Урок химии в 9 Б классе

Урок химии в 9 Б классе МОУ «СОШ №3»  

Тема: "Коррозия металлов. Способы защиты металлов от коррозии"

Цель: -   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 и присутствие катализатора (ингибитора).

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

-   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.

Тип урока:  получения новых знаний

Планируемые результаты:

Познавательные	Личностные	Коммуникативные	Регулятивные
Учащиеся научатся самостоятельно создавать способы решения проблем творческого характера; научатся определять вид коррозии, способы защиты металлов от коррозии; усовершенствуют навыки в составлении уравнений реакций.	Научатся анализировать, сравнивать, обобщать, выделять главное, делать выводы.	Разовьют умение участвовать в диалоге; сотрудничать с одноклассниками в поиске и сборе информации; принимать решения и реализовывать их; точно выражать свои мысли.	Усовершенствуют умение организовывать свое рабочее место под руководством учителя; определять цель и составлять план выполнения эксперимента; развивают практические навыки и умения при решении повседневных проблем связанных с химическими процессами.

Форма работы :   Индивидуальная, парная,   групповая, фронтальная.

Метапредметные связи :   Физика, география, экология

Тип урока : получение новых знаний.

Оборудование: мультимедийный проектор, компьютерная презентация (приложение 1), набор реактивов для проведения эксперимента. Инструкции по ТБ.

 

Ход урока

I. Организационный момент.

- Добрый день! Сегодня мы с вами продолжаем говорить о металлах, их общих свойствах. Тема, которую мы с вами будем рассматривать волновала человечество издавна, как только оно начало применять металлические изделия.

II. Мотивация учения. Формулировка темы урока. Постановка целей и задач.

- Недавно мне попалась интересная информация, которой я хочу с вами поделиться

1. 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 (слайд 1)

2. В III столетии до нашей эры на острове Родос был построен маяк в виде огромной статуи бога Солнца Гелиоса. Статуя была изготовлена из глины, основой служил железный каркас, а сверху статуя была покрыта листами из бронзы ( сплав меди с оловом).   Колосс Родосский считался одним из 7 чудес света однако просуществовал всего 66 лет и рухнул во время землетрясения (слайд 2)

3. 31 января 1951 года, при сильном морозе, обрушился железный мост в Квебеке (Канада), введенный в эксплуатацию в 1947 году. (слайд 3)

4. В 1964 году рухнуло одно из самых высотных сооружений в мире – 400 метровая антенная мачта на юго-западном побережье   Гренландии. (слайд 4)

Итак, ребята, как мы можем сформулировать тему сегодняшнего   урока?

- Коррозия металлов. (слайд 5)

Прежде, чем перейти к объяснению, предлагаю выполнить задание: на доске записаны вопросительные слова: что?, почему?, как?, какая?, для чего? Составьте, пожалуйста, вопросы к теме «Коррозия металлов и способы защиты от неё» используя данные вопросительные слова.  
Фронтальный опрос учащихся с фиксированием лучших вопросов на доске.
Например:  
- Что такое коррозия металлов?
- Почему возникает коррозия металлов?
- Как возникает коррозия металлов? (Как защитить металл от коррозии?)
- Какая бывает коррозия?
- Для чего надо изучать коррозию?

  - Итак, давайте теперь определим цели нашего урока.

- Что такое коррозия, её причины, реакции, которые при этом происходят, как бороться с коррозией. (слайд 6)

- чтобы знать, как бороться с врагом надо хорошо изучить его. К этому призывает эпиграф к уроку: «Знать – значит победить!» (Слова академика А.Н. Несмеянова, доктора химических наук) (Слайд 7)

III . Изучение нового материала.

Вам возможно уже известно значение слова - коррозия

Слово коррозия происходит от латинского corrodere, что означает разъедать (слайд 8).

КОРРОЗИЯ - разрушение, разъедание твёрдых тел, вызванное химическими и электрохимическими процессами. (словарь Ожегова)

Давайте вспомним, в каком виде металлы встречаются в природе?

- Правильно - в виде соединений, поэтому п ри попадании чистого   металла в естественные (природные) условия происходит обратный процесс – окисление металлов, металлы возвращаются в устойчивое для них состояние в виде ионов.(слайд 9)

  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». В химии понятие коррозия формулируется следующим образом: (слайд 10)

Коррозией   –   называют самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды.( слайд 11)

Сравним это определение с определением, которое нам предлагают авторы учебника и сделаем запись в тетради (стр.            )

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

-   чем покрывается железный гвоздь при коррозии?

-   ржавчиной.

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

- Теперь попробуем вместе разобраться с причинами возникновения и видами коррозии металлов. В современной химической науке существует следующая классификация коррозии: (слайд 12-13)

1.   «По природе агрессивных сред»: газовая, жидкостная, атмосферная, почвенная, блуждающими токами. (слайд 14-15)

2. "По характеру разрушений" : сплошная, местная, межкристаллитная (слайд 16-18)

3.   «По механизму возникновения» : химическая и электрохимическая. (слайд 19)

Рассмотрим подробнее химическую и электрохимическую коррозию.

– запись в тетради.

Химическая коррозия – самопроизвольное   разрушение металлов в среде окислительного газа при повышенных температурах или в жидких неэлектролитах (например, нефть). (слайд 20)

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

Лабораторный опыт № 1.   Проведём небольшой эксперимент. Прокалим медную пластинку на воздухе в пламени горелки. Помним об осторожном обращении с огнём и о правилах тушения сухого горючего. Что наблюдаем?

-   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   – 2e     Cu²⁺   | 2| -   восстановитель, процесс окисления

O₂⁰   + 4e   2O^2-   | 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.

Электрохимическая коррозия - самопроизвольный процесс разрушения металлов в среде электролитов (слайд 21)

При электрохимической 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   + 3O_{2(воздух)}   + 6H₂O_(влага)   4Fe(OH)₃

Также электрохимическая коррозия возникает при контакте двух металлов

Лабораторный опыт № 2.  Проведём следующий эксперимент. Взаимодействие цинка с разбавленной соляной кислотой. Аккуратно добавляем кислоту в пробирку с кусочками цинка. Что происходит?

-   Цинк реагирует с кислотой, выделяется газ водород.

-   Добавим немного раствора сульфата меди (II). Что наблюдаем?

-  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. Цинк, как более активный металл разрушается, а медь восстанавливается из раствора электролита.

Процесс окисления (ржавления) наиболее часто приходится наблюдать для железа и его сплавов (чугуна и стали). Ежегодно во всём мире производится более 500 млн. т стали, но едва ли не ее «погибает». По данным института физической химии каждая шестая домна работает впустую - весь выплавленный металл превращается в ржавчину. Ржавеют и выходят из строя механизмы, машины. Сколько труда тратится на их замену! (слайд 22)

В ноябре 2007 года в Керченском заливе во время сильного шторма затонуло 12 судов. Все они были насквозь проржавевшими. Один из них - танкер “Волгонефть-139” разломился пополам. В море вылилось 2000 т мазута (слайд 23).

- Все осознают, что с коррозией надо бороться. А чтобы ее победить нужно, знать причины и механизмы ее протекания

Для выяснения условий возникновения коррозии и факторов, влияющих на её скорость   некоторые из вас имели опережающее домашнее задание, которое заключалось в проведении исследований. Попросим продемонстрировать  и  рассказать о  результатах поставленных опытов (слайд 24).

Слайд 25

·          опыт   №1  - гвоздь помещен в раствор хлорида натрия

·          опыт №2  - в раствор хлорида натрия помещен гвоздь с прикрепленной медной проволочкой

·          опыт №3  - в раствор хлорида натрия помещен гвоздь и кусочки цинка

·          опыт №4  – гвоздь помещен в водный раствор

·          опыт №5  - гвоздь помещен в слабощелочной раствор хлорида натрия

Ребята, которые проделывали опыты  сопоставили свои результаты и сделали соответствующие выводы.

Доклад 1 учащегося.

Скорость коррозии выше, чем в первом случае, следовательно хлорид натрия увеличивает скорость коррозии .

Микрогальваническая пара на поверхности гвоздя в присутствии сильного электролита работает энергичнее, чем в воде. Анодные участки железа растворяются активнее.

Доклад 2 учащегося.

Железный гвоздь в контакте с медной проволокой, опущенный в раствор хлорида натрия сильно прокорродировал.

В данном опыте образовалась активная гальваническая пара. Fe²⁺ переходит в раствор. Избыток электронов переходит от железа к меди в местах контакта и восстанавливает на ней атомы кислорода в виде О₂ до ОН^- (в плёнке электролита на металле).

Анод: Fe⁰ - 2 Fe²⁺

Катод: 2 + O + H₂O 2OH^-

OH^- образует с ионами Fe²⁺ ферум (II) гидроксид

Fe²⁺ + 2ОН^-  Fe(ОН)₂, который окисляется до ферум (ІІІ) гидроксида:

4Fe(OH)₂ + 2H₂O + O₂  4Fe(OH)₃

Последний можно наблюдать в виде ржавых отложений.

Доклад 3 учащегося.

в контакте с цинком железо корродирует слабо.

Возникает гальваническая пара, причём цинк переходит в раствор в виде ионов. На железе образуются гидроксильные группы. Цинк в данной гальванической паре, как более активный металл, будет являться анодом и в присутствии среды, проводящей электрический ток, будет разрушаться, железо же не ржавеет. Поэтому оцинкованные ведра сравнительно недороги и служат долго.

Анод: Zn⁰ - 2 Zn²⁺

Катод: 2 + O + H₂O 2OH^-

2Н⁺ + 2 Н₂

Гидроксильные ионы, взаимодействуя с ионами цинка, образуют гидроксид цинка в виде белого нерастворимого осадка:

Zn²⁺ + 2OH^-  Zn(OH)₂

На скорость работы гальванической пары сначала влияет тормозящее действие оксидной плёнки цинка, что затрудняет переход ионов цинка в раствор. После разрушения оксидной плёнки скорость работы гальванической пары заметно возросла.

Доклад 4 учащегося.

Скорость коррозии выше, чем в первом случае, следовательно хлорид натрия увеличивает скорость коррозии .

Микрогальваническая пара на поверхности гвоздя в присутствии сильного электролита работает энергичнее, чем в воде. Анодные участки железа растворяются активнее.

Доклад 5 учащегося.

железный гвоздь, опущенный в раствор хлорида натрия, к которому добавили гидроксид натрия не корродирует.

Коррозия железа в присутствии воды, хлорида натрия и едкого натра также как и в первом и втором опытах имеет наименьшую скорость, чем в случае контакта железа с медью. В данном опыте едкий натр, добавленный к раствору кухонной соли, проявляет сильное тормозящее действие на процесс образования гидрата закиси железа. Поэтому процесс разрушения (коррозии) железного гвоздя практически не наблюдается.

 

-  Какой вывод мы можем сделать?

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

-  а есть ли способы защиты от коррозии?

-  есть. ( сл 26)

Великий Гётте сказал: "Просто знать - ещё не всё, знания нужно уметь использовать"

-  зная механизм коррозии и причины её возникновения, человек научился защищать металлы от коррозии. Вспомним с вами эпиграф нашего урока (Знать - значит победить) ( сл 26)

- Также на прошлом уроке некоторым из вас было дано задание предложить способы защиты металлов от коррозии. Учащиеся подготовили свои сообщения и проиллюстрировали их на слайдах. Вам слово.

1.      Неметаллическое покрытие  (лаки, масла, краски и т.д.). Эти вещества изолируют металл от внешней среды. Например, Эйфелева башня в Париже изготовлена из стали и требует покрытия краской для защиты от коррозии и стала весить вместо 9 тонн на 70 тонн больше . (слайд № 27-28)

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 № 29-30)

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 № 31)

4.      Введение ингибитора. Ингибитор  –  это вещество, способное в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их. Дамасские мастера для снятия окалины использовали растворы сульфатной кислоты с добавками пивных дрожжей, муки, крахмала. Эти примеси были первыми ингибиторами. В результате растворялись лишь окалина и ржавчина. Например, 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 хлоридной   кислоты в стальной таре.( слайд 32)

5.      Протекторная  (более активный металл, стоящий левее в ряду электрохимического напряжения металлов) – легко разрушается. Протекторная защита применяется в тех случаях, 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. (слайд 33)

- Ещё одним из способов защиты металлов от коррозии является изготовление сверхчистых металлов. Замечено, что сверхчистые металлы устойчивы к коррозии. Например, сверхчистое железо намного меньше корродирует, чем обычное железо.   Знаменитая Кутубская колонна в Индии близ Дели уже полторы тысячи лет стоит и не разрушается, несмотря на жаркий и влажный климат. ( слайд 34) Сделана она из чистого железа (99,72 %) и весом 6,5 тонн, высотой 7,2 метра и в диаметре от 42 см у основания и до 30 см у верха. Колонна была воздвигнута в честь царя Чандрагупты II. По народному поверью у того, кто прислонится к колонне спиной и сведет за ней руки исполнится заветное желание. Ученые предполагают, что эта колонна изготовлена из метеоритного железа.

I V . Первичное закрепление материала  

- А теперь посмотрим, как вы усвоили тему сегодняшнего урока. Для этого предлагаю выполнить тренировочный тест.

V . Оценивание знаний - обменяйтесь, пожалуйста листочками и выполним взаимопроверку.

Каждый правильный ответ в тесте оцените в пол балла. Запишите итоговую сумму. Помимо этого я добавлю   баллы за активную работу на уроке, за выполнение домашнего задания, за правильное проведение химического эксперимента и получится итоговая оценка.

V I . Рефлексия

§   Все ли что запланировано мы с Вами выполнили?

§   Какой вид работы сегодня на уроке понравился больше всего?

§   Где могут понадобиться полученные знания в жизни?

§   Что ещё Вы хотели бы узнать по этой теме?

V II. Домашнее задание:

§прочитать, ответить на вопросы после параграфа.

Дополнительное задание № 1: Склёпаны 2 металла. Укажите, какой из металлов подвергается коррозии а) Mn – Al ;   б) Sn – Bi

Дополнительное задание № 2: Образец латуни (медь + цинк) массой 200 грамм с массовой долей меди 60 % обработали избытком хлоридной кислоты. Определите объём газа, который выделится (н.у.)

 

Тест

1. Слово “коррозия” в переводе с латинского означает:

а) разрушать;                      б) разъедать;                 в) ржаветь.

2. Требуется скрепить железные детали. Каким металлом целесообразно воспользоваться

а) медью                      б) цинком                      в) свинцом

3. Окисление металла в среде не электролита:

а) электрохимическая коррозия; б) язвенная коррозия; в) химическая коррозия.

4. Разрушение металла, находящегося в контакте с другим металлом в присутствии водного раствора электролита:        

а) газовая коррозия;   б) электрохимическая коррозия;    в) химическая коррозия;

5. Эмалирование это:

а ) защитное неметаллическое покрытие металла;

б) электрохимический метод защиты металлов от коррозии;

в) способ придания красоты металлическому изделию;

6. Легирование это:

а ) специальное введение в сплав элементов, замедляющих процесс коррозии;

б) покрытие железного листа слоем олова;

в) создание контакта с более активным металлом;

7. Вещества, замедляющие процесс коррозии называются:

а) протекторы;   б) электроды;       в) ингибиторы;

8. Присоединение к защищаемому металлу другого, более активного металла называется:

а) металлопокрытие;   б) контактная защита; в) протекторная защита.

9. Процесс ржавления металла можно наблюдать при коррозии:

а ) железа;           б) алюминия;       в) цинка;

10. По характеру разрушений выделяют:

а) повсеместную коррозию;           б) сплошную;          в) разрозненную;

11. Некоторые металлы не подвергаются коррозии, т.к. они покрыты:

а) защитным покрытием;

б) водонепроницаемым покрытием;

в ) оксидной плёнкой

12. Для протекания электрохимической коррозии необходимо наличие:

а) воздуха;              б) раствора электролита;             в) органического растворителя.