Урок химии в 11 классе МБОУ СОШ №60 г Воронеж

Урок химии в 11 классе МБОУ СОШ №60 г Воронеж
Тема урока «Отчего ржавеют металлы?» (11 класс).
Учитель химии ВКК Трубникова Екатерина Владимировна
«Скажи мне - и я
забуду,
Покажи мне - и я запомню,
Дай мне действовать самому – и я научусь».
(Китайская мудрость).
Цели урока: Изучить химическую и электрохимическую коррозию как
окислительно-восстановительный процесс, рассмотреть бытовые и
экономические проблемы, вызываемые коррозией; способы защиты от
коррозии.
Развивать познавательный интерес учащихся, связывая изучаемый
материал с жизнью, продолжить формирование экспериментальных
компетентностей учащихся при выполнении исследовательских заданий,
развивать умения сравнивать, обобщать и делать выводы; развивать
коммуникативные способности учащихся.
Воспитывать культуру труда, ответственное отношение к коллективной
работе, осуществлять экологическое воспитание школьников.
Тип урока: коллективное изучение нового материала.
Вид урока: урок с элементами исследования.
Формы работы на уроке: парная, групповая, индивидуальная,
коллективная.
Метод проведения: рассказ, беседа на основе исследовательских
опытов.
Задачи урока:
- познакомить учащихся с сущностью коррозионных процессов, со
способами борьбы с коррозией;
- восстановить в памяти учащихся объяснение окислительновосстановительных процессов, на которых основан принцип работы
гальванического элемента;
- сформировать эмоциональное отношение учащихся к данному
явлению.
Оборудование:
Компьютерная презентация, коллекция «Жертвы коррозии»; таблицы
«Виды коррозии», «Способы защиты от коррозии», образцы окрашенных
металлических изделий, металлические изделия с защитным металлическим
покрытием, изделия из нержавеющей стали, концентрированная азотная
кислота (на столе учителя), инструкции по технике безопасности.
Реактивы: (на столах учащихся)
1 группа: цинк (гранула новая и обработанная кислотой), растворы
соляной и серной кислот, медная проволока, 4пробирки.
2 группа: цинк, растворы соляной кислоты, сульфата меди (II), 3
пробирки.
3 группа: растворы хлорида натрия, гидроксида натрия, вода, кипяченая
вода. Медная, алюминиевая, цинковая проволока, 6 пробирок, 6 гвоздей,
пробка для пробирок.
2 стакана на 100 мл, штатив с зажимом, 10% растворы хлорида меди(II)
и сульфата меди (II) , две алюминиевые пластинки.
4 группа: раствор серной кислоты; пластинка
консервной банки),
из белой жести (от
оцинкованная пластинка (кровельное железо); раствор K3[Fe (CN)6], два
стакана(50 мл), напильник.
5 группа: раствор соляной кислоты, 10% - раствор формалина, таблетка
уротропина (порошок), железные гвозди или кнопки, 3пробирки, наждачная
бумага.
2 стакана на 100 мл, пробирка, 2 скрепки (гвоздя или железной
проволоки), концентрированная азотная кислота (на столе учителя), 10 %
раствор серной кислоты, дистиллированная вода.
На столах учащихся также находятся: 1) инструкции по технике
безопасности, 2) задания для проведения химического эксперимента.
Задания для исследовательских групп (на столах учащихся)
I группа
Экспериментально установить:
1) фактор, влияющий на процесс коррозии, возникающей при контакте
2-х металлов
2) зависимость скорости разрушения металла от его поверхности
Объяснить
результаты
опытов,
составить
схему
действия
образовавшейся гальванической пары, указать направление перемещения
электронов и написать уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде.
Сделать вывод о том, как влияет поверхность металла на скорость коррозии.
Алгоритм эксперимента.
1). В две пробирки поместите гранулы цинка, прилейте раствор соляной
кислоты. Что наблюдаете? Затем прикоснитесь к цинку в одной из пробирок
медной проволокой. Что наблюдаете? На каком металле выделяется газ?
2). В одну пробирку положите новую гранулу цинка, а в другую ранее обработанную кислотой и прилейте в обе пробирки по 2 мл серной
кислоты (разбавленную). Что наблюдаете? Какая из гранул цинка легче
вступила в реакцию?
II группа
Экспериментально установить фактор, влияющий на процесс
разрушения металла, происходящий при контакте двух металлов один из
которых образуется в ходе реакции. Обратить внимание на скорость
выделения водорода. Объяснить результаты опыта, составить уравнения
окислительно-восстановительных процессов и пояснить их протекание.
Алгоритм эксперимента
В две пробирки налейте по 2 мл раствора соляной кислоты и опустите
по одному кусочку гранулированного цинка. Что происходит? Обратите
внимание на скорость выделения газа. В одну из пробирок прилейте
несколько капель раствора сульфата меди (II) . Что происходит?
III группа
1) Экспериментально изучить процесс коррозии железа в различных
средах. Сделать вывод о скорости коррозии железа (опыт заложить на
предыдущем уроке). Результаты наблюдений занести в таблицу.
Номер пробирки
Условия опыта
Наблюдения и вывод
2) Сравнить скорость разрушения защитной пленки на алюминии в
зависимости от природы реагирующих веществ.
Алгоритм эксперимента
1 опыт
(опыт заложен заранее)
В шесть пробирок поместите по одному гвоздю (в пробирке №3 гвоздь,
обмотанный цинковой проволокой (или алюминиевой), в пробирке №6
гвоздь, обмотанный медной проволокой). Затем добавить:
- в №1- кипяченую воду (доверху пробирки) и закрыть пробкой,
- в №2- 0,5 пробирки воды, чтобы гвоздь был в воде наполовину,
- в №3,5- 10 % раствор гидроксида натрия,
- в №4,6- раствор хлорида натрия. Наблюдения проводить через день. Во
время урока заполнить таблицу.
2 опыт
Две небольшие алюминиевые пластинки, укрепленные в штативе,
опустите в стаканы с растворами солей хлорида меди (II) и сульфата меди
(II).Что наблюдаете? Сделайте вывод о скорости разрушения металла в
зависимости от природы реагирующих веществ.
IV группа
Сравнить в ходе эксперимента эффективность защиты от коррозии
некоторых металлических покрытий, объяснить результат опыта,
составить уравнения катодных и анодных процессов. Сделать вывод об
эффективности металлических покрытий (для железа).
Алгоритм эксперимента
Налить в два стакана раствор соляной кислоты. Сделать напильником
глубокие царапины на пластинах, в один стакан опустить оцинкованную
железную пластинку (кровельное железо), а в другой – пластинку из белой
жести (крышка от консервной банки). Затем добавить в оба стакана
несколько капель красной кровяной соли K3[Fe(CN)6]. Что наблюдаете?
Будет ли происходить окрашивание раствора? Почему? Что произойдет с
цинком?
V группа
1)
Ингибиторы кислотной коррозии. Сравнить, в ходе
эксперимента, скорость реакции кислотной коррозии железа в присутствии и
отсутствии ингибиторов коррозии (уротропин, 10% раствор формалина). Где
этот способ защиты металлов можно использовать на практике?
2). Пассивация железа
Доказать, что концентрированная азотная кислота пассивирует железо.
Где на практике применяется этот способ защиты?
Алгоритм эксперимента.
Опыт 1. В три пробирки налейте по 10 мл разбавленной соляной
кислоты. В одну добавьте порошок уротропина (0,5 таблетки), в другую
прилейте5 мл 10% раствора формалина, в третью ничего не добавляйте.
Затем поместите в каждую из пробирок, тщательно очищенные, железные
гвозди (или канцелярские кнопки). Что наблюдаете? Сделайте вывод.
Опыт 2.Тщательно очистите два гвоздя, сполосните их водой. Один из
них поместите в концентрированный раствор (7M) азотной кислоты (гвозди
закреплены на леске), (Примечание: опыт проводить под контролем учителя,
который выдает пробирку с азотной кислотой непосредственно перед
экспериментом и сразу потом забирает), другой оставьте для сравнения.
Затем опустите их отдельно в 10% раствор серной кислоты. Что наблюдаете?
Где происходит выделение водорода? Почему?
План урока:
1). Вступительное слово учителя.
А). Актуализация знаний учащихся, мотивация учащихся.
Б). Определение задач урока, постановка проблемы, направления поиска
исследования.
2). Исследовательская работа (работа в группах):
А) Выполнение химического эксперимента;
Б). Выступления учащихся, формулирование выводов по результатам
исследований.
3). Обобщение знаний
4) Закрепление знаний (тестирование)
5) Заключительное слово учителя, подведение итогов урока.
Ход урока.
1 этап урока – мотивация учащихся, постановка проблемы, определения
задач урока (слайд № 1)
Вступительное слово учителя,
Беседа, в которой учитель актуализирует материал прошлых уроков
(Значение металлов в нашей жизни (слайды № 2-7), просит вспомнить о
свойствах металлов)
Учитель задает вопросы: Какова роль металлов в химических реакциях?
Учащиеся отвечают: металлы выступают в качестве восстановителей.
Учитель: А какие вам известны окислители?
Учащиеся: Роль окислителей в химических реакциях играют различные
неметаллы, в частности кислород, хлор, а также вода, некоторые кислоты,
соли в растворе, органические вещества.
Учитель: Могут ли быть названные вами вещества в окружающей среде?
Учащиеся: Да, могут: кислород, вода, растворы солей и др.
Учитель отмечает, что действительно, все названные вещества есть в
окружающем мире, значит, могут идти процессы окисления металлов, при
этом они переходят в свое «естественное» окисленное состояние, в котором
встречаются в земной коре. Таким образом, происходит разрушение
металлов и их соединений. Как называется этот процесс?
Учащиеся: Этот процесс называется коррозией
Учащиеся делают записи в тетрадях. Затем учитель зачитывает стих о
коррозии (слайд №8) и показывает коллекцию, которую собрали учащиеся 1
группы, а также слайд № 9, 10
Ежегодно из-за коррозии теряется около четверти всего произведенного
в мире железа. Однако не только потеря металлов, но и порча изготовленных
из них изделий обходится очень дорого. Затраты на замену деталей судов,
автомобилей, аппаратуры химических производств, приборов и
коммуникаций во много раз превышает стоимость металла, из которого они
изготовлены. Коррозия вызывает серьезные экологические последствия.
Утечка газа, нефти и др. опасных химических продуктов из разрушенных
коррозией трубопроводов проводит к загрязнению окружающей среды, что
влияет на здоровье и жизнь людей.
Сообщение учащегося 2 группы «Вред, наносимый коррозией» (слайды
№11-14)
Учитель. Понятно, почему на защиту металлов и сплавов от коррозии
тратят большие средства.
Далее учитель переходит к постановке проблемного вопроса (по докладу
учащегося)
Итак, вы прослушали доклад. А теперь вопросы.
- Почему разрушилась яхта? Что не учли строители судна, ведь оно было
сделано из очень устойчивого к соленой воде сплава?
Учащиеся затрудняются ответить.
Учитель. Чтобы решить эту проблему вы должны разобраться в
сущности процесса коррозии. Ведь как сказал А. Н. Несмеянов: « Знать –
значит победить»
Далее учитель сообщает о задачах урока (слайд №16).
2 этап урока- изучение нового материала.
1. Учитель. Слово «коррозия» происходит от латинского слова
«коррозио» - разъедание.
В зависимости от условий, в которых протекает коррозия и механизма
взаимодействия металлов с окружающей средой различают химическую и
электрохимическую коррозию (Слайды № 17,18)
Химическая коррозия протекает в сухих газах (газовая коррозия) при
повышенных температурах и не сопровождается возникновением
электрического тока. Она происходит по механизму гетерогенных реакций.
Газовой коррозии подвергаются металлы при термической обработке (ковке,
прокатке), детали двигателя внутреннего сгорания, арматура печей и др.
Отличительной особенностью химической коррозии является то, что
продукты коррозии (например, оксидные пленки) носят первичный характер,
т. е. образуются непосредственно в местах соприкосновения металла с
агрессивной средой. По этой причине скорость коррозионного процесса
определяется не только природой металла, но и свойством образовавшихся
оксидных пленок. Например, на поверхности щелочных и щелочноземельных
металлов в процессе окисления кислородом воздуха образуются толстые,
рыхлые оксидные пленки, через которые свободно проникает кислород и
поэтому они не защищают металл от разрушения. Железо при нагревании
покрывается рыхлой непрочной оксидной пленкой, которая легко
отслаивается, открывая доступ кислорода к новой порции железа. На
поверхности цинка, алюминия, никеля, хрома и др. металлов формируются
тонкие эластичные пленки, которые изолируют металл от контакта с
агрессивной средой. Именно эти металлы применяют в качестве легирующих
добавок к стали и для нанесения защитных покрытий на изделия,
работающие в условиях газовой коррозии.
Химическая коррозия протекает не только в сухих газах, но и в не
электролитах (бензин, керосин, сероуглерод и др.), например, коррозия
бензобаков, нефтепроводов, нефтехимического оборудования. Однако, в
естественных условиях, коррозия протекает по другому типу. Большинство
изделий из металла в той или иной мере соприкасается с электролитами:
водными растворами солей, кислот, щелочей, обладающими свойствами
проводить электрический ток.
Коррозия, протекающая в
электрохимической (слайд №18)
токопроводящей
среде,
называется
Электрохимическая коррозия протекает в растворах электролитов:
морская и речная вода, влажная почва, атмосфера любого влажного газа,
растворы солей, кислот, щелочей, сопровождается возникновением
электрического тока. Этому виду коррозии подвергаются металлы,
содержащие примеси различных по активности металлов, протекает по
механизму гальванического элемента. Что такое гальванические элементы вы
знаете из курса физики. Я попросила учащихся 4 группы напомнить вам
принцип работы гальванического элемента (слайд №19-22)
Сообщение учащихся 4 группы.
Учитель. Итак, знания принципа работы гальванического элемента
помогут понять причину протекания электрохимической коррозии
2. Практическая часть исследования.
Учитель. Сейчас вы займетесь исследовательской работой. Каждая
группа выполнит свое задание и расскажет нам о результатах опытов.
Учащиеся выполняют задания, которые вместе с инструкциями по ТБ
находятся у них на столах. Учитель при необходимости оказывает помощь
при выполнении химического эксперимента, например, 5 группе в работе с
концентрированной азотной кислотой
3 этап урока - обмен информацией, обсуждение проблемного вопроса,
формулирование выводов по результатам исследований.
Выступления представителей 1-3 групп (слайды №23-25)
Учитель подводит итог. Аналогично созданным моделям, происходит
коррозия металлов, которые, как правило, неоднородны и содержат те или
иные примеси. В присутствии электролитов одни участки поверхности
металла играют роль анода, другие роль катода. На аноде происходит
окисление металла, при этом на металле остаются избыточные электроны.
Роль анода выполняет более активный металл. На катоде происходит
принятие электронов, которые поступают с анода каким-либо окислителем:
ионы, молекулы, содержащиеся в растворе электролита и способные
восстанавливаться. В кислотах в качестве окислителя преимущественно
выступают ионы водорода, тогда на катоде идет процесс:
2H + +2e = H2
В нейтральной среде в качестве окислителя преимущественно выступает
растворенный кислород, тогда на катоде протекает процесс:
O2 + 4e + 2 H2O = 4OHРоль катода выполняет менее активный металл или примеси, Скорость
коррозии будет тем больше, чем сильнее отличаются металлы (металл и
включения) по своим восстановительным способностям.
Далее учитель напоминает о проблемном вопросе, поставленном
вначале урока
Теперь учащиеся знают ответ. Яхта разрушилась из-за того, что ее
конструкторы не учли, что в морской воде произойдет электрохимическая
коррозия. Строители использовали дорогой сплав металлов (Ni-Cu), очень
устойчивый к коррозии, но также многие детали сделали из стали (Fe). Как
только яхта была спущена на воду, в тех местах, где стальные детали
соприкасались со сплавом (Ni - Cu), начал бурно развиваться
электрохимический процесс коррозии, в котором роль анода сыграла сталь, а
катода - сплав (Ni - Cu). Железо, как более активный металл стало
разрушаться.
Учитель. Проблема коррозии появилась, как только появились металлы,
и, очевидно, ее никогда не удастся разрешить полностью, и самое большое,
на что можно рассчитывать в настоящее время, - это замедлить «
возвращение металлов к природе». Какие же способы защиты металлов вам
известны? Послушаем презентации учащихся 4 и 5 групп. Они расскажут нам
о своих экспериментах, один из учеников 5 группы сделает сообщение о
протекторной защите.
Выступления учащихся 4, 5 групп (слайды № 26, 27)
Сообщение учащегося «Способы защиты металлов от коррозии»
(слайды № 28-31)
4 этап урока - закрепление (тестирование и взаимопроверка).
Учащиеся выполняют задания, после чего меняются листами и
проверяют друг друга (ответы на слайде № 32).
5 этап урока - подведение итогов: выставление оценок.
Задание на дом (Карточки задания, с разными по уровню сложности
вопросами, заранее выданы каждому ученику).
Всем спасибо. Урок закончен!
ПРИЛОЖЕНИЕ № 1
Тест на закрепление темы «Отчего ржавеют металлы?»
1 вариант
1. Установить правильную
последовательность:
А) разрушение
Б) в результате
В) Коррозия
Г) металлов и сплавов
Д) воздействие внешней среды
Е) самопроизвольное
2. В паре железо-медь, железо будет
коррозировать:
А) быстрее
Б) медленнее
В) не будет разрушаться
3. Не коррозирует в растворе серной
кислоты за счет образования
защитной пленки на его поверхности
А) Mg
Б) P b
В) Fe
4. Увеличивают коррозию такие
составные части атмосферы:
А) азот
Б) кислород
В) пары воды
5.При катодной защите от коррозии
металл делают:
А) катодом
Б) анодом
В) соединяют с протектором
6. В паре медь-цинк будет
разрушаться:
А) медь
2 вариант
1. Установить правильную
последовательность:
А) в результате
Б) Коррозия-это
В) разрушение
Г) воздействие внешней среды
Д) самопроизвольное
Е) металлов и сплавов.
2.В паре железо-алюминий, железо будет
коррозировать:
А) быстрее
Б) медленнее
В) не будет разрушаться
3. Не коррозирует в растворе серной
кислоты за счет образования защитной
пленки на его поверхности:
А)P b
Б) Zn
В)Ca
4. Увеличивают коррозию такие составные
части атмосферы:
А) оксиды серы
Б) азот
В) кислород
5. Железо, покрытое краской, защищено от
коррозии потому, что:
А) соединяется с железом
Б) препятствует доступу кислорода и влаги
В) делает поверхность гладкой
6. В паре магний-олово будет разрушаться:
А) магний
Б) олово
Б) цинк
7. Железная конструкция будет
защищена от электрохимической коррозии
в воде, если на ней укрепить пластинку из:
А) Mg
Б) P b
В) Ni
7. Железная конструкция будет
защищена от электрохимической коррозии
в воде, если на ней укрепить пластину из:
А) Cu
Б) S n
В) M n
Приложение №2
КАРТОЧКА-ЗАДАНИЕ НА ДОМ.
I уровень
Стр. 170-174
Задание №1.
Почему усиливается ржавление корпуса морских судов по сравнению с речными судами,
а также ржавление автомобилей в период гололеда, когда дороги посыпают солью.
II уровень
Стр. 170-174.
Задание №1
К стенкам парового котла, корпуса судна приваривают листы более активного металла
(цинк, магний). Какой металл будет разрушаться в первую очередь?
Задание № 2
Одна железная пластинка покрыта магнием, другая - медью. На какой пластинке
образуется ржавчина при нарушении целостности покрытия? Составьте уравнения
реакций.
III уровень
Стр. 170 – 174.
Задание №1.
Две железные пластинки, частично покрытые одна оловом, другая медью, находятся во
влажном воздухе. На какой из этих пластинок быстрее образуется ржавчина? Почему?
Составьте схему процессов коррозии этих пластинок.
Задание № 2.
Составьте схемы процессов коррозии оцинкованного железа при нарушении целостности
его покрытия, если оно находится в: А) кислой среде, Б) нейтральной среде.
Задание № 3.
Сколько кг железа, хрома и никеля необходимо взять для выплавки 960 кг нержавеющей
стали, предназначенной для изготовления столовых вилок и ножей? (Состав
нержавеющей стали: 12% хрома, 10% никеля, остальное железо)
ЛИТЕРАТУРА
1. Химия 11 класс (Базовый уровень), О.С. Габриелян. Дрофа, Москва 2009.
2. Настольная книга учителя. Химия 11 класс, в 2-х частях, Дрофа, Москва 2003.О. С.
Габриелян и др.
3. Химия 10 класс И.И. Новошинский и Н.С. Новошинская. М: ООО «Издательский дом
«ОНИКС 21 век», ООО «Издательство « Мир и образование»», 2004.
4. Химия 9 класс: сборник элективных курсов (сост. Н.В. Ширшина – Волгоград:
Учитель, 2005.
5. «Опыты без взрывов», О.Ольгин. Научно – популярная библиотека школьника. Москва:
Химия, 1996.
6. Химия 9 класс О.С. Габриелян, Дрофа, Москва 2004.
7. Химия на досуге «Домашняя лаборатория» Г.И. Штремплер, Москва «Просвещение»
«Учебная литература» 1996.
8. Демонстрационный эксперимент по химии Г.П. Хомченко и др. Издательство
«Просвещение», 1978 г
9. Мастер – класс учителя химии 8-11 классы, Серия «Современная школа», составитель
В.Г. Денисова. Издательство «Глобус», 2010 ООО «Планета», 2010.