Открытый урок "Коррозия металлов", 9 класс

МБОУ « Госконзаводская сош»

Учитель химии Галиева ЛР

Тема: Коррозия металлов. 9 класс ( базовый уровень)

Урок с применением конструктора задач Илюшина

Цель педагогическая. Создать условия для проблемно-поисковой деятельности учащихся.

Данная деятельность направлена на решение проблемы которую следует сформулировать, выяснить пути ее решения, проверить возникшие гипотезы, провести эксперимент, собрать необходимые данные, интерпретировать их и в итоге сделать выводы и обобщения.

Тип урока: Изучение нового материала.

Вид урока: Проблемно-исследовательский.

Цель урока: сформировать у учащихся понятие о коррозии металлов.

Задачи обучения:

1. Знать определение коррозии, её виды, способы защиты от коррозии.

2. Уметь записывать химизм процесса коррозии, объяснять сущность химической и электрохимической коррозии.

3. Знать условия, способствующие или препятствующие коррозии.

Задачи развития:

1. Совершествовать умения работать с учебными материалами, выделять главное.

2. Наблюдать за веществами и происходящими с ними изменениями.

3. Проводить исследовательские процедуры

4. Формулировать выводы.

5. Развивать познавательный интерес к предмету и процессу познания.

Оборудование:

• учебный текст -1

• учебный текст -2

• тестовые задания

• заранее поставленные опыты по коррозии.

• презентация.

Ход урока

Мотивационно-ориентировочный этап. ( слайд 2, 2, 3, 4)

Учитель. Коррозия металлов наносит большой экономический вред. Приводит к уменьшению надежности работы оборудования, к простоям производства из-за замены вышедшего из строя оборудования, к потерям сырья и продукции. Коррозия так же приводит к загрязнению продукции, и к снижению ее качества.

Проблема защиты металлов от коррозии, знакомые человечеству с древних времён по сей день остается чрезвычайно актуальной. Ежегодные потери из-за коррозии составляет от 20 до 30 млн. тон металла. Прямой экономический ущерб от неё исчисляется сотнями миллиардов долларов в год. В связи с этим исследование механизма коррозии и разработка методов защиты от неё имеют большое значение.

Проблема.

Коррозии подвергаются различные металлы и сплавы, но наиболее часто приходится сталкиваться с коррозией самого распространенного металла - железа и его различных сплавов. Поэтому мы решили рассмотреть коррозию железа подробнее.

Учащиеся формируют и записывают тему, цель и гипотезу исследования.

Тема исследования : Коррозия железа.

Цель исследования. Исследовать, какие условия способствуют, а какие препятствуют коррозии железа.

Гипотеза. Если поместить железо в щелочную среду, то скорость коррозии уменьшится.

Учитель предлагает составить план проведения исследования. После краткого обсуждения план исследования применяется.

План исследования.

1. Изучить сущность коррозии, её виды и способы защиты от коррозии.

2. Иследовать зависимость скорости коррозии от присутствия кислорода.

3. Иследовать влияние электролитов на процесс коррозии.

4. Исследовать влияние ингибиторов на процесс коррозии.

5. Выводы.

Операционно-исполнительный этап.

Учитель выступает как организатор самостоятельной исследовательской деятельности учащихся, оператор ИКТ при просмотре презентации и координатор при осмыслении результатов исследования.

Учитель организует работу учащихся с учебным текстом 1.

Учебный текст 1.

"Понятие о коррозии. Химическая и электрохимическая коррозия"

1. Понятие о коррозии.

Коррозия - это разрушение металла под действием внешней среды.

Коррозия - это окислительно-восстановительный процесс, при котором атомы металлов переходят в ионы (идет процесс окисления)

В роли окислителя, как правило, выступают

• O_{2 и H}⁺

• Fe-2e -Fe⁺²

• Cu^0-2e - Cu⁺²

2, Виды коррозии.

Коррозия от латинского :. - разъедать.

По механизму протекания разрушений различают 2 типа коррозии: химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия - это разрушение металлов в результате взаимодействия их с сухими газами или жидкостями, не проводящими электрический ток (в газах, нефти), при высоких температурах, когда невозможна конденсация водяного пара. Ей подвергаются арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания, лопатки газовых турбин, аппаратура химической отрасли промышленности.

Например:

• 2Fe⁰+3Cl₂^{0  -} 2Fe⁺³Cl₃

• 3Fe+2O₂ - Fe₃O₄

При химической коррозии электроны переходят от металла к окислителю непосредственно.

Электрохимическая коррозия - это разрушение металлов при контакте двух металлов в воде или среде электролита. Электрохимическая коррозия распространена значительно шире, чем химическая. Ей подвергаются подводные части судов в морской и пресной воде, паровые котлы, металлические сооружения и конструкции под водой и в атмосфере, проложенные в грунте трубопроводы и др.

При электрохимической коррозии окислительно- восстановительная реакция разбивается на полу реакции окисления и восстановления и электроны переходят по металлу от восстановителя к окислителю, наряду с химическим процессом идет электрический -перенос электрона, то есть возникает электрический ток.

A (+) на железе	на меди К (-)
Fe 0-2e=Fe 2+	2H + +2e=2H 0 H20

Коррозия железа, находящегося в контакте с медью и раствором слабой кислоты.

Этот вид коррозии приносит большой вред!

3. Условия, способствующие электрохимической коррозии:

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 тоже способствует коррозии;

з) одним из важнейших факторов влияющих на электрохимическую коррозию, является 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.

Экспериментальный этап.

Учитель. При использование металлических материалов очень важен вопрос о скорости их коррозии, от чего зависит скорость коррозии? Эксперимент поможет нам в этом разобраться. Демонстрируем слайды презентации.

1. Эксперимент №1. Роль кислорода в процессе коррозии железа.

• пробирка 1-ж. гвоздь + вода наполовину

• пробирка 2-ж. гвоздь + полностью

• пробирка 3-ж. гвоздь + вода + масло

Учащиеся обсуждают результат эксперимента №1.

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.

• стакан 1-ж. гвоздь +вода

• стакан 2-ж. гвоздь +раствор NaCl

• стакан 3-ж. гвоздь +медь+раствор NaCl

• стакан 4-ж. гвоздь +алюминий +раствор NaCl

Учащиеся обсуждают результаты эксперимента. В стакане 1- мало ржавчины, в чистой воде коррозия идет медленно т. к вода слабый электролит. В данном случае мы наблюдаем химическую коррозию. В стакане 2 ржавчины больше, следовательно хлорид ионы увеличивают скорость коррозии. В стакане 3-скорость коррозии очень велика, образовалась много ржавчины. Следовательно , хлорид натрий -это сильно -коррозионная среда для железа, особенно в случае контакта с менее активным металлом -медью. В стакане 4тоже наблюдаем коррозию, но не железа, а алюминия, т. к железо в контакте с более активным металлом в сильно коррозионной среде - NaCl не корродирует до тех пор пока не прокорродирует весь алюминий. В стаканах 3и4 -электрохимическая коррозия.

3. Эксперимент №3. Влияние ингибиторов на процесс коррозии.

• пробирка1-ж. гвоздь +раствор NaOH+р-р NaCL

• пробирка 2-ж. гвоздь +раствор Na₃Po₄ + р-р NaCL

• пробирка 3-ж. гвоздь +раствор Na₂C₄O₄+ р-р NaCL

Учащиеся обсуждают результаты эксперимента №3.

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 учащиеся 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-фосфат, хромат -ионов.

Учитель. Великий Гёте сказал : "Просто знать - еще не всё, знания нужно уметь использовать !"

Учитель организует работу учащихся с учебным текстом 2.

Нейтрализация тока, возникающего при коррозии, постоянным током, пропускаемым в противоположном направлении. Так обычно защищают трубы нефтепровода, газопровода. Ни в коем случае нельзя перепутать полюсы тока, ошибки должны быть исключены.

Добавление ингибиторов. Использование замедлителей коррозии (органические и неорганические вещества )

Учебный текст №2

Способы защиты металлов от коррозии.

1. Применение защитных покрытий.

а) Металлические изделия покрывают лаками, красками, эмалями, стекло кристаллические покрытия.

б) металлические изделия покрывают другие металлами. В качестве металлов для покрытия применяют металлы, образующие на своей поверхности защитные пленки. К таким металлам относятся хром, никель цинк, олово и другие.

2. Приготовление сплавов стойких к коррозии части машин, инструменты и предметы быта изготовляют из нержавеющей стали и других сплавов, стойких к коррозии. В сплав вводят хром, никель, кремлей, кобальт, алюминий.

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 Sn-Cu 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 (лужёное железо)Особые требования - не допускать разрушении целостности покрытия.

4. Нейтрализация тока, возникающего при коррозии, постоянным током, пропускаемым в противоположным направлении. Так обычно защищают трубы нефтепровода, газопровода. Ни в коем случае нельзя перепутать полюсы тока, ошибки должны быть исключены.

5. Добавление ингибиторов. Использование замедлителей коррозии (органические, неорганические вещества)

Учитель. Теперь мы можем понять широко используемые на практике способы предупреждения и борьбы с коррозией. Однако они полностью не защищают металлы от разрушения, поэтому учёные заняты поиском новых, более перспективных способов защиты. Коррозия металлов осуществляется в соответствие с законами природы, и поэтому её нельзя полностью устранить, её можно лишь замедлить.

Рефлексивно-оценочный этап.

Проводим общие . Какие исследовательские процедуры (эксперимент, работа с текстом, отдельные высказывания учащихся, общее обсуждение результатов исследования, были наиболее эффективным для поиска решение проблемы. Закрепление изученного материала проводится тестированием.

Выходной тест "Коррозия металлов"

I вариант

1. Какой из металлов как простое вещество более подвержен коррозии

1) 1s²2s²2p⁶3s

2) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹

3) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²

4) 1s²2s²2p⁶3s²3p¹

2. Химическую коррозию вызывают

1) вода и кислород

2) оксиды углероды и серы

3) растворы солей

4) все перечисленные факторы.

3. При контакте Ni и Fe в растворе кислоты

1) железо будет растворяться

2) железо будет восстанавливаться

3) никель будет растворяться

4) будет выделяться кислород

4. Способы защиты от коррозии, при котором в рабочую среду вводят вещества, уменьшающие агрессивность среды, называют

1) лужением

2) использованием нержавеющих тканей

3) протекторной защитной

4) ингибированием

5. Способ защиты от коррозии, при котором железный лист покрывают слоем олова

1) лужением

2) использование нержавеющих сталей

3) протекторный защитной

4) ингибирование

6. Наиболее активно корродирует

1) химически чистое железо

2) железо, покрытое слоем олова

3) техническое железо

4) сплав железа с титаном

7. Легирующий элемент, сообщающий стали коррозионную стойкость

1) Cr

2) Ti

3) Mo

4) Si

8. Масса меди выделившейся на пластинке помещенной в растворе хлорида меди (II) если в реакцию вступил цинк массой 13г

1)

2)

3)

4)

Выходной тест "Коррозия металлов"

I I-вариант

1. Электронная формула металла, который как простое вещество более подвержен коррозии

1) 1s²2s²2p⁶3s²3p¹

2) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²

3) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²

4) 1s²2s²

2. Электрохимическую коррозию металла вызывает

1) контакт металла и кислорода

2) контакт металла с оксидами углерода и серы

3) напиши примесей в металле, контакт с другими металлами

4) контакт металла с водой

3. При контакте Sn и Fe в растворе кислоты

1) олово будет окисляться

2) железо будет восстанавливаться

3) олово будет растворяться

4) будет выделять водород

4. Способы защиты от коррозии, при котором создают контакт с более активным металлом называют

1) лужением

2) использованием нержавеющих сталей

3) протекторной защитой

4) ингибированием

5. Способы защиты от коррозии, при котором используют стали, содержащий специальные добавки, называют

1) лужением

2) использованием нержавеющих сталей

3) протекторной защитой

4) ингибированием

6. Наиболее активно корродирует

1) химически чистое железо

2) железо в отсутствии влаги

3) техническое железо во влажном воздухе

4) техническое железо в растворе электролита

7. Легирующий элемент, сообщающий стали устойчивость к воздействию кислот.

1) Cr

2) Ti

3) Mo

4) Si

8. Масса меди выделившейся на железной пластинке помещенной в раствор сульфата меди (II), если в реакцию вступило железо массой 11,2 г.

1) 12, 8

2) 25, 6

3) 38, 4

4) 51, 2

Ответы на тесты I вариант: 1-1, 2-1, 3-3, 4-4, 5-1, 6-3, 7-3, 8-1

Ответы на тесты II вариант: 1-2, 2-3, 3-4, 4-3, 5-2, 6-4, 7-4, 8-1

Учитель подводит итоги урока (оценка усвоения учащимися исследовательных процедур, их активность на уроке и др.)

Домашнее задание.

Задача. Смесь порошков алюминия и меди массой 20 г обработали раствором серной кислоты, в результате выделился водород объемом 6,72 г. Определить массовую долю меди в смеси.

Приложение

Рабочая карта ученика--------------------------------------

Проблема.

Коррозии подвергаются различные металлы и сплавы, но наиболее часто приходится сталкиваться с коррозией самого распространенного металла - железа и его различных сплавов.

Тема исследования -------

Цель исследования---------

Гипотеза--------

План исследования.

1. Изучить сущность коррозии, её виды и способы защиты от коррозии.

2. Иследовать зависимость скорости коррозии от присутствия кислорода.

3. Иследовать влияние электролитов на процесс коррозии.

4. Исследовать влияние ингибиторов на процесс коррозии.

5. Выводы.

Учебный текст №1

1.Используя текст учебника, составьте схему« Ущерб от коррозии»

2.Какие виды коррозии описаны в тексте учебника? При каких условиях возникает коррозия? Заполните таблицу .

Виды коррозии
Причины, условия
Уравнения химической реакции
примеры

3. Проведите эксперименты, оформите отчет.

1. Эксперимент №1. Роль кислорода в процессе коррозии железа.

• пробирка 1-ж. гвоздь + вода наполовину

• пробирка 2-ж. гвоздь + полностью

• пробирка 3-ж. гвоздь + вода + масло

2. Эксперимент №2. Влияние электролитов на процесс коррозии железа.

• стакан 1-ж. гвоздь +вода

• стакан 2-ж. гвоздь +раствор NaCl

• стакан 3-ж. гвоздь +медь+раствор NaCl

• стакан 4-ж. гвоздь +алюминий +раствор NaCl

Учебный текст №2

Способы защиты металлов от коррозии.

4. Составьте коллаж « Способы защиты от коррозии»

1. Применение защитных покрытий.

а) Металлические изделия покрывают лаками, красками, эмалями, стеклокристаллические покрытия.

б) металлические изделия покрывают другие металлами. В качестве металлов для покрытия применяют металлы, образующие на своей поверхности защитные пленки. К таким металлам относятся хром, никель цинк, олово и другие.

2. Приготовление сплавов стойких к коррозии части машин, инструменты и предметы быта изготовляют из нержавеющей стали и других сплавов, стойких к коррозии. В сплав вводят хром, никель, кремлей, кобальт, алюминий.

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 Sn-Cu 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 (лужёное железо)Особые требования - не допускать разрушении целостности покрытия.

4. Нейтрализация тока, возникающего при коррозии, постоянным током, пропускаемым в противоположным направлении. Так обычно защищают трубы нефтепровода, газопровода. Ни в коем случае нельзя перепутать полюсы тока, ошибки должны быть исключены.

5. Добавление ингибиторов. Использование замедлителей коррозии (органические, неорганические вещества

5.Выполните задания №1, №2 стр 51

6. Помогите бабушке.

Бабушка Шура постоянно жалуется на то ,что постоянно не может закрыть либо открыть свой домашний замок. Какие рекомендации вы дадите бабушке?

Выходной тест "Коррозия металлов"

I вариант

1. Какой из металлов как простое вещество более подвержен коррозии

1) 1s²2s²2p⁶3s

2) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹

3) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²

4) 1s²2s²2p⁶3s²3p¹

2. Химическую коррозию вызывают

1) вода и кислород

2) оксиды углероды и серы

3) растворы солей

4) все перечисленные факторы.

3. При контакте Ni и Fe в растворе кислоты

1) железо будет растворяться

2) железо будет восстанавливаться

3) никель будет растворяться

4) будет выделяться кислород

4. Способы защиты от коррозии, при котором в рабочую среду вводят вещества, уменьшающие агрессивность среды, называют

1) лужением

2) использованием нержавеющих тканей

3) протекторной защитной

4) ингибированием

5. Способ защиты от коррозии, при котором железный лист покрывают слоем олова

1) лужением

2) использование нержавеющих сталей

3) протекторный защитной

4) ингибирование

6. Наиболее активно корродирует

1) химически чистое железо

2) железо, покрытое слоем олова

3) техническое железо

4) сплав железа с титаном

7. Легирующий элемент, сообщающий стали коррозионную стойкость

1) Cr

2) Ti

3) Mo

4) Si

8. Масса меди выделившейся на пластинке помещенной в растворе хлорида меди (II) если в реакцию вступил цинк массой 13г

Выходной тест "Коррозия металлов"

I I-вариант

1. Электронная формула металла, который как простое вещество более подвержен коррозии

1) 1s²2s²2p⁶3s²3p¹

2) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²

3) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²

4) 1s²2s²

2. Электрохимическую коррозию металла вызывает

1) контакт металла и кислорода

2) контакт металла с оксидами углерода и серы

3) напиши примесей в металле, контакт с другими металлами

4) контакт металла с водой

3. При контакте Sn и Fe в растворе кислоты

1) олово будет окисляться

2) железо будет восстанавливаться

3) олово будет растворяться

4) будет выделять водород

4. Способы защиты от коррозии, при котором создают контакт с более активным металлом называют

1) лужением

2) использованием нержавеющих сталей

3) протекторной защитой

4) ингибированием

5. Способы защиты от коррозии, при котором используют стали, содержащий специальные добавки, называют

1) лужением

2) использованием нержавеющих сталей

3) протекторной защитой

4) ингибированием

6. Наиболее активно корродирует

1) химически чистое железо

2) железо в отсутствии влаги

3) техническое железо во влажном воздухе

4) техническое железо в растворе электролита

7. Легирующий элемент, сообщающий стали устойчивость к воздействию кислот.

1) Cr

2) Ti

3) Mo

4) Si

8. Масса меди выделившейся на железной пластинке помещенной в раствор сульфата меди (II), если в реакцию вступило железо массой 11,2 г.

Домашнее задание.

Задача. Смесь порошков алюминия и меди массой 20 г обработали раствором серной кислоты, в результате выделился водород объемом 6,72 г. Определить массовую долю меди в смеси.