План-конспект открытого урока по теме "Коррозия метеллов"

Министерство образования и науки Краснодарского края

государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

 Краснодарского края

«Краснодарский информационно-технологический техникум»

Методическая разработка

открытого урока

 по теме: «Коррозия металлов»

                                        Выполнила:

преподаватель химии и биологии

                                              Трудненко В.А.

2015

Пояснительная записка

Металлы составляют одну из основ цивилизации на планете Земля. Их широкое внедрение в промышленное строительство и транспорт произошло на рубеже XVIII-XIX.

В XXI веке высокие темпы развития промышленности, интенсификация производственных процессов, повышение основных технологических параметров (температура, давление, концентрация реагирующих средств и др.) предъявляют высокие требования к надежной эксплуатации технологического оборудования и строительных конструкций. Особое место в комплексе мероприятий по обеспечению бесперебойной эксплуатации оборудования отводится надежной защите его от коррозии и применению в связи с этим высококачественных химически стойких материалов.

Основной ущерб от коррозии металла связан не только с потерей больших количеств металла, но и с порчей или выходом из строя самих металлических конструкций, так как вследствие коррозии они теряют необходимую прочность, пластичность, герметичность, тепло- и электропроводность, отражательную способность и другие необходимые качества. Поэтому коррозия является одной из важнейших проблем, имеющей большое практическое значение.

Некоторые сложные темы представлены в большом объёме материала, что снижает интерес студентов к обучению,  поэтому данная разработка предназначена для преподавателей с целью объяснения материала с применением мультимедийных технологий без потери интереса к предмету.

План открытого урока

Предмет: химия

Тема урока: коррозия металлов

Тип урока: комбинированный

Вид урока: урок исследование

Цель урока: дать понятия о коррозии металлов, познакомить учащихся со способами защиты металлов от коррозии.

Задачи урока:

1)    Обучающая: сформировать представление о коррозии металлов как самопроизвольном окислительно-восстановительном процессе, её значении, причинах и способах защиты.

2)    Развивающая: развить познавательный интерес в ходе химического эксперимента, научить строить логические цепочки и делать выводы из наблюдения, прогнозировать решение некоторых проблем.

3)      Воспитательная: совершенствовать коммуникативные умения в ходе коллективного обсуждения.

Структура урока

1)    Организационный момент – 2 минут

2)    Повторение пройденного материала  по вопросам  – 5 мин.

·        Где расположены металлы в периодической системе Д.И.Менделеева?

·        Какие химические свойства проявляют металлы?

·        Перечислите физические свойства металлов

·        Какой металл самый легкоплавкий?

·        Какой металл самый тугоплавкий?

·        Какой металл самый лёгкий?

·        Какой металл самый тяжёлый?

3)    Изучение нового материала (35 мин.)

Ø Вступительное слово учителя:

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.

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

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.

А. По характеру разрушения: сплошная, точечная, язвенная, межкристаллическая.

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

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

Рассмотрим процессы, происходящие при химической коррозии.

Химическая коррозия.

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

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.

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)

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.

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 группе:

 «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.

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.

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)

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.

Вопрос: ребята, к каким последствиям приводит коррозия?

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 «морской» (№ 1–4) и водопроводной (№ 5–8) водой. 

Гвозди, помещенные в водопроводную и «морскую» воду:

№ 1 и № 5 – железный гвоздь;

№ 2 и № 6 – железный гвоздь в контакте с цинком;

№ 3 и № 7 – железный гвоздь в контакте с медью;

№ 4 и № 8 – железный гвоздь, покрытый лаком для ногтей

Наблюдения: Гвозди, вынутые через неделю:

№ 1 и № 5 – наличие слабой ржавчины;

№ 2 и № 6 – гвоздь не подвергся коррозии, но цинк прокорродировал;

№ 3 и № 7 – наличие сильной ржавчины на гвозде.

№ 4 и № 8 – гвоздь не подвергся коррозии (покрыт лаком)

Один из видов защиты от коррозии мы уже видим. А какие ещё существуют способы защиты?

Методы защиты от коррозии: доклады учащихся

4)    Закрепление материала: (15 мин)

Кроссворд

Вопрос к кроссворду:

1 слово.  Вид коррозии, связанный с возникновением электрического тока.

2 слово. Металл, который содержит «нержавейка».

3 слово. Неметаллическое покрытие от коррозии.

4 слово. Коррозия железа и его сплавов.

5 слово. Один из способов защиты изделия от коррозии.

6 слово. Вещество, способное замедлять протекание химических процессов или останавливать их.

7 слово. Активный металл, который присоединяют к конструкции для предохранения от коррозии.

Вопросы для закрепления:

1)    По отдельности алюминий и титан устойчивы к действию морской воды. Почему, если они контактируют в одном изделии, например в боксе для подводной фототехники, алюминий очень быстро разрушается, и бокс протекает?

2)    Более полутора тысяч лет назад в Индии была изготовлена железная колонна весом в 6,5 т, высотой 7,3 м, диаметром у основания 41,6 см, у верха 29,5 см, стоящая ныне на одной из площадей индийской столицы. Она стоит на тропическом солнце, под дождями 15 столетий, но не подверглась ни малейшей коррозии. Почему на нее не действует коррозия?

3)    Иногда зубные коронки, изготовленные из различных металлов (золота и стали) и близко расположенные друг к другу, доставляют их носителям неприятнейшие болевые ощущения. С чем это связано?

4)    Один из американских миллионеров, не жалея денег, решил построить самую шикарную яхту. Ее днище было обшито дорогим монель металлом (сплав 70% никеля и 30% меди), а киль, форштевень и раму руля изготовили из стали. Однако яхта еще до завершения отделочных работ вышла из строя, ни разу не побывав в море. Интересно, что яхте было дано имя «Зов моря». В чем причина недолговечности яхты?

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

Интересные факты по коррозии металлов из СМИ (10 мин.)

Заключительное слово учителя: 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.

5)    Домашнее задание: Напишите схему коррозии на яхте «Зов моря».      (1 мин.)

6)    Выставление оценок – (2 мин.)

Ø Методическое обеспечение урока:

Химические препараты для проведения опыта, 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.

Литература

1)    Габриелян О.С., И.Г. Остроумов – общая химия 11 класс – Москва «Просвещение», 2007 г., 368 стр.

2)    Габриелян О.С., Лысова Г.Г. методическое пособие. Химия 11 класс. – М.: Дрофа, 2003. – 156 с.

3)    Радетский А.М. Этот удивительный мир металлов // Химия в школе 2001-№1.

4)    http://festival.1september.ru/articles/413404/

5)    http://www.ingibitory.ru/

Преподаватель: В.А. Трудненко

1