Урок «Коррозия металлов»

Урок «Коррозия металлов»

Цель: дать понятие о коррозии металлов, классификации коррозионных процессов и способах защиты от коррозии, объяснить процессы окисления-восстановления, протекающие на поверхности металла в результате коррозии.

Задачи:

Образовательные:

систематизировать знания учащихся об окислительно-восстановительных реакциях.

Развивающие: продолжить развитие умений устанавливать причинно-следственные связи, делать выводы, наблюдать и объяснять результаты лабораторного опыта и демонстрационного эксперимента.

Воспитательные: продолжить формирование диалектико-материстического мышления учащихся.

Оборудование: таблицы «Коррозия металлов», «Защита металлов от коррозии»; заранее приготовленные опыты по изучению коррозии.

Ход урока.

1. Изучение нового материала.

Девиз урока: «Знать – значит победить!»

(Академик А.Н. Несмеянов)

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

Что является символом Парижа? – Эйфелева башня. Она неизлечима больна, ржавеет и разрушается, и только постоянная химиотерапия помогает бороться с этим смертельным недугом: её красили 18 раз, отчего её масса 9000 т каждый раз увеличивается на 70 т.

Учитель: Нам сегодня путешествие по царству «Рыжего дьявола» - это давний и опасный враг большинства применяемых в технике и быту металлов. Днем и ночью ведет он наступление на позиции  металлов по всему фронту. Коварство этого извечного врага в том, что, невидимый, он остается всегда целым и невредимым, а сплавы и металлы несут огромные потери.

 Ну как, догадались, что это за враг?

- Это коррозия!

-Верно. И чтобы победить этого врага, мы с Вами должны проникнуть во все его тайны. Ведь не случайно эпиграфом к нашему уроку выбрано высказывание академика  А.Н.Несмеянова «Знать – значит победить!».

Мы должны все узнать о коррозии, чтобы уметь с нею бороться.

Мы отправляемся с вами в путешествие и

1-ая станция «Информационная»

Вот сегодня на уроке нам необходимо выяснить:

1.      Сущность коррозии.

2.      Виды коррозии.

3.      Способы защиты от коррозии.

Итак, что же такое коррозия?

В переводе с латинского слово “коррозия” - значит разъедать.

Больше всего страдают от коррозии сплавы на основе железа – главные материалы современной технике.

Вы наверное слышали русскую поговорку «Ржа ест железо». Ежегодно потеря металла в мире составляет 10% от всей мировой добычи, а в некоторых странах до 20-25%. Еще больший вред, причиняемый коррозией, связан с порчей изделий.

Дело в том, что затраты на ремонт или замену прокорродировавших деталей намного превышают стоимость материала из которого они изготовлены.

Приведу такой пример: водопроводные трубы, которые у нас пролегают, рассчитаны на 25-летнее использование, но в результате коррозии они чаще всего служат

6-8 лет, поэтому у нас так часто ремонтируют водопровод.

Поэтому борьба с коррозией принадлежит к числу важнейших научно-технических проблем.

Коррозия – разрушение металлов под действием окружающей среды, при этом металлы окисляются по схеме:

В зависимости от вызываемых коррозией повреждений поверхности металлов различают следующие ее виды:

·                  равномерную (сплошную),

·                  язвенную,

·                  точечную (питтинг).

По механизму протекания коррозия делиться на два вида: химическую и электро-химическую.

Химическая коррозия

Это вид коррозии протекает в средах, непроводящих электрический ток (газ, нефть, керосин) или при высоких температурах, когда невозможна конденсация воды. Ей подвергается арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания, лопатки газовых турбин, аппаратура химической отрасли промышленности. Химическая коррозия вызывается окислительно-восстановительными реакциями, происходящими в результате взаимодействия металла разрушающим его веществом (O,кислотами и т. д.)

Опыт (уравнения уч-ся записывают на доске)

Окисление медной проволоки при прокаливании в пламени горелки.

(Написать уравнения реакции и разобрать их с точки ОВР)

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.

Электрохимическая коррозия

Такая коррозия происходит в среде электролита при контакте двух металлов, в этом случае образуется гальванический элемент (пара), электрон от более активного металла переходит к менее активному (более активный металл окисляется).

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

К электрохимической коррозии относятся все случаи коррозии в присутствии влаги. Данный вид коррозии приносит наибольший вред.

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.

В качестве примера электрохимической коррозии рассмотрим коррозию железа. Но на поверхности металлических изделий, находящихся в атмосферных условиях, всегда конденсируется влага. Капля воды играет роль электролита, в ней растворен кислород из воздуха. Кислород восстанавливается до гидроксид-ионов, а железо окисляется, переходя в гидроксид железа (II) и гидроксид железа (III). Смесь этих гидроксидов и есть ржавчина.

2-ая станция «Экспериментальная»

На этой станции выясняем, какие условия способствуют коррозии. При использовании металлических материалов очень важен вопрос о скорости их коррозии.

От чего зависит коррозия?

Экспериментально мы сейчас с Вами в этом разберемся.

Выясним, какие условия способствуют, а какие препятствуют коррозии Fe (железа).

Опыт (на столах у ребят 5 пронумерованных стаканов с хим. веществами)

(закладка опыта происходит за 5 дней до проведения этого урока, учитель рассказывает о методике постановления этого эксперимента)

Ребята сравниваем результаты опытов № 2 и № 3

В обоих случаях Fe находится в одном и том же растворе, но в одном случае оно соприкасается с медью, а в другом нет. И там и здесь произошла коррозия И появился бурый осадок ржавчины.

Что мы с вами видим? (вывод делают учащийся)

В опыте №2 ржавчины получилось мало, а в опыте №3 – много.

Вывод: таким образом, коррозия и ржавление железа сильно усиливается, когда оно соприкасается с медью.

Сравним опыты № 2 и № 4. В обоих случаях Fe находится в одном и том же растворе, но в одном случае оно соприкасается с металлом Zn в другом – с Cu.

Что мы наблюдаем? (уч-ся рассказывают, что они видят)

Наблюдается сильная коррозия, получился обильный осадок. Но в опыте № 2 осадок бурого цвета – это ржавчина, а в опыте № 4 осадок – белого цвета – это Zn(OH)₂

(Вывод делают уч-ся)

Вывод:

В опыте № 4 корродировало не Fe, а Zn , т. к. железо почти не корродирует, если оно соприкасается с цинком.

Усиление коррозии в 1-ом случае и прекращение во 2-ом, объясняется возникновением гальванических элементов.

(рассказ учителя, схема на доске)

Электрохимическая коррозия.

Опыт № 4

Окисляется Zn, как более активный металл

А (-)                        ,отщепляющиеся от его атомов , перемещаются на поверхность Fe и восстанавливают  содержащийся в растворе.

К (+) Fe

Опыт № 3

А (-)                       

К (+) Cu         

Реакция растворенного в воде кислорода с железом приводит к образованию бурой ржавчины.

Вывод:(запись в тетрадях)

Коррозия металла резко усиливается, если он соприкасается с каким-либо другим, менее активным металлом, т. е. расположенным в электрохимическом ряду напряжений металлов правее его. Но коррозия замедляется, если металл соприкасается с другим металлом, расположенным левее в электрохимическом ряду напряжений металлов, т. е. более активным.

Сравним результаты опытов № 1 и № 2

Добавка к воде NaCl усиливает коррозию Fe. добавка к раствору NaCl – NaOH, как видно из опыта № 5, наоборот ослабила коррозию, ржавчины получилось мало.

Вывод:

Т. о. скорость коррозии данного металла зависит также от состава омывающей среды. Одни составные части омывающий металл среды, в частности Cl^- - ионы усиливают коррозию металлов, другие составные части могут ослаблять коррозию. Коррозия Fe ослабевает в присутствии OH^- - ионов.

Железо слабо прокорродировало в воде, в чистой воде коррозия идет медленнее, т. к. вода слабый электролит.

3-ая станция «Практическая»

Великий Гёте сказал: « Просто знать – еще не все, знания нужно уметь использовать».

На этой станции ребята, мы все становимся практиками.

Конечно, зная механизм протекания коррозии и причины ее возникновения, человек научился защищать металлы от коррозии (эпиграф).

Думайте, предлагайте меры борьбы с коррозией.

·         Защищает от коррозии более активный металл – протектор (от латинского protekt – защита).

Протекторы защищают от разрушения корпуса судов, стальные рельсы.

Анодная защита.

- В паре  Zn – Fe  (оцинкованное железо) защищено железо,

- В паре Sn – Cu защищена медь.

К днищам кораблей прикрепляют протекторы – слитки металла более активного, чем обшивка днища корабля.

Катодная защита – защита менее активным металлом( луженное железо), особые требования в данном случае – не допускать нарушения целостности покрытия.

·         Отделение металла от агрессивной среды (окраска, смазка, покрытие лаками, эмалями )

·         Использование замедлителей коррозии – ингибиторов. Чаще это органические вещества или неорганические соли.(Демонстрационный опыт: 2 шт. железного гвоздя, соляная кислота, сухое горючее).

·         Электрозащита – нейтрализация тока, возникающего при коррозии, постоянным током, пропускаемым в противоположенном направлении. Защищаемую конструкцию присоединяют к катоду внешнего источника тока, анод заземляют. Так обычно защищают нефтепровода, газопровода.

·         Пассивация металлов. Пассивация – это образование на поверхности металла плотно прилегающего оксидного слоя, защищающего от коррозии.

Например: Fe пассивируют погружением изделия в конц.HNO₃. Пассивированное Fe перестает взаимодействовать с кислотами с выделением H₂#. Устранить пассивацию можно разрушением пленки. Иногда это достигается просто резким ударом по поверхности. 

Пассивация вызывается и другими сильными окислителями. Известно, что хранение лезвий безопасных бритв в растворе хромата калия K₂CrO₄ позволяет дольше сохранять их острыми. В ином случае, под действием влажного воздуха железо окисляется и его поверхность покрывается слоем рыхлой ржавчины.

·         Изготовление сплавов, стойких к коррозии.

(сообщение учащихся  1.Изготовление сплавов, стойких к коррозии,

                                       2. Привлечение коррозии на службу человеку

Закрепление

Ответить на вопросы теста.

Тест

1. Слово “коррозия” в переводе с латинского означает:

а) разрушать;

б) окислять;

в) разъедать;

г) ржаветь.

2. Окисление металла в среде неэлектролита:

а) электрохимическая коррозия;

б) язвенная коррозия;

в) точечная коррозия;

г) химическая коррозия.

3. Разрушение металла, находящегося в контакте с другим металлом в присутствии водного раствора электролита:

а) газовая коррозия;

б) химическая коррозия;

в) сплошная;

г) электрохимическая коррозия;

4. Эмалирование это:

а) способ предания красоты металлическому изделию;

б) электрохимический метод защиты металлов от коррозии;

в) защитное неметаллическое покрытие металла;

г) защитное металлическое покрытие металла.

5. Легирование это:

а) специальное введение в сплав элементов, замедляющих процесс коррозии;

б) покрытие железного листа слоем олова;

в) создание контакта с более активным металлом;

г) покрытие металла краской.

6. Вещества, замедляющие процесс коррозии называются:

а) ингибиторы;

б) электроды;

в) протекторы;

г) краски.

7. Присоединение к защищаемому металлу другого, более активного металла называется:

а) металлопокрытие;

б) контактная защита;

в) легирование;

г) протекторная защита.

Подведение итогов

·                  Выставление оценок

·                  Домашнее задание: учить конспект по тетради и решить задачи