從高考題反思金屬腐蝕的教學(xué)

中圖分類號：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0333（2025）16-0125-04

從概念的本原性、電極反應(yīng)的競爭性對2024年6月浙江省化學(xué)選考第13題進(jìn)行剖析，反思日常金屬腐蝕的課堂教學(xué).

1 真題再現(xiàn)

1.1 試題

（2024年6月浙江化學(xué)選考第13題）如圖1、2所示為兩種對海水中鋼閘門的防腐措施示意圖，則下列說法無誤的是（ ）.

A.圖1、圖2中，陽極材料失去電子

B.圖2中，當(dāng)外加電壓增大時，陰極附近溶解氧得到電子

C.圖2中，提高鋼閘門的防護(hù)效果的有效措施為保持電壓不變.

D.圖1、圖2中，當(dāng)鋼閘門表面無電流時，鋼閘門與陽極材料不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

解析 該題重點考查金屬腐蝕防護(hù)的兩種電化學(xué)方法，分別利用原電池原理和電解池原理.

A.圖2用惰性電極作為輔助陽極，因此該陽極材料本身不失去電子.

B.圖2利用了電解池原理，鋼閘門這一極作陰極得電子，陽離子聚集，故水中的 H⁺ 得電子來體現(xiàn)氧化性.當(dāng)外加電壓偏高時，同時增大了原先溶液中的溶解氧得電子的可能性.故該電極上可以發(fā)生電極反應(yīng)：

C.根據(jù)題干信息，腐蝕快慢會受環(huán)境影響，因此當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化，會導(dǎo)致腐蝕電流發(fā)生變化，此時為了使鋼鐵表面的腐蝕電流降至或接近0，則需要不斷調(diào)整外加電壓來實現(xiàn).

D.金屬腐蝕本質(zhì)原因是 ，鋼閘門表面腐蝕電流為0時，即鋼閘門未失電子，未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但圖1中犧牲陽極會失去電子即發(fā)生了化學(xué)反應(yīng).

從學(xué)生完成的情況來看，學(xué)生的正確率并不高，A、C、D三個錯誤選項都有學(xué)生選擇，究其原因有二：（1）學(xué)生對題目中描述的概念如犧牲陽極，輔助陽極，腐蝕電流等比較陌生，不理解；（2）思維固化，過于死板.對教師上課總結(jié)的一般放電順序深信不疑，無法從反應(yīng)的本質(zhì)，競爭性等角度去思考問題.

1.2 核心素養(yǎng)的考查

金屬腐蝕是高中化學(xué)教學(xué)中的重要內(nèi)容，不僅涉及化學(xué)基礎(chǔ)知識，還與學(xué)生的日常生活和工業(yè)應(yīng)用緊密相關(guān).在教學(xué)中，應(yīng)強調(diào)金屬腐蝕的化學(xué)反應(yīng)原理，如氧化還原反應(yīng).教師通過實際例子，幫助學(xué)生理解金屬腐蝕的機理；將金屬腐蝕的知識與實際應(yīng)用相結(jié)合，如講解如何防止橋梁、輪船等大型結(jié)構(gòu)的腐蝕，使學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)知識在工程和日常生活中的重要性.本題可以完成對學(xué)生多個核心素養(yǎng)要求的考查，如變化觀念與平衡思想、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任等.

“變化觀念與平衡思想”這一核心素養(yǎng)根據(jù)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》要求學(xué)生應(yīng)具備從多個視角、動態(tài)地解析化學(xué)變化的能力，并能應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)原理解決基礎(chǔ)的實際問題1.2023年6月試題以氯堿工業(yè)作為情境，需要學(xué)生運用所學(xué)電化學(xué)知識，解釋提升粒子本身得電子能力，可以解決工業(yè)能耗問題；2024年6月試題以海水中鋼閘門的防腐為素材，要求學(xué)生根據(jù)電化學(xué)原理，變化、動態(tài)地分析金屬防腐的有效措施.電化學(xué)相關(guān)的高考試題中均要求學(xué)生具備嚴(yán)謹(jǐn)求學(xué)的科學(xué)態(tài)度，能對與化學(xué)有關(guān)的社會熱點問題作出正確的價值判斷，能參與有關(guān)化學(xué)問題的社會實踐活動，從而真正體現(xiàn)了立德樹人、服務(wù)選才的高考宗旨及目的.

2 本原性理解

對于2024年6月試題，作者對自己所教的學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的難點之一是對其中一些術(shù)語感到陌生.例如，犧牲陽極，輔助陽極，腐蝕電流等.化學(xué)學(xué)科本原性理解要求學(xué)生對教材中關(guān)于知識點的表述具有清晰認(rèn)知.

2.1 犧牲陽極

“鎂、鋅比鐵活潑，它們就成為原電池的負(fù)極，不斷遭受腐蝕（需要定期檢查、更換）”（人教版選擇性必修一課本114頁），同時在書本圖4-24上鋅板即作犧牲陽極，圖4－25上注釋有犧牲船體上鑲嵌的鋅塊，避免船體遭受腐蝕這樣的字眼.通俗點說，犧牲陽極就是“犧牲陽極法”的負(fù)極.

2.2 輔助陽極

“采用外加電流法時，將待防護(hù)的鋼鐵構(gòu)件（例如鋼制閘門）充當(dāng)陰極，同時使用不活潑電極作為輔助陽極，兩者均浸沒在電解質(zhì)液體（例如海水）中，并通過外部直流電源連接”（人教版選擇性必修一課本115頁）.

在115頁“思考與討論”欄目中有這樣的描述：犧牲陽極法和外加電流法都采用輔助陽極，將被保護(hù)的金屬作為陰極.在這兩種方法中，輔助陽極發(fā)生的電極反應(yīng)類型是否相同？對于用作輔助陽極的金屬的化學(xué)性質(zhì)各有什么要求？從中可知，不管是犧牲陽極還是輔助陽極，在這一極均失電子，只不過犧牲陽極由自己主動失電子產(chǎn)生保護(hù)電流來保護(hù)鋼鐵，而外加電流法中用惰性電極作材料，本身不失電子，由外接直流電源產(chǎn)生保護(hù)電流，由電極以外的微粒失電子.

2.3 腐蝕電流

“在通電過程中，通過調(diào)節(jié)施加的電壓，迫使電子流向需要防護(hù)的鋼鐵結(jié)構(gòu)，從而使鋼鐵表面的腐蝕電流減少至幾乎為零.在此系統(tǒng)中，被保護(hù)材料被迫充當(dāng)陰極，因而免于被腐蝕”（人教版選擇性必修一115頁）.從書本的表達(dá)含義來看，在電化學(xué)保護(hù)過程中，存在兩種“相反作用”的電流，一是保護(hù)電流，二是腐蝕電流.從名稱及描述看，保護(hù)電流即電子流向被保護(hù)的金屬產(chǎn)生的電流；腐蝕電流即從被保護(hù)的金屬流出的電子產(chǎn)生的電流.

對于這些概念的理解和應(yīng)用，在教材中本身就有體現(xiàn)，人教版選擇性必修一課本117頁有這樣一道課后習(xí)題：

海港、碼頭的鋼制管樁會受到海水的長期侵襲，在實際生活中常用外加電流法對其進(jìn)行防腐處理（如圖3所示）.下列有關(guān)敘述中錯誤的是（ ）.

A.高硅鑄鐵是作為損耗陽極材料發(fā)揮作用的

B.通電后外電路的電子被強制流向鋼制管樁

C.保護(hù)電流應(yīng)該根據(jù)環(huán)境條件變化而進(jìn)行調(diào)整

D.通電后使鋼制管樁表面的腐蝕電流接近零

此題中同時出現(xiàn)了保護(hù)電流、腐蝕電流、惰性輔助陽極等概念，如果在平時教學(xué)中，對教材素材、課后練習(xí)的運用再充分點，對這些本原概念講解更清晰點，學(xué)生在解決2024年6月浙江化學(xué)選考13題時就變得有方向、有抓手.

3 教學(xué)反思

3.1 理解電極表面反應(yīng)的競爭性

化學(xué)學(xué)科的特點決定了化學(xué)知識的抽象性和復(fù)雜性，以及化學(xué)問題解決機制的綜合性和多樣性.在化學(xué)教學(xué)中，教師需要培養(yǎng)學(xué)生能在復(fù)雜體系中辯證分析問題的能力，不能固化地將書本上呈現(xiàn)的，或者教師自己總結(jié)的一些一般規(guī)律直接拿來解題，應(yīng)結(jié)合物質(zhì)本身性質(zhì)，以及濃度、溫度以及周圍環(huán)境等因素綜合分析得出結(jié)論.在復(fù)雜體系中，影響反應(yīng)的往往不只是一個變量，要考慮多變量因素.例如：苯酚和 Fe³⁺ 的顯色反應(yīng);苯酚和溴水生成2，4，6－三溴苯酚的取代反應(yīng).我們知道苯酚易被氧化，而Fe³⁺ 、溴水和苯酚分別發(fā)生配位反應(yīng)和取代反應(yīng)，短時內(nèi)反應(yīng)不呈現(xiàn)氧化還原的現(xiàn)象.我們甚至可以用溴水來定性檢驗和定量測定苯酚的量，也基于苯酚的取代很快，且副反應(yīng)少等特點.

氧化還原反應(yīng)和非氧化還原反應(yīng)的競爭在溶液中往往一起存在，而氧化還原的活化能一般較大，而發(fā)生的復(fù)分解、配位反應(yīng)等活化能一般比較小，有些甚至可以瞬間反應(yīng).故從動力學(xué)角度分析，短時內(nèi)以非氧化還原反應(yīng)為主，而從熱力學(xué)角度分析，氧化還原的產(chǎn)物更穩(wěn)定，故長時以氧化還原反應(yīng)為主，從本質(zhì)上理解，動力學(xué)理論和熱力學(xué)理論本身就是一組競爭關(guān)系.

3.2 理解核心素養(yǎng)的重要性

學(xué)生學(xué)，教師教，化學(xué)的學(xué)習(xí)最終要服務(wù)社會，服務(wù)生活.從高考題中可以看出，高考題目往往設(shè)計一些與實際生活緊密相關(guān)的情景，要求學(xué)生運用所學(xué)化學(xué)知識解決問題.例如，金屬腐蝕的題目可能會涉及如何防止橋梁、船舶等金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕，這不僅考查了學(xué)生對金屬腐蝕原理的理解，還考查了學(xué)生如何將這些原理應(yīng)用于實際問題的能力.

4 結(jié)束語

高考題不僅要求學(xué)生正確應(yīng)用已學(xué)知識，更考驗學(xué)生是否能運用科學(xué)思維方法來分析問題，進(jìn)而提出創(chuàng)新的解決方案.這種能力的培養(yǎng)對于學(xué)生未來在科學(xué)研究或工程實踐中解決未知問題至關(guān)重要.以考促教，以教導(dǎo)考，教考銜接，充分培養(yǎng)學(xué)生分析復(fù)雜問題的能力，讓核心素養(yǎng)在課堂上真正地落地生根.

參考文獻(xiàn)：

［1］中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.