Конспект урока "Коррозия металлов и способы ее предупреждения"

Урок по теме «Коррозия металлов и сплавов как результат и фактор загрязнения окружающей среды, меры по предупреждению коррозии»

Фахриева Эльмира Тиллабековна, учитель химии КГУ «общеобразовательная школа №155», г.Алматы

Раздел: химия

Класс: 9

Цель урока: Организация деятельности учащихся по восприятию, осмыслению и первичному восприятию новых знаний и способов деятельности.

Задачи:

Образовательные: сформировать представление о коррозии металлов, как самопроизвольном окислительно-восстановительном процессе, ее значении, причинах, механизме и способах защиты; показать влияние на скорость коррозии таких факторов, как природа веществ, температура и присутствие катализатора ( ингибитора).

Развивающие: развивать умение проведения химического эксперимента соблюдение правил техники безопасности, строить логические цепочки и выводы из наблюдений, прогнозировать решение некоторых проблем.

Воспитательные: совершенствовать коммуникативные умения в ходе коллективного обсуждения, продолжать формирование убеждения учащихся в необходимости привлечения средств химии к пониманию и описанию процессов, происходящих в окружающем мире.

Оборудование: оборудование и реактивы для лабораторного эксперимента, таблицы: «Коррозия металлов», «Защита металлов от коррозии», электрохимический ряд напряжений металлов, самостоятельная работа «Коррозия металлов» по вариантам.

Методы и приемы обучения: метод проблемного изложения материала, метод поисковой беседы, исследовательский метод и сопровождение лабораторного проблемного эксперимента.

Тип урока: Изучение и первичное запоминание знаний и способов деятельности.

Форма организации урока: лекция.

Ход урока:

1.Организационный момент.

2.Актуализация .

А) Фронтальный опрос

1.Положение железа в ПСХЭ Д.И.Менделеева, строение атома.

2.Нахождение железа в природе.

3.Физические свойства железа, применение железа.

4.Химические свойства железа.

5. Биологическая роль железа.

6.Соединения железа:

а)Как можно различить оксиды железа (II) и (III)?

б)Каково сходство и различие гидроксидов железа (II) и (III)?

Б) разноуровневая работа в тетрадях:

1 уровень: Завершите приведенные ниже схемы реакций , расставьте коэффициенты:

Fe+HCL

Fe+CL₂

Fe+O₂

Fe+S

Fe+CuSO₄

2 уровень: Используя таблицу растворимости, расскажите, какие из солей, состоящие из катионов железа (III) и анионов: фторид, сульфид, сульфат, сульфит, нитрат, фосфат, карбонат, силикат, растворяются в воде. Напишите формулы всех солей; не растворимые в воде соли отметьте знаком осадка.

3 уровень: Как осуществить следующие превращения?

Fe FeCL₂ FeCL₃ Fe(OH)₃ Fe₂O₃

Напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярном и ионном виде.

III. Формирование новых понятий и способов действия.

1.Понятие « Коррозия».

Слово коррозия происходит от латинского corrodere, что означает разъедать Хотя коррозию чаще всего связывают с металлами, но ей подвергаются также камни, пластмассы и другие полимерные материалы и дерево.

Коррозия – это самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под воздействием факторов окружающей среды.

2. Не все металлы одинаково подвергаются коррозии.

Не все металлы подвергаются коррозии.(см. «Электрохимический ряд напряжений металлов»)

а)Металлы, стоящие в ряду напряжений после серебра, так называемые благородные металлы, практически не разрушаются. Поэтому эти металлы и их сплавы используют там, где недопустимы даже незначительная коррозия.

б)Противоположными свойствами обладают металлы, стоячие в ряду напряжений левее магния. При обычных условиях они легко взаимодействуют со многими веществами окружающей среды, поэтому для изготовления конструкций и аппаратов не применяются. в)В средней части ряда напряжений находятся умеренно координирующие металлы.

Многие металлы, в том числе и довольно активные (например, алюминий) при коррозии покрываются плотной, хорошо скрепленной с металлами оксидной пленкой, которая не позволяет окислителям проникнуть в более глубокие слои и потому предохраняет металл от коррозии. При удалении этой пленки металл начинает взаимодействовать с влагой и кислородом воздуха.

3. Коррозия железа.

Учитель: чем покрывается железный гвоздь при коррозии?

Учащиеся: ржавчиной.

Учитель: 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.

4. Классификации коррозии металлов

Перейдем с вами теперь к классификации коррозии металлов.

I. По природе агрессивных сред

Воздушная газовая морская почвенная биологическая

II. По механизму возникновения

химическая электрохимическая

Рассмотрим подробнее химическую коррозию.

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.

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.

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?

Учащиеся: Цинк реагирует с кислотой, выделяется газ водород.

Учитель: Добавим немного раствора хлорида меди (II). Что наблюдаем?

Учащиеся: 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.

5.Факторы, влияющие на коррозию металлов.

Следующим этапом нашего урока будет рассмотрение факторов, влияющих на коррозию металлов.

Для этого необходимо провести ряд лабораторных опытов.

Проведем лабораторные опыты:

Стакан №1: Fe + H₂O→

Стакан №2: Fe + NaCl (p-p) →

Стакан №3: Fe, Cu + NaCl(p-p)→

Стакан №4: Fe,Zn + NaCl (p-p) →

Стакан №5: Fe + NaCl + NaOH →

Учащиеся проводят опыты .

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 гидроксид натрия, не корродирует.

Учитель: Какой вывод мы можем сделать?

Учащиеся: Скорость коррозии меняется в зависимости от контакта с другими химическими веществами.

6. Способы защиты металлов от коррозии.

Учитель: а есть ли способы защиты от коррозии?

Учащиеся: есть.

Учитель: зная механизм коррозии и причины её возникновения, человек научился защищать металлы от коррозии.

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.

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.

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).

Введение ингибитора. Ингибитор – это вещество, способное в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их.

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.

IV. Применение. Формирование умений и навыков.

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?

V. Этап информации о домашнем заданиии.

п.39, упр.4-10, стр.174 (письменно)

VI. Подведение итогов урока

Качественная оценка работе класса и отдельных учащихся.

VII. Этап рефлексии.

Учащиеся на листочках отвечают на вопросы:

1.Мне было интересно…

2.В дальнейшем мне пригодится…

3.На уроке мне понравились следующие моменты…