Опорный конспект в обобщении знаний о коррозии и защите металлов

Министерство образования и науки Краснодарского края

Государственное  бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Краснодарского края

«Тихорецкий индустриальный техникум»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

ПО ХИМИИ

Тема: «Опорный конспект в обобщении знаний о коррозии и защите металлов»

                                                                  Преподаватель высшей категории

                                                 Верисова Елена Владимировна

2017 г.

Формирование современных представ­лений о механизме коррозионных про­цессов, об их негативных последствиях и способах защиты от коррозии имеет важ­ное значение не только для химического, но и для экономического и экологическо­го образования студентов технического профиля.

На изучение этой темы обычно отво­дят два урока: первый — «Понятие о коррозии. Химическая и электрохими­ческая коррозия» и второй — «Способы защиты металлов от коррозии ».

   На первом уроке-лекции для усиле­ния представлений учащихся о вреде, наносимом коррозией, сравниваем ее со сказочным Змеем Горынычем и при­водим отрывок из былины «Добрыня и Змей». «Налетел Змей Горыныч о трех головах, погаными крыльями солн­це затмил: «Захочу — огнем спалю, за­хочу в полон возьму, унесу в глубо­кие норы во змеиные». Богатырь Доб­рыня все-таки справился со Змеем Го­рынычем, а предотвратить коррозию оказалось значительно труднее. Еже­годно до 20 % выплавленного, обработанного и воплощенного в конструкции металла разрушается от коррозии.

В ходе урока рассказываем о проис­хождении слова «коррозия» (от лат. соrrоdere — разъедать), о значении же­леза как основного конструкционного материала, показываем фотографии коррозионных разрушений машин и механизмов, ржавые детали (межпредметная связь, связь с будущей профессией). По­следовательно рассматриваем содержа­ние трех первых блоков опорного кон­спекта (ОК). При этом сначала изобра­жаем отдельные фрагменты блоков на интерактивной доске, объясняя смысл условных обозначений, а затем студенты рисуют их в тетради.

На втором уроке после рассмотрения способов защиты металлов от коррозии (блок 4) раздаем учащимся цветные ксе­рокопии обобщающего опорного кон­спекта (см. приложение). С их помо­щью проводим обобщение и системати­зацию знаний по всей теме. Студенты устно излагают содержание блоков, по­следовательно, в соответствии с нумера­цией, дают им названия (если они не ука­заны в ОК); расшифровывают смысл отдельных знаков, цветной раскраски и контуров. Для закрепления знаний наи­более сложные фрагменты конспекта могут быть рассмотрены 2 — 3 раза.

Приведем краткое описание ОК. На­звание темы помещено внутри изобра­жения трехглавого дракона, держащего в когтях свиток с надписью «-20%». Тело дракона мы раскрашивали светло-зеленым цветом, пасти (внутри) и гла­за — красным.

Блок 1. Понятие о коррозии и виды коррозионных разрушений.

Коррозия — это разрушение металлов под действием окружающей среды, при этом металлы окисляются по схеме:

Ме° — nе Š Меⁿ⁺.

В зависимости от вызываемых корро­зией повреждении поверхности метал­лов различают следующие ее виды: рав­номерную, или сплошную; язвенную;

точечную, или питтинг.

Питтинг — это самый опасный вид коррозионных разрушений (малая пло­щадь и большая глубина поражения),

поэтому отмечаем его красным воскли­цательным знаком. Разрез поверхности металла раскрашиваем серым цветом, места поражений — коричневым (цвет ржавчины).

Блок 2. Химическая коррозия (газовая).

Это высокотемпературная коррозия, протекающая в газовой среде, о чем на­поминает контур блока (в виде пламени) и его оранжево-красный фон. В резуль­тате химической коррозии происходит непосредственный переход электронов от восстановителя к окислителю:                                                

2Cu + О₂  = 2СuО.

Приводим схему процесса прокалива­ния медной проволоки на воздухе (напо­минание о демонстрационном опыте). Слой оксида меди отмечаем темно-се­рым цветом, медь — розовым.

Блок 3. Электрохимическая коррозия

Происходит в растворе электролита и сопровождается возникновением элек­трического тока. (Об этом напоминают капля, падающая из пасти дракона, и символ электрического разряда.)

1. Электрохимическая коррозия в кислой среде. Если в среде электролита находится контактная пара металлов (например, медь и железо), то возника­ет гальванический элемент. Ионы более электроотрицательного металла (желе­за) переходят в раствор, при этом по­верхность железа заряжается положи­тельно (анод). Электроны с поверхности железа перетекают на поверхность бо­лее электроположительного металла (меди), в результате чего она заряжает­ся отрицательно (катод). Роль окислите­ля в кислой среде (капля лакмуса изме­няет окраску с фиолетовой на розовую, а в черно-белом варианте это показано штриховкой) играют ионы водорода Н+, они восстанавливаются на поверх­ности меди, образуя газообразный во­дород. Приводим схемы процессов, про­текающих

на аноде (+): Fе° - 2е = Fе²⁺ — окисление;

на катоде (-): 2Н⁺ + 2е = Н₂° — восстановление.

Суммарное уравнение:

Fе⁰ + 2Н⁺  = Fe²⁺  + Н₂⁰↑.

   2. Электрохимическая коррозия в ней­тральной среде. На поверхности метал­лических изделий, находящихся в атмо­сферных условиях, всегда конденсиру­ется влага. Она образует пленку, играю­щую роль электролита и содержащую растворенный кислород, который явля­ется окислителем в нейтральной среде. Как и в предыдущем случае, железо — анод, а процесс восстановления кисло­рода протекает на поверхности меди — катоде. На ОК схематично изображаем катодный и анодный процессы и сум­марное уравнение:

                       A (+) Fe⁰ – 2e = Fe²⁺                     +

                       K (-)  O₂ + 2H₂O + 4e = 4OH^-

                                         2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂

Кислород восстанавливается до гидроксид-ионов, а железо окисляется (ржавеет) и постепенно переходит в Fе(ОН)₂. и далее в Fе(ОН)₃. В этом блоке поверхность меди мы отмечали розо­вым цветом, железа — серым, ион Fе²⁺   —коричневым, раствор электро­лита — светло-голубым.

Блок 4. Защита металлов от коррозии

Контур блока несет смысловую на­грузку, он имеет форму щита.

К важнейшим способам предупреж­дения коррозии относят следующие:

1) покрытие лаками и красками;

2) эмалирование;

3) металлопокрытие, например нане­сение никелевого покрытия на желе­зо — никелирование — в процессе элек­тролиза (раствор электролита — салатовый, цвет электродов — серый);

4) легирование;

5) применение ингибиторов;

6) использование протекторной защи­ты.

Первые три метода основаны на изо­лировании поверхности металла от окружающей агрессивной среды, поэто­му они объединены фигурной скобкой.

Нестойкие металлы защищают леги­рованием. Вводя в расплав основного металла добавки, например молибдена, хрома, создают коррозионно-стойкие сплавы.

В некоторых случаях, когда коррозия идет в замкнутой системе сравнительно небольшого объема, скорость окисле­ния металла можно значительно сни­зить, добавляя в среду специальные ве­щества — ингибиторы, замедляющие процесс коррозии. На ОК показываем это буквами υ₁ и υ₂ разного размера.

Протекторная защита осуществляет­ся присоединением к защищаемому ме­таллу (например, железу) более актив­ного металла (например, цинка), играю­щего роль протектора. Согласно взаим­ному положению этих металлов в элек­трохимическом ряду напряжений желе­зо поляризуется катодно, а цинк — анодно. В результате этого на железе идет процесс восстановления того окис­лителя, который присутствует в воде (обычно растворенный кислород), а цинк окисляется. Следовательно, пока не разрушится весь цинк, железо корродировать не будет. Так защищают днище и корпус судов от коррозии в морской воде (железо изображено в виде веселого, беззаботного матроса, которому не страшна коррозия).

На последующих уроках можно ис­пользовать ксерокопии ОК для контро­ля и оценки знаний студентов. Раздаем «слепые» схемы (в местах пропусков по­ставлены вопросительные знаки) и предлагаем дополнить их недостающей информацией. Сложность задания, т.е. число пропусков, может изменяться по усмотрению учителя.

Наблюдение за работой студентов с ОК показало, что они с интересом воспринимают цветной раздаточный мате­риал, внимательно рассматривают его, пытаются интерпретировать смысл зна­ков, форму контуров блоков, цвет. Сами студенты отмечают, что по схеме легче разобрать механизм процесса коррозии, различие между химической и электро­химической коррозией, суть протектор­ной защиты. Расположение блоков информации в логической последователь­ности и многократное использование опорного конспекта в процессе обуче­ния облегчают систематизацию знаний, способствуют более прочному запоми­нанию и усвоению учебного материала.