Geum.ru

Тема урока исследования

Вид материалаУрок

Содержание


Ход урока
Знакомство с видами коррозии. Коррозия многолика. Классификация видов коррозии
Давайте рассмотрим химическую коррозию металлов на воздухе.
Проведем такой опыт Опыт № 1.
Окружающая среда
Электрохимическая коррозия
3.Экспериментальная страница
Примеры коррозии
4. Страница практическая
Ответ. Это объясняется тем, что колонна сделана из чистого (метеоритного) железа. А чистое железо не ржавеет. Задача 2
Лист самооценки ученика (цы)
Подобный материал:
МОУ «Новогуровская средняя общеобразовательная школа»


Тема урока - исследования:


«Понятие о коррозии металлов. Способы защиты металлов от коррозии»


11 класс


Урок провела:

учитель химии

Арсеньева Е.Н.


ТЕМА УРОКА-исследования: «Понятие о коррозии металлов. Способы защиты металлов от коррозии».

Цели: Образовательные: 1)Расширить представление учащихся о коррозии металлов, её видах и способов защиты от неё. 2)Подвести учащихся к осознанию практической значимости знаний о коррозии, способах защиты, посредством ознакомления с областями применения этих знаний. 3)Создать условия для развития умений анализировать результаты демонстрационного эксперимента, практических умений в работе с реактивами.

Развивающие: 1)Развивать познавательный интерес к урокам химии, используя компьютерные технологии. 2)Предоставить возможность учащимся определиться в возможности применения знаний, т.е. научиться, практически, защищать металлы от коррозии в быту.

Воспитательные:1)Воспитывать бережное отношение к окружающей среде. 2)Формировать умения работать в коллективе, считаться с мнением всей группы и отстаивать корректно свое мнение.

Оборудование: : образцы изделий, подверженных коррозии, 5 стаканов с железным гвоздём,1стака-водопроводная вода , 2 стакан- вода с поваренной солью, 3 стакан - вода с поваренной солью и медная проволока, 4 стакан- вода с поваренной солью, алюминиевая проволока, 5 стакан - вода с поваренной солью, гидроксид натрия, оцинкованная пластинка, красная кровяная соль, жесть, кусочек консервной банки; таблицы « Виды коррозии», «Методы защиты от коррозии»; Мультимедийное оборудование -компьютер, проектор, экран;

Ход урока:

I.Организационный момент. Сообщаю учащимся тему, цели и задачи урока.

II. Мотивационно-ориентированный этап.

Высокая цель человека науки – проникать в самую сущность наблюдаемых явлений, постичь их сокровенные силы, их законы и течения, чтобы управлять ими.

Рамен Роллан

Сегодня нам предстоит провести необычный урок – исследование. Для этого нам придётся перелистать страницы удивительной книги «Мир химии» Классная доска на время станет исследовательским дневником, на ней мы будем записывать всё самое важное и нужное, что удаётся выяснить за время работы. А ваши тетради станут личными дневниками, не забывайте вести записи. Кроме моего рассказа и объяснения будем слушать и ваши сообщения. Что же является объектом нашего исследования. Это коварный и давний опасный враг большинства применяемых в технике и быту металлов. Днём и ночью он ведёт наступление на позиции своих недругов. Коварство этого извечного врага в том, что он невидимый, всегда остаётся целым и невредимым. А металлы и сплавы несут огромные потери.



Это коррозия. «Рыжий дьявол», «Ржа ест железо» - так гласит русская пословица о коррозии. Коррозия наносит прямой ущерб, ежегодно от неё теряется около1/3 произведённого за год во всём мире металла, но и косвенно разрушает конструкции, на которые был затрачен труд (машины, крыши, памятники архитектуры, мосты…) Тратятся ежегодно огромные средства на борьбу с этим явлением. Коррозия нещадит памятники архитектуры: Царь-пушку (1586г), Царь – колокол (1735 г), Медный всадник в




Санкт-Петербурге, памятник Минину и Пожарскому в Москве, только в этом случае налёт тёмно-зелёный, его называют патиной. Неизлечимо больна Эйфелева башня – символ Парижа, она изготовлена из обычной стали и необратимо ржавеет и разрушается.

Башню красили 18 раз, отчего её масса(9000тонн) каждый раз увеличивается на 70 тонн.

В результате коррозии уменьшается прочность, блеск, снижается электропроводность, возрастает трение между деталями.



Чтобы искать методы защиты от коррозии, необходимо исследовать это явление.

III.Операционно-исполнительный этап

1. Историческая страница. ( Сообщение учащегося)
  • Древнегреческий историк Геродот (Vв. до н. э.) и древнеримский ученый Плиний старший (Iв.

н.э.) упоминают о применении олова для защиты железа от ржавчины.
  • В ХIХв. Г.Деви и М.Фарадей изучают электрохимическую коррозию.
  • В 1830г. Швейцарский ученый Де ла Рив сформулировал первую теорию коррозии.
  • В начале 30хг.ХХв. А.Н.Фрумкин изучал амальгамы металлов.
  • В 1935г. А.И.Шултин и Я.В.Дурдин сформулировали теорию электрохимической коррозии.




2. Информационная страница.

Знакомство с видами коррозии. Коррозия многолика.

Классификация видов коррозии


Коррозионные процессы отличаются широким распространением и разнообразием условий и сред, в которых они протекают. Поэтому пока нет единой и всеобъемлющей классификации встречающихся случаев коррозии.

По типу агрессивных сред, в которых протекает процесс разрушения, коррозия может быть следующих видов:
  • Газовая коррозия;
  • Атмосферная коррозия;
  • Коррозия в неэлектролитах;
  • Коррозия в электролитах;
  • Подземная коррозия;
  • Биокоррозия;
  • Коррозия блуждающим током.

По условиям протекания коррозионного процесса различаются следующие виды:

По характеру разрушения:
  • Сплошная коррозия, охватывающая всю поверхность:

равномерная;

неравномерная;

избирательная.
  • Локальная (местная) коррозия, охватывающая отдельные участки:

пятнами;

язвенная;

точечная (или питтинг);

сквозная;

межкристаллитная.

Главная классификация производится по механизму протекания процесса. Различают два вида:
  • химическую коррозию;
  • электрохимическую коррозию.

Выяснения условий протекания коррозии.

Химическая коррозия

1. Нетокопроводящая среда 2. Высокие температуры

Окружающая среда:
    1. Газообразные вещества – окислители.
    2. Жидкие вещества.
    3. Высокая температура.

Примеры:

Двигатели,

Арматура,

Газовые турбины

Химическая коррозия металлов — это разрушение металла окислением его в окружающей среде при контакте с газами и электролитами без возникновения электрического тока в системе.

Наиболее распространенным видом химической коррозии является газовая коррозия, проистекающая в сухих газах при полном отсутствии влаги. Газообразное вещество окружающей среды реагирует с метал- лом на поверхности металлического изделия и образует с ним соединения.

Давайте рассмотрим химическую коррозию металлов на воздухе. Как протекает этот процесс? Вспомним, что представляет собой воздух?-

Ученик:- Это смесь газов, которая имеет состав по объему:

Азот 78,095%

Кислород 20,939%

Диоксид углерода 0,031%

Благородные газы 0,935% , а остальное примеси

Учитель: Железо под воздействием O2 , H2О и ионов водорода постепенно окисляется. Этот процесс является окислительно-восстановительным, где металл является восстановителем. Коррозия железа может быть описана упрощенным уравнением

4Fe + 3O2 + 6H2О = 4 Fe(OH) 3

Fe0-3е= Fe3+

O02+4 е=2O2-

Fe(OH) 3 и является ржавчиной. Содержащиеся в воздухе CO2 и SO2 могут взаимодействовать с водой, с образованием кислот, при диссоциации которых образуются ионы Н+, также окисляющие атомы металлов: Fe0 + 2H+  Fe2+ + H20

Проведем такой опыт Опыт № 1.

Взяли пробирку, поместили в неё очищенный железный гвоздь, налили в пробирки воду, так, чтобы вода покрывала гвоздь только наполовину. Что наблюдаем? Ученик:- Часть гвоздя над водой покрылась ржавчиной больше, чем под водой.

Учитель: В этом опыте мы выяснили роль кислорода воздуха в коррозии железа. Давайте сделаем вывод:

Вывод: кислород является одним из агрессивных факторов коррозии.


Электрохимическая коррозия

1. Токопроводящая среда 2. Контакт 2-х металлов.

Окружающая среда:

Н+, ОН-, О2, Cl-, Na+.

Примеры:

Подводные части судов,

Паровые котлы,

Трубопроводы.

Электрохимическая коррозия — это разрушение металла в среде электролита с возникновением внутри системы электрического тока.

Опытным путём установили, что металл быстрее окисляется ионами водорода, если он находится в контакте с менее активным металлом

При соприкосновении двух металлов с различными окислительно-восстановительными потенциалами и погружении их в раствор электролита, например, дождевой воды с растворенным углекислым газом CO2, образуется гальванический элемент, так называемый, коррозионный элемент. В ней происходит медленное растворение металлического материала с отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом.

Большие неприятности связаны с хлоридом натрия (в некоторых странах используют отход производства – хлорид кальция), разбрасываемым в зимнее время на дорогах и тротуарах для удаления снега и льда. В присутствии солей они плавятся, и образующиеся растворы стекают в канализационные трубопроводы. Соли и особенно хлориды являются активаторами коррозии и приводят к ускоренному разрушению металлов, в частности транспортных средств и подземных коммуникаций.

3.Экспериментальная страница Группа учащихся за месяц закладывают опыты, ведут за ними наблюдения, фиксируют их Цель: Исследовать влияние сред, контактов металлов на скорость коррозии

Практическая часть.

При использовании металлических материалов очень важен вопрос о скорости их коррозии. Для того, что бы убедиться, мы решили провести опыт в различных средах и с различными металлами. Для проведения опыта мы приготовили 5 стаканов и 5 железных гвоздей.

1й стакан – заполнили обыкновенной водопроводной водой и опустили в него гвоздь.

2й стакан – заполнили водопроводной водой, добавили поваренной соли и опустили в него гвоздь.

3й стакан – заполнили водопроводной водой с поваренной солью, к гвоздю прикрепили медную проволоку и опустили в стакан.

4й стакан - заполнили водопроводной водой с поваренной солью, к гвоздю прикрепили предварительно зачищенную наждачной бумагой алюминиевую проволоку и опустили в стакан.

5й стакан - заполнили водопроводной водой с поваренной солью, добавили в раствор гидроксид натрия и опустили в него железный гвоздь.

Итоги опыта:

1й стакан – железо слабо прокорродировало, в чистой воде коррозия идет медленнее, так как вода слабый электролит. В данном случае мы наблюдаем химическую коррозию.

2й стакан – химическая коррозия. Но здесь скорость коррозии гораздо выше, чем в первом случае, следовательно, хлорид натрия увеличивает скорость коррозии.

3й стакан – железный гвоздь в контакте с медной проволокой опущен в раствор хлорида натрия. Скорость коррозии очень велика, образовалось много ржавчины. Следовательно, хлорид натрия – это сильнокоррозионная среда для железа, особенно в случае контакта с менее активным металлом – медью.

А (+) на железе на меди К(-)



4й стакан – так же наблюдается коррозия железного гвоздя, алюминиевая проволока остается без изменений, хотя её перед началом опыта была очищена от оксидной пленки наждачной бумагой, вероятно, оксидная пленка образовалась снова.

5й стакан – железный гвоздь опущен в раствор хлорида натрия, к которому добавили гидроксид натрия. Коррозия железа в данном случае отсутствует.

Выводы: Мы убедились на опыте, что коррозию железа можно уменьшить помощью гидроксида натрия. Он замедляет процесс коррозии, а гидроксид анионы являются ингибиторами, то есть замедлителями коррозии. Из моих наблюдений можно сделать вывод, что алюминий для протекторной защиты исполь-зовать нельзя, так как железо все равно разрушается.

Примеры коррозии


1. Консервная банка (луженое железо) представляет собой гальваническую пару железо–олово. Пока банка герметически закрыта, контактная пара не находится в среде, проводящей электрический ток, и банка может не подвергаться коррозии длительное время. Известен случай, когда консервная банка пролежала в земле около ста лет и не подверглась коррозии. Но стоит банку вскрыть, как незамедлительно начинается всепожирающий процесс коррозии. При этом электроны от железа, как более активного металла, переходят на олово. Между поверхностью оловянного покрытия и раствором возникает разность потенциалов. Ионы водорода из воды или кислоты собираются на поверхности малоактивного металла, где восстанавливаются с помощью электронов, идущих от растворяющегося железа. Чем более кислый раствор, тем коррозия интенсивней. В этом случае «работает» гальванический элемент. Железо служит растворимым анодом, а олово – катодом:

анод: Fe0 – 2e = Fe2+,
катод: 2Н+ + 2e = Н2.

2. Основа оцинкованного ведра – железо, поверхность – серебристо-белый блестящий металл - Zn. По мере использования поверхность ведра покрывается буровато-беловатыми пятнами, разводами. Цинк в данной гальванической паре, как более активный металл, будет являться анодом и в присутствии среды, проводящей электрический ток, будет разрушаться, железо же не ржавеет. Поэтому оцинкованные ведра сравнительно недороги и служат долго.
Состав бело-бурых пятен – в основном гидроксид цинка. Химизм процесса:

анод: Zn0 – 2e = Zn2+,
катод: 2Н+ + 2e = Н2.

Zn2+ + 2OH– = Zn(OH)2.

«Стригущий лишай цинковых покрытий» – это картина одного из видов коррозии цинка, внешне очень похожая на известное грибковое заболевание. Замечено, что в помещениях цинк корродирует быстрее, чем на открытой ветрам и дождям оцинкованной крыше. Происходит это потому, что продукты коррозии (оксид, гидроксид и карбонат цинка) не смываются дождями. Образовавшиеся отложения «белой ржавчины» впитывают влагу, и на оцинкованной поверхности разрастаются светлые пятна.
Интересно еще одно обстоятельство: мягкая вода вызывает более сильную коррозию этого металла, чем вода, содержащая в большом количестве соли жесткости. Жесткая вода действует менее агрессивно,  т. к. осадок карбонатов образует на цинковой поверхности довольно прочное защитное покрытие.


4. Страница практическая

Проблема коррозии появилась, как только появился первый металл. Очевидно, её никогда не удастся разрешить полностью, и самое большое, на что можно рассчитывать в настоящее время – это замедлить «Возвращение металлов к природе».

Великий Гёте сказал: «Просто знать ещё не всё, знания нужно уметь использовать»

Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел или покрытием другими металлами. В трудах древнегреческого историка Геродота (V век до н.э.) уже упоминается о применении металла олова для защиты железа от коррозии.

Один из наиболее распространенных способов защиты металлов от коррозии — нанесение на их поверхность защитных пленок: лака, краски, эмали. Красочное покрытие, полимерное покрытие и эмалирование должны, прежде всего, предотвратить доступ кислорода и влаги.



В производстве широко используют химическое нанесение металлических покрытий на изделия: цинк, олово, хром, никель.



Ингибиторы коррозии металлов. Ингибиторы – это вещества, способные в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их. Известно, что дамасские мастера для снятия окалины и ржавчины пользовались растворами серной кислоты с добавками пивных дрожжей, муки, крахмала. Эти примеси были одними из первых ингибиторов. Они не позволяли кислоте действовать на оружейный металл, в результате чего растворялись лишь окалина и ржавчина.

Пассивация металлов – образование на поверхности металла плотной оксидной плёнки. Еще в 1836 г. знаменитый английский химик М. Фарадей высказал предположение, что причиной пассивации является образование на поверхности металла плотной оксидной пленки. В свое время на это предположение не обратили должного внимания. Лишь через 100 лет эти взгляды возродил и развил известный русский ученый В.А. Кистяковский. После него этот взгляд на пассивацию оформился в виде теории. Согласно ей при пассивации на поверхности металла образуется сплошная и плотная оксидная (реже хлоридная, сульфатная, фосфатная) пленка толщиной в несколько десятков нанометров.

Нанотехноло́гия. Самовосстанавливающийся газопровод



Электрохимическая защита способствует снижению износа стальных газопроводов от коррозии. Нанометалл способен самовосстанавливаться, кородирующее место постоянно пополняется металлом газопровода, который равномерно изымается со всей протяжённости трубы.

Shewanella oneidensis — грамотрицательная, факультативно анаэробная бактерия рода Shewanella, обитающая предпочтительно на дне моря в анаэробных условиях, осадочных отложениях, также может быть найдена в почве. Способна восстанавливать соединения металлов. Ведутся работы по использованию Shewanella oneidensis в биозащите металлических поверхностей от коррозии. Видовое название бактерия получила в честь озера Онейда в штате Нью-Йорк, США (англ. Oneida lake), в котором микроорганизм был впервые выделен.




IV. Закрепление. Оценочно-рефлексивный этап

1. Что же такое коррозия?

2. При каких условиях коррозия протекает интенсивно?

3. Задача 1.Что случилось со знаменитой Кутубской колонной?

Уже полтора тысячелетия стоит на одной из площадей Дели железная колонна высотой 8 метров, диаметром 65 см, весом 6.5 тонн. И, несмотря на жаркий климат Индии, на ней нет ни единого ржавого пятнышка. Чем это можно объяснить?

Ответ. Это объясняется тем, что колонна сделана из чистого (метеоритного) железа. А чистое железо не ржавеет.

Задача 2. В 20-е годы ХХ в. с одним американским миллионером произошла неприятная история. По его заказу была построена роскошная яхта “Зов моря”. Для обшивки корпуса яхты использовался сплав никеля с медью, известный под названием монель-металл. Этот сплав отличался чрезвычайно высокой стойкостью во многих агрессивных средах, в том числе и в морской воде. Другие детали корпуса судна были изготовлены из специальных нержавеющих сталей, т.е. материалов, содержащих железо. Но когда яхту спустили на воду, она полностью вышла из строя. Объясните, что послужило причиной гибели яхты.

Ответ: Причиной была контактная коррозия. Днище яхты было обшито медно-никелевым сплавом, а рама руля, киль и другие детали изготовлены из стали. Когда яхта была спущена на воду. Возник гигантский гальванический элемент, состоящий из катода- днища, стального анода и электролита – морской воды. В результате судно затонуло, ни сделав ни одного рейса.

Задача 3. В III до нашей эры на острове Родос был построен маяк в виде огромной статуи Гелиоса.

Колосс Родосский считался одним из семи чудес света, однако просуществовал всего 66 лет и рухнул во время землетрясения.

Ответ. У Колосса Родосского бронзовая оболочка была смонтирована на железном каркасе. Под действием влажного, насыщенного солями средиземноморского воздуха железный каркас разрушился.


Лист самооценки ученика (цы)

Критерии самооценки (Поставьте знаки «+» -да, «- » - нет)


1. Я выступал по обсуждаемым вопросам



2. Активно дополнял



3. Мои ответы были аргументированы



4.Мне было интересно



5.Был невнимателен



6.Отвлекался




7.Завладел инициативой и вниманием класса



8.Самооценка



9.Оценка учителя





V. Домашнее задание: §20, вопросы 11-13, задача 5 на стр.89.

Выставление оценок за урок в электронный журнал.


Фамилия________________ Имя ______________

Ответьте на вопросы:

1. Что такое патина? _______________________________________________________________________________

2. Сколько тонн весит Эйфелева башня после 18-ти покрасок? _____________________________________________

3. Перечислите учёных, с древнейших времён и до наших дней, занимавшихся проблемой коррозии. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. По каким признакам можно классифицировать коррозию? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Что называется химической коррозией (дайте определение)? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6.Выберите правильный ответ: коррозия – это а) реакция обмена, б) окислительно-восстановительный процесс, в) реакция замещения, г) гидролиз? _____________________________________________________________________

7. Запишите упрощённое уравнение коррозии железа. ___________________________________________________________________________________________________

8. Что называется электрохимической коррозией (дайте определение) ? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9. Приведите примеры химической коррозии. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

10. Приведите примеры электрохимической коррозии. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

11. С помощью чего древние времена люди пытались защитить металлы от коррозии? _______________________
___________________________________________________________________________________________________

12. Перечислите современные методы защиты металлов от коррозии. ___________________________________________________________________________________________________

13. Перечислите новейшие способы борьбы с коррозией. ___________________________________________________________________________________________________

14. Что же такое коррозия? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

15. Задача. В 20-е годы ХХ в. с одним американским миллионером произошла неприятная история. По его заказу была построена роскошная яхта “Зов моря”. Для обшивки корпуса яхты использовался сплав никеля с медью, известный под названием монель-металл. Этот сплав отличался чрезвычайно высокой стойкостью во многих агрессивных средах, в том числе и в морской воде. Другие детали корпуса судна были изготовлены из специальных нержавеющих сталей, т.е. материалов, содержащих железо. Но когда яхту спустили на воду, она полностью вышла из строя. Объясните, что послужило причиной гибели яхты. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________