Методическая разработка урока по теме: «Химические воздействия окружающей среды на металлы», учебной дисциплины «Материаловедение»

Методическая разработка урока по теме: «Коррозия металлов», учебной дисциплины «Материаловедение» разработана для обучающихся второго курса по специальности среднего профессионального образования 23.02.03 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта общепрофессиональных дисциплин. Автор – разработчик: Маркин Сергей Алексеевич, преподаватель высшей квалификационной категории Применение информационных технологий в профессиональном образовании - Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Георгиевский колледж», Ставропольский край, город Георгиевск Содержание 1. Аннотация 2. Пояснительная записка. • 3. План урока • 4.Ход урока • 5.Заключение • 6.Используемая литература Аннотация Методическая разработка урока по теме: «Коррозия металлов», учебной дисциплины «Материаловедение» разработана для обучающихся второго курса по специальности среднего профессионального образования 23.02.03 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта общепрофессиональных дисциплин. Пояснительная записка. Методическая разработка поможет преподавателю по материаловедению провести урок по теме «Коррозия металлов». Цель урока: научить распознавать коррозию металлов, ее виды и условия, способствующие или препятствующие ей. На мотивационно-ориентированном этапе учащиеся учатся решать уравнения на выявление химической и электрохимической коррозии как окислительно-восстановительного процесса. Экспериментальный этап подразумевает под собой проектную работу, где учащиеся совершенствуют умения проводить исследовательские процедуры через наблюдение за химическими опытами, а так же формулировать выводы по ним. На рефлексивно-оценочном этапе учащиеся решают практико-ориентированные задачи. При проведении данного урока рекомендуется использовать ИКТ. Тема урока: Коррозия металлов. Цель урока: научить распознавать коррозию металлов, ее виды и условия, способствующие или препятствующие образованию. Задачи урока: - решить уравнение на выявление химической и электрохимической коррозии как окислительно-восстановительного процесса; - совершенствовать умение проводить исследовательские процедуры через наблюдение за химическими опытами; - сформулировать выводы по опыту; - решить практико-ориентированные задачи; - способствовать развитию познавательного интереса к предмету. Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, оборудование и реактивы для лабораторного эксперимента, таблицы: «Периодическая система Менделеева Д. И.», «Электрохимический ряд напряжений металлов», презентация к уроку. Тип урока: изучение нового материала. Ход урока: 1. Организационный момент 2. Объяснение нового материала (мотивационно-ориентированный этап) а) понятие о коррозии. б) виды коррозии. в) условия, способствующие электрохимической коррозии. 3. Экспериментальный этап а) эксперимент № 1 «Роль кислорода в процессе коррозии железа». б) эксперимент №2 «Влияние электролитов на процесс коррозии». в) эксперимент № 3 «Влияние ингибиторов на процесс коррозии». г) выводы. 4. Способы защиты металлов от коррозии (защита презентации обучающего). 5. Закрепление (рефлексивно-оценочный этап). Выходной тест «Коррозия металлов». 6. Домашнее задание. Ход урока 1. Организационный момент (отслеживаем настроение и что обучающиеся ожидают от урока). 2. Объяснение нового материала. Преподаватель: В начале прошлого столетия по заказу одного американского миллионера была построена роскошная яхта «Зов моря». Днище ее 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 еще 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: Обучающийся: 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. Преподаватель: О чем говорится в стихотворении? Ребята, какова тема нашего урока? Обучающиеся: Коррозия металлов. Преподаватель: Мы знаем тему урока. В вашей профессии необходимо знать о коррозии металлов? Что нужно знать? (мозговой штурм). Давайте сформулируем цель нашего урока, что нам необходимо сегодня изучить. Обучающиеся: Что такое коррозия, ее причины, реакции, которые при этом происходят, как бороться с коррозией. Преподаватель: Давайте сформулируем цель нашего урока, что нам необходимо сегодня изучить. Чтобы знать как бороться с врагом надо хорошо изучить его. Обратите внимание на эпиграф к уроку: «Знать - значит победить!» (А.Н. Несмеянов). Слово коррозия происходит от латинского слова соrrodere, что означает разъедать. 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». Существует ряд определений данного процесса, которые вы видите на слайде. Выберите и запишите определение, которое является наиболее полным и конкретным. Существует классификация коррозии металлов: - по природе агрессивных сред: воздушная, газовая, морская, почвенная, биологическая. - по механизму протекания разрушений: химическая и электрохимическая. Рассмотрим подробнее химическую коррозию. Демонстрация слайда. Химическая коррозия – это разрушение металла при взаимодействии его с сухими газами или жидкостями, не проводящими электрический ток (например, нефть) – запись в тетради. Коррозию металлов и сплавов вызывают такие компоненты окружающей среды как – вода, кислород, оксиды углерода и серы, содержащиеся в воздухе, водные растворы солей (морская вода, грунтовые воды). Ей подвергается арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания и аппаратура химической промышленности. При этом происходят окислительно-восстановительная реакции, в ходе которой металл окисляется, а присутствующий в среде окислитель восстанавливается, электроны переходят от металла к окислителю без возникновения в цепи электрического тока. Обучающийся: Демонстрация опыта: прокаливание медной проволоки на воздухе. Вывод по опыту: наблюдаем изменение окраски – появление черного налета, значит произошла химическая реакция. Преподаватель: Некоторые металлы на воздухе покрываются плотной оксидной пленкой, например алюминий, и металл не корродирует. Мы рассмотрели с вами химическую коррозию, а теперь рассмотрим электрохимическую. Чаще всего коррозии подвергаются изделия из железа. Особенно сильно корродирует металл во влажном воздухе и в воде. Упрощенно этот процесс можно выразить с помощью следующего уравнения: 4Fe + 3O2 + 6H2O  4Fe(OH)3 Однако химически чистое железо почти не корродирует. Вместе с тем, техническое железо, которое содержит различные примеси, например чугуны и стали, ржавеет. Следовательно, одной из причин возникновения коррозии является наличие примесей в металле, его неоднородность. Обучающийся: Демонстрация опыта: контакт железа с медью в водном растворе. Суть опыта: если 2 различных металла, находящихся в контакте, опустить в водный раствор электролита (в реальных условиях это грунтовые воды, сконденсированная влага из атмосферы), то металл более активный расположенный в электрохимическом ряду напряжений левее, будет разрушаться, предохраняя тем самым менее активный металл от коррозии. Например: при контакте железа с медью в водном растворе железо как более активный металл будет постепенно окисляться, переходя в воду в виде ионов железа. При этом электроны, высвободившиеся из атомов железа, перейдут к меди и на ее поверхности соединяются с ионами водорода, выделившимися из компонентов водной среды. Преподаватель: Существует ряд условий, способствующих электрохимической коррозии:(показ слайда) а) положение металлов в ряду напряжений, чем дальше расположены металлы друг от друга в ряду, тем быстрее происходит коррозия; б) чистота металла (с примесями металлы быстрее подвергаются коррозии); в) неровность поверхности металла, трещины; г) блуждающие токи; д) грунтовые воды; е) среда электролита (наличие раствора сильного электролита, например, морская вода, усиливает коррозию); ж) повышение температуры; з) действие микроорганизмов. По данным зарубежных исследований, на счет микроорганизмов может быть отнесено до 75 % всех потерь от коррозии, а в нефтедобывающей промышленности даже 80 %. Процесс коррозии, идущий под действием бактерий и грибов, называют биокоррозией. 3. Переходим к экспериментальному этапу. При использовании металлических материалов очень важен вопрос о скорости их коррозии, от чего она зависит? Эксперимент поможет нам в этом разобраться. Показ слайдов. 1. Эксперимент №1. Роль кислорода в процессе коррозии железа. - пробирка 1 – ж. гвоздь + вода наполовину - пробирка 2 – ж. гвоздь + полностью в воде - пробирка 3 – ж. гвоздь + вода + масло Обучающиеся: Больше ржавчины образуется в пробирке 1 – железо соприкасается и с водой и с кислородом. В пробирке 2 – ржавчины меньше т.к. железо соприкасается только с водой. В пробирке 3 – гвоздь почти не проржавел, кислород не смог пройти через слой масла, а без кислорода коррозия не развивается. 2. Эксперимент № 2. Влияние электролитов на процесс коррозии железа. - пробирка 1 – ж. гвоздь + вода. - пробирка 2 – ж. гвоздь + раствор NaCl. - пробирка 3 – ж. гвоздь + медь + раствор NaCl. - пробирка 4 – ж. гвоздь + алюминий + + раствор NaCl. Обучающиеся: В пробирке 1 – мало ржавчины, в чистой воде коррозия идет медленно т.к вода слабый электролит. В данном случае мы наблюдаем химическую коррозию. В пробирке 2 – ржавчины больше, следовательно, хлорид ионы увеличивают скорость коррозии. В пробирке 3 – скорость коррозии очень велика, образовалось много ржавчины. Следовательно, хлорид натрия – это сильно-коррозионная среда для железа, особенно в случае контакта с менее активным металлом – медью. В пробирке 4 – тоже наблюдаем коррозию, но не железа, а алюминия, т.к железо в контакте с более активным металлом в сильно коррозионной среде - раствор NaCl, не корродирует до тех пор пока не прокорродирует весь алюминий. В пробирках 3 и 4 – электрохимическая коррозия. 3. Эксперимент № 3. Влияние ингибиторов на процесс коррозии. - пробирка 1 – ж.гвоздь + раствор NаОН + раствор NaCl - пробирка 2 – ж.гвоздь + раствор Na3PO4 + раствор NaCl - пробирка 3 – ж. гвоздь + раствор Na2С4O4 + раствор NaCl Обучающиеся: В пробирках 1-3 железный гвоздь опущен в раствор хлорида натрия, к которому добавили гидроксид натрия, фосфат натрия, хромат натрия. Коррозия железа в данном случае отсутствует. Следовательно, эти вещества замедляют коррозию, являются ингибиторами. По результатам экспериментов 1 - 3 обучающиеся формулируют выводы: 1. Коррозия железа резко усиливается в присутствии кислорода. 2. Коррозия усиливается, если железо соприкасается с более активным металлом. 3. Скорость коррозии зависит от состава омывающей металл среды, хлорид ионы усиливают коррозию железа. 4. Коррозия железа ослабляется в присутствии гидроксид натрия, фосфат и хромат ионов. Преподаватель: Великий Гете сказал: «Просто знать – еще не все, знания нужно уметь использовать!» 4. И сейчас мы с вами познакомимся с способами защиты от коррозии. Учащийся: защита презентации. Способы защиты металлов от коррозии. 1. Применение защитных покрытий. а) металлические изделия покрывают лаками, красками, эмалями, стеклокристаллические покрытия. б) металлические изделия покрывают другие металлы, которые образуют на своей поверхности защитные пленки. Это – хром, никель, цинк, олово и другие. 2. Приготовление сплавов стойких к коррозии. а) части машин, инструменты и предметы быта изготавливают из нержавеющей стали и других сплавов, стойких к коррозии. 3. Электрохимические методы защиты. а) применение заклепок изготовленных из более активных металлов. б) прикрепление пластинок из более активного металла для защиты основного металлического изделия. Например, в паре Zn - Fe (оцинкованное железо) защищено железо, в паре Zn - Си защищена медь и т.д. К днищам кораблей прикрепляют протекторы – слитки более активного металла, чем обшивка днища корабля – это протекторная защита с помощью цинка (анодная защита). Катодная защита – защита менее активным металлом (луженное железо). Особое требование – не допускать разрушение целостности покрытия. в) нейтрализация тока, возникающего при коррозии, постоянным током, пропускаемым в противоположном направлении. 4. Изменение состава среды а) добавление ингибиторов. Преподаватель: Теперь мы можем понять широко используемые на практике способы предупреждения и борьбы с коррозией. Однако они полностью не защищают металлы от разрушения, поэтому ученые заняты поиском новых, более перспективных способов защиты. Коррозия металлов осуществляется в соответствии с законом природы и поэтому ее нельзя полностью устранить, ее можно лишь замедлить. 5. Закрепление (рефлексно-оценочный этап) Выходной тест «Коррозия металлов» Тест «Коррозия металлов» 1 вариант № вопроса Текст задания Инструкция: Обвести кружком букву правильного ответа 1 Наиболее подвержены коррозии а) черные металлы б) цветные металлы в) благородные металлы г) сплавы 2 Химическую коррозию вызывают а) вода и кислород б) оксиды углерода и серы в) растворы солей г) все перечисленные факторы 3 При контакте Ni и Fe в растворе кислоты а) железо будет растворяться б) железо будет восстанавливаться в) никель будет растворяться г) будет выделяться кислород 4 Способ защиты от коррозии, при котором в рабочую среду вводят вещества, уменьшающие агрессивность среды а) лужение б) использование нержавеющих сталей в) протекторная защита г) ингибирование 5 Способ защиты от коррозии, при котором железный лист покрывают слоем олова а) лужение б) использование нержавеющих сталей в) протекторная защита г) ингибирование 6 Наиболее активно корродирует а) химически чистое железо б) железо, покрытое слоем олова в) техническое железо г) сплав железа с титаном 7 Легирующий элемент, сообщающий стали коррозионную стойкость а) Cr б) Тi в) Мо г) Si Тест «Коррозия металлов» 2 вариант № вопроса Текст задания Инструкция: Обвести кружком букву правильного ответа 1 В чем сущность защиты металлов от коррозии а) создать высокую температуру; б) создать низкую температуру; в) ввести во внешнюю среду ингибиторы; г) создать защитную среду. 2 Электрохимическую коррозию вызывают а) контакт металла с кислородом б) контакт металла с оксидом углерода и серы в) растворы солей г) все перечисленные факторы 3 При контакте Ni и Fe в растворе кислоты а) железо будет растворяться б) железо будет восстанавливаться в) наличие примесей в металле, контакт с другими металлами г) контакт металла с водой 4 Способ защиты от коррозии, при котором создают контакт с более активным металлом а) лужение б) использование нержавеющих сталей в) протекторная защита г) ингибирование 5 Способ защиты от коррозии, при котором используют сталь, содержащей специальные добавки а) лужение б) использование нержавеющих сталей в) протекторная защита г) ингибирование 6 Наиболее активно корродирует а) химически чистое железо б) железо в отсутствии влаги в) техническое железо во влажном воздухе г) техническое железо в растворе электролита 7 Легирующий элемент, сообщающий стали устойчивость к воздействию кислот а) Cr б) Тi в) Мо г) Si Система оценивания заданий Задание с выбором одного правильного ответа Правильный ответ 1 балл. Неправильный ответ 0 баллов. Эталоны ответов № вопроса 1 вариант 2 вариант 1 а г 2 а в 3 в г 4 г в 5 а б 6 в г 7 в г 6. Домашнее задание. Найти инновационные методы борьбы с коррозией. Преподаватель: Ребята, ваши ожидания оправдались? Ответ положительный. Всем спасибо за урок. Использованная литература 1. Учебник «Неорганическая химия – 9» Ю.В.Ходаков, Д.А.Эпштейн, П.А.Глориозов М. «Просвещение» 1998 г.(стр.112-115) 2. Учебник «Химия 9 класс» Москва «Дрофа» 2003 г.О.С. Габриелян 3. Учебник «Химия 9» Ф.Г.Фельдман, Г.Е.Рудзитис М. «Просвещение» 1992 г. стр.116-119 4. «Я иду на урок химии» Книга для учителя М.: Издательство «Олимп»; Издательство «Первое сентября» 1999 г. 5. «Химия для поступающих в ВУЗЫ» Г.П. Хомченко М. «Высшая школа» 1985 г. 6. Газета «Первое сентября» №3 2002 год В.Михайлова «Коррозия металлов. Защита металлов и их сплавов от коррозии» 7. Книга для чтения по неорганической химии Под ред. Крицмана. М., 1979 г.