Урок по химии Коррозия металлов и способы защиты от коррозии (10 класс)

Тема : Коррозия металлов и способы защиты от коррозии
Парфёнова Н.А.
учитель химии
ООШ №1 г. Славянска
Цели урока:
1) изучить сущность процесса коррозии металлов и способы защиты от коррозии; научить использовать приобретённые знания для объяснения явлений окружающей среды;
2) развивать умения наблюдать, сравнивать, обобщать, делать самостоятельные выводы, работать с учебником; развивать познавательный интерес к предмету, используя межпредметные связи;
3) воспитывать активную личность, умеющую высказывать своё мнение; воспитывать культуру речи; воспитывать гармонично развитую личность.
Оборудование и материалы: 1) мультимедийный проектор;
2) компьютерная презентация по теме урока;
3) портрет В. Кистяковского4) 5 стаканов, 5 железных гвоздей, проволока медная и цинковая, вода кипячёная, р-ры NaCl, NaOH.
Тип урока: урок изучения нового материала.
Ход урока
Организационный момент
Актуализация опорных знаний
Беседа
Почему большинство металлов в природе встречаются в виде соединений?
Какие металлы в земной коре встречаются в чистом виде? Почему?
Какие соединения называют минералами?
Какие соединения называют рудами?
Изучение нового материала
Многие химические соединения при обычных условиях более стойкие, чем металлы. Именно поэтому в рудах большинство металлов содержится не в чистом виде, а в виде химических соединениях.
Приходится применять сложные и очень электроёмкие процессы, чтобы выделить металлы из химических соединений, в составе которых они содержатся в рудах. Но у металлов есть враг, который приводит к огромным потерям металлов. Ежегодно более 10% производимого железа разрушается и превращается в ржавчину.
Под действием ветра, дождя, снега, грунтовой влаги металлические материалы постепенно разрушаются и снова переходят в состав соединений, подобных тем, в составе которых они содержались в рудах.
А как же по-другому называется этот процесс? – Коррозия.
Итак, тема нашего урока: Коррозия металлов и способы защиты от коррозии.
(слайд 1 - ) Тема урока
Понятие коррозии
Слово коррозия происходит от латинскогo corrodere, что означает разъедать. Хотя коррозию чаще всего связывают с металлами, но ей подвергаются также камни, пластмассы и другие полимерные материалы и дерево. Например, в настоящее время мы являемся свидетелями большого беспокойства широких слоёв людей в связи с тем, что от кислотных дождей катастрофически страдают памятники (здания и скульптуры), выполненные из известняка или мрамора.
Таким образом, коррозией называют самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды.
(слайд 2 - ) Определение коррозии
Процессы физического разрушения к коррозии не относят, хотя часто они наносят не меньший вред памятниками культуры. Их называют истиранием, износом, эрозией.
Ржавлением называют только коррозию железа и его сплавов.
(слайд 3- коррозия железа)
Другие металлы корродируют, но не ржавеют.
(слайд 4 - коррозия меди )(слайд 5 - коррозия серебра)
(слайд 6 - Тема урока)
Сущность процесса коррозии
Хотя корродируют практически все металлы, в повседневной жизни человек чаще всего сталкивается с коррозией железа. Поэтому сущность процесса коррозии мы рассмотрим на примере ржавления железа.
Наиболее опасным для металлов компонентами окружающей среды являются кислород О2 , водяной пар Н2О, карбона (IV) оксид СО2 , сульфура(IV) оксид SO2 , нитрогена (IV) оксид NO2 .
Коррозионное разрушение железа и его сплавов под действием кислорода:
4Fe + 3O2 = 2Fe2 O3
Часто коррозия развивается во влажном воздухе, а также при контакте металла с растворами электролитов.
2Fe + 2H2 O + O2_ = 2Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + 2H2O +O2=4Fe(OH)3
Задание : 1) Укажите степени окисления элементов и с помощью метода
электронного баланса расставьте коэффициенты.
Беседа : 1) Какие реакции называются окислительно-восстановительными.
2) Какие процессы называют процессами восстановления ? 3) Какие процессы называют процессами окисления?
(слайд 7 - Определение коррозии)
Коррозия- это окислительно - восстановительный процесс, при котором атомы металлов переходят в ионы.

При использовании металлических материалов всех интересует вопрос скорости протекания коррозии. Давайте выясним, от чего зависит скорость коррозии.
(Слайд 8 – проведение опыта)
Демонстрация опыта
Стакан №1
Железный гвоздь+ Н2О
Слабая коррозия, т.к. вода-слабый электролит
Стакан №2
Железный гвоздь+р-р NaCl Скорость коррозии больше, следовательно NaCl ускоряет коррозии
Стакан №3
Жел. Гвоздь+ Cu+р-р NaClСкорость коррозии велика при контакте с более слабым металлом
Стакан №4

Жел. Гвоздь+ Zn+р-р NaClСкорость коррозии небольшая, т.к. корродирует Zn, как более активный металл
Стакан №5
Жел. Гвоздь+р-р NaCl+NaOHКоррозии нет , следовательно ионы ОН- её замедляют
(слайд 9- Тема урока)
3.4 Ущерб, причиняемый коррозией
Коррозия причиняет огромный ущерб. По подсчётам экономистов , убытки, причиняемые коррозией, во много раз больше, чем убытки, которые причиняет человечеству такая беда, как пожары. И это не удивительно. Пламя действует редко, а коррозия «работает» почти всё время, ни на минуту не останавливая свою работу- разъедание.
Самостоятельная работа с учебником- составление конспекта.
Вред, причиняемый коррозией :- потеря металлов
-разрушение металлических материалов в аппаратах химической промышленности (под влиянием кислот, щелочей, высокой температуры и давления)
-выход из строя деталей машин , оборудования, сооружений
-загрязнение окружающей среды
-очень дорогая защита от коррозии.
(Слайд 10- Ущерб, наносимый коррозией)
Знаете ли вы, что является символом Парижа? – Эйфелева башня.
(Слайд 11- Эйфелева башня)
31 марта этого года исполняется120 лет со дня завершения её строительства. Но, к сожалению, она неизлечимо больна, ржавеет и разрушается, и только постоянная химиотерапия помогает бороться с этим смертельным недугом. Её красили 18 раз, отчего её масс 9000 т каждый раз увеличивается на 70 тонн.
В III веке до н. э. на острове Родос был построен маяк в виде огромной статуи Гелиоса высотой 34 м. Коллос Родосский считался одним из чудес света. Изображение статуи не сохранилось. Существует несколько предположений как она выглядела.
(Слайд 12- Коллос Родосский)
Но , к сожалению, он просуществовал всего 66 лет и рухнул во время землетрясения. Оказывается, у Коллоса Родосского бронзовая оболочка была смонтирована на железном каркасе. Под действием влажного, насыщенного солями средиземноморского воздуха железный каркас разрушился.
(Слайд 13- Тема урока.)
3.5 Методы защиты от коррозии
С давних времён людей интересовало, как защитить металлы от коррозии.
Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел, а позднее и покрытием другими металлами и, прежде всего, легкоплавким оловом (лужением). В трудах древнегреческого историка Геродота (V в. до н.э.) уже имеется упоминание о применении олова для защиты железа от коррозии.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.
Одним из учёных , изучавших данную проблему, был Владимир Кистяковский, который в начале 20 века разработал теорию коррозии металлов и практические способы защиты от неё.
Основные методы защиты от коррозии

Применение защитных покрытий

неметаллические покрытия (краски, эмали, лаки и др.)
металлические покрытия (никель, хром, серебро,медь)

Изготовление сплавов, стойких
к коррозии

Части машин, инструменты изготавливают из нержавеющей стали

Электрохими-ческие методы
защиты

изготовление заклёпок из более активных металлов;
протекторная защита(прикрепление пластинок из более активных металлов)
Изменение состава среды


добавление ингибиторов
(слайд 14- неметаллические покрытия)
(слайд 15 –металлические покрытия)
(слайд 16- изделия из нержавеющей стали)
(слайд 17- протекторная защита)
(слайд 18-применение ингибиторов)
Очень распространённым является использование нержавеющих сплавов. Многие из стальных изделий, используемых в быту(кухонная утварь, посуда, баки стиральных машин и др.) изготовлены из нержавеющей стали. Нержавеющую сталь разработал в 1913 году химик Гарри Бриартли. Его сталь с высоким содержанием хрома не растворялась в кислоте, а оставленные в лаборатории образцы сохраняли первоначальный блеск. Нержавеющая сталь не подвергается коррозии вследствие образования пленки оксида хрома (III), которая непроницаема для воздуха и воды и защищает металл. Эта плёнка невидима для глаза и не скрывает естественный блеск металла. Нержавеющая сталь дорога, и её использование не всегда оправдано.
Иногда железо покрывают тонким слоем другого металла. Некоторые изготовители делают кузова автомобилей из стали с защитным цинковым покрытием. При такой обработке образуется слой оксида цинка, и если покрытие не повреждено, оно хорошо защищает от ржавчины. Даже если покрытие имеет изъяны, стальной корпус машины все- таки защищён от быстрого разрушения, так как в этой системе преимущественно корродирует цинк, а не железо. Этот метод называют «протекторной защитой».
В наши дни цинковые блоки используют для защиты от коррозии нефтедобывающих платформ в морях: коррозия дорогостоящих сложных стальных конструкций переводится на куски металла, которые легко заменить.
Через определенные промежутки на протяжении всей опоры, находящейся в море, прикреплены цинковые блоки. Поскольку цинк более активен, чем железо (находится левее в электрохимическом ряду напряжений), то преимущественно окисляется цинк, а железная поверхность остаётся нетронутой.
Аналогичный принцип используется для защиты железобетонных конструкций жилых домов, в которых все железные прутья соединены друг с другом и соединяются с куском магния, который зарыт в землю.
Наилучшим способом защиты железа от коррозии является получение высоко очищенного вещества. Так в 20 веке в Индии был найден столб высотой около 3 м , изготовлены из чистейшего железа. Этот столб простоял несколько тысячелетий и до сих пор нисколько не прокорродировал и даже не потерял своего металлического блеска. До сих пор неизвестно происхождение этого реликта, так как неизвестно, существовала ли в то время технология изготовления железа такой высокой чистоты.
Самые древние железные изделия – бусы были найдены в дофараонвском Египте в стоянках раннего медного века. Этим бусам около 6 тыс. лет.
В гробнице фараона Тутанхамона был обнаружен железный кинжал.
В Месопотамии также найден кинжал из этого металла, изготовленный 5100 лет назад.
Все эти находки относятся к более раннему периоду, чем нижняя граница железного века (IX-VII вв. до н.э.), когда люди научились выплавлять железо.
Первоначально человек использовал самородное железо. Его происхождение считают метеоритным, т.е. космическим, а не земным.
Поэтому первые изделия из железа(они изготавливались из самородков) ценились очень высоко - гораздо выше, чем из серебра и даже золота.
Обобщение и систематизация
Беседа
Что такое коррозия?
Под влиянием чего происходит коррозия?
Почему коррозию относят к окислительно - восстановительным реакциям?
Какие факторы влияют на скорость коррозии?
Какие способы защиты от коррозии вы знаете? Какие из них вы использовали в своей повседневной жизни?
Подведение итогов урока
Домашнее задание (слайд 19)
Выучить параграф 26
Повторить параграф 16
Составить тест по теме урока из 12 вопросов (оформить на листах формата А4 )