Методическая разработка урока химии по теме "Коррозия металлов. Защита от коррозии", 11-й класс

1.

2.

Этапы урока

Деятельность учителя – организация работы в группе, наблюдение за результатами, оценка деятельности консультантов, подведение итогов

Деятельность учащихся – индивидуальные ответы, работа в парах внутри основной группы, работа групп, взаимооценка. Лидер группы (выбор учащихся) выставляет оценки в оценочный лист: максимальное количество баллов -15.)

1. Организационный
(2 мин.).

При входе в класс каждый учащийся получает карточку определенного цвета (случайный выбор), рассаживаются по группам в соответствии с цветом карточки. Объявление темы и целей урока (слайд №1). Выдаются карточки для работы у доски.

2. Актуализация знаний
(10 мин.)

1. У доски 3 отвечающих, вопросы записаны на карточках (приложение №1), ответы оценивает учитель, возможны дополнения и комментарии учащихся.

2. «Тихий» опрос, работа в парах, на местах, вопросы записаны на карточках (приложение №2), ответы оценивают обучающиеся - взаимооценка, оценки выставляются в оценочный лист (по 1 баллу) (слайд №2):

• чем объяснить, что металлы проводят электрический ток?

Высокая электрическая проводимость металлов обусловлена присутствием в их кристаллических решетках подвижных электронов, которые направленно перемещаются под действием электрического поля.

• что такое металлургия?

Это наука о методах и процессах производства металлов из руд и других металлосодержащих продуктов, о получении сплавов и способах обработки металлов

• что такое пирометаллургия?

Это методы переработки руд, основанные на химических реакциях, происходящих при высоких температурах.

• в каком виде металлы находятся в природе и почему, какие металлы встречаются в природе свободном состоянии?

Металлы находятся в природе как в свободном виде – самородные металлы, так и в виде различных соединений. В свободном состоянии в природе встречаются такие металлы, которые трудно окисляются кислородом воздуха, например, Pt, Au, Ag и др. Большинство металлов в природе существуют в связанном состоянии в виде различных химических природных соединений – минералов. А минералы входят в состав горны пород и руд.

3. Изучение нового материала - 17 мин. (5-минут на изучение вопроса, по 3 минуты для каждой группы на выступление лидера).

Максимальная оценка за работу по изучению нового материала – 10 баллов. Распределяют баллы внутри группы сами участники, согласно вкладу каждого из них (взаимооценка).

1 группа (красные карточки).

Что такое коррозия, и какой вред она наносит промышленности? Почему? Работа со справочной литературой.

На экране слайд №1

В мире ежегодно получают огромное количество различных металлов и сплавов, и примерно 10% этого количества разрушается в результате коррозии. А из всего количества сплавов на основе железа теряется примерно 25%. Что же это за процесс – коррозия?

Коррозией (от лат. corrodere — разъедать) называется самопроизвольное разрушение металлов и сплавов под влиянием окружающей среды.

Коррозию металлов и сплавов (их окисление) вызывают такие компоненты окружающей среды, как вода, кислород, оксиды углерода и серы, появившиеся в воздухе, водные растворы солей (морская вода, грунтовые воды). Эти компоненты непосредственно окисляют металлы — происходит. И так, коррозия приводит к разрушению металлов и сплавов. Но только потеря металлов, но и порча изготовленных из них изделий обходится очень дорого. Затраты на ремонт или на замену деталей судов, автомобилей, аппаратуры химических производств, приборов и коммуникаций во много раз превышают стоимость металла, из которого они изготовлены.

Кроме этого коррозия вызывает серьезные экологические последствия. Утечка газа, нефти и других опасных химических продуктов из разрушенных коррозией трубопроводов приводит к загрязнению окружающей среды, что отрицательно воздействует на здоровье и жизнь людей.

2 группа (синие карточки)

Вспомните, как действуют кислоты на металлы? Вода на активные металлы? Как взаимодействуют металлы с кислородом? Запишите уравнения реакций.Ответьте на вопрос: «Что такое химическая коррозия?»

Работа со справочной литературой.

Дополнительный вопрос: назовите типы реакций и их характер.

Уравнения записаны на листе, затем на доске:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂

Cu + HCl ≠

Вывод: активные металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода, взаимодействуют с кислотами с выделением Н₂.

2K + 2H₂O = 2KOH + H₂

Вывод: активные металлы вытеснят водород из воды

2Zn + O₂ = 2ZnO

Вывод: образуются оксиды металлов.

Металл разрушается - корродирует. При этом разности потенциалов не возникает – коррозия называется химической.

Реакции замещения, окислительно-восстановительные.

3 группа - (желтые карточки)

Химически чистое железо почти не корродирует. Вместе с тем, техническое железо, которое содержит различные примеси, ржавеет. Почему?

Что такое электрохимическая коррозия?

Проведите исследование, сделайте выводы:

1. Сравните результаты опытов: №1 - гвоздь опущен в раствор хлорида натрия и №2 - гвоздь/медь + раствор хлорида натрия.

Одной из причин возникновения коррозии является наличие примесей в металле, его неоднородность. Особенно сильно корродирует металл во влажном воздухе и воде.

В местах соприкосновения двух металлов возникает разность потенциалов, происходит окислительно-восстановительная реакция. Такая коррозия называется электрохимической.

Очевидно, что скорость процесса коррозии при контакте железа с медью намного больше (образуется гальванический элемент), т.к. в опыте №2 образуется намного больше ржавчины по сравнению с результатом опыта №1. Железо, как более активный металл, будет постепенно растворяться, переходя в раствор в виде ионов железа:

Fe⁰ - 2e = Fe²⁺.

При этом электроны, высвободившиеся из атомов железа, перейдут к меди и на ее поверхности соединятся с ионами водорода, выделившимися из компонентов водной среды:

Н₂0 + 2e = Н₂ + 2ОН^-.

Образование ржавчины можно записать с помощью уравнений реакций:

Fe²⁺ + 2OH^- = Fe(OH)₂↓

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃↓

• Что будет происходить при контакте железа с цинком? Сравните результаты опытов №2 – гвоздь/медь + раствор хлорида натрия и №3 – гвоздь/цинк + раствор хлорида натрия.

Сделайте вывод.

Результат опыта №3 показывает, что разрушается (корродирует) цинк как более активный металл, образуется не ржавчина, а гидроксид цинка:

Zn²⁺ + 2OH^- = Zn(OH)₂

Результаты можно объяснить исходя из положения металлов в электрохимическом ряду. Если два различных металла, находящихся в контакте между собой, опустить в водный раствор электролита, то металл более активный, расположенный в электрохимическом ряду напряжений левее, будет разрушаться, предохраняя тем самым менее активный металл от коррозии.

4 группа (зеленые карточки)

Рассмотрите, как влияет на процессы коррозии внешняя среда. С этой целью сравните результаты опытов:

а)опыты №4 – гвоздь + водная среда и №1 – гвоздь + раствор хлорида натрия.

б)опыты №1 – гвоздь + раствор хлорида натрия и №5 – гвоздь + раствор хлорида натрия + раствор гидроксида натрия.

а) Скорость коррозии больше в среде, содержащей хлорид натрия.

В реальных условиях металл окружают грунтовые воды, содержащие ионы хлора, сульфат-ионы и др., сконденсированная влага из атмосферы, которая не имеет нейтральной реакции, а содержат часто ионы водорода, известно такое выражение, как «кислотные дожди».

б) При добавлении в раствор хлорида натрия гидроксида натрия скорость коррозии уменьшается.

Ионы хлора усиливают коррозию, а гидроксид-ионы – подавляют ее.

4. Закрепление – 10 мин.

На защиту металлов и сплавов от коррозии тратятся большие средства. Зная об условиях течения процессов коррозии, вы сможете сами предложить способы защиты от нее. Составить таблицу.

Приложение №5 Максимальная оценка – 3 балла.

Запись на экране (слайд №3,4).

Проверка на экране (слайд №5).

В заключение урока подведем итог: сможем ли мы применить полученные знания на практике? Вопросы на экране (слайд №6).

В подвале дома обнаружили ящик с гвоздями, но от неправильных условий хранения многие из них были покрыты ржавчиной.

Что представляет собой ржавчина с химической точки зрения?

Гидроксид железа (III)

Каким простым способом можно удалить ржавчину?

Протереть раствором соляной кислоты или уксуса.

Молодая хозяйка повесила сушить белье на железную проволоку, натянутую между стойками. Когда белье высохло, она с ужасом обнаружила на чистом белье желтые полосы.

Как объяснить появление полос на белье?

Ржавчина.

Как можно избавиться от этих пятен?

Лимонной кислотой.

В домашней мастерской всегда много инструментов, запчастей и материалов, которые в основном изготовлены из металлов и их сплавов. Но вот беда — при хранении металлические изделия подвергаются коррозии.

Укажите условия хранения металлических изделий, которые продлят срок их службы.

Использовать защитные покрытия – смазки, краски, лаки.

Соляная кислота с добавкой ингибитора нашла применение для очистки паровых котлов от отложений накипи и удаления с поверхности металлов ржавчины и окалины.

Почему?

Накипь, ржавчина и оксиды металлов в кислоте растворяются, а металл в кислоте в присутствии ингибитора не растворяется.

Домашнее задание (слайд№7)

учебник Г.Е. Рудзитис, Химия-11, Москва, Просвещение, 2008
§ 20, стр. 84-88, упр.11-13, задача №1, стр 88.