Разработка урока по теме "Коррозия металлов"

Тема урока: Коррозия металлов

11.11.2022

Тип урока: открытие новых знаний

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

Задачи урока:

Образовательные: изучить сущность коррозии металлов с химической точки зрения, выяснить способы защиты металлов от коррозии.

Развивающие:

1.Развить умение проведения химического эксперимента с соблюдением правил техники безопасности.

2.Строить логические цепочки и выводы из наблюдений.

3.Прогнозировать решение некоторых проблем.

Воспитательные:

1.Совершенствовать коммуникативные умения в ходе коллективного обсуждения.

2.Продолжать формировать убеждения учащихся в необходимости привлечения средств химии к пониманию и описанию процессов, происходящих в окружающем мире.

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

Форма работы: индивидуально - групповая (класс разбит на 4 группы).

Планируемые результаты: Учащиеся будут знать понятие коррозия, её виды, будут объяснять механизм этого процесса, будут объяснять значение коррозии для жизнедеятельности человека, будут отстаивать свою точку зрения и делать выводы, находя решение проблемы.

Оборудование: раздаточный материал на столах учащихся; презентация Power Point, видеофрагмент "Коррозия металлов"; ноутбук, проектор, интерактивная доска;

За неделю до урока закладываются опыты по изучению факторов, влияющих на коррозию:

опыт №1 - железный гвоздь помещен в дистиллированную воду

опыт №2 - железный гвоздь помещён в водопроводную воду

опыт №3 - железный гвоздь помещён в раствор хлорида натрия

опыт №4 - в раствор хлорида натрия помещен гвоздь с прикрепленной медной проволочкой

опыт №5 - в раствор хлорида натрия помещен гвоздь и с прикреплённой магниевой проволочкой

опыт №6 - железный гвоздь помещен в слабощелочной раствор хлорида натрия

опыт №7 - железный гвоздь помещён в подкисленный раствор хлорида натрия

Ход урока:

Приложение №1.

Информация 1. В III столетии до нашей эры на острове Родос был построен маяк в виде огромной статуи бога Солнца Гелиоса. Статуя была изготовлена из глины, основой служил железный каркас, а сверху статуя была покрыта листами из бронзы ( сплав меди с оловом). Колосс Родосский считался одним из 7 чудес света однако просуществовал всего 66 лет и рухнул во время землетрясения.

В начале прошлого столетия по заказу одного американского миллионера, была построена роскошная яхта «Зов моря». Днище её 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 ещё до выхода в открытое море была полностью выведена из строя.

Информация 2.

31 января 1951 года во время сильного мороза 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.

В 1967 году, в Западной Вирджинии был разрушен Серебряный мост. Стальной висячий мост рухнул меньше, чем за минуту. В результате погибли 46 людей, которые в то время находились на мосту.

В 1983 году в США, во время смерча из-за ослабших болтов был разрушен самый высокий мост Кинзу.

Информация 3. Подсчеты, которые были сделаны в начале 20-х годов ХХ века, показали, что за время с 1860 по 1920 года, то есть за 60 лет, было выплавлено чугуна во всем мире 1860 млн. тонн, из них 660 млн. тонн было безвозвратно потеряно, что составило около 33% от всего выплавленного металла.

Сейчас считают, что примерно около 10% всей ежегодно выплавляемой стали идет на покрытие безвозвратных потерь металлов. Наша страна ежегодно теряет 5-6 млн. тонн металла. Иначе говоря, буквально в пыль превращается годовая продукция крупного металлургического комбината. Каждая шестая доменная печь работает впустую.

Информация 4. За 1997-1999 годы в ОАО "Самаранефтегаз" произошло 4594 прорыва нефтепроводов и 5883 прорыва водоводов.

По оценкам специалистов, от 5 до10 процентов транспортных строительных конструкций, зданий и сооружений ежегодно выходит из строя или требует ремонта из-за повреждений. Наиболее повреждаемыми инженерными сооружениями на транспорте являются железобетонные фундаменты, опоры контактной сети и линий электропередачи, мосты, виадуки и путепроводы, подземные пешеходные переходы, коллекторы сточных вод, сети водоснабжения.

Ежегодно в различные трубопроводы закачивается около 70000 млрд. литров воды, каждый третий из которых не доходит до потребителя. В деньгах это примерно 600 млрд. рублей убытка, не считая моральных и материальных издержек от аварий.

Приложение №2.

Текст №1. Коррозия металлов. Основные виды коррозии.

Коррозия (от латинского “corrodere” – разъедать, разрушать) – это процесс самопроизвольного разрушения металлов и сплавов при их взаимодействии с окружающей средой.

В основе коррозийных процессов лежат окислительно-восстановительные реакции, сопровождающиеся переходом металлов в более устойчивое, естественное состояние. 

Естественное состояние металла в природе – это его окисленное состояние. Металлы входят в состав минералов самого разнообразного состава. Круг металлов, которые можно встретить в природе в свободном состоянии, весьма ограничен (примером могут служить золотые самородки). Человечество тратит огромное количество энергии на выделение металлов из его соединений, а коррозия возвращает их обратно.

Таким образом, коррозию можно рассматривать как процесс перехода металла в то естественное, природное состояние, в котором мы встречаем его в земной коре.

Коррозию часто отождествляют с термином "ржавчина". На самом деле это не одно и тоже. Коррозия — это процесс, а ржавчина - один из его результатов. Это слово применимо только к железу, входящему в состав стали и чугуна. Ржавчина  — это слой частично гидратированных оксидов железа, образующийся на поверхности железа и некоторых его сплавов в результате коррозии.

По механизму протекания коррозионных процессов выделяют два вида коррозии - химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия представляет собой самопроизвольное разрушение металла в результате окислительно - восстановительной реакции с веществами - окислителями из окружающей среды. Она может протекать в любых средах и не сопровождается возникновением электрического тока.

Окислителями (корродирующими агентами) могут быть сухие газы (О₂, СО₂, SО₂, HC1, оксиды азота и др.), перегретый водяной пар, жидкости, не являющиеся электролитами (нефть, смазочные масла, керосин и др.), а также расплавы органических и неорганических веществ, в том числе металлов.

В зависимости от этого химическая коррозия бывает газовая или жидкостная.

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

Примером коррозионных процессов электрохимического характера является разрушение деталей машин и различных металлических конструкций в почвенных, грунтовых, речных и морских водах, во влажной атмосфере, в технических растворах, под действием смазочно-охлаждающих жидкостей, применяемых при механической обработке металлов и т.д.

Причиной электрохимической коррозии является образование на поверхности металла большого количества микрогальванических пар, которые возникают при контакте двух металлов с разной химической активностью.

При электрохимической коррозии на поверхности металла одновременно протекают два процесса:

На аноде происходит окисление атомов металла , при этом на металле остаются избыточные электроны. Роль анода выполняет более активный металл.

На катоде происходит принятие электронов, которые поступают с анода, каким-либо окислителем (ионы, молекулы, которые содержатся в растворе электролита и способны восстанавливаться).

В кислотах в качестве окислителя преимущественно выступают ионы водорода, тогда на катоде протекает следующий процесс:

В нейтральной среде в качестве окислителя преимущественно выступает растворенный кислород, тогда на катоде протекает следующий процесс:

Роль катода выполняет менее активный металл или примесные включения.

Инструкция №1.

1) Изучите текст №1.

2) Изложите представленную в тексте информацию в виде опорной схемы:

Коррозия

(от латинского “corrodere” – ...)

По механизму протекания коррозионных процессов

Инструкция № 2.

Задание: проанализируйте результаты опытов и сделайте выводы о том, какие факторы:

а) усиливают коррозию;

б) замедляют коррозию.

опыт №1 - железный гвоздь помещен в дистиллированную воду

опыт №2 - железный гвоздь помещён в водопроводную воду

опыт №3 - железный гвоздь помещён в раствор хлорида натрия

опыт №4 - в раствор хлорида натрия помещен гвоздь с прикрепленной медной проволочкой

опыт №5 - в раствор хлорида натрия помещен гвоздь и с прикреплённой магниевой проволочкой

опыт №6 - железный гвоздь помещен в слабощелочной раствор хлорида натрия

опыт №7 - железный гвоздь помещён в подкисленный раствор хлорида натрия

Инструкция №3.

Задание. Изучите текст учебника на с.50 - 51. Изложите содержание текста в виде схемы:

Способы защиты металлов от коррозии

Инструкция № 4.

Изучите предложенный вам текст. Ответьте устно на вопрос: Может ли коррозия приносить пользу? Ответ подтвердите конкретными фактами из текста.

Может ли коррозия приносить пользу?

Вот такие интересные примеры были найдены!

1. У древних горцев существовал особый се­крет приготовления сверхпрочных и острых клинков, которые легко разрубали не только ткани, но и сухожилия и кости. Изделия на несколько лет закапывали в землю, после специальной обработки поржавевших клин­ков они приобретали высокую прочность.

2.  Любопытную тех­нологию превращения слоя ржавчины в... защитное покры­тие удалось разработать индийским ученым. Для этого на стальное изделие, покрытое густым налетом ржавчины, нано­сят специальный состав, благодаря которому слой оксидов становится прочным панцирем черного цвета. Затем на него наносят краску, которая, кстати, держится на этом защитном слое надежнее, чем непосредственно на металлической повер­хности. Теперь изделию коррозия не страшна. 

3.  В технике нашла применение и сама ржавчина как за­щитное средство. Например, освоена выплавка низколегиро­ванных сталей с малым содержанием никеля, хрома и меди. Подобная сталь быстро ржавеет, но под слоем опавшей ржав­чины остается плотная черная пленка, которая крепко сцеп­ляется с металлом и практически полностью защищает его от дальнейшей коррозии. Время, необходимое для образования защитного слоя, колеблется от двух до четырех лет. После этого скорость коррозии уменьшается и составляет от 2 до 35 мк в год в зависимости, от условий. В обычных условиях лист из такой стали проржавел бы лишь на 0,3 мм. 

4.  В 1834 г. в «Горном журнале» была опубликована статья «Улучшение железа и стали посредством ржавления в земле». Способ превращения железа в сталь через ржавление в земле известен людям с глубокой древности. Например, черкесы на Кавказе закапы­вали полосовое железо в землю, а откопав его через 10— 15 лет, выковывали из него свои сабли, которые могли пере­рубить даже ружейный ствол, щит, кости врага. В земле же­лезо, естественно, ржавело, превращаясь в метагидроксид железа, но одновременно насы­щалось углеродом и азотом при контакте с различными орга­ническими веществами почвы. 

5. Ржавчина обладает хорошей сорбционной способностью к различным органическим веществам. После выкапывания ржавое железо вместе с органическими веществами нагрева­ли в горнах, ковали, а затем охлаждали водой — закаливали. Углерод и азот появлялись в поверхностном слое откованного металла, упрочняя его и сообщая ему особую твердость. В слое при термической обработке образуется очень твердое соедине­ние: карбид железа Fe3С — цементит. Впоследствии для получения твердой стали вместо длитель­ного пребывания железа в земле перешли к плавке железа под слоем древесного угля.

Приложение №3.

Вариант 1.

1. Коррозию металлов и сплавов вызывает

А) вода и кислород Б) оксиды углерода и серы В) растворы солей Г) все перечисленные компоненты

2. Наиболее сильно металл коррозирует

А) в растворе хлорида натрия Б) в кипяченой дистиллированной воде

В) в сухом воздухе Г) в дистиллированной воде

3. Для защиты стальных корпусов морских судов обыч­но используют

А) Na Б) Zn В) Сu Г) Fe

4.Более активный металл, предотвращающий коррозию менее активного металла, называется

А) катализатор коррозии Б) активатор коррозии В) ингибитор коррозии Г) протектор

5. Вещества, введение которых уменьшает агрессивность среды, называют

А) катализаторы коррозии Б) активаторы коррозии В) ингибиторы коррозии Г) протектор

2 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

9