從生活走進(jìn)化學(xué)

李德前

一、教學(xué)思路

本活動(dòng)案例取自滬教版九年級(jí)《化學(xué)》第5章第3節(jié)《金屬防護(hù)和廢金屬回收》，以其第一部分“鋼鐵銹蝕及其防護(hù)”為基礎(chǔ)，適當(dāng)增加了鋼鐵銹蝕正面利用的實(shí)例，如暖寶寶、鐵系食品脫氧劑、用鐵粉測(cè)量空氣中氧氣的體積含量等。

本節(jié)課通過“鋼鐵銹蝕害死人”的情境設(shè)計(jì)，通過探究鋼鐵銹蝕的條件，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)理論知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)提出合理猜想的能力，以及靈活運(yùn)用控制變量法解決實(shí)際問題的技巧。通過呈現(xiàn)鋼鐵銹蝕的正面利用，培養(yǎng)學(xué)生的辯證唯物主義思想，也使學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)是一把雙刃劍，要合理運(yùn)用。在教學(xué)過程中，通過小組合作、猜想假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手操作等一系列學(xué)習(xí)活動(dòng)，充分發(fā)揮學(xué)生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)；通過聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力，同時(shí)體現(xiàn)“從生活走進(jìn)化學(xué)，從化學(xué)走向社會(huì)”的課程理念。

另外，考慮到課堂時(shí)間的局限性，為了提高實(shí)驗(yàn)效率和課堂效益，探究鋼鐵銹蝕條件的實(shí)驗(yàn)裝置提前5天組裝好，在本節(jié)課上學(xué)生設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)方案后再適時(shí)展示，以使學(xué)生及時(shí)觀察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。為增加學(xué)生動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，又安排了2個(gè)分組實(shí)驗(yàn)：檢驗(yàn)鐵系脫氧劑的主要成分，利用鋼鐵銹蝕原理測(cè)量空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)。

二、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知道鋼鐵銹蝕的條件，認(rèn)識(shí)金屬防護(hù)的簡(jiǎn)單方法。

2.知道合理利用鋼鐵銹蝕能夠趨利避害。

3.初步學(xué)會(huì)利用控制變量法探究鋼鐵銹蝕的條件。

4.體驗(yàn)測(cè)量空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)的又一種方法。

5.激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，保持探究身邊物質(zhì)的興趣。

三、教學(xué)過程

1.創(chuàng)設(shè)情境，引入探究的主題。

教師：某化工廠有一個(gè)存放MgCl2溶液的鋼鐵容器，使用久了容器已銹跡斑斑，亟需維修。一天，2名維修工剛進(jìn)入容器就暈倒了。被發(fā)現(xiàn)時(shí)，一名操作工已不幸遇難，另一位經(jīng)搶救脫險(xiǎn)。事故調(diào)查組對(duì)鋼鐵容器內(nèi)的氣體成分進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)并不存在有毒氣體，但容器中氧氣的含量卻非常低。

為什么鋼鐵容器內(nèi)會(huì)嚴(yán)重缺氧呢？殺害維修工人的“兇手”是誰呢？

教師板書：有關(guān)鋼鐵銹蝕的探究

2.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究鋼鐵銹蝕的條件。

教師：鋼鐵是應(yīng)用普遍而又極易銹蝕的金屬材料。鐵銹的化學(xué)成分是Fe2O3·xH2O，它是疏松的紅色固體。為了減少損失，我們需要探究鋼鐵銹蝕的原因和防護(hù)措施。

教師提問：根據(jù)鐵銹的化學(xué)成分、我們的生活經(jīng)驗(yàn)等，猜想鋼鐵銹蝕需要哪些條件。

學(xué)生：鋼鐵銹蝕肯定需要水，因?yàn)殍F銹中就含有化合態(tài)的水。

學(xué)生：我發(fā)現(xiàn)陰雨天鋼鐵的銹蝕很嚴(yán)重，所以我也認(rèn)為鋼鐵銹蝕需要水。

學(xué)生：因?yàn)殇撹F銹蝕發(fā)生在空氣中，而且氧氣的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，所以我認(rèn)為鋼鐵銹蝕還需要氧氣。

學(xué)生：在淮海戰(zhàn)役紀(jì)念館里，我發(fā)現(xiàn)放置在氮?dú)饷芊庀淅锏奈奈锖茈y生銹，所以我也認(rèn)為鋼鐵銹蝕需要氧氣。

學(xué)生：我覺得鋼鐵銹蝕只需要水就可以了，因?yàn)樗屑扔袣湓兀钟醒踉?，可以滿足鐵銹的需求。

教師小結(jié)：這些猜想都有一定的道理。要驗(yàn)證我們的猜想，該如何去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置呢？

學(xué)生：至少需要設(shè)計(jì)3個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生：對(duì)比實(shí)驗(yàn)還需控制變量，分別控制：鋼鐵僅與氧氣接觸，僅與水接觸，既接觸水又接觸氧氣。

教師小結(jié)：控制變量法是研究多因素問題的常用方法。

（因?yàn)殇撹F銹蝕屬于緩慢氧化，所以教師提前5天按照學(xué)生的設(shè)計(jì)思路，組裝好了實(shí)驗(yàn)裝置。）

展示圖1實(shí)驗(yàn)裝置（試管①中的鐵釘處于干燥的空氣中，試管②中的鐵釘完全浸沒在冷卻的沸水中，試管③中的鐵釘既接觸水又接觸氧氣）。學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后匯報(bào)。

學(xué)生：試管①②中的鐵釘沒有生銹，試管③中的鐵釘生銹了。

學(xué)生：試管③中，鐵釘在空氣與水的交界處鐵銹最多。

教師小結(jié)、板書：鋼鐵銹蝕是鐵與氧氣、水共同作用的結(jié)果。

教師提問：為什么海邊的鐵制品極易生銹？為什么化工設(shè)備、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的鐵制品更易發(fā)生銹蝕？

展示圖2實(shí)驗(yàn)裝置（試管④中的鐵釘5天前用酸溶液浸過，試管⑤中的鐵釘5天前放在氯化鈉溶液中）。

學(xué)生觀察后，匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

學(xué)生：試管④⑤中的鐵釘銹蝕嚴(yán)重。

學(xué)生：試管④⑤中產(chǎn)生的鐵銹，遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于試管③。

學(xué)生：試管⑤的底部還有少量黑色固體，可能是鐵釘中原有的雜質(zhì)碳。

教師小結(jié)、板書：酸、鹽的存在會(huì)加速鋼鐵的銹蝕。

教師提問：現(xiàn)在我們?cè)賮砘卮?，為什么開頭說的那個(gè)鋼鐵容器害死了人？

學(xué)生：鋼鐵生銹會(huì)消耗氧氣，容器中殘存的氯化鎂加快了鐵生銹，因而造成鋼質(zhì)容器內(nèi)嚴(yán)重缺氧。

學(xué)生：殺害維修工的“兇手”是鋼鐵銹蝕造成的缺氧環(huán)境。

3.逆向思考，探尋金屬防護(hù)的措施。

教師：鋼鐵銹蝕危害巨大，全世界每年有將近1/4的鋼鐵制品由于生銹而報(bào)廢。

學(xué)生討論：防止鋼鐵銹蝕的方法有哪些。

教師巡視、參與、釋疑，討論結(jié)束師生小結(jié)。

教師小結(jié)、板書：金屬防護(hù)的措施：保持潔凈干燥、表面覆蓋保護(hù)膜、制成合金等。

教師：不同的鋼鐵制品所采取的防銹措施有所不同。展示自行車實(shí)物（或投影自行車圖片）。

教師提問：自行車上的鋼鐵零部件采取了哪些防銹措施。

學(xué)生回答后，教師小結(jié)：支架——噴漆；鏈條——烤藍(lán)、涂油；車把——鍍鉻；螺絲釘——鍍鋅。

4.趨利避害，巧妙利用鋼鐵銹蝕。

教師：鋼鐵銹蝕不僅緩慢放熱，還消耗氧氣，人們巧妙利用這些性質(zhì)和特征，發(fā)明了暖寶寶、鐵系脫氧劑等，從而使鐵生銹趨利避害、揚(yáng)長避短。

板書：巧妙利用鐵生銹能趨利避害。

教師提問：暖寶寶包裝袋上標(biāo)注的化學(xué)成分有哪些？

學(xué)生討論：暖寶寶中鐵粉、活性炭、食鹽、水等分別具有的作用。教師巡視、參與、點(diǎn)撥，討論結(jié)束學(xué)生匯報(bào)。

學(xué)生：鐵粉是發(fā)熱劑的主體物質(zhì)，水是鐵生銹的必備條件之一。

學(xué)生：食鹽的存在能加快鐵的銹蝕，使暖寶寶在短時(shí)間里放出大量的熱。

學(xué)生：活性炭是一種載體，能使各種成分均勻混合，從而使暖寶寶發(fā)熱均勻，以免局部過熱，燙傷身體。

教師：鐵生銹不僅消耗氧氣，而且生成固態(tài)的鐵銹。因此，可以利用鐵粉測(cè)量空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)。那如何設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置呢？

實(shí)驗(yàn)：學(xué)生回憶燃磷法測(cè)量空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，并根據(jù)教師提供的實(shí)驗(yàn)用品，設(shè)計(jì)出如圖3和圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置。

分組實(shí)驗(yàn)：剪開幾袋沒有開封的暖寶寶，立即取出足量的發(fā)熱劑；然后按圖3或圖4連好裝置，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。教師巡視、指導(dǎo)，5-7分鐘后學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

學(xué)生：在圖3裝置中，剛開始水較快地流入集氣瓶里，等一會(huì)兒水的流速逐漸減慢。

學(xué)生：在圖4裝置中，剛開始活塞較快地向前推進(jìn)，幾分鐘后速度減慢。

教師提問：若實(shí)驗(yàn)比較成功，進(jìn)入集氣瓶里的水最終處于哪個(gè)刻度？注射器中的活塞最終處于哪個(gè)刻度？

學(xué)生：圖3中，最終進(jìn)入集氣瓶中的水約在刻度1處。

學(xué)生：圖4中，最終活塞約停留在16mL刻度處。

教師：本實(shí)驗(yàn)還需要一段時(shí)間才能結(jié)束，下面我們利用這段時(shí)間來了解鐵系食品脫氧劑。

展示：幾種不同包裝的鐵系食品脫氧劑。

學(xué)生思考：食品脫氧劑中的鐵粉具有怎樣的作用。

教師小結(jié)：鐵粉在食品包裝盒里會(huì)緩慢生銹使食品缺氧，從而達(dá)到保質(zhì)保鮮的效果。據(jù)測(cè)定，1g鐵的除氧能力為300mL，因此鐵系脫氧劑的除氧效果非常好。

教師：如何檢驗(yàn)脫氧劑中的鐵粉是否完全變質(zhì)？

實(shí)驗(yàn)：學(xué)生根據(jù)教師提供的實(shí)驗(yàn)用品，設(shè)計(jì)出幾種檢驗(yàn)方法，如使用稀硫酸或硫酸銅溶液檢驗(yàn)，或利用磁鐵吸引等。

分組實(shí)驗(yàn)：學(xué)生剪開幾袋用過的鐵系食品脫氧劑，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。教師巡視、指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后學(xué)生匯報(bào)。

學(xué)生：我們組的脫氧劑中稍微夾雜一點(diǎn)紅色粉末，大量的黑色粉末能被磁鐵吸引，說明絕大部分鐵粉沒有變質(zhì)。

學(xué)生：我們組的脫氧劑明顯變紅，加入稀硫酸且微熱，只冒出很少的氣泡，說明絕大部分鐵粉已經(jīng)變質(zhì)。

學(xué)生：我們組的脫氧劑幾乎沒有變紅，加入硫酸銅溶液后，出現(xiàn)了大量紅色固體，說明大部分鐵粉沒有變質(zhì)。

教師：請(qǐng)學(xué)生再來觀察前面測(cè)量空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

各小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，推算出氧氣的體積分?jǐn)?shù)約為1/6。

測(cè)量值偏小，請(qǐng)學(xué)生在課后思考造成誤差的一些原因。

5.新課結(jié)束，交流學(xué)習(xí)收獲。

教師：請(qǐng)同學(xué)用最簡(jiǎn)要的語言，說一說本節(jié)課自己最大的收獲。

學(xué)生：我搞清了鋼鐵銹蝕的條件，以及影響鐵生銹速率的因素。

學(xué)生：我明白了鋼鐵銹蝕也有有利的一面，我們要學(xué)會(huì)利用化學(xué)知識(shí)揚(yáng)長避短。

學(xué)生：我知道了，測(cè)量空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)還可以使用鐵粉。

學(xué)生：我深深地體會(huì)到，解決身邊的化學(xué)問題要有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、熟練的實(shí)驗(yàn)操作。

教師小結(jié)、評(píng)價(jià)：這節(jié)課學(xué)生積極參與、大膽發(fā)言、及時(shí)交流，收獲很多。課后，請(qǐng)利用墻報(bào)、博客、QQ等形式繼續(xù)交流探究成果、貢獻(xiàn)學(xué)習(xí)疑惑。

6.布置作業(yè)，延伸探究活動(dòng)。

（1）觀察校園里的籃球架、國旗竿、自行車棚、樓層圍欄、門鎖等采用了哪些防銹措施。

（2）利用鐵粉測(cè)量空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)時(shí)，測(cè)量值偏小的可能原因有哪些。

（3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明，為什么夏天鐵制品更容易銹蝕。

（4）給自己的自行車做一次防銹保障。

（作者單位：江蘇省徐州市西苑中學(xué)）