船上的防护措施、电站的防护措施;总结金属的电化学防护。
在工业上,生产中,能否利用电化学原理对金属进行防护呢?请回归到教材中的这两幅图,试分析它们分别运用什么原理进行防护?
[活动2] 分析教材中的两幅图,理解工业生产中金属防护的原理
[分析]Fe作正极被保护,Zn作负极被腐蚀——牺牲阳极的阴极保护法
Fe连接阴极,被保护,外加电流的阴极保护法
[小结]利用电化学原理进行金属的防护措施:
(1)牺牲阳极的阴极保护法
(2)外加电流的阴极保护法
《金属的电化学腐蚀与防护》是人教版高中化学选修4第四章第四节的内容。初中化学进行过“活动与探究”《铁钉锈蚀的条件》实验;在必修2“电化学知识“中初步学习了原电池的概念等知识;在本章前三节分别较详细的介绍了原电池的工作原理、几种常见的化学电源和电解原理与应用研究。在学习以上知识之后,及时学习电化学的应用顺理成章。教材内容在不同阶段逐步扩大范围,加深程度,按照螺旋式结构编写。因此本节情境设计也是层层深入,螺旋式上升,这样的安排,让学生对电化学知识的学习得到 巩固和补充,并逐步深化,既体现了教材循序渐进、由易到难的编排意图,又符合学生的知识水平和认知水平面;既分散了难点,让学生分期“消化”,又减轻了负担,有利于學生更好的掌握知识。
创设生活情境,从生活走进化学,观察厨房中的化学现象,洁净的生铁锅一夜间变得锈迹斑斑。
引出问题:铁锅发生什么变化,为什么?学生能从旧知、从现象分析铁发生了化学变化,由Fe转化成了Fe2O3。从生活走进化学,引入新课,将学生带入情境,引发思考产生新的疑问:Fe是如何变成Fe2O3?创设问题情境,以激励学生解决问题的动机。培育学生宏观辨识和微观探析的化学素养。
创设实验情境,通过实验探究铁生锈的原理。结合生活中暖宝宝的发热现象,阅读使用说明,经对比发现与生铁锅的成分的相似。
用暖宝宝的材料进行设计,并改进实验,探究铁的吸氧腐蚀的原理。
通过实验,观察实验现象,分析与讨论,得出铁的吸氧腐蚀原理,解释铁生锈遥原因。
改变反应的环境,探究铁的析氢腐蚀原理。培养学生宏观辨识与微观探析的化学素养,即能通过观察、辨识一定条件下物质的形态及变化的宏观现象,初步掌握物质及其变化,并能运用符号表征物质及其变化;同时能认识物质的变化是有条件的;能从内因和外因等方面较全面地分析物质的化学变化,关注化学变化中的能量转化;能从不同视角对纷繁复杂的化学变化进行分类研究,逐步揭示各类变化的特征和规律。
三重表征:宏观——微观——符号表征
铁生锈 Fe——Fe2O3——负极:Fe-2e-=Fe2+
液面上升 Fe发生吸氧腐蚀 正极:O2+4e-+2H2O=4OH-
液面下降 Fe发生了析氢腐蚀 正极:2H++2e-=H2
创设数据情境,通过网上查询,给出表中数据,即一年世界钢铁产量,钢铁生锈被腐蚀的质量,用于防护所需资金。
学生从数据上了解金属腐蚀的危害,认识到钢铁生锈不容忽视,思考如何防护这一重大的课题,意识到这是值得探究的问题,培养学生数据素养。同时培养了学生关注与化学有关的社会热点问题,认识环境保护和资源合理开发的重要性,具有可持续发展意识和绿色化学观念。
创设生活情境:再次回到厨房,寻找金属腐蚀情况的防护措施,如生锈的菜刀、锅、勺子,防生锈的物品拷瓷盆、不锈钢碗、保温杯等;视线回到眼前课堂中的教室,观察寻找身边的金属的腐蚀与防护现象的措施,课桌椅脚、风扇、教室外的护栏。得出常见金属腐蚀的方法有涂上防护层、改变金属内部结构。
创设信息情境,回归教材图片,利用电化学知识分析轮船上的防护措施、钢闸门的防护措施。
利用原电池原理,较活泼金属Zn作负极被腐蚀,Fe作正极被保护,这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法;利用电解池原理,被保护金属与电源的负极相连,作为电池的阴极而被保护,称为外加电流的阴极保护法,小结金属防护的电化学保护法,牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。金属因电化学而腐蚀,而防护也可以利用电化学原理.培养学生利用化学知识解决问题的能力.体验电化学知识的学科价值与社会责任。良好的情境可以使教学内容触及学生的情绪和意志领域,让学生深切感受学习活动的全过程并升华到自己精神的需要。
创设任务情境,布置课后调查与探究。校园中的金属腐蚀现象与防护措施;再从校园走向社会,周末到校外调查金属腐蚀的现象与防护措施,并提出合理的意见的建议。培育学生深刻理解化学、技术、社会和环境之间的相互关系,赞赏化学对社会发展的重大贡献,能运用已有知识和方法综合分析化学过程对自然可能带来的各种影响,权衡利弊,勇于承担责任,积极参与有关化学问题的社会决策,培育参与和解决问题的能力。
本节课的设计思路是创设生活情境,提出问题,再创设实验情境,探究问题,分析问题,解决问题,进一步创设数据情境,再次提出问题,又创设新的生活情境,分析问题,解决疑惑,进一步创设信息情境,探究问题,得出结论,最后创设任务情境,让学生从生活走进化学,利用所学知识指导生活,从生活情境走进课堂真实情境,走出教室,走进校园,走出社会,调查金属的腐蚀与防护的现象与措施,并提出个人的意见与建议。
本节课中,通过六个真实情境的创设,从生活走进化学课堂,激起悬疑,通过实验情境的创设,探究金属的腐蚀原理与防护措施,再回归生活、走进教室、走到校园、走出校园,观察、调查身边的金属腐蚀现象与防护措施,层层深入、螺旋上升创设情境,自然地融入并培育核心素养。
[设疑] 暖宝宝的发热原理是什么?
对比暖宝宝与生铁锅的成份:
生铁锅:Fe C
暖宝宝:Fe C NaCl
[活动2]利用暖宝宝探究生铁锅生锈的原理: 实验步骤:将1/3暖宝宝原料加入锥形瓶中,连接好仪器,并将导管插入烧杯的液面以下,观察导管中水柱的变化。
[分析] 暖宝宝发热原理:Fe与C在NaCl作电解质条件下,与空气中O2反应,放出热量,所以能发热。
在此过程中发生的总反应为:
2Fe+O2+2H2O = 2Fe(OH)2
電极反应式: 负极:2Fe-4e-=2Fe2+
正极:O2+2H2O+4e-=4OH-
[设疑] 通过上面实验探究,你能解析铁锅生锈的原理吗?
[结论]Fe→负极:2Fe-4e-=2Fe2+ 正极:O2+2H2O+4e-=4OH-
→Fe2++2OH-=Fe(OH)2 →4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
→Fe2O3.nH2
[总结过渡] 铁在中性环境下发生吸氧腐蚀,若改变环境呢,
会发生什么变化?下面通过第二个实验来探究。
[活动3]探究铁的析氢腐蚀
实验步骤: 在实验探究1的锥形瓶中,加入约5ml稀盐酸溶液,连接好仪器,将导管插入液面以下,观察现象。
[结论]钢铁的腐蚀与环境相关,当环境为中性或弱酸性环境下,发生吸氧腐蚀,在酸性较强的环境与发生析氢腐蚀。
创设信息情境;回归教材图片;轮船上的防护措施、电站的防护措施;总结金属的电化学防护。
在工业上,生产中,能否利用电化学原理对金属进行防护呢?请回归到教材中的这两幅图,试分析它们分别运用什么原理进行防护?
[活动2] 分析教材中的两幅图,理解工业生产中金属防护的原理
[分析]Fe作正极被保护,Zn作负极被腐蚀——牺牲阳极的阴极保护法
Fe连接阴极,被保护,外加电流的阴极保护法
[小结]利用电化学原理进行金属的防护措施:
(1)牺牲阳极的阴极保护法
(2)外加电流的阴极保护法