Методическая разработка урока на тему 'Коррозия металлов' (9 класс)

Урок по теме «Коррозия металлов»

Тип урока: изучение нового материала.

Вид урока: комбинированный урок

Цель урока: формирование у учащихся представление о механизме коррозийных процессов, об их последствиях и способах защиты от коррозии;

Задачи урока:

1. познакомить учащихся с сущностью химической и электрохимической коррозии, со способами защиты от коррозии металлов и сплавов;

2. восстановить в памяти учащихся объяснение окислительно-восстановительных процессов;

3. сформировать эмоциональное отношение учащихся к данному явлению.

Ход урока:

I. Организационный момент.

Тема, которую мы будем рассматривать- коррозия металлов. Мы должны выяснить, что такое коррозия металлов? Какие виды коррозии бывают? Как протекает этот процесс? Какова роль коррозии в жизни человеческого общества и зачем ее изучать? Какие способы защиты от нее существуют? Какое влияние может оказать коррозия на здоровье человека?

II. Объяснение нового материала.

Коррозия металлов наносит большой экономический вред. Приводит к уменьшению надежности работы оборудования, к простоям производства из-за замены вышедшего из строя оборудования, к потерям сырья и продукции. Коррозия так же приводит к загрязнению продукции, и к снижению ее качества.

Проблема защиты металлов от коррозии, знакомые человечеству с древних времён по сей день остается чрезвычайно актуальной. Ежегодные потери из-за коррозии составляет от 20 до 30 млн. тон металла. Прямой экономический ущерб от неё исчисляется сотнями миллиардов долларов в год. В связи с этим исследование механизма коррозии и разработка методов защиты от неё имеют большое значение.

Коррозии подвергаются различные металлы и сплавы, но наиболее часто приходится сталкиваться с коррозией самого распространенного металла - железа и его различных сплавов. Поэтому мы решили рассмотреть коррозию железа подробнее.

Учащиеся формируют и записывают тему, цель и гипотезу исследования.

Тема урока : Коррозия железа.

Цель урока. Исследовать, какие условия способствуют, а какие препятствуют коррозии железа.

Если поместить железо в щелочную среду, то скорость коррозии уменьшится.

Учитель предлагает составить план проведения исследования.

1. Изучить сущность коррозии, её виды и способы защиты от коррозии.

2. Иследовать зависимость скорости коррозии от присутствия кислорода.

3. Иследовать влияние электролитов на процесс коррозии.

4. Исследовать влияние ингибиторов на процесс коррозии.

5. Выводы.

Учащиеся работают по учебнику.

"Понятие о коррозии. Химическая и электрохимическая коррозия"

1. Понятие о коррозии.

Коррозия - это разрушение металла под действием внешней среды.

Коррозия - это окислительно-восстановительный процесс, при котором атомы металлов переходят в ионы (идет процесс окисления)

В роли окислителя, как правило, выступают

• O_{2 и H}⁺

• Fe-2e ->Fe⁺²

• Cu^0-2e -> Cu⁺²

2. Виды коррозии.

Коррозия от латинского :. - разъедать.

По механизму протекания разрушений различают 2 типа коррозии: химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия - это разрушение металлов в результате взаимодействия их с сухими газами или жидкостями, не проводящими электрический ток (в газах, нефти), при высоких температурах, когда невозможна конденсация водяного пара. Ей подвергаются арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания, лопатки газовых турбин, аппаратура химической отрасли промышленности.

Например:

• 2Fe⁰+3Cl₂^0-> 2Fe⁺³Cl₃

• 3Fe+2O₂ -> Fe₃O₄

При химической коррозии электроны переходят от металла к окислителю непосредственно.

Электрохимическая коррозия - это разрушение металлов при контакте двух металлов в воде или среде электролита. Электрохимическая коррозия распространена значительно шире, чем химическая. Ей подвергаются подводные части судов в морской и пресной воде, паровые котлы, металлические сооружения и конструкции под водой и в атмосфере, проложенные в грунте трубопроводы и др.

При электрохимической коррозии окислительно- восстановительная реакция разбивается на полу реакции окисления и восстановления и электроны переходят по металлу от восстановителя к окислителю, наряду с химическим процессом идет электрический -перенос электрона, то есть возникает электрический ток.

A (+) на железе

на меди К (-)

Fe ^0-2e=Fe ²⁺

2H ⁺ +2e=2H ⁰ >H₂⁰

Коррозия железа, находящегося в контакте с медью и раствором слабой кислоты.

Этот вид коррозии приносит большой вред!

3. Условия, способствующие электрохимической коррозии:

а ) положение металлов в ряду напряжений, чем дальше расположены металлы друг от друга в ряду, тем быстрее происходит коррозия;

б) чистота металла (с примесями металлы быстрее подвергаются коррозии);

в) неровность поверхности металла, трещины;

г) блуждающие токи;

д) грунтовые воды;

е) среда электролита (наличие раствора сильного электролита, например, морская вода, усиливает коррозию );

ж) повышение температуры тоже способствует коррозии;

з) одним из важнейших факторов влияющих на электрохимическую коррозию, является действие микроорганизмов.

По данным зарубежных исследований, на счет микроорганизмов может быть отнесено до 75% всех потерь от коррозии, а в нефтедобывающей промышленности даже 80%. Процесс коррозии, идущий под действием бактерий и грибов, называют биокоррозией.

При использование металлических материалов очень важен вопрос о скорости их коррозии, от чего зависит скорость коррозии? Эксперимент поможет нам в этом разобраться.

1. Эксперимент №1. Роль кислорода в процессе коррозии железа.

• пробирка 1-ж. гвоздь + вода наполовину

• пробирка 2-ж. гвоздь + полностью

• пробирка 3-ж. гвоздь + вода + масло

Учащиеся обсуждают результат эксперимента №1.

Больше ржавчины образуется в пробирке 1- железо соприкасается и с водой и с кислородом. В пробирке 2 ржавчины меньше т. к железо соприкасается только с водой. В пробирке 3 гвоздь почти не проржавел, кислород не смог пройти через слой масла, а без кислорода коррозия не развивается.

2. Эксперимент №2. Влияние электролитов на процесс коррозии железа.

• стакан 1-ж. гвоздь +вода

• стакан 2-ж. гвоздь +раствор NaCl

• стакан 3-ж. гвоздь +медь+раствор NaCl

• стакан 4-ж. гвоздь +алюминий +раствор NaCl

Учащиеся обсуждают результаты эксперимента. В стакане 1- мало ржавчины, в чистой воде коррозия идет медленно т. к вода слабый электролит. В данном случае мы наблюдаем химическую коррозию. В стакане 2 ржавчины больше, следовательно хлорид ионы увеличивают скорость коррозии. В стакане 3-скорость коррозии очень велика, образовалась много ржавчины. Следовательно , хлорид натрий -это сильно -коррозионная среда для железа, особенно в случае контакта с менее активным металлом -медью. В стакане 4тоже наблюдаем коррозию, но не железа, а алюминия, т. к железо в контакте с более активным металлом в сильно коррозионной среде - NaCl не корродирует до тех пор пока не прокорродирует весь алюминий. В стаканах 3и4 -электрохимическая коррозия.

3. Эксперимент №3. Влияние ингибиторов на процесс коррозии.

• пробирка1-ж. гвоздь +раствор NaOH+р-р NaCL

• пробирка 2-ж. гвоздь +раствор Na₃Po₄ + р-р NaCL

• пробирка 3-ж. гвоздь +раствор Na₂C₄O₄+ р-р NaCL

Учащиеся обсуждают результаты эксперимента №3.

В пробирках 1-3 железный гвоздь опущен в раствор хлорида натрия, к которому добавили гидроксид натрия, фосфат натрия, хромат натрия. Коррозия железа в данном случае отсутствует. Следовательно, эти вещества замедляют коррозию, являются ингибиторами. По результатам экспериментов 1-3 учащиеся формулируют выводы :

1. Коррозия железа резко усиливается в присутствии кислорода.

2. Коррозия усиливается, если железо соприкасается с более активным металлом.

3. Скорость коррозии зависит от состава омывающей металл среды, хлорид ионы усиливают коррозию железа.

4. Коррозия железа ослабляется в присутствии гидроксид-фосфат, хромат -ионов.

Способы защиты металлов от коррозии.

1. Применение защитных покрытий.

а) Металлические изделия покрывают лаками, красками, эмалями, стекло кристаллические покрытия.

б) металлические изделия покрывают другие металлами. В качестве металлов для покрытия применяют металлы, образующие на своей поверхности защитные пленки. К таким металлам относятся хром, никель цинк, олово и другие.

2. Приготовление сплавов стойких к коррозии части машин, инструменты и предметы быта изготовляют из нержавеющей стали и других сплавов, стойких к коррозии. В сплав вводят хром, никель, кремлей, кобальт, алюминий.

3. Электрохимические методы защиты.

а) применение заклепок изготовленных из более активных металлов.

б) Прикрепление пластинок из более активного металла для защиты основного металлического изделия. Например в паре Zn-Fe (оцинкованное железо)защищено железо, в паре Sn-Cu защищена медь и т. д.

К днищам кораблей прикрепляют протекторы -слитки более активного металла, чем обшивка днища корабля-это протекторная защита с помощью цинка (анодная защита) Катодная защита - защита менее активным металлом (лужёное железо)Особые требования - не допускать разрушении целостности покрытия.

4. Нейтрализация тока, возникающего при коррозии, постоянным током, пропускаемым в противоположным направлении. Так обычно защищают трубы нефтепровода, газопровода. Ни в коем случае нельзя перепутать полюсы тока, ошибки должны быть исключены.

5. Добавление ингибиторов. Использование замедлителей коррозии (органические, неорганические вещества)

Теперь мы можем понять широко используемые на практике способы предупреждения и борьбы с коррозией. Однако они полностью не защищают металлы от разрушения, поэтому учёные заняты поиском новых, более перспективных способов защиты. Коррозия металлов осуществляется в соответствие с законами природы, и поэтому её нельзя полностью устранить, её можно лишь замедлить.

III.Закрепление изученного материала.

1. Что такое «коррозия»? Какие факторы способствуют замедлению коррозии металлов?

2. Перечислите способы борьбы с коррозией?

3. На стальной крышке поставлена медная заклепка. Что разрушится раньше - крышка или заклепка? Почему?

4) Почему луженный (покрытый оловом) железный бак на месте повреждения защитного слоя быстро разрушается?

5) Почему на оцинкованном баке на месте царапины цинк разрушается, а железо не ржавеет?

IV. Подведение итога урока

Итак, на сегодняшнем уроке мы с вами изучили один из важнейших вопросов химической промышленности - коррозию металлов. Задачей химиков было и остается выяснение сущности явлений коррозии, разработка мер, препятствующих или замедляющих ее протекание. Коррозия металлов осуществляется в соответствии с законами природы и потому ее нельзя полностью устранить, а можно лишь замедлить, на что и направлена современная химическая наука.

V. Домашнее задание: § 10 №1-5 с.51 по учебнику О.С.Габриелян.

VI.Рефлексия:

1.Что на уроке показалось интересным? 2.Что вызвало затруднения? 3.Что вы узнали нового?