Урок по теме "Коррозия металлов"
Цель урока: Сформировать знания о причинах и механизме коррозии, о способах защиты от неё.
Задачи:
Образовательные: - сформировать представление о коррозии металлов как о самопроизвольном окислительно-восстановительном процессе;
- разъяснить школьникам её значение, причины, механизм;
-познакомить со способами защиты металлов от коррозии;
-показать влияние на скорость коррозии таких факторов, как природа веществ, температура и присутствие катализатора (ингибитора).
Развивающие: - развитие навыков проведения химического эксперимента с соблюдением правил техники безопасности;
- развитие умственной и познавательной активности учащихся;
- развитие умения делать выводы из наблюдений, прогнозировать решение некоторых проблем;
- развитие познавательного интереса к изучению химии путём создания на
уроке занимательных моментов;
- развитие химической речи при устных ответах;
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.
Тип урока: урок изучения нового материала.
Методы: частично – поисковая беседа; объяснительно – иллюстративный метод (рассказ с элементами беседы; демонстрация слайдов); исследовательский метод(демонстрационные и лабораторные опыты.)
Оборудование для учителя: - компьютер, мультимедийный проектор, экран;
- презентация к уроку;
- таблицы: «Коррозия металлов», «Защита металлов от коррозии»;
- «Периодическая система », «Электрохимический ряд напряжений металлов
- демонстрационные опыты (стаканчики с результатами опытов по исследованию процессов коррозии, опыты поставлены заранее, за 3-4 дня до проведения урока):
- опыт №1 – гвоздь опущен в раствор хлорида натрия опыт №2 – в раствор хлорида натрия помещен гвоздь с прикрепленной медной проволочкой опыт №3 – в раствор хлорида натрия помещен гвоздь с прикрепленной алюминиевой пластинкой опыт №4 – гвоздь помещен в воду опыт №5 – гвоздь помещен в слабощелочной раствор хлорида натрия
- медная проволока, спиртовка, спички;
- гранулы цинка; медная проволока; раствор серной кислоты
Оборудование на столах учащихся: штатив с пробирками; раствор хлорида натрия; раствор гидроксида натрия; растворы серной и соляной кислот; дистиллированная вода; раствор красной кровяной соли;вазелин
Ход урока.
1. ВСТУПИТЕЛЬНОЕ СЛОВО УЧИТЕЛЯ : ( 2 мин.)
В начале прошлого столетия по заказу одного американского миллионера, была построена роскошная яхта «Зов моря». Её владелец не пожалел денег, чтобы удивить свет: корпус яхты был сделан из очень дорогого в то время алюминия, листы которого скреплялись медными заклёпками. Это было так красиво: сверкающий серебристым блеском корабль, усеянный золотистыми головками заклёпок!
Однако недолго наслаждался владелец новой яхты. Через несколько дней, когда в океане поднялось лёгкое волнение, обшивка корпуса вдруг начала расходиться, и яхта быстро пошла ко дну. Команда едва успела спустить на воду шлюпки, которые… тоже были из алюминия
с медью. К счастью, незадачливых мореплавателей подобрало проходившее мимо судно. ( См. слайд № 1,2 презентации)
Разобраться, что произошло нам, поможет стихотворение: (учитель читает стихотворение и демонстрирует слайды презентации № 3 -6 )
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: Вы совершенно правы. Коррозия металлов – страшнейший враг человечества.
Чтобы знать, как бороться с врагом, надо хорошо изучить его. Обратите внимание на эпиграф к уроку: «Знать – значит победить!» () – см. слайд № 7,8
Как вы думаете, о чём мы будем говорить сегодня на уроке?
Уч –ся(пытаются сформулировать задачи урока): Что такое коррозия, её причины, реакции, которые при этом происходят, как бороться с коррозией.
Уч –ль: Молодцы. Запишите в тетради тему урока и начнём наш разговор о коррозии.
2.АКТУАЛИЗАЦИЯ ЗНАНИЙ УЧАЩИХСЯ (5 мин)
Вспомните: - Чем отличается строение атомов металлов от атомов неметаллов и как это отражается на химических свойствах металлов?
-Что собой представляет электрохимический ряд напряжений металлов? На основании чего он составлен? Какие свойства металлов отражает?
_ Охарактеризуйте общие физические свойства металлов.
- Охарактеризуйте общие химические свойства металлов.
(фронтальный опрос)
3. ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА,
1.Что такое «коррозия металлов»? (3 мин.)
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. Что же такое «коррозия»?
Коррозия – самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды.(слайд № 9)
Процессы физического разрушения к коррозии не относят, хотя часто они наносят не меньший вред памятникам культуры. Их называют истиранием, износом.
Определение коррозии есть у вас в учебнике ( см параграф 20 . стр. 84), заучите его.
2.Виды коррозии. (8 мин.)
а)Перейдем с вами теперь к классификации коррозии металлов.(см. слайды № 10 -14 )
«По природе агрессивных сред»: воздушная, газовая, морская, почвенная, биологическая.
«По механизму возникновения» : химическая и электрохимическая.
Мы более подробно поговорим о химической и электрохимической коррозии ( отметьте эти виды коррозии в тетради)
Химическая коррозия – разрушение металла при взаимодействии его с сухими газами или жидкостями, не проводящими электрический ток (например, нефть) (запись в тетрадь)
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| - восстановитель, 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, она 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).
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: Коснёмся гранулы цинка медной проволокой. Что произошло?
Уч-ся: водород бурно выделяется.
Почему скорость разрушения гранулы цинка при контакте с медной проволокой значительно увеличилась?
Объяснение учителя:
Цинк –активный металл, легко окисляющийся, т. е. легко отдающий электроны.
Zn0 – 2e → Zn2+
В результате катионы цинка переходят в раствор.
Медь – менее активный металл. При контакте с более активным цинком, электроны с гранулы цинка будут переходить на медную проволоку. Ионы водорода, содержащиеся в растворе соляной кислоты, будут двигаться к поверхности меди, принимать эти электроны и восстанавливаться.
2H+ + 2e → H20 ( на поверхности медной проволоки)
Таким образом, между цинком и медью возникает разность потенциалов(цинк имеет более отрицательный потенциал, а медь – более положительный), и как следствие, поток электронов (электрический ток) Цинк, отдающий электроны. становится анодом
( электродом, на котором происходит процесс окисления), а медь, где восстанавливается водород, становится катодом (электродом, на котором происходит процесс восстановления)
В результате возникает гальванический элемент.
Медь, как бы оттягивая электроны с цинка, заставляет цинк быстро растворяться.
Данное явление характерно не только для цинка и меди, но и для любых 2-х различных металлов (более активный металл разрушается).
б) Запишите примеры химической и электрохимической коррозии в тетрадь, прочитайте полученные записи.
Сможете ли вы рассказать, чем отличаются химическая и электрохимическая коррозия, привести примеры?
( Рассказ 2 учащихся с опорой на конспект)
3.Факторы, влияющие на скорость коррозии. ( 8 мин)
Следующим этапом нашего урока будет рассмотрение факторов, влияющих на коррозию металлов.
Для этого необходимо провести ряд лабораторных опытов. У учащихся на столах карточки с инструкциями по проведению лабораторных опытов и соблюдению правил по технике безопасности.
Опыт. Коррозия металлов в различных средах.
В пять пробирок налейте по 2-3 мл следующих растворов:
в первую - дистиллированной воды, опустите железный гвоздь
во вторую – хлорида натрия, опустите железный гвоздь
в третью – хлорида натрия, опустите железный гвоздь, обвитый медной
проволокой
в четвертую – хлорида натрия, опустите железный гвоздь с прикреплённой
алюминиевой проволокой
в пятую – хлорида натрия и две капли раствора NaOH
Во все пробирки добавьте по 2 капли раствора К3[Fe (CN)6] .
Отмечайте последовательность появления синего окрашивания турнбулевой сини в пробирках. Сделайте выводы. Сравните результаты, полученные вами с результатами эксперимента, который учитель заложил несколько дней назад ( демонстрируются стаканчики с аналогичными опытами)
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. Почему?
Стакан №4: в контакте с алюминием железо не корродирует. Почему?
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.
Запишите выводы в тетрадь. (см. слайд № 15)
4.Методы борьбы с коррозией.(7 мин)
а)Уч - ль: А есть ли способы защиты от коррозии?
Уч-ся: есть.
Уч-ль: Можете ли вы предложить какой – либо метод борьбы с коррозией на основе полученных знаний?
(версии учащихся)
Уч-ль: Молодцы! Но есть всё-таки ещё некоторые способы борьбы, которые вы не назвали.
Рассмотрите в учебнике на стр.88 схему 8, прочитайте информационный лист у вас на столе, подготовьте рассказ о способах борьбы с коррозией.
(работа уч-ся с тестом учебника и с текстом информационного листа; беседа. См. слайды №16 -19)
Информационный лист «Способы борьбы с коррозией»
Зная механизм коррозии и причины её возникновения, человек научился защищать металлы от коррозии. Вспомним с вами эпиграф нашего урока (Знать - значит победить!)
Неметаллическое покрытие (лаки, масла, краски и т. д.). Эти вещества изолируют металл от внешней среды. ( См. таблицу «Методы защиты от коррозии» на доске). Например, Эйфелева башня в Париже изготовлена из стали и требует покрытия краской для защиты от коррозии, и стала весить вместо 9 тонн 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. Введением 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. 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.
5.Протекторная защита(более активный металл, стоящий левее в ряду электрохимического напряжения металлов) – легко разрушается. Протекторная защита применяется в тех случаях, 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.
б) А теперь давайте убедимся, что можно замедлить коррозию.
Опыт( ученики работают в парах).
Зачистите наждачной бумагой 2 железных гвоздя и один из них смажьте вазелином. Опустите их в стакан с разбавленной серной кислотой. Сравните интенсивность выделения газа в обоих случаях.
Какой вывод можно сделать?
4. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА.(3 мин)
Ответьте коротко(письменно) на предложенные вопросы(см. слайд № 20)
1. К куску железа, находящемуся в растворе соляной кислоты, прикоснулись цинковой проволокой. Скорость взаимодействия железа с соляной кислотой:
а) уменьшилась б)увеличилась в) не изменилась
2. Требуется скрепить железные детали. Чтобы уменьшить вероятность коррозии железа, нужно воспользоваться заклёпками, изготовленными из :
а) свинца б) меди в) алюминия
3. Если соединить 2 вида электропроводов – медные и алюминиевые - то :
а) ничего не произойдёт
б) алюминиевый электропровод быстро разрушится
в) медный провод значительно быстрее подвергнется коррозии, чем алюминиевый.
(самопроверка под диктовку одного из учащихся)
5.СТАДИЯ РЕФЛЕКСИИ ( 2 мин)
-Что нового узнали на уроке?
-Чему научились?
-Что вызвало особый интерес?
-С каким настроением уходите с урока?
6. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ.(2 мин)
а)параграф 20,? 11 -13,с 89, подготовить презентации по теме
б) исследовательская задача: В настоящее время туризм наносит огромный ущерб природе. Например, подножье горы Эверест буквально завалено грудами консервных банок. Да и в наших лесах, ржавые консервные банки встречаются, пожалуй, чаще чем грибы. Конечно, естественная коррозия этого хлама идёт, но достаточно медленно. В данном случае коррозия могла бы из заклятого врага превратиться в отличного помощника. Только возникает вопрос: «Как увеличить скорость коррозии консервных банок?» Попробуйте дома написать сочинение – рассуждение на данную тему.
Литература для учи«Химия: неорган. органическая химия: учебник для11 классов общеобразоват. учреждений» М.: Просвещение, 2012г.
2. «Химия. Уроки химии в 11 классе: пособие для учителей общеобразовательных учреждений. – М.:Просвещение, 2009.
3.Мастер – класс учителя химии: уроки с использованием ИКТ, лекции, семинары, тренинги, сценарии внеклассных мероприятий с использованием ИКТ, интерактивные игры. 8-11 классы. Методическое пособие с электронным приложением. М.: Планета. 2010.
4. Мастер – класс учителя химии. Выпуск 2. Химия элементов: уроки с использованием ИКТ, лекции, семинары, тренинги, сценарии внеклассных мероприятий с использованием ИКТ, интерактивные игры.
Литература для учащихся: «Химия: неорган. органическая химия: учебник для11 классов общеобразоват. учреждений» М.: Просвещение, 2012г.
