Конспект по учебной дисциплине «Материаловедение» разработан для обучающихся 1 курса технического профиля. Методическая разработка предназначена для преподавателей химии и спец.дисциплины.
Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?
Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.
Быстро и объективно проверять знания учащихся.
Сделать изучение нового материала максимально понятным.
Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.
Методическая разработка рассмотрена и утверждена МК «Профессионального цикла»
Председатель МК ____________________ И.Б. Чудина
Методическая разработка урока по теме «Коррозия металлов» учебной дисциплине «Материаловедение» разработана для обучающихся первого курса технического профиля. Методическая разработка предназначена для преподавателей химии и спец.дисциплины.
Адрес: 680003 г. Хабаровск Краснореченская ул., д. 45
Пояснительная записка.
Методическая разработка поможет преподавателю по материаловедению и химии провести урок по теме «Коррозия металлов».
Урок рассчитан на один час. 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.
Урок по теме «Коррозия металлов»
Цель урока: научить распознавать коррозию металлов, ее виды и условия, способствующие или препятствующие ей.
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 Д.И. Менделеева», «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) 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 тетраде.
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. Запись уравнения химической реакции методом электронного баланса:
Си+О2=2СиО (запись в тетради и на доске)
Си0 – 2е-СиО |2| - восстановитель, процесс окисления
О2 + 4е-2О2- |1| - окислитель, процесс восстановления
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+6H2O4Fe(OH)3
Однако химически чистое железо почти не корродирует. Вместе стем, 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.
Этот электрохимический процесс или электрохимическую коррозию можно представить так:
Fe0 + 2H+=Fe2++H20
Fe0 – 2e- Fe2+ (на железе) |окисление| восстановитель
2Н++2е-Н20 (на меди) |восстановление|окислитель
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.
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.
Эксперимент № 2. Влияние электролитов на процесс коррозии железа.
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.
Эксперимент № 3. Влияние ингибиторов на процесс коррозии.
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:
Коррозия железа резко усиливается в присутствии кислорода.
Коррозия усиливается , если железо соприкасается с более активным металлом.
Скорость коррозии зависит от состава омывающей металл среды, хлорид ионы усиливают коррозию железа.
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.
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 Sn-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.
