«Применение кейс – технологии по формированию экологического сознания на уроках химии в 9 классе» КЕЙС «ЗАТОНУВШИЕ КОРАБЛИ»

«Применение кейс – технологии по формированию экологического сознания на уроках химии в 9 классе»

КЕЙС «ЗАТОНУВШИЕ КОРАБЛИ»

Кейс «Затонувшие корабли» можно использовать на уроке по теме «Коррозия металлов».

«Русалка» - русский броненосец береговой обороны, погибший в 1893 году при переходе из Ревеля (Таллинн) в Гельсингфорс (Хельсинки). На борту его было 177 моряков. Гибель "Русалки" в конце ХIX века была страшной трагедией для России (своего рода катастрофа "Курска" тех дней). В Ревеле в 1902 году экипажу "Русалки" поставили памятник, на него собирала деньги вся держава - там и пожертвованные царем 5000 рублей, и медяки бедняков. Памятник и ныне - гордость Таллинна.

Российский корабль нашли эстонские морские археологи в финских территориальных водах. "Русалка" - братская могила. Трогать ее - кощунство. На памятнике в Таллинне выбито: "Россияне не забывают своих героев-мучеников". Броненосец покоится на глубине около 90 метров, его корпус и крупные детали коррозия не уничтожила.

По Черному морю издревле проходили важнейшие морские пути, связывавшие Европу с Азией. В черноморских глубинах до сих пор без изменений сохраняются не только сами останки затонувших кораблей, но и все товары, перевозимые ими (металлы, золото не окисляются и не подвергаются коррозии, дерево, ткани не стареют и не разрушаются). Но, как только корабли поднимают на поверхность, их корпуса очень быстро покрываются ржавчиной и разрушаются.

Вопросы кейса:

1. Что такое коррозия?

2. Объясните, почему на морской глубине скорость коррозии незначительна.

3. Какие последствия коррозии могут быть?

4. Какие способы защиты от коррозии существуют?

5. Почему химически чистое железо является более стойким против коррозии, чем техническое железо? Составьте уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии технического железа во влажном воздухе и в азотной кислоте.

Задание: ответить на вопросы кейса, написать соответствующие уравнения реакций.

ПРИМЕРНЫЙ ХОД РАССУЖДЕНИЙ

Вопрос 1 Что такое коррозия?

Ответ: Коррозия – химическое или электрохимическое разрушение металлов и их сплавов в результате воздействия на них окружающей среды.

Сущность процесса коррозии (ржавление) железа:

Fe⁰ -2e = Fe²⁺

Fe²⁺ -e = Fe³⁺

Обычно окислителем является кислород. Кроме того, в процессе участвует вода. В воздухе содержатся углекислый и сернистый газы, которые при растворении в воде образуют кислоты. Происходит растворение металла в кислоте с выделением водорода.

Химическая коррозия – разрушение металла окислением его в окружающей среде при контакте с газами и электролитами без возникновения электрического тока в системе.

Электрохимическая коррозия – разрушение металла в среде электролита с возникновением внутри системы электрического тока.

Вопрос 2 Объясните, почему на морской глубине скорость коррозии незначительна.

Ответ:

1. скорость коррозии выше в движущейся воде, на дне скорость движения воды практически равна нулю;

2. на морском дне нет кислорода, а без кислорода коррозия не развивается

3. обрастание микроорганизмами также замедляет процесс коррозии.

Вопрос 3 Какие последствия коррозии могут быть?

Ответ:

Экономический ущерб:

• потеря металла;

• порча оборудования;

• затраты на ремонт.

Экологический ущерб:

• утечка газа при разрушении трубопроводов;

• утечка нефти при разрушении трубопроводов.

Вопрос 4 Какие способы защиты от коррозии существуют?

Ответ:

• осушение конструкций (Коррозия практически отсутствует при влажности ниже 40%).

• применение защитных покрытий (хромирование, никелирование, оцинковка)

• окрашивание красками, лаками

• применение коррозионно стойких сплавов (нержавейка)

Электрохимические методы защиты

• заклепки из активных металлов

• покрытие пластинками из активных металлов.

Уравнения реакций

Техническое железо содержит примеси, которые, как правило, выполняют роль катода. Либо, если это углерод, который не передает в раствор положительно заряженных ионов и не имеет заградительного барьера от ионов водорода в кислой среде. Само железо будет служить анодом и подвергаться разрушению.

В химически чистом железе нет примесей, которые образовали бы гальванопару с железом, где бы оно окислялось.

При коррозии технического железа протекают следующие реакции:

Во влажном воздухе

А: Fe – 2e^— = Fe²⁺

K:  O₂ + 2H₂O  + 4e^— = 4OH^—

2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe²⁺+ 4OH^—

2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂

Далее Fe(OH)₂ переходит в Fe(OH)₃

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = Fe(OH)₃

В азотной кислоте

А: Fe – 2e^— = Fe²⁺

K:  2H⁺ + NO₃^— + e^— = NO₂ + H₂O

Fe + 4H⁺ + 2NO₃^— = Fe²⁺+ 2NO₂ + 2H₂O

Fe + 4HNO₃ = Fe(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O