Урок по химии на тему 'Коррозия металлов' (9 класс)

Савицкая М.Г.

Тема: Коррозия металлов.

Цели:

1. Дать понятие о коррозии Ме, классификации коррозионных процессов и способах защиты от коррозии.

2. Развивать внимание, память, речь, аналитическое мышление, способность делать выводы.

3. Воспитывать любовь к предмету.

Тип урока: комбинированный

Метод: рассказ с элементами беседы

Ход урока:

I. Орг. момент.

II.Опрос:

1. Какие формы существования Ме в природе вам известны?

2. Что такое минералы? Руды? Металлургия?

3. Перечислите виды металлургических производств и объясните их основные принципы.

4. Пирометаллургия.

5. Гидрометаллургия.

6. Электрометаллургия.

III. Изучение нового материала:

«Ржа железо ест» - гласит рус народ поговорка.

Коррозия (лат. разъедать)- это самопроизвольное разрушение Ме и их сплавов под действием окр среды, при котором они теряют свои св-ва.

Ежегодно из-за коррозии теряется ≈ ¼ всего произведенного в мире Fe. но не только потеря Ме, но и порча изготовленных из них изделий обходится очень дорого. Затраты на ремонт или на замену деталей судов, автомобилей, аппаратуры хим производств, приборов и коммуникаций во много раз превышают стоимость Ме, из которого они изготовлены.

Коррозия вызывает серьезные экологические последствия: утечка газа, нефти, хим в-в из разрушенных коррозией трубопроводов приводит к загрязнению окр среды.

Коррозия разрушает и памятники культуры. Кремль - символ Москвы, статуя свободы и небоскребы - символы Нью-Йорка, шпили - символы Санкт-Петербурга, а Эйфелева башня - символ Парижа. Но башня изготовлена из обычной стали и неотвратимо ржавеет и разрушается. Для борьбы с этими явлениями Эйфелеву башню красили 18 раз, отчего ее масса (9000 т) каждый раз ↑ на 70 т.

Коррозия наносит не только прямой ущерб, но и косвенный - тратятся огромные средства на борьбу с этим явлением.

Классификация коррозии Ме:

1. По процессам:

А) Химическая (атмосферная)- это процесс разрушения Ме в рез-те их химического взаимодействия с в-вами окр среды. Среда не проводит эл ток. Разрушение происходит непосредственно под д-ем O₂, CO₂, H₂S, SO₂, H⁺. Атмосферная коррозия происходит во влаж среде при обычной t⁰. При этом поверхность Ме покрывается тонкой пленкой воды, в которой растворяются перечисленные в-ва, газы, находящиеся в атмосфере. Например, Fe во влажном воздухе окисляется и покрывается ржавчиной, которая состоит из гидратированного оксида железа (III):

4Fe + 3 O₂ + 6H₂O → 4Fe(OH)₃↓

Fe⁰ - 3ē → Fe³⁺ окисление

O₂⁰ + 4ē → 2O^2- окислитель

Но химически чистое Fe практически не корродирует, а в сплавах (сталь, чугун) - ржавеет. Зн неоднородность - причина коррозии.

В воздухе могут содержаться CO₂ и SO₂. В рез-те их взаимод-я с водой обр-ся H₂CO₃ и H₂SO₄, при диссоциации которых образуются ионы Н⁺, способные окислять атомы Ме:

Fe⁰ + 2H⁺ → Fe²⁺ + H₂⁰↑

Б) Электрохимическая коррозия - это разрушение Ме, которое сопровождается возникновением эл тока. Это такая коррозия, в рез-те которой наряду с химическими процессами (отдача ē атомами корродируемого Ме - процесс окисления) протекают электрические (перенос ē от одного изделия к другому). Данный вид коррозии возникает с Ме в р-ре электролита. Все используемые Ме сод-жат различ примеси, и тонкая пленка воды, растворив CO₂ и др газы, становится электролитом, который вместе с Ме и его примесями образует множество гальванических пар. Гальванический элемент - это устройство для преобразования Е хим связи в Е электрическую. Состоит из 2-х пластин (электродов), изготовленных из различных Ме и погруженных в р-р электролита. Такая сис-ма позволяет пространственно разделить ок-восст реакции: окисление происходит на одном электроде, а восстановление - на другом. При этом ē передаются по внешней цепи. Тоже происходит в сплавах Ме. При этом ē от более активного Ме переходит к менее активному. При этом у пов-ти менее актив Ме восстанавливается Н₂⁰ (2Н⁺ + 2ē → Н₂⁰), а более актив Ме - окисляется. Эти процессы ведут к разрушению Ме и их сплавов.

Например, Zn и Cu в р-ре H₂SO₄. Если поместить Zn в р-р H₂SO₄, то сначала реакция протекает энергично, а затем постепенно замедляется. Однако, если прикоснуться к кусочку Zn медной проволокой, то реакция заметно ускоряется. При этом происходит следующее. В р-рах с кислотами атомы Zn окисляются ионами Н⁺ в ионы Zn²⁺, которые переходят в р-р: Zn⁰ +2Н⁺ → Zn²⁺ + Н₂⁰. В рез-те этого в кристаллической решетке Zn накапливается избыток ē. По мере их накопления дальнейший переход Zn²⁺ в р-р все более затрудняется, т.к. они все сильнее удерживаются избытком ē в кристаллической решетке. Зн пр-сс

Zn + H₂SO₄→ замедляется.

Cu находится за Н в ряду и с H₂SO_4(разб) не реагирует, в кристаллической решетке Сu ē не накапливаются. А при соприкосновении Zn и Сu свободные ē от Zn переходят к Сu и восстанавливают на ее пов-ти ионы водорода: 2Н⁺ + 2ē → Н₂⁰↑. Освобождаясь от избыточных ē Zn снова энергично посылает свои ионы Zn²⁺ в р-р, а появляющиеся избыточные ē вновь переходят к Сu и т.д. Зн Zn быстрее разрушается.

Это явление хар-но и для др пар Ме. Коррозия происходит быстрее, если Ме нах-ся в контакте с др менее актив Ме. Причем, Ư разрушения Ме тем >, чем > разность электрических потенциалов соприкасающихся Ме. т.е. чем дальше Ме стоят друг друга в электрохимическом ряду напряжений Ме.

При взаимном контакте Ме в присутствии электролита один из Ме (в ряду левее) заряжается «-», т.к. он получает ē, а другой - «+».

Аналогично происходит коррозия сплавов, являющихся чаще всего неоднородными. В присутствии электролитов одни участники поверхности сплава играют роль катода, а другие - роль анода.

Изучение сущности пр-сса коррозии помогает предвидеть меры борьбы с ней.

Меры борьбы с коррозией:

1. Применение химически стойких сплавов: нержавеющие стали, содержащие до 18% Cr и 10% Ni;

2. Применение защитных покрытий:

а) металлами, образующими на своей пов-ти прочные пленки (хромирование, никелирование, золочение…);

б) лаками, красками, эмалями, смолами, создающими защитные пленки;

3. Подавление влияния коррозионной среды - введение ингибиторов;

4. Электрохимические методы:

1. Катодная защита - защищаемая конструкция присоединяется к «-» полюсу источника электроэнергии;

2. Метод протектора - к защищаемому Ме присоединяется лист более активного Ме - протектора.

IV. Закрепление:

1. № 1,2 стр. 51 письм.

2. К куску Fe, находящемуся в р-ре HCl, прикоснулись цинковой проволокой. Повлияет ли это на Ư и хар-р хим реакции Fe + HCl →?

3. Требуется скрепить железные детали. Какими заклепками следует пользоваться: медными или цинковыми?

4. Почему многие детали машин быстрее корродируют вблизи промыш олбъектов?

V. Д/з: § 10