Тема урока: "Ингибиторная защита от коррозии"

Разделы: Химия

Людям свойственно экспериментировать. Большинству учащихся нравится сливать растворы, наблюдать за появлением осадка, изменением цвета, выделением газа и т.д. Они склонны делать схемы, обобщающие таблицы, любят вычислять, строить графики, т.е. работать самостоятельно. Эти виды деятельности они предпочитают объяснению учителя.

Если учащимся предложить небольшое исследование, они охотно соглашаются. Исследовательский метод особенно эффективен в практике обучения химии, т.к. он дополняется школьным экспериментом. Цель этого метода – формирование таких ключевых компетенций как образовательная, коммуникативная, экспериментальная.

Урок “Ингибиторная защита от коррозии” второй в теме “Коррозия”. Предполагается, что на предыдущем уроке учащиеся ознакомились с видами коррозии и механизмом ее действия. Опыт легко осуществим, и не требует длительной подготовки. Результаты опытов просто и наглядно фиксируются в виде графиков и таблиц.

Цель. Найти наиболее эффективный ингибитор кислотной коррозии.

Задачи.

Познавательные. Создать условия для формирования представлений о вреде коррозии, защите от коррозии, в частности, об ингибиторах кислотной коррозии.

Воспитательные. Формировать такие черты характера как собранность, внимательность, аккуратность, точность, умение работать в коллективе.

Развивающие. Стимулировать исследовательские навыки, умение наблюдать, сравнивать, делать выводы, оформлять полученные результаты в виде таблицы и графика.

Оборудование и реактивы. Железо металлическое, восстановленное, формалин, крахмал, анилин, соляная кислота (1:1), короткая пробирка, пробка с газоотводной трубкой, кристаллизатор с водой, узкий мерный цилиндр, заполненный водой, лабораторный штатив с лапкой, фарфоровые ложечки, часы с секундной стрелкой или сотовый телефон с секундомером.

Методы и приемы обучения:

  • по степени самостоятельности школьников при овладении знаниями - исследовательский;
  • по источнику передачи и восприятия знаний – словесные (рассказ, беседа), практические (опыт).

Форма организации деятельности: парная, фронтальная, индивидуальная, групповая.

Ход урока

Первый этап. Актуализация и мотивация знаний.

Учитель. На прошлом уроке мы говорили о коррозии и ее видах. Давайте вспомним, что такое коррозия, в чем ее сущность и какие два основных вида коррозии вы знаете.

Повторить эти вопросы нам поможет химический лабиринт “Коррозия” (Приложение 1).

Это задание проверяется очень просто. На каждую парту (т.к. учащиеся работали парами) учитель кладет мультифор, где перманентным маркером стрелками изображен единственно правильный путь от старта до финиша. Учащиеся проверяют свои знания, вкладывая лабиринт в мультифор.

Учитель. Ущерб от коррозии для народного хозяйства огромен. Достаточно сказать, что потери от коррозии составляют около 30% производимых металлов за год во всем мире. Наша страна ежегодно теряет такую массу стали, которая равна годовой продукции крупного металлургического комбината. Это, так называемый, прямой ущерб. Косвенный ущерб связан с разрушением приборов и конструкций, которые зачастую являются более ценными, чем сам металл, пошедший на их изготовление. Например, при эксплуатации легкового автомобиля коррозия самой дорогой и основной части автомобиля – кузова, может достигать 25% в год. Коррозия может вызывать взрывы котлов, разрывы водопроводных и канализационных труб, нефте- и газопроводов.

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. В результате погибло 35000 птиц, несколько десятков километров береговой линии оказались загрязненными. Предварительный ущерб равен 30 млрд. рублям. Самое страшное, что погибли люди. Причиной этого экологического бедствия явился не только шторм, но и человеческий фактор: такие суда нельзя допускать к эксплуатации! (Журнал “Огонек” №49, ноябрь, 2007)

Победить коррозию до конца никогда не удастся, т.к. металлы стремятся вернуться в свое “естественное состояние” (в виде ионов). Речь может идти только о снижении темпов коррозии.

Из сказанного следует, что очень важной проблемой является нахождение эффективных способов защиты от коррозии.

Второй этап. Усвоение нового материала.

Теоретическая часть.

Учитель. Какие способы защиты от коррозии вы могли бы назвать?

Обычно учащиеся, исходя из личного опыта, предлагают:

  • покрасить изделие (здесь уместно напомнить об Эйфелевой башне, которую уже красили 18 раз, отчего ее масса, равная первоначально 900 т, каждый раз увеличивается на 70 т);
  • покрыть лаком, эмалью, смазочным маслом;
  • защитить тонким слоем какого-либо металла: никеля, хрома, золота, серебра, цинка, и т.д.;
  • создать сплавы, которые были бы стойкими к коррозии.

В процессе беседы учитель дополняет, исправляет, уточняет.

Как правило, учащиеся не слышали об ингибиторной защите от коррозии.

Учитель сообщает, что есть вещества, которые замедляют скорость нежелательной реакции в сотни и тысячи раз. Это альдегиды, амины, крахмал, фосфаты, хроматы и т.д. Их называют ингибиторами, от латинского слова inhibere, что означает сдерживать, останавливать.

Науке известно более 5 тысяч ингибиторов коррозии. Например, при длительном хранении стальных изделий их заворачивают в бумагу, пропитанную ингибитором.

Известно, что коррозия особенно энергично протекает в кислотной среде. В промышленности нередко обрабатывают различные изделия из металлов кислотами.

Например, чтобы удалить с поверхности изделий железную окалину, образующуюся после прокатки железных листов, их с этой целью на некоторое время опускают в особые ванны с кислотой. К сожалению, при таком травлении металлов в раствор переходит и само железо.

Нельзя ли сделать так, чтобы кислота удаляла только ржавчину и практически не влияла на металл? Оказывается, можно. В технике давно широко применяют замедлители, или, так называемые, ингибиторы коррозии. Небольшая добавка этих веществ к кислотам (1% от общей массы) приводит к тому, что сами металлы в ней почти не растворяются, но удаляются оксиды металлов, как и под действием обыкновенной кислоты. Такими “ингибированными” кислотами очищают от ржавчины различные металлические изделия, удаляют накипь со стенок паровых котлов. Как правило, “укрощают” кислотную коррозию ингибиторы органического происхождения.

Учитель сообщает цель урока.

Практическая часть.

Вопрос к классу. В чем, по-вашему, причина чудесного действия ингибиторов?

Учащиеся пытаются ответить на этот вопрос, говоря, что, видимо, идет реакция между ингибиторм и металлом, при этом образуется вещество, на который не действует кислота.

Учитель уточняет. Одни ингибиторы, адсорбируясь на поверхности, изолируют ее от агрессивной (кислотной) среды, другие образуют химически прочные поверхностные соединения.

Учитель просит написать на доске и в тетрадях уравнение реакции между железом и соляной кислотой.

Также необходимо вспомнить:

  • может ли выделяющийся водород растворяться в воде;
  • можно ли собирать его способом вытеснения воды.

После обсуждения этих вопросов становится понятным устройство простейшего прибора, с помощью которого учащиеся будут следить за скоростью кислотной коррозии в ингибированной среде и без ингибитора (Рис. 1).

Учащиеся класса поделены на 4 группы. Опыт проводится в парах. Первая группа учащихся выполняет опыт без ингибитора, вторая – с ингибитором крахмалом, у третьей группы учащихся ингибитором является анилин, а у четвертой – формалин.

На столах у учащихся карта – инструкция. Учащиеся, сидящие за одним столом, договариваются о способе работы: одному из них надо следить за объемом выделяющегося водорода, а другому – за временем. Оба должны делать записи в таблице (Табл. 1-4).

Карта – инструкция № 1

Взаимодействие железа с соляной кислотой (без ингибитора)

  1. Насыпьте в пробирку 1/2 фарфоровой ложечки железа.
  2. Налейте в пробирку 3 мл соляной кислоты, закройте пробкой с газоотводной трубкой.
  3. Подведите резиновую газоотводную трубку к отверстию мерного цилиндра, заполненного водой.
  4. В течение 18 минут, с интервалом в 2 мин., отмечайте объем выделившегося водорода.
  5. Постройте график, где на оси ординат отложите объем выделившегося H2 в мл, а на оси абсцисс - время в минутах.

Карта – инструкция № 2

Взаимодействие железа с соляной кислотой (ингибитор - крахмал)

  1. Насыпьте в пробирку 1/2 фарфоровой ложечки железа.
  2. Насыпьте в пробирку 1/2 фарфоровой ложечки крахмала.
  3. Налейте в пробирку 3 мл соляной кислоты, закройте пробкой с газоотводной трубкой.
  4. Подведите резиновую газоотводную трубку к отверстию мерного цилиндра, заполненного водой.
  5. В течение 18 минут, с интервалом в 2 мин., отмечайте объем выделившегося водорода.
  6. Постройте график, где на оси ординат отложите объем выделившегося H2 в мл, а на оси абсцисс - время в минутах.
  7. Рассчитайте эффект торможения для крахмала по формуле А = V0/V, где А – эффект торможения, V0 – объем водорода, выделившегося без ингибитора за 18 минут, V – объем водорода, который выделился с ингибитором за 18 минут.

(V0 возьмите у учащихся первой группы)

Карта – инструкция № 3

Взаимодействие железа с соляной кислотой (ингибитор анилин)

  1. Насыпьте в пробирку 1/2 фарфоровой ложечки железа.
  2. Налейте в пробирку 1,5 мл анилина.
  3. Налейте в пробирку 3 мл соляной кислоты, закройте пробкой с газоотводной трубкой.
  4. Подведите резиновую газоотводную трубку к отверстию мерного цилиндра, заполненного водой.
  5. В течение 18 минут, с интервалом в 2 мин., отмечайте объем выделившегося водорода.
  6. Постройте график, где на оси ординат отложите объем выделившегося H2 в мл, а на оси абсцисс - время в минутах.
  7. Рассчитайте эффект торможения для анилина по формуле А = V0/V, где А – эффект торможения, V0 – объем водорода, выделившегося без ингибитора за 18 минут, V – объем водорода, который выделился с ингибитором за 18 минут.

(V0 возьмите у учащихся первой группы)

Карта – инструкция № 4

Взаимодействие железа с соляной кислотой (ингибитор формалин)

  1. Насыпьте в пробирку 1/2 фарфоровой ложечки железа.
  2. Налейте в пробирку 1,5 мл формалина.
  3. Налейте в пробирку 3 мл соляной кислоты, закройте пробкой с газоотводной трубкой.
  4. Подведите резиновую газоотводную трубку к отверстию мерного цилиндра, заполненного водой.
  5. В течение 18 минут, с интервалом в 2 мин., отмечайте объем выделившегося водорода.
  6. Постройте график, где на оси ординат отложите объем выделившегося H2 в мл, а на оси абсцисс - время в минутах.
  7. Рассчитайте эффект торможения для формалина по формуле А = V0/V, где А – эффект торможения, V0 – объем водорода, выделившегося без ингибитора за 18 минут, V – объем водорода, который выделился с ингибитором за 18 минут.

(V0 возьмите у учащихся первой группы)

Третий этап. Подведение итогов опытов, общий вывод.

Учитель. После проделанных опытов совмещаем все полученные результаты на одном графике и определяем наиболее эффективный ингибитор. Графики выполняются на доске, где уже есть изображение осей координат и нанесены деления.

К доске выходят (по очереди) по одному ученику от каждой из четырех групп, которые строят свой график и указывают эффект торможения (эффективность действия ингибитора).

Остальные ребята внимательно наблюдают, дают советы, поправляют, одобряют и выполняют общий график в тетрадях (Рис. 2). Далее в компьютерном классе учащиеся выполняют этот график в программе Microsoft Excel (Приложение 2).

Делается совместный вывод.

Лучшим ингибитором является формалин (эффект торможения равен 9), второе место занимает анилин (эффект торможения равен 4,9), и третье – крахмал (эффект торможения равен 1,5).

Четвертый этап. Домашнее задание.

На сегодняшнем уроке мы сделали опыты по коррозии железа в кислотной среде с ингибитором и без него. Дома проведите опыт по коррозии железного гвоздя в воде без ингибитора и с ингибитором карбонатом натрия. Попробуйте написать схему коррозии и определить с помощью универсального индикатора (выдал учитель) pH среды в обоих сосудах. Результаты обсудим на следующем уроке.

Учитель благодарит за урок, учащиеся убирают за собой и сдают тетради на проверку.

Литература

  1. Габриелян О.С. Настольная книга учителя химии. 11 класс. М.: Дрофа, 2003.
  2. Габриелян О.С. Химия. 11 класс. М.: Дрофа, 2003.
  3. Хомченко Г.П. Пособие для поступающих в вузы. М.: Просвещение, 1987.
  4. Назарова Т.С. Химический эксперимент в школе. 1978.
  5. Плетнер Ю.В., Полосин В.С. Практикум по методике преподавания химии. М.: Просвещение, 1985.
  6. Егоркин В.И. Внеклассная работа по химии. М.: Просвещение, 1973.