Коррозия металлов – защита металлов и их сплавов от коррозии. 9 класс

Урок химии 9 класс

Тема: Коррозия металлов - защита металлов и их сплавов от коррозии

Урок составил учитель химии МКОУ «СОШ селения Цалык»

Дзгоева Джулета Солтиевна.

Цели. Сформировать представление о коррозии металлов, используя для этого знания о работе гальванического элемента. Выяснить механизм коррозийных процессов, условия их протекания. Ознакомить учеников с видами коррозии, рассмотреть коррозию как окислительно-восстановительный процесс, приводящий к потери массы металла. Сообщить способы защиты металлов от коррозии. Обратить внимание на огромный вред, наносимый коррозией народному хозяйству.

Оборудование и реактивы. Металлы: литий, медь, цинк (чистый и обработанный кислотой), алюминий; железные гвозди, медно-цинковый элемент, растворы разбавленной серной кислоты, сульфата меди (║), хлорида натрия, хлорида меди (║) и соляной кислоты; уротропин, наждачная бумага. Коллекция «Металлы», «Минералы и горные породы».

ХОД УРОКА

Стихотворение Анны Ахматовой из книги «Вечер»:

Молюсь оконному лучу -

Он бледен, тонок, прям.

Сегодня я с утра молчу,

А сердце - пополам.

На рукомойнике моем

Позеленела медь.

Но так играет луч на нем,

Что весело глядеть.

Такой невинный и простой

В вечерней тишине.

Но в этой храмине пустой

Он словно праздник золотой

И утешение мне.

Почему прочитано это стихотворение?

Какое отношение оно имеет к теме нашего урока?

Сравните со следующими фактами.

31 января 1951 года обрушился железнодорожный мост в Квебеке (Канада). Мост был введен в эксплуатацию в 1947 г.. В 1964 г. рухнуло одно из самых высоких сооружений в мире - 400- метровая антенная мачта на юго-западном побережье Гренландии. Из-за разрушения нефтепроводов в реке, на грунт выливается нефть, вызывая загрязнение почв, рек;

из-за разрыва газопроводов выходят из строя коллекторы, трубы и т.д.

Список подобных происшествий можно значительно расширить.

Возникает вопрос: что объединяет приведенные примеры? Вот с этом сегодня нам с вами и необходимо разобраться. Для этого нужно вспомнить:

1. Как и почему располагаются металлы в электрохимическом ряду напряжений металлов (ряд стандартных электродных потенциалов металлов)?

2. В виде, каких соединений встречаются металлы в природе? Почему?

3. Как работает гальванический элемент?

Теперь мы с вами готовы к усвоению новых знаний по теме этого урока.

Необходимо выяснить:

1. Сущность коррозии, почему металлы разрушаются.

2. Какие бывают виды коррозии (в зависимости от того, где она протекает, по типу повреждений, с ней связанных; по механизму протекания реакции).

3. Способы защиты металлов от коррозии.

Слово «коррозия» происходит от латинского слова «corrodere» - разъедать (написать на доске). Почему же металлы корродируют?

Вспомним о том, в каком виде металлы встречаются в природе

(еще раз посмотреть коллекции «Металлы», «Минералы и горные породы»). Для получения металлов из руд их необходимо восстановить. На восстановление затрачивается энергия. Следовательно, восстановленная форма металлов - это неустойчивое для них соединение (сравнить руду и кусочек чугуна). Они постепенно переходят в свое естественное состояние, т.е. окисляются. Следовательно, коррозия - самопроизвольный процесс, при котором поверхностные слои металла переходят в оксиды и гидроксиды, т.е. в устойчивое состояние.

Результатом коррозии являются как прямые потери, связанные с уменьшением массы металла, так и косвенные, связанные с утратой практически важных свойств металла. Косвенные потери во многом раз больше, чем прямые, поскольку при этом разрушается вся металлическая конструкция или ее части.

По тому, в какой среде происходит разрушение, различают атмосферную, газовую, жидкостную, почвенную коррозии.

По типу коррозийных повреждений металлов различают следующие виды коррозии (через кодоскоп):

1- равномерная

2- язвенная

3- точечная

По механизму протекания реакции коррозию разделяют на два вида:

- химическую

- электрохимическую.

Попробуем выяснить, в чем сущность каждого вида коррозии.

Первый вид коррозии - химическая коррозия.

Демонстрационный опыт.

1. Окисление медной проволоки при прокаливании в пламени горелки.

2. Образование нитрида и оксида лития при сжигании лития на воздухе.

Написать уравнение химической реакции и разобрать их как окислительно

восстановительные процессы.

Этот вид коррозии протекает в средах, не проводящих электрический ток (неэлктролиты): в газах, нефти, бензине, керосине при высоких температурах.

Примеры химической коррозии - это разрушение двигателей внутреннего сгорания, арматуры аппаратов химической отрасли промышленности, лопаток газовых турбин и т.д.

Вывод. Химическая коррозия - это окислительно восстановительный процесс, при котором переход электронов осуществляется при непосредственном контакте веществ - окислителя и восстановителя - без возникновения электрического тока в системе. Подобный вид коррозии встречается редко.

Второй вид коррозии - электрохимическая коррозия.

Как вы понимаете слово «электрохимическая»?

(Химические реакции рождают электрический ток.)

Такая коррозия происходит в среде электролита.

Отметим, что на поверхности металлического изделия всегда имеется пленка влаги за счет конденсации паров воды. Эта пленка является электролитом, т.к. в ней растворяются имеющиеся в атмосфере газы:

CO₂ + Н₂O → Н⁺ + НCO_3,

SO₂ + Н₂O → Н⁺ + НSO_3.

При электрохимической коррозии наряду с химическими процессами (отдача электронов) протекают и электрические (перенос электронов) протекают и электрические (перенос электронов от одного участка к другому).

Вспомним, где мы уже встречались с подобными процессами.

Составим медно-цинковый га

гальванический элемент. Электролит - соляная кислота.

е

_zzzzzzz

Анод Катод

Как показано на схеме, более активный металл - цинк (анод) - растворяется. При этом он окисляется, отдавая электроны атомам меди:

Zn⁰ - 2e → Zn²⁺

Ионы Zn²⁺ в растворе с хлорид-ионами соляной кислоты образуют хлорид цинка:

Zn²⁺ + 2Cl‾→ ZnCl_2.

Положительно заряженные (как и ионы Zn²⁺) ионы водорода движутся к меди (катоду). Там они принимают электроны и образуют молекулярный водород:

2Н⁺ + 2е → Н_2.

Суммарное уравнение в молекулярном виде:

Zn + 2НCl= ZnCl₂ + Н₂↑.

Вопросы. Как зависит сила тока от расположения металлов в электрохимическом ряду напряжений металлов? Какие факторы влияют на коррозию?

Лабораторные опыты.

1.В две пробирки положите по грануле чистого цинка, а в третью - ранее обработанную

кислотой гранулу и прилейте во все три пробирки по 2 мл разбавленной серной кислоты.

Что наблюдаете? Сделайте вывод о том, какая из гранул цинка легче вступила в реакцию.

Объяснение. Поверхность протравленной гранулы металла неоднородная, в ней есть

включения примесей, а также вмятины и царапины. Это ускоряет разрушение металла кислотой.

Вывод 1. Скорость коррозии зависит от чистоты металла и наличия активных центров (неоднородностей) на его поверхности.

2.В одну из пробирок с цинком добавьте 2-3 капли раствора сульфата меди (║).

Что наблюдаете? Дайте объявление.

Zn⁰- 2е → Zn²⁺ (цинк окисляется),

Cu²⁺ + 2е → Cu⁰ (медь восстанавливается).

Объявление. Гидратированные ионы меди спровоцировали цинк на разрушение, т.к. у

меди алгебраическая величина стандартного электродного потенциала больше, чем у цинка, т.е.

возникла гальваническая пара медь-цинк.

Вывод 2. Скорость коррозии зависит от положения металла в электрохимическом ряду

напряжений металлов.

3.К грануле цинка в третьей пробирке прикоснитесь медной проволокой.

Как это влияет на скорость реакции? На каком металле выделяется газ? Объясните наблюдения. Напишите уравнение реакции.

Zn⁰- 2е → Zn²⁺,

Н₂ SO₄ → 2Н⁺ + SO₄^2-,

2Н⁺ + 2е → Н₂↑,

Zn²⁺ + SO₄^2- → ZnSO_4.

Объяснение. Реакция с кислотой происходит главным образом по месту соприкосновения двух металлов. При этом металл с более отрицательным потенциалом разрушается, его ионы переходят в раствор, а электроны - к менее активному металлу, на котором происходит восстановление ионов водорода

Вывод 3. Скорость коррозии данного металла зависит от того, какие металлы находятся с ним в контакте. Разновидность электрохимической коррозии, когда окислителем являются ионы водорода, называют водородной деполяризацией.

4.Опустите в раствор сульфата меди (║) кусочки алюминия.

Что наблюдаете?

Добавьте в пробирку немного поваренной соли и взболтайте содержимое.

Что происходит?

Прилейте в пробирку 2 мл раствора хлорида меди (║), насыпьте в нее кусочки алюминия.

Что наблюдаете? Сделайте вывод о влиянии ионов хлора на скорость коррозии.

Al⁰ - 3е → Al³⁺ (анод),

Cu²⁺ + 2е → Cu⁰ (катод).

Вывод 4. Присутствие ионов хлора увеличивает скорость коррозии.

Объясните факты.

1.В Дели есть металлическая колонна древнего происхождения из метеоритного или

самородного железа. По составу она близка к нержавеющей стали. Полторы тысячи лет ни солнце, ни царапины, сделанные людьми, не вызывают ее разрушение.

Предположите причины необычайной устойчивости колонны к коррозии:

а) особые климатические условия (мало агрессивная среда);

б) железо особой чистоты;

в) другие причины.

2. В США была построена яхта из монель-металла (сплав, содержащий 70% никеля и 30% меди), киль которой был сделан из стали (сплав железа с углеродом и другими примесями). Эта яхта быстро вышла из строя. В чем же причина ее недолговечности?

Какие процессы происходят с железом, находящимся в водной - нейтральной или в щелочной среде?

На железе, как на катоде, протекает процесс восстановления кислорода, растворимого в электролите. Образовавшиеся гидроксид - ионы OН^- соединяются с перешедшими в раствор ионами Fe²⁺. Схема процесса имеет вид:

Fe⁰ - 2е → Fe²⁺,

О₂ + 2Н₂O + 4е → 4ОН^-,

Fe²⁺ +2OН^- → Fe(OН)₂↓;

4Fe(OН)₂ + 2Н₂O + О₂ → 4Fe(OН)₃ (ржавчина).

Разновидность коррозии, когда окислитель является кислород, называют кислородной деполяризацией.

Закрепление материала

1. Демонстрация опытов с гвоздями и их анализ.

В две пробирки налить равные количества соляной кислоты (плотность 1,12 г/мл) и опустить

в каждую из них по гвоздю, предварительно хорошо вычистив их наждачной бумагой. Когда начнется энергичная реакция, в одну из пробирок прибавить порошок уротропина. Происходит резкое замедление, а потом и прекращение реакции в этой пробирке. Уротропин (органическое вещество) является ингибитором кислотной коррозии.

2. Изобразить схемы коррозийных процессов: луженого железа (Fe/Sn) в кислой среде (НCl), оцинкованного железа (Fe/Zn) в нейтральной среде.

Fe⁰ - 2е → Fe²⁺,

2Н⁺ + 2е → Н₂↑,

Fe²⁺ + 2Cl^- → FeCl².

Zn⁰- 2е → Zn²⁺,

О₂ + 2Н₂O + 4е → 4ОН^-,

Zn²⁺ +2OН^- → Zn(ОН)_2.

Таким образом, исходя из представленных примеров, можно сделать вывод, что металлы и сплавы можно защитить от разрушения.

Какие же существуют методы защиты от коррозии? (Предлагается ответить ребятам.)

1.Создание покрытий:

а) металлических (покрывают оловом, цинком и другими металлами);

б) неметаллических (покрытие красками, маслами, лаками, эмалями).

2.Создание сплавов с антикоррозийными свойствами.

</ 3.Протекторная защита и электрозащита.

4.Изменение состава среды (введение ингибиторов).

Просмотр кинофильма «Коррозия. Способы защиты».

Вопросы. Какие существуют виды защиты от коррозии? В чем суть протекторной защиты и электрозащиты? Что такое ингибиторы?

В заключение проводится подведение итогов работы и называются самые активные ученики.