Урок "Коррозия металлов"

 

Тема урока: «Коррозия металлов».

Цель урока: создание условий для восприятия и первичного закрепления нового учебного материала, осмысление связей и отношений в объектах изучения.

Планируемые результаты

Готовность и способность обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию;

сформированность ценности здорового и безопасного образа жизни;

эмоционально-ценностное видение окружающего мира;

осознанное, уважительное отношение к ценностям Родины;

наличие опыта экологически ориентированной рефлексивно-оценочной и практической деятельности в жизненных ситуациях (готовность к исследованию природы, знания значения коррозии при выборе материала для  конструкции сооружений, изготовления деталей техники и быта).
 Метапредметные результаты

Межпредметные понятия: овладение обучающимися основами читательской компетенции, приобретение навыков работы с информацией.

Регулятивные УУД

 Умение самостоятельно определять цели обучения, ставить и формулировать новые задачи в учебе и познавательной деятельности;

 обучающиеся смогут: ставить цель деятельности на основе определенной проблемы и существующих возможностей, выдвигать версии решения проблемы, формулировать гипотезы, предвосхищать конечный результат;

формулировать учебные задачи как шаги достижения поставленной цели деятельности; обосновывать целевые ориентиры и приоритеты ссылками на ценности, указывая и обосновывая логическую последовательность шагов.  

обучающиеся научатся определять совместно с учителем и сверстниками критерии планируемых результатов и критерии оценки своей учебной деятельности

Познавательные УУД

Умение определять понятия, создавать обобщения, устанавливать аналогии. выявлять причины и следствия явлений; строить рассуждение от частных явлений к общим закономерностям;

 строить рассуждение на основе сравнения  явлений, выделяя при этом общие признаки; излагать полученную информацию;

объяснять явления, процессы, связи и отношения, выявляемые в ходе познавательной и исследовательской деятельности.

Коммуникативные УУД

Умение организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и сверстниками;

работать индивидуально и в группе: находить общее решение и разрешать конфликты на основе согласования позиций и учета интересов; формулировать, аргументировать и отстаивать свое мнение.

Предметные результаты

научится:

соблюдать правила безопасности и охраны труда при работе с учебным  оборудованием и веществами;

понимать смысл основных химических терминов: химическое и физическое явление электрический ток, строение атома, химическая реакция, коррозия;

распознавать проблемы, которые можно решить при помощи химических методов; анализировать этапы проведения исследований и интерпретировать результаты наблюдений и опытов проводить опыт и формулировать выводы;

проводить исследование зависимостей протекания химических реакций методом наблюдений и имеющихся знаний по предмету, при этом фиксировать результаты полученной зависимости физических величин в виде устных отчетов, делать выводы по результатам исследования.

Тип урока: комбинированный.

Методы и приемы обучения: метод проблемного изложения материала, метод поисковой беседы, исследовательский метод.

     Оборудование: компьютер, проектор, презентация «Коррозия. Защита металлов от коррозии»,  лабораторное оборудование и реактивы.

Ход урока

Учитель: Вспомним, какую тему, какие вещества мы с вами изучаем.

Ученики: Мы изучаем тему: «Металлы».

Учитель: Для того чтобы изучать дальше, мы повторим свойства металлов.

 

Учащимся предлагается тестовое здание.

1. В химических реакциях металлы играют  роль:

а) окислителей;

б) восстановителей;

в) окислителей и восстановителей.

2. Неактивные металлы с водой:

а) реагируют при нагревании;

б) не реагируют;

в) реагируют при нормальных условиях.

3. К активным металлам относятся:

а) Cu,  Ag,  Hg,  Pb;

б) Ca,  Be,  Ni,  Ba;

в)  Ca,  Na,  Li,  Ba.

4. С кислородом воздуха легко взаимодействуют:

а) железо, цинк, медь;

б) золото, ртуть, платиновые металлы;

в) калий, кальций, франций.

5. С хлороводородной кислотой взаимодействуют при н.у.:

а) литий, кальций, железо;

б) серебро, магний, медь;

в) цинк, ртуть, никель.

6. Какие из указанных металлов являются более активными, чем железо:

а) Ba, Al, Zn;

б) Cu, Hg, Ag;

в)  Al, Zn, Cu.

7 С водой с образованием растворимого гидроксида взаимодействует:

а) К; б)Zn; в)Pb; г)Ag.

 

8.В электротехнике используют следующее физическое свойство меди и алюминия:

а) теплопроводность; б) ковкость;

в) пластичность; г) электропроводность.

 

9 С раствором серной кислотой не будет взаимодействовать:

а) Сu; б) Fe; в) Al; г)Zn.

 

10.С соляной кислотой взаимодействуют при н.у.

а) алюминий, кальций, железо;

б) серебро, магний, медь;

в) цинк, ртуть, никель.

11. Способы получения металлов:

а) гидрометаллургия; б) пирометаллургия;

в).электрометаллургия; г)все ответы верны

После выполнения задания, поменялись листочками и проверяем

 

Один ученик решает задачу у доски.

II. Актуализация знаний.

Вопрос учителя. Почему металлы в природе чаще встречаются не в чистом виде, а в форме химических соединений?

(При образовании химического соединения, атом металла завершает свой внешний энергетический уровень.)

Учитель. Стремление металла к завершению энергетического уровня может причинить ущерб хозяйственной деятельности человека. В качестве примера я приведу историю, случившуюся с одним американским миллионером.

III. Изучение новой темы.

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.

 

Молодцы! Сегодня на уроке мы остановимся только на самопроизвольном разрушении металлов в результате взаимодействия их с окружающей средой, то есть с явлениями, изображенными на слайде.

Учитель: Как часто вы встречаетесь с явлением разрушения металлов?

Ученики: Приводят примеры.)

Учитель: А как называется это явление?

Ученики: ржавление, коррозия

Учитель: Итак, мы сегодня изучаем процесс коррозии металлов.

Постановка учебной задачи

У меня для вас еще одно задание. Составьте, пожалуйста, вопросы к теме, для этого используйте вопросы, написанные на доске. (Каждой группе по вопросу, которые у них написаны на листах, которые лежат на столах)

Учащиеся записывают вопросы, они вывешиваются на доске.

 что?, почему?, как?, какая?, для чего? Составьте, пожалуйста, вопросы к теме «Коррозия металлов и способы защиты от неё» используя данные вопросительные слова.

- Что такое коррозия металлов?

- Почему возникает коррозия металлов?

- Как возникает коррозия металлов? (Как защитить металл от коррозии?)

- Какая бывает коррозия?

- Для чего надо изучать коррозию?

Учитель: Скажите, пожалуйста, какова будет цель нашего урока?

Ученики: Получить ответы на поставленные вопросы.

Мы должны выяснить:

1) Что такое коррозия металлов?

2) Какова роль коррозии в жизни человеческого общества и зачем ее изучать?

3) Какие виды коррозии бывают?

4) Как протекает этот процесс?

5) Какие способы защиты от нее существуют?

Изучение нового материала.

1. Определение коррозии

Одна группа по словарю.

Вторая работает с учебником.

Учитель: Коррозия представляет собой разрушение металлов вследствие взаимодействия их с внешней (коррозионной) средой. Этот термин происходит от латинского слова corrosio – разъедание. Коррозия – страшный бич промышленности, строительства, транспорта. Ежегодно из-за коррозии безвозвратно теряется 10... 12 % черных металлов. Ржавчина, которая появляется на поверхности стальных и чугунных изделий, – это яркий пример коррозии. Ржавлением называют только коррозию железа и его сплавов. Другие металлы коррозируют, но не ржавеют. Многие металлические предметы, которые мы используем в быту, не подвергаются видимой коррозии, в то время как потерянный ключ быстро ржавеет. Понятно, что с коррозией надо бороться. Но, чтобы победить ее, нужно знать причины и механизмы ее протекания. Как вы думаете, почему металлы коррозируют? Что может происходить с металлом при коррозии? Коррозия причиняет огромный ущерб, и мы повседневно замечаем следы ее опустошительного действия. Только потери стали из-за коррозии во всем мире оцениваются в сотни миллиардов долларов в год. Помимо этого коррозия причиняет огромный не поддающийся учету ущерб, связанный с выходом из строя коррозирующих деталей, машин, оборудования и сооружений. А загрязнения окружающей среды, вызванные утечкой газа, нефти и других опасных веществ из трубопроводов из-за коррозии, что отрицательно воздействует на здоровье и жизнь людей.

В ноябре 2007 года в Керченском заливе во время сильного шторма затонуло 12 судов. Все они были насквозь проржавевшими. Один из них - танкер “Волгонефть-139” разломился пополам. В море вылилось 2000 т мазута. В результате погибло 35000 птиц, несколько десятков километров береговой линии оказались загрязненными. Предварительный ущерб равен 30 млрд. рублям. Самое страшное, что погибли люди. Причиной этого экологического бедствия явился не только шторм, но и человеческий фактор: такие суда нельзя допускать к эксплуатации!

Все осознают, что с коррозией надо бороться. А чтобы ее победить нужно, знать причины и механизмы ее протекания. Как вы думаете, почему металлы корродируют?

Ученики: Вероятно, металлы переходят в стабильное состояние, переходя в состав химических соединений, т.е. превращаются в ионы.

Учитель: Вы абсолютно правы, с химической точки зрения коррозией называют самопроизвольный процесс разрушения металлов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды, при этом металлы окисляются и переходят в устойчивые формы существования.

Учитель:  Продолжит рассказ по теме,   привлекая детей работать с рисунком учебника.

Учитель:  Сделайте вывод об условии возникновения коррозии.

Ученики: Первое условие возникновения коррозии - это наличие окислителя в окружающей среде.

Учитель: Железо под воздействием O₂ , H₂О постепенно корродирует. 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= Fe^{+3 восстановитель}

O⁰₂+4 е=2O^{-2 окислитель}

Учитель: В этих опытах мы выяснили роль кислорода воздуха в коррозии железа.

Реакция с медью (демонстрационный опыт)

Учитель: Во влажном воздухе поверхность меди покрывается зеленоватым налетом (патиной) в результате образования основной гидрооксид меди

 

Запишем вывод: Кислород является одним из агрессивных факторов коррозии. При этом происходит химическая коррозия.

Давайте дадим определение понятию “химическая коррозия”.

Обратитесь к записям, почему медь, железо корродируют?

Ученики: Окисляются кислородом. Вступают в химическую реакцию

Учитель: Какой процесс лежит в основе этого типа коррозии?

Ученики: Химическая реакция

Учитель: А теперь соедините все вместе, и получится понятие – химическая коррозия

Химическая коррозия - это разрушение металлов в результате их химического взаимодействия с веществами окружающей среды .

 

Учитель: А подвергается ли коррозии алюминий? И каково значение этого процесса?

Многие металлы, в том числе и довольно активные (например, алюминий) при коррозии покрываются плотной, хорошо скрепленной с металлами оксидной пленкой, которая не позволяет окислителям проникнуть в более глубокие слои и потому предохраняет металл от коррозии. При удалении этой пленки металл начинает взаимодействовать с влагой и кислородом воздуха. Значит, этот процесс коррозии полезен.

4Al + 3O₂ → 2 Al₂O₃

 

Учитель: Во влажном воздухе поверхность меди покрывается зеленоватым налетом (патиной) в результате образования основной гидрооксид меди

Не потвергается коррозии химически чистое железо.

1.     Более полутора тысяч лет назад в Индии была изготовлена железная колонна весом в 6,5 т, высотой 7,3 м, диаметром у основания 41,6 см, у верха 29,5 см, стоящая ныне на одной из площадей индийской столицы. Она стоит на тропическом солнце, под дождями 15 столетий, но не подверглась ни малейшей коррозии.

Ученики: Металлы – восстановители. Они могут только отдавать электроны. Значит Me⁰ – ne = Me⁺ⁿ

По характеру взаимодействия металла и среды коррозия бывает химическая и электрохимическая.

В обоих случаях протекает окислительно-восстановительная реакция, в ходе которой металл окисляется, а окислитель внешней среды – восстанавливается. Различие заключается в том, что при химической коррозии электроны переходят от металла к окислителю непосредственно, а при электрохимической коррозии окислительно-восстановительная реакция разбивается на полуреакции окисления и восстановления. Электроны переходят по металлу от восстановителя к окислителю. Поток электронов направлен от более активного металла (анод (+)) к менее активному металлу (катод (-)) и коррозии подвергается, более активный металл. Чем левее в ряду напряжений стоят металлы, тем выше скорость коррозии.

 

Разрушение металла без появления электрического тока, под действием среды – химическая коррозия.

К электрохимической относятся все случаи коррозии в среде электролита, она встречается значительно чаще

Выполнение лабораторного опыта (работав парах). ТБ.

Опыт 1. Коррозия в условии контакта разных металлов.

а) В две пробирки налейте по 2-3 мл 2н раствора соляной кислоты и внесите по одной грануле цинка. Наблюдайте выделение газа в пробирках.

б) В одну из пробирок введите медную проволоку, не касаясь кусочка цинка. Взаимодействует ли медь с кислотой?

В) Приведите медную проволоку в соприкосновение с цинком. Как изменилась скорость реакции? Обратите внимание на накопление пузырьков газа на поверхности медной проволоки. Объясните наблюдаемые явления.

 

Опыт 2. Влияние поверхности металла на скорость коррозии.

2) В две пробирки налейте по 1 мл раствора серной кислоты (1:5). Опустите в одну пробирку новую гранулу цинка, в другую – гранулу цинка, смоченную предварительно раствором медного купороса, т.е. загрязненную. Убедитесь, что металлы чистые и загрязненные корродируют с разной скоростью.

 

Опыт 3. Коррозия в среде электролита.

Налейте в пробирку 2 мл 2н раствора соляной кислоты и опустите в неё алюминиевую проволочку. Идёт реакция? Добавьте в пробирку небольшое количество кристаллического хлорида натрия. Запишите наблюдения. Сделайте вывод о влиянии стимулятора коррозии на скорость процесса.

А теперь давайте мы с вами вернемся к рассказу « Зов моря».  И объясним причину разрушения корабля.

Итак, мы выяснили,  что такое коррозия, в чем ее сущность, от чего зависит, знаем, что она приносит громадный ущерб человечеству.  Осталось познакомиться со способами  защиты от коррозии. Защита металлов от коррозии – очень важная задача.

Великий Гете сказал: «Просто знать – еще не все, знания нужно уметь использовать». Как защитить металлы от коррозии?

 

 Способы защиты металлов от коррозии.

Учащимся даны задания. Необходимо представить способы защиты металла от коррозии, предоставленные на выставке.

Задание группе:

 

Задание первой группе:

1.     Рассмотрите образцы выданных вам металлических изделий, определите: какой основной способ защиты металла от коррозии применялся в этих случаях. (Изделия, покрытые неметаллической защитной пленкой).

2.     Прочитайте в учебнике и приложении описание этого способа, определите его эффективность, с точки зрения экономиста и технолога.

3.     Встречали ли вы этот способ защиты металлов у себя дома, в школе, на улице?

4.     Приготовьте короткий рассказ об этом способе защиты для класса.

 

1.     Рассмотрите образцы выданных вам металлических изделий, определите: какой основной способ защиты металла от коррозии применялся в этих случаях. (Изделия покрытые металлическими покрытиями)

2.     Прочитайте в учебнике и приложении описание этого способа, определите его эффективность, с точки зрения экономиста и технолога.

3.     Встречали ли вы этот способ защиты металлов у себя дома, в школе, на улице?

4.     Приготовьте короткий рассказ об этом способе защиты для класса.

 

 

Все способы защиты металлов необходимо записать в конспект

Ученики: Записывают в опорный конспект

1.     Нанесение на поверхность металлов защитных пленок: лака, краски, эмали,

2.     Покрытие их слоем других металлов.

3.     Использование нержавеющих сталей

4.     Создание контакта с более активным металлом – протектором

5.     Применение ингибиторов

6.     Катодная защита

3 этап. Первичная проверка усвоения знаний.

   Разбираем результаты демонстрационных опытов, записываем уравнения, рассматривая их как окислительно-восстановительные процессы (работа в группах), предоставляем результаты работы в группах. По окончании работы еще раз делаются выводы.

4 этап.  Контроль знаний.

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

2.     На стальной крышке поставлена медная заклепка. Что разрушится раньше – крышка или заклепка? Почему?

1.     Какие виды коррозии вам известны?

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

1.     Какие факторы, способствуют усилению коррозии?

2.     Какие металлы при взаимном контакте в присутствии электролита быстрее разрушаются Cu или Zn, Al или Fe? Почему?

1.     Перечислите способы борьбы с коррозией?

2.     Почему на оцинкованном баке на месте царапины цинк разрушается, а железо не ржавеет?

3.В домашней мастерской всегда много инструментов, запчастей и материалов, которые в основном изготовлены из металлов и их сплавов. Но вот беда — при хранении металлические изделия подвергаются коррозии. Укажите условия хранения металлических изделий, которые продлят срок их службы.

4.Требуется скрепить железные детали. Какими заклепками следует пользоваться медными или цинковыми, чтобы замедлить коррозию железа? Ответ обоснуйте.

5.Как называются вещества, замедляющие коррозию?

6.Введение, каких элементов в сталь повышает ее коррозионную стойкость?

7.К стальному днищу машины была предложена протекторная защита. Какой металл для этого лучше применить: Zn, Cu или Ni?

8.Почему многие изделия быстрее корродирует вблизи предприятий?

9.Лист железа, покрытый цинком, и лист железа, покрытый оловом, процарапали до железа. Будет ли подвергаться коррозии железо в обоих случаях?

10.В стихотворении Вадима Шефнера « Пустырь» есть такие строчки:

«Коррозия – рыжая крыса. Грызет металлический лом»

Что это за рыжая крыса? Всегда ли результат коррозии имеет рыжий цвет?

11.Как вы думаете, какие процессы могли привести к разрушению одно из «Семи чудес Света» Колосса Родосского, если он представлял собою гигантскую статую бога Солнца (Гелиоса), простоявшую всего 66 лет. Известно, что при создании его  отпечатанные бронзовые листы были укреплены на железном каркасе? Почему следует учитывать местоположение Колосса (он был установлен на острове Родос в Средиземном море).

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.

 

Рефлексия

§  Что нового вы узнали сегодня на уроке?

§  Где могут понадобиться полученные вами  знания?

§  Что ещё Вы хотели бы узнать по этой теме?

Спасибо за урок. До свидания

 

IV. Подведение итогов урока, домашнее задание – 2 мин.

      Д/з: §13, упр.1, 2,.