Урок по теме Коррозия металлов


Образовательные цели: сформировать представление о коррозии металлов как самопроизвольном окислительно-восстановительном процессе, её значении, причинах, механизме и способах защиты; показать влияние на скорость коррозии таких факторов, как природа веществ, температура и присутствие катализатора (ингибитора).

Развивающие: развить умение проведения химического эксперимента с соблюдением правил техники безопасности, строить логические цепочки и выводы из наблюдений, прогнозировать решение некоторых проблем.

Воспитательные: совершенствовать коммуникативные умения в ходе коллективного обсуждения, продолжать формировать убеждения учащихся в необходимости привлечения средств химии к пониманию и описанию процессов, происходящих в окружающем мире.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, оборудование и реактивы для лабораторного эксперимента, таблицы: «Коррозия металлов», «Защита металлов от коррозии», презентация к уроку.

Методы и приемы обучения: метод проблемного изложения материала, метод поисковой беседы, исследовательский метод и сопровождение лабораторного проблемного эксперимента.

Тип урока: изучение нового материала.

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Объяснение нового материала.

В начале прошлого столетия по заказу одного американского миллионера, была построена роскошная яхта «Зов моря». Днище её было обшито сплавом меди и никеля, киль и другие детали были изготовлены из стали. Когда яхту спустили на воду, оказалось, что она не пригодна к использованию. И ещё до выхода в открытое море была полностью выведена из строя

31 января 1951 года обрушился железный мост в Квебеке (Канада), введенный в эксплуатацию в 1947 году.

В 1964 году рухнуло одно из самых высотных сооружений в мире – 400 метровая антенная мачта в Гренландии.

Разобраться, что произошло нам, поможет стихотворение:

Мы видим мрачную картину,
Вот ржавый гвоздь и ржавая труба,
И даже новую машину
За год буквально съела ржа.
Ползет она как змей ужасный
И вглубь, и вширь, и поперек.
Корабль, краскою блиставший,
С дырой в боку ко дну идет.
Ржавеет все – тросы, лебедка,
Опоры зданий и мостов,
И даже руль подводной лодки
Всегда к ржавлению готов.
И где же выход из проблемы,
И в чем причина бедствий тех?
Найдем ответ мы непременно
Пусть нам сопутствует успех.

Уч-ль: Итак, ребята, какова тема нашего урока?

Уч-ся: Коррозия металлов.

Уч-ль: мы знаем тему урока (слайд №1, приложение 1), давайте теперь сформулируем цели нашего урока, что нам необходимо сегодня изучить.

Уч-ся: Что такое коррозия, её причины, реакции, которые при этом происходят, как бороться с коррозией. (слайд №2, приложение 1)

Уч-ль: чтобы знать, как бороться с врагом надо хорошо изучить его. Обратите внимание на эпиграф к уроку: «Знать – значит победить!» (А.Н. Несмеянов) (Слайд №3, приложение 1)

Слово коррозия происходит от латинского corrodere, что означает разъедать (слайд №4, приложение 1). Хотя коррозию чаще всего связывают с металлами, но ей подвергаются также камни, пластмассы и другие полимерные материалы и дерево. Например, в настоящее время мы являемся свидетелями большого беспокойства людей в связи с тем, что от кислотных дождей катастрофически страдают памятники (здания и скульптуры), выполненные из известняка или мрамора. Таким образом, мы с вами подошли к формулировке понятия «коррозия»

Коррозияназывают самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды.

Процессы физического разрушения к коррозии не относят хотя часто они наносят не меньший вред памятникам культуры. Их называют истиранием, износом.

Уч-ль: чем покрывается железный гвоздь при коррозии?

Уч-ся: ржавчиной.

Уч-ль: Ржавлением называется только коррозия железа и его сплавов. Другие металлы коррозируют, но не ржавеют. Хотя коррозируют практически все металлы, но в повседневной жизни человек чаще всего сталкивается с коррозией железа.

Перейдем с вами теперь к классификации коррозии металлов. (слайд № 5, приложение 1)

Приложение 2

«По природе агрессивных сред»: воздушная, газовая, морская, почвенная, биологическая.

«По механизму возникновения» (слайд № 7, приложение 1): химическая и электрохимическая.

Рассмотрим подробнее химическую коррозию. (слайд № 8, приложение 1) – запись в тетради.

Химическая коррозия – разрушение металла при взаимодействии его с сухими газами или жидкостями, не проводящими электрический ток (например, нефть).

Ей подвергается арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания и аппаратура химической промышленности. При этом происходит окислительно-восстановительные реакции, в ходе которой металл окисляется, а присутствующий в среде окислитель восстанавливается, электроны переходят от металла к окислителю без возникновения в цепи электрического тока.

Демонстрация. Прокалим медную проволоку на воздухе. Что наблюдаете.

Уч-ся: изменение окраски – появление черного налета, значит произошла химическая реакция.

При взаимодействии меди с кислородом идет реакция:

2Cu + O2 → 2CuO (запись в тетради и на доске)

Cu0 – 2eCu2+ | 2| - востановитель, процесс окисления

O20 + 4e → 2O2- | 1| - окислитель, процесс восстановления

Некоторые металлы на воздухе покрываются плотной оксидной пленкой, например алюминий, и металл не корродирует. Что не скажешь о железе – ржавчина не прилегает к металлу, рыхлая, и металл может разрушиться весь.Оксидная пленка оксида железа содержит: FeO, Fe2O3, Fe3O4.

Мы рассмотрели с вами химическую коррозию, а теперь рассмотрим электрохимическую.

Электрохимическая коррозияразрушение металла в среде электролита с возникновением электрического тока. (Запись в тетради). (Cлайд №9, приложение 1)

При данном виде коррозии требуется наличие электролита (конденсат, дождевая вода и т.д.), как например при ржавлении железа во влажном воздухе. При электрохимической коррозии возникает электрическая цепь.

4Fe + 3O2(воздух) + 6H2O(влага) → 4Fe(OH)3



Может подвергаться один металл, но и металлы в контакте друг с другом.

Демонстрация: Взаимодействие цинка с разбавленной соляной кислотой. Что происходит?

Уч-ся: Цинк реагирует с кислотой, выделяется газ водород.

Уч-ль: Добавим немного раствора хлорида меди (II). Что наблюдаем?

Уч-ся: На поверхности цинка выделяется медь и водород бурно выделяется.

Схема процесса:

Zn0 – 2e → Zn2+ (запись в тетради)

2H+ + 2e → H20

Zn0 + 2H+ → Zn2+ + H20

В результате возникает гальванический элемент. Замечено, что сверхчистые металлы устойчивы к коррозии.Например, сверхчистое железо намного меньше корродирует, чем обычное железо. (Слайд №10, приложение 1) Знаменитая Кутубская колонна в Индии близ Дели уже полторы тысячи лет стоит и не разрушается, несмотря на жаркий и влажный климат. Сделана она из чистого железа (99,72 %) и весом 6,5 тонн, высотой 7,2 метра и в диаметреот 42 см у основания и до 30 см у верха. Колонна была воздвигнута в честь царя Чандрагупты II . По народному поверью кто прислонится к колонне спиной и сведет за ней руки исполнится заветное желание. Ученые предполагают, что эта колонна изготовлена из метеоритного железа. Мы рассмотрели с вами виды коррозии.

Следующим этапом нашего урока будет рассмотрение факторов, влияющих на коррозию металлов.

Для этого необходимо провести ряд лабораторных орытов. У учащихся на столах карточки с инструкциями по проведению лабораторных опытов и соблюдению правил по технике безопасности.

Проведем лабораторные опыты:

  1. Fe + H2O→ (слайд № 11, приложение 1)
  2. Fe + NaCl (p-p) →
  3. Fe, Cu + NaCl(p-p)→
  4. Fe,Zn + NaCl (p-p) →
  5. Fe + NaCl + NaOH →

Учащиеся проводят опыты и сравнивают с опытным образцом проведенным несколько дней назад. Результаты обсуждаются и сравниваются с данными со слайда. (слайды № 12-13, приложение 1)

Стакан №1: Железо слабо прокорродировало, в чистой воде коррозия идет медленно, так как это слабый электролит.

Стакан №2: Скорость коррозии выше, чем в первом случае, следовательно хлорид натрия увеличивает скорость коррозии.

Стакан №3: Железный гвоздь в контакте с медной проволокой, опущенный в раствор хлорида натрия сильно прокорродировал.

Стакан №4: в контакте с цинком железо не корродирует.

Стакан №5: железный гвоздь, опущенный в раствор хлорида натрия, к которому добавили гидроксида натрия не корродирует.

Уч-ль: Какой вывод мы можем сделать?

Уч-ся: Скорость коррозии меняется в зависимости от контакта с другими химическими веществами.

Уч-ль: а есть ли способы защиты от коррозии?

Уч-ся: есть.

Уч-ль: зная механизм коррозии и причины её возникновения, человек научился защищать металлы от коррозии. Вспомним с вами эпиграф нашего урока (Знать — значит победить) (слайд №14, приложение 1)

  1. Неметаллическое покрытие (лаки, масла, краски и т.д.). Эти вещества изолируют металл от внешней среды. ( Работа с таблицей методы защиты от коррозии). Например, Эйфелева башня в Париже изготовлена из стали и требует покрытия краской для защиты от коррозии и стала весить вместо 9 тонн стала на 70 тонн больше. (слайд №15, приложение 1)
  2. Металлическое покрытие – некорродирующими металлами (Zn, Cr, Ag, Ni, Sn и т.д.). Кровельное железо покрывают цинком, который охраняет железо от коррозии, хотя цинк и является более активным металлом. Он сам покрыт оксидной пленкой. (слайд №16, приложение 1)
  3. Нержавеющие стали ( введение легирующих металлов: Cr, Ni, Co, Cu и т.д.). Основано на создании сплавов с антикоррозионными свойствами. Введение в сталь 12% хрома получают сталь устойчивую к коррозии. А введением никеля, кобальта и меди — усиливают антикоррозионные свойства, так как повышают склонность сплавов к пассивации (образование на поверхности металла устойчивой оксидной пленки). (слайд №17, приложение 1)
  4. Введение ингибитора. Ингибитор это вещество, способное в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их. Дамасские мастера для снятия окалины использовали растворы серной кислоты с добавками пивных дрожжей, муки, крахмала. Эти примеси были первыми ингибиторами. В результате растворялись лишь окалина и ржавчина. Посмотрите на табл. «Методы защиты от коррозии» Гвоздь в воде с маслом не корродирует – масло является ингибитором) Ингибиторы широко применяются при очистке от накипи паровых котлов, снятия окалины с обработанных изделий, при хранении и перевозке соляной кислоты в стальной таре.
  5. Протекторная (более активный металл, стоящий левее в ряду электрохимического напряжения металлов) – легко разрушается. Протекторная защита применяется в тех случаях если, когда защищается конструкция (подземный трубопровод, корпус корабля), находящаяся в среде электролита (морская вода, подземные почвенные воды и т.д.). Сущность такой защиты заключается в том, что конструкцию соединяют с протектором – более активным металлом, чем металл защищаемой конструкции. Например, дно корабля защищают кусочками из металла Zn, защищая железное дно от разрушения. В роли протекторов выступают и другие металлы: Mg, Al, Zn и сплавы из них. Мы рассмотрели с вами способы защиты металлов от коррозии.

III. Первичное закрепление материала (слайд №19, приложение 1)

Самостоятельная работа «Коррозия металлов» по вариантам.

Вариант №1

  1. Что такое «коррозия»? Какие факторы способствуют замедлению коррозии металлов?
  2. На стальной крышке поставлена медная заклепка. Что разрушится раньше – крышка или заклепка? Почему?

Вариант №2

  1. Какие виды коррозии вам известны?
  2. Почему луженный( покрытый оловом) железный бак на месте повреждения защитного слоя быстро разрушается?

Вариант №3

  1. Какие факторы, способствуют усилению коррозии?
  2. Какие металлы при взаимном контакте в присутствии электролита быстрее разрушаются Cu или Zn, Al или Fe? Почему?

Вариант №4

  1. Перечислите способы борьбы с коррозией?
  2. Почему на оцинкованном баке, на месте царапины, цинк разрушается, а железо не ржавеет?

IV. Подведение итогов урока

Д/з: §10, упр.6 (слайд №20, приложение 1)

Приложение 3

Приложение 4




Следующий: