Урок химии 9 класс
Тема: Коррозия металлов – защита металлов и их сплавов от коррозии
[pic]
Урок составил учитель химии МКОУ «СОШ селения Цалык»
Дзгоева Джулета Солтиевна.
Цели. Сформировать представление о коррозии металлов, используя для этого знания о работе гальванического элемента. Выяснить механизм коррозийных процессов, условия их протекания. Ознакомить учеников с видами коррозии, рассмотреть коррозию как окислительно-восстановительный процесс, приводящий к потери массы металла. Сообщить способы защиты металлов от коррозии. Обратить внимание на огромный вред, наносимый коррозией народному хозяйству.
Оборудование и реактивы. Металлы: литий, медь, цинк (чистый и обработанный кислотой), алюминий; железные гвозди, медно-цинковый элемент, растворы разбавленной серной кислоты, сульфата меди (║), хлорида натрия, хлорида меди (║) и соляной кислоты; уротропин, наждачная бумага. Коллекция «Металлы», «Минералы и горные породы».
ХОД УРОКА
Стихотворение Анны Ахматовой из книги «Вечер»:
Молюсь оконному лучу –
Он бледен, тонок, прям.
Сегодня я с утра молчу,
А сердце – пополам.
На рукомойнике моем
Позеленела медь.
Но так играет луч на нем,
Что весело глядеть.
Такой невинный и простой
В вечерней тишине.
Но в этой храмине пустой
Он словно праздник золотой
И утешение мне.
Почему прочитано это стихотворение?
Какое отношение оно имеет к теме нашего урока?
Сравните со следующими фактами.
31 января 1951 года обрушился железнодорожный мост в Квебеке (Канада). Мост был введен в эксплуатацию в 1947 г.. В 1964 г. рухнуло одно из самых высоких сооружений в мире – 400- метровая антенная мачта на юго-западном побережье Гренландии. Из-за разрушения нефтепроводов в реке, на грунт выливается нефть, вызывая загрязнение почв, рек;
из-за разрыва газопроводов выходят из строя коллекторы, трубы и т.д.
Список подобных происшествий можно значительно расширить.
Возникает вопрос: что объединяет приведенные примеры? Вот с этом сегодня нам с вами и необходимо разобраться. Для этого нужно вспомнить:
1. Как и почему располагаются металлы в электрохимическом ряду напряжений металлов (ряд стандартных электродных потенциалов металлов)?
2. В виде, каких соединений встречаются металлы в природе? Почему?
3. Как работает гальванический элемент?
Теперь мы с вами готовы к усвоению новых знаний по теме этого урока.
Необходимо выяснить:
Сущность коррозии, почему металлы разрушаются.
Какие бывают виды коррозии (в зависимости от того, где она протекает, по типу повреждений, с ней связанных; по механизму протекания реакции).
Способы защиты металлов от коррозии.
Слово «коррозия» происходит от латинского слова «corrodere» - разъедать (написать на доске). Почему же металлы корродируют? [pic]
Вспомним о том, в каком виде металлы встречаются в природе
(еще раз посмотреть коллекции «Металлы», «Минералы и горные породы»). Для получения металлов из руд их необходимо восстановить. На восстановление затрачивается энергия. Следовательно, восстановленная форма металлов – это неустойчивое для них соединение (сравнить руду и кусочек чугуна). Они постепенно переходят в свое естественное состояние, т.е. окисляются. Следовательно, коррозия – самопроизвольный процесс, при котором поверхностные слои металла переходят в оксиды и гидроксиды, т.е. в устойчивое состояние.
Результатом коррозии являются как прямые потери, связанные с уменьшением массы металла, так и косвенные, связанные с утратой практически важных свойств металла. Косвенные потери во многом раз больше, чем прямые, поскольку при этом разрушается вся металлическая конструкция или ее части.
По тому, в какой среде происходит разрушение, различают атмосферную, газовую, жидкостную, почвенную коррозии.
По типу коррозийных повреждений металлов различают следующие виды коррозии (через кодоскоп):
1- равномерная
2- язвенная
3- точечная
По механизму протекания реакции коррозию разделяют на два вида:
– химическую
- электрохимическую.
Попробуем выяснить, в чем сущность каждого вида коррозии.
[pic]
Первый вид коррозии – химическая коррозия.
Демонстрационный опыт.
Окисление медной проволоки при прокаливании в пламени горелки.
Образование нитрида и оксида лития при сжигании лития на воздухе.
Написать уравнение химической реакции и разобрать их как окислительно
восстановительные процессы.
Этот вид коррозии протекает в средах, не проводящих электрический ток (неэлктролиты): в газах, нефти, бензине, керосине при высоких температурах.
Примеры химической коррозии – это разрушение двигателей внутреннего сгорания, арматуры аппаратов химической отрасли промышленности, лопаток газовых турбин и т.д.
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.
Второй вид коррозии – электрохимическая коррозия.
Как вы понимаете слово «электрохимическая»?
(Химические реакции рождают электрический ток.)
Такая коррозия происходит в среде электролита.
Отметим, что на поверхности металлического изделия всегда имеется пленка влаги за счет конденсации паров воды. Эта пленка является электролитом, т.к. в ней растворяются имеющиеся в атмосфере газы:
CO2 + Н2O → Н+ + НCO3,
SO2 + Н2O → Н+ + НSO3.
При электрохимической коррозии наряду с химическими процессами (отдача электронов) протекают и электрические (перенос электронов) протекают и электрические (перенос электронов от одного участка к другому).
Вспомним, где мы уже встречались с подобными процессами.
Составим медно-цинковый га
гальванический элемент. Электролит – соляная кислота.
е
zzzzzzz
Анод Катод
Как показано на схеме, более активный металл – цинк (анод) – растворяется. При этом он окисляется, отдавая электроны атомам меди:
Zn0 – 2e → Zn2+
Ионы Zn2+ в растворе с хлорид-ионами соляной кислоты образуют хлорид цинка:
Zn2+ + 2Cl‾→ ZnCl2.
Положительно заряженные (как и ионы Zn2+) ионы водорода движутся к меди (катоду). Там они принимают электроны и образуют молекулярный водород:
2Н+ + 2е → Н2.
[pic]
Суммарное уравнение в молекулярном виде:
Zn + 2НCl= ZnCl2 + Н2↑.
Вопросы. Как зависит сила тока от расположения металлов в электрохимическом ряду напряжений металлов? Какие факторы влияют на коррозию? [pic]
Лабораторные опыты. [pic] [pic]
1.В две пробирки положите по грануле чистого цинка, а в третью – ранее обработанную [pic]
кислотой гранулу и прилейте во все три пробирки по 2 мл разбавленной серной кислоты.
Что наблюдаете? Сделайте вывод о том, какая из гранул цинка легче вступила в реакцию.
Объяснение. Поверхность протравленной гранулы металла неоднородная, в ней есть
включения примесей, а также вмятины и царапины. Это ускоряет разрушение металла кислотой.
Вывод 1. Скорость коррозии зависит от чистоты металла и наличия активных центров (неоднородностей) на его поверхности.
2.В одну из пробирок с цинком добавьте 2-3 капли раствора сульфата меди (║).
Что наблюдаете? Дайте объявление.
Zn0- 2е → Zn2+ (цинк окисляется),
Cu2+ + 2е → Cu0 (медь восстанавливается).
Объявление. Гидратированные ионы меди спровоцировали цинк на разрушение, т.к. у
меди алгебраическая величина стандартного электродного потенциала больше, чем у цинка, т.е.
возникла гальваническая пара медь-цинк.
Вывод 2. Скорость коррозии зависит от положения металла в электрохимическом ряду
напряжений металлов.
3.К грануле цинка в третьей пробирке прикоснитесь медной проволокой.
Как это влияет на скорость реакции? На каком металле выделяется газ? Объясните наблюдения. Напишите уравнение реакции.
Zn0- 2е → Zn2+,
Н2 SO4 → 2Н+ + SO42-,
2Н+ + 2е → Н2↑,
Zn2+ + SO42- → ZnSO4.
Объяснение. Реакция с кислотой происходит главным образом по месту соприкосновения двух металлов. При этом металл с более отрицательным потенциалом разрушается, его ионы переходят в раствор, а электроны – к менее активному металлу, на котором происходит восстановление ионов водорода
Вывод 3. Скорость коррозии данного металла зависит от того, какие металлы находятся с ним в контакте. Разновидность электрохимической коррозии, когда окислителем являются ионы водорода, называют водородной деполяризацией.
4.Опустите в раствор сульфата меди (║) кусочки алюминия.
Что наблюдаете?
Добавьте в пробирку немного поваренной соли и взболтайте содержимое.
Что происходит?
Прилейте в пробирку 2 мл раствора хлорида меди (║), насыпьте в нее кусочки алюминия.
Что наблюдаете? Сделайте вывод о влиянии ионов хлора на скорость коррозии.
Al0 – 3е → Al3+ (анод),
Cu2+ + 2е → Cu0 (катод).
Вывод 4. Присутствие ионов хлора увеличивает скорость коррозии.
Объясните факты.
1.В Дели есть металлическая колонна древнего происхождения из метеоритного или
самородного железа. По составу она близка к нержавеющей стали. Полторы тысячи лет ни солнце, ни царапины, сделанные людьми, не вызывают ее разрушение.
Предположите причины необычайной устойчивости колонны к коррозии:
а) особые климатические условия (мало агрессивная среда);
б) железо особой чистоты;
в) другие причины.
2. В США была построена яхта из монель-металла (сплав, содержащий 70% никеля и 30% меди), киль которой был сделан из стали (сплав железа с углеродом и другими примесями). Эта яхта быстро вышла из строя. В чем же причина ее недолговечности?
Какие процессы происходят с железом, находящимся в водной – нейтральной или в щелочной среде?
На железе, как на катоде, протекает процесс восстановления кислорода, растворимого в электролите. Образовавшиеся гидроксид – ионы OН- соединяются с перешедшими в раствор ионами Fe2+. Схема процесса имеет вид:
Fe0 – 2е → Fe2+,
О2 + 2Н2O + 4е → 4ОН-,
Fe2+ +2OН- → Fe(OН)2↓;
4Fe(OН)2 + 2Н2O + О2 → 4Fe(OН)3 (ржавчина).
Разновидность коррозии, когда окислитель является кислород, называют кислородной деполяризацией.
Закрепление материала [pic]
Демонстрация опытов с гвоздями и их анализ.
В две пробирки налить равные количества соляной кислоты (плотность 1,12 г/мл) и опустить
в каждую из них по гвоздю, предварительно хорошо вычистив их наждачной бумагой. Когда начнется энергичная реакция, в одну из пробирок прибавить порошок уротропина. Происходит резкое замедление, а потом и прекращение реакции в этой пробирке. Уротропин (органическое вещество) является ингибитором кислотной коррозии.
Изобразить схемы коррозийных процессов: луженого железа (Fe/Sn) в кислой среде (НCl), оцинкованного железа (Fe/Zn) в нейтральной среде.
Fe0 – 2е → Fe2+,
2Н+ + 2е → Н2↑,
Fe2+ + 2Cl- → FeCl2.
Zn0- 2е → Zn2+,
О2 + 2Н2O + 4е → 4ОН-,
Zn2+ +2OН- → Zn(ОН)2.
Таким образом, исходя из представленных примеров, можно сделать вывод, что металлы и сплавы можно защитить от разрушения.
Какие же существуют методы защиты от коррозии? (Предлагается ответить ребятам.)
1.Создание покрытий:
а) металлических (покрывают оловом, цинком и другими металлами);
б) неметаллических (покрытие красками, маслами, лаками, эмалями).
2.Создание сплавов с антикоррозийными свойствами.
3.Протекторная защита и электрозащита.
4.Изменение состава среды (введение ингибиторов).
Просмотр кинофильма «Коррозия. Способы защиты».
Вопросы. Какие существуют виды защиты от коррозии? В чем суть протекторной защиты и электрозащиты? Что такое ингибиторы?
В заключение проводится подведение итогов работы и называются самые активные ученики.
