Способы защиты металлов от коррозии химия 11 класс таблица

Содержание

Коррозия металлов и способы защиты от нее
Методы защиты от коррозии
Защитные покрытия
Создание сплавов, стойких к коррозии
Изменение состава среды
Электрохимические методы защиты
Методическая разработка урока химии по теме «Коррозия металлов. Защита от коррозии», 11-й класс
Ход урока:

Коррозия металлов и способы защиты от нее

Коррозия – это процесс разрушения металлов и металлических конструкций под воздействием различных факторов окружающей среды – кислорода, влаги, вредных примесей в воздухе.

Коррозионная стойкость металла зависит от его природы, характера среды и температуры.

Благородные металлы не подвергаются коррозии из-за химической инертности.
Металлы Al, Ti, Zn, Cr, Ni имеют плотные газонепроницаемые оксидные плёнки, которые препятствуют коррозии.
Металлы с рыхлой оксидной плёнкой – Fe, Cu и другие – коррозионно неустойчивы. Особенно сильно ржавеет железо.

Различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия сопровождается химическими реакциями. Как правило, химическая коррозия металлов происходит при действии на металл сухих газов, её также называют газовой.

При химической коррозии также возможны процессы:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

Как правило, такие процессы протекают в аппаратах химических производств.

Электрохимическая коррозия – это процесс разрушения металла, который сопровождается электрохимическими процессами. Как правило, электрохимическая коррозия протекает в присутствии воды и кислорода, либо в растворах электролитов.

В таких растворах на поверхности металла возникают процессы переноса электронов от металла к окислителю, которым является либо кислород, либо кислота, содержащаяся в растворе.

При этом электродами являются сам металл (например, железо) и содержащиеся в нем примеси (обычно менее активные металлы, например, олово).

В таком загрязнённом металле идёт перенос электронов от железа к олову, при этом железо (анод) растворяется, т.е. подвергается коррозии:

Fe –2e = Fe 2+

На поверхности олова (катод) идёт процесс восстановления водорода из воды или растворённого кислорода:

2H + + 2e → H₂

O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH –

Например, при контакте железа с оловом в растворе соляной кислоты происходят процессы:

Анод: Fe –2e → Fe 2+

Катод: 2H + + 2e → H₂

Суммарная реакция: Fe + 2H + → H₂ + Fe 2+

Если реакция проходит в атмосферных условиях в воде, в ней участвует кислород и происходят процессы:

Анод: Fe –2e → Fe 2+

Катод: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH –

Суммарная реакция:

Fe 2+ + 2OH – → Fe(OH)₂

4Fe(OH)₂ + O₂+ 2H₂O → 4Fe(OH)₃

При этом образуется ржавчина.

Методы защиты от коррозии

Защитные покрытия

Защитные покрытия предотвращают контакт поверхности металла с окислителями.

Катодное покрытие – покрытие менее активным металлом (защищает металл только неповреждённое покрытие).
Покрытие краской, лаками, смазками.
Создание на поверхности некоторых металлов прочной оксидной плёнки химическим путём (анодирование алюминия, кипячение железа в фосфорной кислоте).

Создание сплавов, стойких к коррозии

Физические свойства сплавов могут существенно отличаться от свойств чистых металлов. Добавление некоторых металлов может приводить к повышению коррозионной стойкости сплава. Например, нержавеющая сталь, новые сплавы с большой коррозионной устойчивостью.

Изменение состава среды

Коррозия замедляется при добавлении в среду, окружающую металлическую конструкцию, ингибиторов коррозии. Ингибиторы коррозии — это вещества, подавляющие процессы коррозии.

Электрохимические методы защиты

Протекторная защита: при присоединении к металлической конструкции пластинок из более активного металла – протектора. В результате идёт разрушение протектора, а металлическая конструкция при этом не разрушается.

Источник

Методическая разработка урока химии по теме «Коррозия металлов. Защита от коррозии», 11-й класс

Разделы: Химия

Класс: 11

Цели урока:

образовательная — изучить химическую и электрохимическую коррозию как окислительно — восстановительные процессы; рассмотреть бытовые и экологические проблемы, вызываемые процессами коррозии;
развивающая – формировать умения учащихся проводить исследования, строить логические цепочки и выводы из наблюдений, прогнозировать решение некоторых проблем;
воспитательная – воспитание активной позиции, ответственного отношения к коллективной работе, обучение навыкам общения.

Оборудование урока:

Медиапроектор.
Таблицы – «Периодическая система Д.И. Менделеева», «Электрохимический ряд напряжений металлов», «Коррозия металлов», «Защита от коррозии».
Карточки с заданиями.
На столах учащихся демонстрационные опыты (стаканчики с результатами опытов по исследованию процессов коррозии, опыты поставлены заранее, за 3-4 дня до проведения урока):
- опыт №1— гвоздь опущен в раствор хлорида натрия
- опыт №2 — в раствор хлорида натрия помещен гвоздь с прикрепленной медной проволочкой
- опыт №3 — в раствор хлорида натрия помещен гвоздь с прикрепленной цинковой пластинкой
- опыт №4— гвоздь помещен в водный раствор
- опыт №5— гвоздь помещен в слабощелочной раствор хлорида натрия
Карточки для опроса у доски (приложение №1).
Карточки с заданиями для «тихого» опроса — работа в парах (приложение №2).
Карточки с заданиями для изучения нового материала в группах цветные карточки: красные, синие, желтые, зеленые (приложение №3).
6.Лист для фиксирования количества баллов в группе (Приложение №4).

Оценочная карточка:

Тип урока – урок-исследование.

Организация урока — групповая работа.

Ход урока:

Этапы урока

Деятельность учителя – организация работы в группе, наблюдение за результатами, оценка деятельности консультантов, подведение итогов

Деятельность учащихся – индивидуальные ответы, работа в парах внутри основной группы, работа групп, взаимооценка. Лидер группы (выбор учащихся) выставляет оценки в оценочный лист: максимальное количество баллов -15.)

1. Организационный
(2 мин.).

При входе в класс каждый учащийся получает карточку определенного цвета (случайный выбор), рассаживаются по группам в соответствии с цветом карточки. Объявление темы и целей урока (слайд №1). Выдаются карточки для работы у доски.

2. Актуализация знаний
(10 мин.)

1. У доски 3 отвечающих, вопросы записаны на карточках (приложение №1), ответы оценивает учитель, возможны дополнения и комментарии учащихся.

2. «Тихий» опрос, работа в парах, на местах, вопросы записаны на карточках (приложение №2), ответы оценивают обучающиеся — взаимооценка, оценки выставляются в оценочный лист (по 1 баллу) (слайд №2):

Высокая электрическая проводимость металлов обусловлена присутствием в их кристаллических решетках подвижных электронов, которые направленно перемещаются под действием электрического поля.

Это наука о методах и процессах производства металлов из руд и других металлосодержащих продуктов, о получении сплавов и способах обработки металлов

Это методы переработки руд, основанные на химических реакциях, происходящих при высоких температурах.

Металлы находятся в природе как в свободном виде – самородные металлы, так и в виде различных соединений. В свободном состоянии в природе встречаются такие металлы, которые трудно окисляются кислородом воздуха, например, Pt, Au, Ag и др. Большинство металлов в природе существуют в связанном состоянии в виде различных химических природных соединений – минералов. А минералы входят в состав горны пород и руд.

3. Изучение нового материала — 17 мин. (5-минут на изучение вопроса, по 3 минуты для каждой группы на выступление лидера).

Максимальная оценка за работу по изучению нового материала – 10 баллов. Распределяют баллы внутри группы сами участники, согласно вкладу каждого из них (взаимооценка).

1 группа (красные карточки).

Что такое коррозия, и какой вред она наносит промышленности? Почему? Работа со справочной литературой.

На экране слайд №1

В мире ежегодно получают огромное количество различных металлов и сплавов, и примерно 10% этого количества разрушается в результате коррозии. А из всего количества сплавов на основе железа теряется примерно 25%. Что же это за процесс – коррозия?

Коррозией (от лат. corrodere — разъедать) называется самопроизвольное разрушение металлов и сплавов под влиянием окружающей среды.

Коррозию металлов и сплавов (их окисление) вызывают такие компоненты окружающей среды, как вода, кислород, оксиды углерода и серы, появившиеся в воздухе, водные растворы солей (морская вода, грунтовые воды). Эти компоненты непосредственно окисляют металлы — происходит. И так, коррозия приводит к разрушению металлов и сплавов. Но только потеря металлов, но и порча изготовленных из них изделий обходится очень дорого. Затраты на ремонт или на замену деталей судов, автомобилей, аппаратуры химических производств, приборов и коммуникаций во много раз превышают стоимость металла, из которого они изготовлены.

Кроме этого коррозия вызывает серьезные экологические последствия. Утечка газа, нефти и других опасных химических продуктов из разрушенных коррозией трубопроводов приводит к загрязнению окружающей среды, что отрицательно воздействует на здоровье и жизнь людей.

2 группа (синие карточки)

Вспомните, как действуют кислоты на металлы? Вода на активные металлы? Как взаимодействуют металлы с кислородом? Запишите уравнения реакций.Ответьте на вопрос: «Что такое химическая коррозия?»

Работа со справочной литературой.

Дополнительный вопрос: назовите типы реакций и их характер.

Уравнения записаны на листе, затем на доске:

Вывод: активные металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода, взаимодействуют с кислотами с выделением Н₂.

Вывод: активные металлы вытеснят водород из воды

Вывод: образуются оксиды металлов.

Металл разрушается — корродирует. При этом разности потенциалов не возникает – коррозия называется химической.

Реакции замещения, окислительно-восстановительные.

3 группа — (желтые карточки)

Химически чистое железо почти не корродирует. Вместе с тем, техническое железо, которое содержит различные примеси, ржавеет. Почему?

Что такое электрохимическая коррозия?

Проведите исследование, сделайте выводы:

1. Сравните результаты опытов: №1 — гвоздь опущен в раствор хлорида натрия и №2 — гвоздь/медь + раствор хлорида натрия.

Одной из причин возникновения коррозии является наличие примесей в металле, его неоднородность. Особенно сильно корродирует металл во влажном воздухе и воде.

В местах соприкосновения двух металлов возникает разность потенциалов, происходит окислительно-восстановительная реакция. Такая коррозия называется электрохимической.

Очевидно, что скорость процесса коррозии при контакте железа с медью намного больше (образуется гальванический элемент), т.к. в опыте №2 образуется намного больше ржавчины по сравнению с результатом опыта №1. Железо, как более активный металл, будет постепенно растворяться, переходя в раствор в виде ионов железа:

При этом электроны, высвободившиеся из атомов железа, перейдут к меди и на ее поверхности соединятся с ионами водорода, выделившимися из компонентов водной среды:

Образование ржавчины можно записать с помощью уравнений реакций:

ФИ учащегося

Актуализация знаний.
Результаты проверка домашнего задания

Работа в группе
(записан вопрос, указан цвет карточки)

Ответы на дополнительные вопросы

Итого

чем объяснить, что металлы проводят электрический ток?

в каком виде металлы находятся в природе и почему, какие металлы встречаются в природе свободном состоянии?

Что будет происходить при контакте железа с цинком? Сравните результаты опытов №2 – гвоздь/медь + раствор хлорида натрия и №3 – гвоздь/цинк + раствор хлорида натрия.

Результат опыта №3 показывает, что разрушается (корродирует) цинк как более активный металл, образуется не ржавчина, а гидроксид цинка:

Результаты можно объяснить исходя из положения металлов в электрохимическом ряду. Если два различных металла, находящихся в контакте между собой, опустить в водный раствор электролита, то металл более активный, расположенный в электрохимическом ряду напряжений левее, будет разрушаться, предохраняя тем самым менее активный металл от коррозии.

4 группа (зеленые карточки)

Рассмотрите, как влияет на процессы коррозии внешняя среда. С этой целью сравните результаты опытов:

а)опыты №4 – гвоздь + водная среда и №1 – гвоздь + раствор хлорида натрия.

б)опыты №1 – гвоздь + раствор хлорида натрия и №5 – гвоздь + раствор хлорида натрия + раствор гидроксида натрия.

а) Скорость коррозии больше в среде, содержащей хлорид натрия.

В реальных условиях металл окружают грунтовые воды, содержащие ионы хлора, сульфат-ионы и др., сконденсированная влага из атмосферы, которая не имеет нейтральной реакции, а содержат часто ионы водорода, известно такое выражение, как «кислотные дожди».

б) При добавлении в раствор хлорида натрия гидроксида натрия скорость коррозии уменьшается.

Ионы хлора усиливают коррозию, а гидроксид-ионы – подавляют ее.

4. Закрепление – 10 мин.

На защиту металлов и сплавов от коррозии тратятся большие средства. Зная об условиях течения процессов коррозии, вы сможете сами предложить способы защиты от нее. Составить таблицу.

Приложение №5 Максимальная оценка – 3 балла.

Условия	Способы защиты
Влажный воздух	Нанесение защитных покрытий. Улучшение состава сплава
Гальваническая пара	Создание контакта с более активным металлом — протектором.
Благоприятная среда, например, присутствие ионов хлора.	Введение в рабочую среду веществ, уменьшающих агрессивность среды — ингибиторы.

Запись на экране (слайд №3,4).

Проверка на экране (слайд №5).

В заключение урока подведем итог: сможем ли мы применить полученные знания на практике? Вопросы на экране (слайд №6).

В подвале дома обнаружили ящик с гвоздями, но от неправильных условий хранения многие из них были покрыты ржавчиной.

Что представляет собой ржавчина с химической точки зрения?

Гидроксид железа (III)

Каким простым способом можно удалить ржавчину?

Протереть раствором соляной кислоты или уксуса.

Молодая хозяйка повесила сушить белье на железную проволоку, натянутую между стойками. Когда белье высохло, она с ужасом обнаружила на чистом белье желтые полосы.

Как объяснить появление полос на белье?

Как можно избавиться от этих пятен?

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.

Использовать защитные покрытия – смазки, краски, лаки.

Соляная кислота с добавкой ингибитора нашла применение для очистки паровых котлов от отложений накипи и удаления с поверхности металлов ржавчины и окалины.

Накипь, ржавчина и оксиды металлов в кислоте растворяются, а металл в кислоте в присутствии ингибитора не растворяется.

Домашнее задание (слайд№7)

учебник Г.Е. Рудзитис, Химия-11, Москва, Просвещение, 2008
§ 20, стр. 84-88, упр.11-13, задача №1, стр 88.

Выводы по уроку – рефлексия. Учащиеся должны высказать свое мнение об уроке. Что полезного они узнали? В чем затруднения?

Источник