Предварительное индивидуальное домашнее задание (дается за неделю учащимся, которые пожелают провести мини-исследование). В три пробирки, до краев заполненные водой, поместить гвозди. 1 пробирка – железный гвоздь, обмотанный медной проволокой. 2 пробирка – железный гвоздь с прикрепленным кусочком цинка; 3 пробирка – железный гвоздь. Пробирки закрыть пальцем и опрокинуть в стаканчики с водой. После чего вытеснить воду из пробирки кислородом. О том, как протекала коррозия в каждом случае, можно судить по объему израсходованного кислорода, т.е. по поднятию уровня жидкости в пробирке и по характеру осадившегося в воде продукта коррозии.

В течение нескольких дней записывать наблюдения.

Ход урока:

1.      Оргмомент- 1 минута

2.      Актуализация опорных знаний, создание проблемной ситуации- 2 минуты.

В сознании большинства людей, все, что изготовлено из металлов, обладает прочностью и надежностью. Давайте вспомним, как образуется металлическая связь и металлическая кристаллическая решетка?

(Слайд 2)

Предполагаемый ответ обучающихся: Металлическая связь образована за счет электростатического притяжения положительно заряженных ионов металлов, находящихся в узлах кристаллической решетки, и свободных электронов, перемещающихся между ними.

Норвежское грузовое судно «Анатина». Трюмы теплохода, направлявшегося к берегам Японии, были заполнены медным концентратом. Внезапно прозвучал сигнал тревоги: судно дало течь. Оказалось, что коварную шутку с моряками сыграл их груз…

Мог ли концентрат руды, содержащий медь, повредить прочную стальную обшивку корабля?

3.      Объяснение нового материала – 15 минут.

Родители всегда бывают против, чтобы их чада заглядывали в подвалы, гуляли на пустырях, заходили на производственные объекты. И правильно делают! Но сейчас мы совершим виртуальную экскурсию именно по таким запретным местам. Зачем? Именно там легче всего найти то, что будет объектом изучения на нашем сегодняшнем уроке.

Итак, попробуйте определить, как будет называться тема нашего урока. (Слайды 3-5)

Предполагаемый ответ обучающихся: Коррозия металлов.

Правильно. Это явление, приносящее огромные убытки хозяйственной деятельности человека. Ржавеют машины, суда, коммуникации, даже оборудование школьного стадиона. Перед этим явлением металлы теряют свою надежность.

А что именно мы хотим узнать о коррозии?

Предполагаемый ответ обучающихся: Почему и как она происходит? И как от нее защититься?

Запишем тему урока. (Слайд 6)

Как бы вы объяснили, что такое коррозия?

Предполагаемый ответ обучающихся: Коррозия – это разрушение металлов и сплавов под действием окружающей среды. (Слайд 7)

Бывает два типа коррозии: химическая и электрохимическая. (Слайд 8)

Первая протекает под действием химических веществ в отсутствии влаги. Например, при нагревании медной проволочки она покрывается черным слоем оксида меди (II). Это химическая коррозия. (Слайд 9)

Электрохимическая коррозия протекает во влажной среде. И происходит этот процесс гораздо быстрее.

Разберемся с механизмом коррозионного процесса.

1 ситуация. Опустим кусочек цинка в воду  (Слайд 10). Будет ли что-либо происходить? Видимым образом нет. Но мы знаем, что абсолютно нерастворимых веществ не бывает, какое-то количество цинка тоже растворится. Но в виде чего – атомов или ионов - цинк перейдет в раствор?

Предполагаемый ответ обучающихся: в виде ионов, т.к. в узлах кристаллической решетки металлов находятся ионы.

Итак, часть положительно заряженных ионов перейдет в раствор. Металл зарядится отрицательно.

2 ситуация. Опустим кусочек меди в воду (Слайд 11). Что будет при этом  происходить?

Предполагаемый ответ обучающихся:  часть положительно заряженных ионов металла перейдет в раствор. Медь зарядится отрицательно.

Где заряд будет больше?

Предполагаемый ответ обучающихся: на цинке, т.к. он более активный металл и соответственно в раствор перейдет больше ионов.

3 ситуация. Соединим цинк и медь проводником. Будет ли что-либо происходить?

Предполагаемый ответ обучающихся: электроны начнут перераспределяться. От цинка, где их много, они начнут двигаться к меди, где их не хватает. (Слайд 12)

Направленное движение электронов – это электрический ток.

Остановится ли процесс, когда весь избыток электронов перейдет? Нет. Потому что теперь электронов на цинке стало меньше, чем нужно для равновесного состояния. Значит, новые ионы цинка начнут растворяться. Zn– 2 e^-= Zn²⁺ (1)

Электронов на меди оказалось больше, чем нужно для равновесного состояния, значит, они должны будут нейтрализоваться. Как? Это зависит от того, какие ионы есть в растворе. (Слайд 13)

Например, в воде (нейтральная среда):

2 Н₂О + О₂ + 4 е^- = 4 OH^- (кислородная деполяризация) (2)

В присутствии кислоты (кислая среда):  2 H⁺+ 2 e^- = H₂(водородная деполяризация)

Сложим полуреакции (1) и (2) с учетом электронного баланса. (Слайд 14)

2 Zn+ 2 H₂O+ O₂  = Zn(OH)₂

До каких пор будет продолжаться процесс?

Предполагаемый ответ обучающихся: пока весь цинк не растворится.

Мы получили источник тока – гальванический элемент. Он состоит из двух металлов. Тот, который окисляется, называется анодом. Он заряжен отрицательно. Металл, на котором происходит восстановление, называется катодом.

Наш гальванический элемент является моделью коррозионного процесса. Роль катода при этом играют посторонние примеси, поскольку получить чистый металл без включения инородных металлов, невозможно.

Давайте еще раз повторим, как мы составили уравнение процесса коррозии.

Шаг 1.Выбрали, какой из двух металлов будет катодом, какой анодом.

Шаг 2.На аноде записали процесс окисления металла.

Шаг 3.На катоде записали процесс восстановления молекул или ионов из окружающей среды.

Шаг 4.Суммировали процессы в одно уравнение реакции.

4.      Первичная проверка понимания – 3 мин

Отчет обучающихся о предварительно проведенном эксперименте

(Мы поместили три гвоздя в воду, накрыли их перевернутой вверх дном пробиркой, заполненной водой. Потом вытеснили воду из пробирки кислородом. В первой пробирке находился только гвоздь, во второй – к гвоздю была прикреплена медная проволочка, в третьей – кусочек цинка. Гвозди пробыли в пробирках несколько дней. Мы можем видеть, что в первой пробирке образовалась ржавчина, вода поднялась в пробирку, так как часть кислорода израсходовалась. Во второй пробирке процесс шел с большей интенсивностью, ржавчины образовалось больше, вода поднялась сильнее. В третьей пробирке процесс тоже шел очень активно, но ржавчины нет, вместо нее образовался белый порошок).

Обсуждение результатов эксперимента

Давайте попробуем объяснить то, что мы увидели в опыте. Почему во второй пробирке коррозия железа происходила быстрее? А в третьей железо не коррозировало?

Предполагаемый ответ обучающихся: во второй пробирке образовался гальванический элемент. Медная проволочка выполняла роль катода. Железо стало анодом и быстро окислялось.

В третьей пробирке роль анода выполнял цинк, железо как менее активное было катодом, поэтому окислялся цинк.

5.      Закрепление материала – 15 мин

Учитель может решить с классом одно или несколько заданий у доски. Или дать их для самостоятельного решения с последующим объяснением, в зависимости от уровня подготовленности класса.

Составьте уравнения процессов, происходящих в следующих ситуациях:

·      Крыша, покрытая луженым железом, под дождем (луженое – с покрытием из олова).

(Слайд 15)

Анод (-)  Fe  ||   Sn(+) катод

Fe– 2 e^-= Fe²⁺ (на аноде)

2 Н₂О + О₂ + 4 е^- = 4 OH^- (на катоде)

2 Fe + 2 H₂O + O₂ = 2 Fe (OH)₂

В последующем гидроксид железа (II) окисляется, превращаясь в гидроксид железа (III)

4 Fe(OH)₂ + O₂ + 2 H₂O = 4 Fe(OH)₃

Почему же тогда железо покрывают оловом?

Предполагаемый ответ обучающихся: Пока покрытие не поцарапано, процесс невозможен, слой олова как менее активного металла будет защищать железо.

·      Алюминиевые детали, скрепленные медными заклепками. (Слайд 16)

Анод (-)  Al  ||   Cu(+) катод

Al– 3 e^-= Al³⁺ (на аноде)

2 Н₂О + О₂ + 4 е^- = 4 OH^- (на катоде)

4Al+ 6H₂O+ 3 O₂ = 4Al(OH)₃

·      Оцинкованное ведро, которое используют для мытья полов технические работники школы. (Слайд 17)

Анод (-)  Zn   ||   Fe(+) катод

Zn– 2 e^-= Zn²⁺ (на аноде)

2 Н₂О + О₂ + 4 е^- = 4 OH^- (на катоде)

2 Zn+ 2 H₂O+ O₂ = 2 Zn(OH)₂

·      В магазине была куплена стальная мочалка для посуды, покрытая медным напылением. Через неделю она практически разрушилась (Слайд 18) Что произошло?

Анод (-)  Fe   ||   Cu(+) катод

Fe– 2 e^- = Fe²⁺ (на аноде)

2 Н₂О + О₂ + 4 е^- = 4 OH^- (на катоде)

2 Fe + 2 H₂O + O₂ = 2 Fe (OH)₂

4 Fe(OH)₂ + O₂ + 2 H₂O = 4 Fe(OH)₃

·      Вернемся к истории, прозвучавшей в начале урока. Норвежское грузовое судно «Анатина» с медным концентратом в трюмах. Что произошло?

Анод (-)  Fe   ||   Cu(+) катод

Fe– 2 e^-àFe²⁺ (на аноде)

2 Н₂О + О₂ + 4 е^- = 4 OH^- (на катоде)

2 Fe+ 2 H₂O+ O₂ = 2  Fe(OH)₂

4 Fe(OH)₂ + O₂ + 2 H₂O = 4 Fe(OH)₃

6.      Предложите способы защиты металлов от коррозии– 5 мин

Предложенные учащимися способы фиксируются в тетради, учитель в случае необходимости дополняет перечень. (Слайды 19-21)

•        Защитные покрытия: лаки, краски, неактивные металлы;
•        Электрохимическая защита: более активные металлы, ток, противоположного направления;
•        Ингибиторы коррозии (вещества, замедляющие реакцию);
•        Нержавеющие сплавы.

7.      Рефлексия – 2 мин.

Оцените свою работу на уроке, закончив предложение: «Сегодня на уроке я…»

8.      Подведение итогов урока – 2 мин

9.      Домашнее задание – 1 мин

§ 20 (стр. 170-173), упр. 6-8