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
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.
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
+ 3O2(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.