Конспект урока в 9 кл "Коррозия металлов"

МБОУ «Жердевская СОШ №2»

Урок в 9 классе

Тема: Коррозия металлов

Рабодзей Татьяна Ивановна

учитель химии

Тема : Коррозия металлов.

Цели:

Сформировать представления о коррозии с точки зрения окислительно-восстановительных процессов; видах коррозии, показать значение коррозии для народного хозяйства и познакомить с методами защиты металлов от коррозии; продолжить формирование у учащихся умений устанавливать причинно-следственные связи между строением и свойствами металлов.

Экологическое воспитание.

Развитие памяти, внимания, мышления, познавательного интереса.

Оборудование:

Таблицы «Виды коррозии», «Методы защиты от коррозии». Железные гвозди из поставленных ранее опытов по их коррозии в водопроводной воде и «морской» воде (гвоздь без контакта с другим металлом, гвозди в контакте с медью и цинком, гвозди, покрытые лаком), компьютер, мультимедийный проектор, презентация к уроку.

Ход урока :

Знать – значит победить!

А. Н. Несмеянов

Здравствуйте!

В начале прошлого столетия по заказу одного американского миллионера была построена роскошная яхта «Зов моря». Днище ее было обшито сплавом меди и никеля, а рама руля, киль и другие детали были изготовлены из стали. Когда яхту спустили на воду, оказалось, что она не пригодна к использованию. Еще до выхода в открытое море яхта полностью вышла из строя, так что «Зов моря» остался в истории мореплавания как пример конструкторской недальновидности и самонадеянного невежества. Разобраться, что же произошло, вам поможет сегодняшний не совсем обычный урок.

Нам предстоит познакомиться с давним и очень опасным врагом большинства применяемых в технике и быту металлов. Коварство его в том, что он остается всегда целым и невредимым, а металлы и сплавы несут огромные потери: примерно до 15% всех производимых в мире металлов становятся ежегодно жертвами этого врага. Вы догадались, что это за враг?

Тема урока: «Коррозия металлов».

Исходя из темы урока, какие цели вы перед собой поставите, что должны узнать? (предполагаемые ответы: узнать, что такое коррозия, ее причины, реакции, которые при этом происходят, как бороться с коррозией) (Слайд 1)

Чтобы знать, как бороться с врагом, надо хорошо изучить его. Обратите внимание на эпиграф к уроку: «Знать – значит победить!». (Слайд 2)

Коррозия ( от лат. разъедать) - процесс разрушения металлов и сплавов под действием окружающей среды.

Коррозия вызывается окислительно-восстановительными реакциями, в которых металл в результате взаимодействия с каким-либо веществом из своего окружения превращается в нежелательное соединение.

Различают несколько видов коррозии. ( Слайд 3)

А. По площади и характеру поражения: сплошная, точечная, язвенная, межкристаллическая.

Б. По природе агрессивных сред: воздушная, почвенная, морская, биологическая (вызванная водорослями, моллюсками, плесенью), газовая. ( Слайд 4)

В. По механизму возникновения: химическая, электрохимическая, электрическая (под действием блуждающих токов). ( Слайд 5)

Рассмотрим процессы, происходящие при химической коррозии.

Химическая коррозия. ( Запись в тетради) (Слайд 6)

Химическая коррозия- разрушение металла при взаимодействии его с сухими газами или жидкостями, не проводящими ток (например, нефть), часто этот вид коррозии идет при высоких температурах. Ей подвергаются арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания, лопатки газовых турбин, аппаратура химической промышленности.

При этом идет окислительно-восстановительная реакция, в ходе которой металл окисляется, а присутствующий в среде окислитель восстанавливается, электроны переходят от металла к окислителю непосредственно без возникновения в цепи электрического тока.

Демонстрация: Например, прокалим медную проволоку на воздухе. Что наблюдаете? (предполагаемый ответ: наблюдаем изменение окраски – появление черного налета, значит, прошла химическая реакция).

При взаимодействии меди с кислородом идет реакция:

2Сu + О₂=2 СuО (запись в тетради и на доске, у доски работает вызванный ученик)

Большинство металлов окисляется кислородом воздуха, образуя на поверхности оксидную пленку. Если эта пленка плотная, хорошо связана с поверхностью, то она защищает металл от дальнейшего разрушения. Например, при коррозии алюминия в кислороде идет реакция:

4Al + 3O₂ = 2Al₂О₃. (запись в тетради и на доске)

Оксидная пленка плотно прилегает к поверхности металла, и нет дальнейшего допуска кислорода к металлу. Можно сказать, что для алюминия такое покрытие благоприятно, так как дальнейшего разрушения не происходит. Плотная оксидная пленка у цинка, никеля, хрома, олова, свинца и др.

В случае химической коррозии железа идет реакция:

3Fe + 2О₂= Fe₃О₄ (FeO•Fe₂О₃) ( запись на доске и в тетради)

Оксидная пленка железа очень рыхлая (вспомните какой-либо ржавый предмет – как только вы берете его в руки, остаются следы ржавчины) и не прилегает плотно к поверхности металла, поэтому кислород проникает все дальше и дальше, коррозия идет до полного разрушения предмета.

Электрохимическая коррозия. ( запись в тетради) ( Слайд 7)

Этот вид коррозии распространен гораздо шире, ей подвергаются паровые котлы, подводные части судов, металлические сооружения и конструкции под водой и в атмосфере, проложенные в грунте трубопроводы, оболочки кабелей и т. д.

При электрохимической коррозии возникает электрическая цепь. Подвергаться коррозии может как один металл, так и металлы в контакте друг с другом. Рассмотрим, что происходит, если цинк положить в разбавленный раствор соляной кислоты (демонстрация опыта) Вопрос к классу:

«Что наблюдаете?» ( Ответ: цинк реагирует с кислотой, при этом выделяется газ)

В кислой среде цинк отдает 2 электрона. При этом окисляется и переходит в раствор в виде ионов:

Zn – 2e^- = Zn²⁺ ( запись на доске и в тетради)

Катионы водорода восстанавливаются, образуется газ – водород:

2 Н⁺ + 2 е ^- = Н₂ (запись на доске и в тетради)

Уравнение реакции в ионном виде:

Zn + 2 Н⁺ = Н₂ + Zn²⁺ ( запись на доске и в тетради)

Замечено, что сверхчистые металлы устойчивы к коррозии. Например, сверхчистое железо намного меньше корродирует по сравнению с обычным железом. Знаменитая Кутубская колонна в Индии близ Дели уже почти полторы тысячи лет стоит и не разрушается, несмотря на жаркий и влажный климат. Сделана она из железа, в котором почти нет примесей. Как удалось древним металлургам получить такой чистый металл, до сих пор остается загадкой.

( Слайд 8)

Электрохимическая коррозия при контакте двух металлов.

Как правило, любой металл содержит различные примеси, в том числе и вкрапления других металлов. Это тем более очевидно, если речь идет о сплавах. При контакте с электролитами одни участки поверхности заряжаются отрицательно, другие положительно. При электрохимической коррозии первым разрушается тот металл, который расположен левее в ряду напряжений металлов.

Рассмотрим, что происходит при коррозии металлов, находящихся в контакте, на примере меди и железа. ( Рассмотрим таблицу «Виды коррозии»)

Железо более активный металл. При контакте с электролитом часть атомов железа, окисляясь, переходит в раствор.

III).

Запись на доске и в тетрадях:

В кислой среде: В воде в присутствии кислорода:

Fe – 2е^- = Fe²⁺ Fe – 2е^- = Fe²⁺

2 Н⁺ + 2 е^- = Н₂ O₂ + 2Н₂О + 4e^- = 4 ОН^-

Fe + 2 Н⁺ = Н₂ + Fe²⁺ Fe²⁺ + 2 ОН^- = Fe (ОН)₂

4 Fe(OH)₂ + O₂ + 2 H₂O = 4 Fe(OH)₃

Fe²⁺ – е^- = Fe³⁺

O₂ +4e^- = 2 О^2-

Итак, электрохимическая коррозия – это окислительно-восстановительная реакция, протекающая в средах, проводящих ток. Процесс происходит при соприкосновении двух металлов или на поверхности металла, содержащего включения. При этом более активный металл разрушается.

Электрическая коррозия (электрокоррозия) (Слайд 9)

Блуждающие токи, исходящие от трамвая, метро, электрических железных дорог и различных электроустановок, работающих на постоянном токе, вызывают электрокоррозию. Такие токи разрушают подземные металлические сооружения, трубопроводы, электрокабели, приводят к появлению на металлических предметах, находящихся в земле, участков входа и выхода постоянного тока. Блуждающие токи от источников переменного тока вызывают слабую коррозию у подземных изделий из стали и сильную у изделий из цветных металлов.

Ребята, к каким последствиям приводит коррозия?

(Ответы: Коррозия металлов протекает непрерывно и причиняет огромные убытки. В результате коррозии металлические изделия теряют свои ценные технические свойства. Коррозия вызывает серьезные экологические последствия. Утечка газа, нефти и других опасных химических продуктов из разрушенных коррозией трубопроводов приводит к загрязнению окружающей среды, что отрицательно воздействует на здоровье и жизнь людей).

Поэтому защита металлов от коррозии – очень важная задача. Великий Гете сказал: «Просто знать – еще не все, знания нужно уметь использовать». Как защитить металлы от коррозии? Прежде чем ответить на этот вопрос, давайте посмотрим на результат эксперимента, который мы начали неделю ранее.

Результаты практической работы:

За неделю до урока были поставлены опыты по коррозии металлов в пробирках с водопроводной (№ 1–5) и «морской» (№ 6–10) водой. Учащиеся были поделены на группы: первая группа исследовала коррозию в пробирках № 1 и 6, вторая - № 2, 7, третья группа - № 3 и 8 , четвертая группа № 4, 9, пятая группа № 5 и 10, шестая группа проводила аналогичные опыты дома.

Гвозди, помещенные в водопроводную и «морскую» воду:

№ 1 и № 6 – железный гвоздь;

№ 2 и № 7 – железный гвоздь в контакте с цинком;

№ 3 и № 8 – железный гвоздь в контакте с медью;

№ 4 и № 9 – железный гвоздь, покрытый лаком для ногтей

№ 5 и № 10- железный гвоздь в кипяченой воде без доступа кислорода.

«Морскую» воду приготовили, растворяя в ней соли кальция, магния и натрия.

Наблюдения: Гвозди, вынутые через неделю:

№ 1 и № 6 – наличие слабой ржавчины;

№ 2 и № 7 – гвоздь не подвергся коррозии, но цинк уменьшился в размере;

№ 3 и № 8 – наличие сильной ржавчины, гвоздь уменьшился в размере;

№ 4 и № 9 – гвоздь не подвергся коррозии (покрыт лаком)

№ 5 и № 10 – гвоздь не подвергся коррозии (нет кислорода).

ЗАДАНИЯ

1. Рассмотрите коррозию железа в водопроводной и «морской» воде (пробирки № 1 и № 6). Где процесс протекает быстрее, и чем вы это объясните? Учащиеся первой группы рассказывают о наблюдениях и делают вывод. (П р и м е р н ы й о т в е т. В «морской» воде более заметно выражены все проявления коррозии из-за агрессивности среды, которая создается растворимыми солями).

С усилением коррозии в присутствии солей часто сталкиваются автомобилисты в тех местностях, где в зимнее время для борьбы с гололедом дороги обильно посыпают солью. Влияние солей объясняется тем, что образуемые ионы создают электролит, необходимый для возникновения замкнутой электрической цепи.

2. Вторая группа сравнивает результаты опытов по коррозии при контакте железа и цинка в водопроводной и «морской» воде (пробирки № 2 и № 7).

(П р и м е р н ы й о т в е т. При контакте железа с цинком явление коррозии железа практически не выражено. В данном случае электрохимическая коррозия затронула цинк, как более активный металл.)

3. Сравните результаты опытов по коррозии при контакте железа и медной проволоки в водопроводной и «морской» воде (пробирки № 3 и № 8). Отвечает группа 3.

(П р и м е р н ы й о т в е т. При контакте железа с медью усиливается разрушение железа вследствие электрохимической коррозии, т. к. железо более активный металл, чем медь (в электрохимическом ряду напряжений металлов железо стоит левее меди).

4. Сравните результаты опытов по коррозии в пробирках № 4 и 9. О наблюдениях говорит представитель группы 4(Примерный ответ: коррозии нет, так как гвоздь защищен лаком)

5. Сравните результаты опытов по коррозии в пробирках № 5 и 10 (группа 5). (Ответ: коррозии нет, так как нет доступа кислорода)

Думаю, что некоторые способы защиты металлов от коррозии вы уже можете назвать (перечисляем, исходя из результатов опытов).

Рассмотрим эти и другие основные способы защиты от коррозии более подробно (сообщения учащихся):

Сообщение 1. Протекторная защита. Металл, который необходимо защитить от коррозии покрывают более активным металлом. Тот металл, который заведомо будет разрушаться в паре, называется протектором. Примеры такой защиты – оцинкованное железо (железо – катод, цинк – анод), контакт магния и железа (магний – протектор).

Железо часто покрывают другим металлом, например цинком или хромом, чтобы защитить от коррозии. ( Слайд 10, а также таблица «Методы защиты от коррозии).

Оцинкованное железо получают, покрывая его тонким слоем цинка. Цинк защищает железо от коррозии даже после нарушения целостности покрытия. В этом случае железо в процессе коррозии играет роль катода, потому что цинк окисляется легче железа:

Zn-2е^- = Zn²⁺ ( запись на доске и в тетради)

На защищаемом железе идут процессы:

2H⁺ + 2e^- = H₂ (в кислой среде)

или

O₂ + 2H₂О + 4e^- = 4OH^- ( в нейтральной среде)

Zn²⁺ + 2 ОН^- = Zn(ОН)₂ ( запись на доске и в тетради)

Защита железных водопроводных труб. (Слайд 11)

Магниевый анод окружают смесью гипса, сульфата натрия и глины, чтобы обеспечить проводимость ионов. Труба играет роль катода в гальваническом элементе (рис. 5. Защита железных водопроводных труб).

Сообщение 2. Защита металла менее активным металлом. Так называемую «белую жесть» получают, покрывая тонким слоем олова листовое железо. Олово защищает железо до тех пор, пока защитный слой остается неповрежденным. Стоит его повредить, как на железо начинают воздействовать воздух и влага, олово даже ускоряет процесс коррозии, потому что служит катодом в электрохимическом процессе.

Поэтому железо служит в этом случае анодом и окисляется.

Электрозащита. Конструкция, находящаяся в среде электролита, соединяется с другим металлом (обычно куском железа, рельсом и т.п.), но через внешний источник тока. При этом защищаемую конструкцию подключают к катоду, а металл – к аноду источника тока. В этом случае электроны отнимаются от анода источником тока, анод (защищающий металл) разрушается, а на катоде происходит восстановление окислителя. Электрозащита имеет преимущество перед протекторной защитой: радиус действия первой около 2000 м, второй 50

Сообщение 3. Создание сплавов, устойчивых к коррозии. Если металл, например хром, создает плотную оксидную пленку, его добавляют в железо, и образуется сплав – нержавеющая сталь. Такие стали называются легированными. Большим достижением металлургов в защите от коррозии стало создание коррозионно-стойкой стали. В результате снижения содержания углерода в нержавеющей стали до 0,1 % стало возможным изготовлять из нее листовой прокат. Типичная «нержавейка» содержит 18% хрома и 8% никеля. Первые тонны нержавеющей стали в нашей стране выплавили еще в 1924 г. в Златоусте. Сейчас создан широкий ассортимент сталей, устойчивых к коррозии. Это и сплавы на железохромоникелевой основе, и особо коррозионностойкие никелевые, легированные молибденом и вольфрамом. Эти сплавы производят и на нашем комбинате.

Многие сплавы, которые содержат незначительное количество добавок дорогих и редких металлов, приобретают замечательную устойчивость к коррозии и прекрасные механические свойства. Например, добавки родия или иридия к платине так сильно повышают ее твердость, что изделия из нее – лабораторная посуда, детали машин для получения стекловолокна – становятся практически вечными.

Сообщение 4 Пассивация металла. Пассивация – это образование на поверхности металла плотно прилегающего оксидного слоя, защищающего от коррозии. Поверхность металла обрабатывают так, чтобы образовалась тонкая и плотная пленка оксида, которая препятствует разрушению основного вещества. Например, концентрированную серную кислоту можно перевозить в стальных цистернах, т.к. она образует на поверхности металла тонкую, но очень прочную пленку. Пассивация вызывается и другими сильными окислителями. Например, хранение лезвий безопасных бритв в растворе хромата калия позволяет дольше сохранить их острыми. В ином случае, пол действием влажного воздуха, железо окисляется и его поверхность ржавеет.

Сообщение 5. Добавление ингибиторов (замедлителей) коррозии тоже переводят металл в пассивное состояние, образуя на его поверхности тонкие защитные пленки. Примеры таких замедлителей коррозии – гексаметилентетрамин и другие органические вещества, фосфаты, нитрит натрия. В последние годы разработаны летучие, или атмосферные, ингибиторы. Ими пропитывают бумагу, которой обертывают металлические изделия. Пары ингибиторов адсорбируются на поверхности металла и образуют на ней защитную пленку.

Защитить металл можно, препятствуя проникновению к нему влаги и кислорода, – например, нанося на металл слой краски или лака. (На покраску Эйфелевой башни уже затратили средств больше, чем при ее создании.) (Слайд 12)

Итак, перечислите основные способы защиты от коррозии: ( Ответ: добавление ингибиторов, создание коррозионностойких сплавов, деаэрация, протекторная защита, защита менее активным металлом, пассивация, электрозащита.

Итак, вы узнали, что такое коррозия металлов, чем она опасна, и как с ней бороться? Поняли причину выхода из строя яхты «Зов моря»? Запишите домашнее задание:

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

1. §10

2. Напишите схему коррозии на яхте «Зов моря».

3. Поставьте опыты по коррозии железных гвоздей в «Фанте» и в растворе соды. Через неделю принесите гвозди в школу, чтобы обсудить результаты опытов.

4. Ответьте на вопрос: Почему не рекомендуют варить овощи в алюминиевой посуде?

Проверим, что вы поняли и запомнили.

( Самостоятельная работа)

Спасибо за работу на уроке!

Литература

1. О. С. Габриелян Химия -9 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений.

2. Браун Т., Лемей Г.Ю. Химия в центре наук. М.: Мир, 1983.

3. Венецкий С.И. Рассказы о металлах. М.: Металлургия, 1986.

4. Маршанова Г.Л. 500 задач по химии. М.: Издат-школа «РАЙЛ», 1997

5. Фримантл М. Химия в действии. М.: Мир, 1991

6. Химия. Пособие-репетитор. Под ред. А.С.Егорова. Ростов-на-Дону: Феникс, 1996

7.Хомченко Г.П., Цитович И.Г. Неорганическая химия, М.: Высшая школа, 1987.

Приложение № 1

Самостоятельная работа. Вариант 1.

1. Допишите предложение: коррозия – это …

2. Какой из металлов первым будет разрушаться при коррозии:

1. железо 2. цинк 3. медь 4. золото

3. В какой среде коррозия будет идти с большей скоростью ?

1. В соленой воде 2. В кипяченой воде

3. В водопроводной воде 4. В воде с добавлением ингибитора коррозии

4. Почему цинк не используют при изготовлении консервных банок для покрытия им железа?

1. Цинк – дорогой металл.

2. Цинк легче подвергается коррозии, так как расположен левее олова в ряду напряжений.

3. При коррозии железа и цинка, находящихся в контакте, железо будет разрушаться.

4. Цинк ускоряет коррозию железа.

5. Перечислите методы защиты металлов от коррозии.

Самостоятельная работа. Вариант 2.

1. Допишите предложение: коррозия – это …

2. Какой из металлов первым будет разрушаться при коррозии:

1. железо 2. олово 3. медь 4. золото

3. В какой среде коррозия будет идти с большей скоростью ?

1. В соленой воде 2. В кипяченой воде

3. В водопроводной воде 4. В воде с добавлением ингибитора коррозии

4. Как будет протекать процесс коррозии в том случае, если железную водосточную трубу прибить алюминиевыми гвоздями?

1. Первым разрушится железо.

2. Первым разрушится алюминий.

3. Изменений не будет.

4.Оба металла будут разрушаться с одинаковой скоростью.

5. Перечислите методы защиты металлов от коррозии.

Краткое описание документа:

Данный урок формирует представления о коррозии с точки зрения окислительно-восстановительных процессов; видах коррозии, показано значение коррозии для народного хозяйства и методы защиты металлов от коррозии.
В процессе урока у учащихся продолжается формирование умения устанавливать причинно-следственные связи между строением и свойствами металлов.

Экологическое воспитание.

Развитие памяти, внимания, мышления, познавательного интереса.