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»
Коррозия – называют 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)
«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 – 2e → Cu2+ | 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 коррозия – разрушение 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:
- Fe + H2O→ (слайд № 11, приложение 1)
- Fe + NaCl (p-p) →
- Fe, Cu + NaCl(p-p)→
- Fe,Zn + NaCl (p-p) →
- 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)
- 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)
- 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)
- 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)
- 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.
- 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
- Что такое «коррозия»? Какие факторы способствуют замедлению коррозии металлов?
- На стальной крышке поставлена медная заклепка. Что разрушится раньше – крышка или заклепка? Почему?
Вариант №2
- Какие виды коррозии вам известны?
- Почему луженный( покрытый оловом) железный бак на месте повреждения защитного слоя быстро разрушается?
Вариант №3
- Какие факторы, способствуют усилению коррозии?
- Какие металлы при взаимном контакте в присутствии электролита быстрее разрушаются Cu или Zn, Al или Fe? Почему?
Вариант №4
- Перечислите способы борьбы с коррозией?
- 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)