Районный конкурс методических идей Номинация: «Лучшее занятие»

Районный конкурс методических идей
Номинация: «Лучшее занятие»
Методическая разработка занятия в рамках элективного курса
«Мир окислительно-восстановительных реакций»
для учащихся 9 класса
Тема занятия: «Исследование коррозионных процессов на поверхности железа и его
сплавов с помощью цифрового микроскопа»
Юдина Елена Сергеевна,
учитель химии МКОУ «Средняя общеобразовательная школа №2
2013
Ход занятия
Предполагаемые ответы
учащихся, выводы.
I. Организация учащихся. Определение объекта и
предмета исследования.
- На одном из каналов СМИ прошло сообщение,
видеозапись (Приложение 2) которого предлагаю вам
посмотреть и ответить на вопрос, какое отношение оно
может иметь к нашему сегодняшнему занятию?
В сюжете рассказывается об
обрушении
стальной
конструкции
памятника,
причиной которого названы
процессы
коррозии.
Ржавление – коррозия тоже
относится к окислительновосстановительным
реакциям.
- Действительно, на очередном занятии элективного
курса «Мир окислительно-восстановительных реакций»
мы продолжаем их изучение на примере реакций
коррозии металлов.
Слово коррозия от латинского «corrosio», что означает
разъедать, разрушать. Давайте вспомним, что называют
процессом коррозии?
Коррозия
–
это
самопроизвольное разрушение
металла
под
действием
окружающей среды.
- Да, такое определение записано у нас в учебнике. Но,
готовясь к сегодняшнему занятию, в одном
литературном источнике я нашла другое определение.
«Коррозия - это процесс перехода металла в то
природное, естественное состояние, в котором мы
встречаем его в земной коре». Как вы думаете, с каких
позиций рассматривается каждое из этих определений?
В процессе беседы надо
подвести к выводу, что
первое определение дается с
позиции человека. «Металл
разрушается» - негативное
явление, а второе с позиции
металла «возвращение в свое
естественное состояние» благо для самого металла.
Человек «заставил» металл
стать металлом в прямом
его
понимании,
а
он
стремится
вернуться
обратно и помогает ему в
этом окружающая среда.
Итак, предмет нашего исследования – процессы
коррозии металлов. А объект исследования – железо и
его сплавы.
II. Постановка целей
актуальности проблемы.
занятия,
обоснование
- Теоретические основы коррозии мы уже изучали на
уроках химии, повторили и расширили на последнем
занятии курса. Изучать процессы коррозии на
сегодняшнем занятии мы будем с помощью
электронного микроскопа, именно он позволит
зафиксировать начало коррозионных процессов и
отследить динамику их развития, что невозможно
пронаблюдать в пробирочном эксперименте. Ведь как
сказал Б.Шоу «Единственный путь, ведущий к знанию, это деятельность».
Тема занятия: «Исследование коррозионных процессов
на поверхности железа и его сплавов с помощью
цифрового микроскопа»
Цель: - исследовать особенности и динамику развития
коррозионных процессов «чистого» железа и его
сплавов в агрессивной кислой среде, изучить факторы,
влияющие на скорость коррозии железа и его сплавов.
- Как вы думаете, почему именно железо и его сплавы Потому, что они наиболее
станут объектом нашего исследования?
используемые человеком.
- Да, действительно, по статистике они составляют
почти 90% всего количества получаемых и
используемых человеком сплавов в различных областях.
В настоящее время на земном шаре
ежегодно
выплавляется 0,7 млрд. тонн стали, а уничтожается
коррозией от 10 до 15% этой величины. Средняя
продолжительность жизни стальных изделий составляет
около 15 лет. Затраты на сохранение конструкций, порой
превышают стоимость самой конструкции. По
сравнению с затратами на восстановление металла более
существенными затратами являются косвенные потери,
которые могут привести к человеческим жертвам: взрыв
газо - и нефтепровода, прорыв водопровода, поломка
деталей автомобиля, изнашивание металлоконструкций
зданий, мостов.
 Символ Парижа - Эйфелева башня начальной
массой 9 тыс.тонн, изготовленная из обычной
стали неотвратимо ржавеет и разрушается. Как
долго простоит башня это только вопрос
времени. Башню красили уже 18 раз, отчего ее
масса каждый раз увеличивалась на 70 т, в итоге
она уже увеличилась на 1260 т. На одну покраску
уходит 57 т краски, стоимость которой больше,
чем стоимость самого сооружения.
 Знаменитая Шуховская башня на Шаболовке в
Москве служит людям с 1922 года. В последние
годы шедевр мировой архитектуры – огромная
стальная конструкция, практически не защищена
от коррозии, металл ржавеет и разрушается.
 Осенью 2009 года в Волгограде обрушился
памятник героям Великой отечественной войны.
Огромные стальные конструкции рухнули на
землю, простояв до этого более 40 лет. Причиной
обрушения была названа коррозия.
 31 января 1951 г обрушился железнодорожный
мост в Квебеке (Канада), введенный в
эксплуатацию в 1947 г.
 В 1964 г рухнуло одно из самых высотных
сооружений в мире – 400 метровая стальная
антенная мачта в Гренландии.
- Из представленных фактов видно, что вред наносимый
процессами коррозии огромен.
III. Проведение исследования. (Приложение 1)
- У вас на столах инструкционные карты, на которых
выделен номер эксперимента, который каждый из вас
будет проводить. Ваша задача – при проведении
эксперимента
оценить интенсивность протекания
катодного процесса по скорости выделения водорода и
анодного
процесса
по
изменению
окраски
гексацианоферрата (II) калия, отметить, как и с какой
скоростью, продвигается фронт окрашенного раствора
от поверхности железа. Для ознакомления с
полученными результатами эксперимента запишите его
на видео и отправьте по сети на главный компьютер.
IV. Обсуждение результатов эксперимента.
Учащиеся представляют записанное на микроскопе
видео
проведенных
экспериментов,
делают
соответствующие выводы.
Эксперимент 1.
В водном растворе протекает анодная реакция
окисления железа, сопряженная реакцией катодного
восстановления
водорода.
Наблюдается
синее
окрашивание раствора, в связи с качественной реакцией
на ионы Fe2+. Признаки реакции проявляются примерно
через 30-40 секунд после начала реакции, с течением
времени скорость реакции увеличивается.
(Приложение 3)
Эксперимент 2.
На поверхности железа не наблюдается выделение
пузырьков газа в течение всего времени проведения
эксперимента. Однако синее окрашивание раствора
проявляется уже через 15 секунд после начала опыта.
В растворе хлороводорода
протекает анодная реакция
окисления
железа,
сопряженная
реакцией
катодного
восстановления
водорода. Скорость реакции
коррозии небольшая.
Судя
по
интенсивности
изменения
окраски
гексацианоферрата (II) калия,
можно сказать о большой
скорости
реакции
растворения
железа.
Причиной такого усиления
интенсивности
процесса
окисления железа является
влияние
контактирующей
меди, которая выступает в
роли
«переносчика»
электронов, а восстановление
катионов
водорода
невозможно.
- Проведенный вами эксперимент демонстрирует один
из видов защиты железа от коррозии, это пример
катодного покрытия. Оно защищает металл до тех пор,
пока не нарушена целостность этого покрытия, после
чего начинает усиленно разрушаться защищаемый
металл.
Эксперимент 3.
Пузырьки газа выделяются очень интенсивно, но синего Очень интенсивно протекает
окрашивания раствора не наблюдается.
выделение пузырьков газа
водорода, раствор же у
поверхности металлического
железа не становится синим
– качественная реакция на
ион Fe2+ не проявляется.
- Данный эксперимент демонстрирует другой вид
защиты железных изделий от коррозии, анодное
покрытие. В этом случае при нарушении целостности
покрытия усиленно разрушается металл защиты, до тех
пор, пока весь защитный слой не будет разрушен.
V. Формулирование выводов и оценка полученных
результатов.
- Из трех проведенных экспериментов, какой вывод Чистое железо разрушается
можно сделать о скорости разрушения железа и его с меньшей скоростью, чем в
сплавов?
контакте
с
другими
металлами.
- Почему же сегодня изделия из чистого железа не
используются в быту и технике, если они в большей
степени противостоят коррозии, а используются и
применяются сплавы на основе железа?
- «Не сотвори себе кумира на земле, ибо ржавчина и
моль его разрушат», это слова из Ветхового завета. Как
вы думаете, насколько они подходят к результатам
нашего сегодняшнего эксперимента?
- У поэта В.Шефнера есть слова «Коррозия рыжая
крыса, грызет металлический лом». И до сих пор не
существует идеального средства борьбы с коррозией. А
Железо, очень пластичный
металл,
который
легко
подвергается деформации, по
твердости,
теплои
электропроводности
уступает,
согласно
справочным
данным,
его
сплавам.
может быть, кто-то из вас в будущем станет тем, кто
найдет рецепт от этой «болезни».