Методическая копилка

Урок з теми «Електролітична дисоціація кислот, основ, солей у водних розчинах», 9 клас

Мета: поглибити знання учнів про електролітичну дисоціацію на прикладі розчинів кислот, основ і солей, підготувати учнів до сприйняття теми « Йонні реакції»

Задачі:

Освітні:

·                   сформувати уявлення про кислоти, основи, солі у світлі теорії електролітичної дисоціації;

·                   навчити складати рівняння реакцій дисоціації цих речовин;

·                   розкрити причинно-наслідкову залежність властивостей розчинів електролітів від властивостей йонів;

·                   вдосконалювати вміння та навички роботи з хімічними реактивами, дотримуючись правил безпеки життєдіяльності;

Розвиваючи:

·                   розвивати вміння спостерігати, аналізувати, робити висновки і узагальнення під час виконання дослідів;

·                   розвивати інтерес до хімії під час виконання лабораторної роботи, логічного мислення, творчих здібностей учнів під час розв'язування вправ.

Виховні:

·                   виховувати акуратність і послідовність в роботі,

·                   вміння цінувати час,

·                   бажання здобувати природничі знання;

·                   дбайливе відношення до власного здоров'я і здоров'я оточуючих.

Формування компетентностей: формувати комунікативні, здоров'язбережувальні, природничо-наукові компетентності.

Тип уроку: урок формування вмінь і навичок.

Форми роботи: розповідь, фронтальне опитування, групова робота, виконання лабораторних дослідів, робота з таблицею.

Обладнання: таблиця «Періодична система хімічних елементів Д.І. Мендєлєєва», таблиця розчинності кислот, солей і основ у воді;карки з тестовим завданням, інструкція для проведення лабораторних дослідів, штатив з пробірками, піпетки.

Реактиви: розбавлені розчини хлоридної та сульфатної кислот, натрій гідроксиду,калій гідроксиду, розчини індикаторів: лакмусу, фенолфталеїну, метилового оранжевого.

Очікувані результати навчальних досягнень: учень розпізнає, називає й дає визначення кислот, основ і солей з погляду теорії електролітичної дисоціації; встановлює залежність властивостей розчинів електролітів від властивостей йонів, складає рівняння дисоціації кислот, основ і солей, визначає наявність іонів гідрогену і гідроксид іонів у водних розчинах.

Структура уроку

I. Організаційний етап

Привітання, перевірка готовності до уроку, створення позитивного настрою)

II. Перевірка домашнього завдання, корекція знань.

1.                Виконання тестового завдання «Так чи ні» (учні дають відповідь на запропоноване твердження у вигляді «так», якщо твердження правильне, і у вигляді «ні», якщо твердження неправильне).

1.                Електролітична дисоціація – це процес розчинення речовин у воді.

2.                Електроліти у розчинах існують у вигляді іонів.

3.                У розчинах носіями електричного струму є молекули.

4.                Електроліти – це речовини, водні розчини або розплави які проводять електричний струм.

5.                Під час електролітичної дисоціації утворюються позитивно і негативно зарядженні частинки.

6.                Негативно заряджені частинки називаються катіони.

7.                Позитивно заряджені частинки називаються аніони.

8.                Електролітами є такі класи неорганічних сполук як солі, кислоти, основи.

9.                Речовини з йонним і ковалентними полярними зв’язками проводять електричний струм.

10.              Дощова вода не проводить електричний струм.

11.               Електричний струм проводять розплав цукру і розчин цукру.

(перевірка тесту, корекція помилок, самооцінювання)

III. Мотивація навчальної діяльності (повідомлення теми уроку, формулювання задач).

Електроліти – це речовини, водні розчини або розплави яких проводять електричний струм. Чому саме такі класи неорганічних сполук як кислоти, основи, солі є електролітами? Розглянути ці речовини з погляду теорії електролітичної дисоціації. Давайте визначимо, які задачі нам необхідно вирішити на уроці? (Формулюємо завдання разом з учнями).

1.     Як відбувається дисоціація кислот, основ і солей у водних розчинах?

2.     Які заряджені частинки визначають властивості речовин названих класів?

3.     Як записуються рівняння реакцій електролітичної дисоціації?

IV. Актуалізація опорних знань.

Дайте відповіді на питання ( фронтальна бесіда).

·                   Дайте визначення кислот, основ, солей. Наведіть приклади і запишіть формули.

·                   Що спільного у формулах кислот; основ; солей?

·                   Які спільні властивості характерні для речовин одного класу?

·                   Поміркуйте, чому різни сполуки одного класу мають спільні властивості?

V. Вивчення нового матеріалу.

1.                 Дисоціація кислот, основ, солей у водних розчинах ( розповідь вчителя з елементами бесіди, робота з таблицею «Розчинність кислот, солей і основ у воді»).

При розчиненні у воді кислоти, основи і солі дисоціюють з утворенням позитивно і негативно зарядженіх йонів. Спробуємо знайти спільні ознаки в характері  дисоціації  електролітів, що належать до тих самих класів сполук.

Звернємось до схеми дисоціації речовин з ковалентним полярним зв’язком (дисоціація хлоридної кислоти при розчиненні у воді). При дисоціації утворюється катіон гідрогену. Відмітимо, що такі Йони утворюються при дисоціації всіх кислот.

Користуючись таблицею «Розчинність кислот, основ і солей у воді», запишіть частинки, на які дисоціює бромідна кислота, нітратна кислота (записує учень біля дошки, вчитель звертає увагу на визначення заряду іонів). Формулюємо висновок (учні з допомогою вчителя): кислоти дисоціюють при розчиненні з утворенням гідратованих катіонів гідрогену та аніонів кислотного залишку.

Розглянемо дисоціацію основ. При дисоціації основ утворюються катіони металів і гідроксид-аніони. Запишіть у зошит формули натрій гідроксиду, кальцій  гідроксиду. Користуючись таблицею «Розчинність кислот, основ і солей у воді», запишіть рівняння дисоціації цих сполук. Що є спільного в дисоціації всіх основ? (При дисоціації утворюються гідроксид-йони.) Як можна записати загальне рівняння дисоціації всіх основ? Які основи будуть дисоціювати за такою схемою? (Розчинні основи (луги)). Яке визначення поняття «основи» можна зробити, виходячи з теорії електролітичної дисоціації? (Основи – це сполуки, які під час дисоціації утворюють катіони металічного елемента й аніони ОН).

При дисоціації солей утворюються катіони металів і аніони кислотних залишків. Користуючись таблицею «Розчинність кислот, основ і солей у воді», запишіть частинки, на які дисоціює натрій нітрат, калій хлорид. Дайте визначення солей з точки зору теорії електролітичної дисоціації. (Солі – це електроліти, під час дисоціації яких утворюються катіони металічного елемента й аніони кислотного залишку).

Як довести, що в розчинах кислот саме іони водню – єдино можливі катіони, а в розчинах лугів -гідроксид -іони? (постановка проблемного питання) (відповідь: перевірити за допомогою експерименту).

(фізхвилинка)

2.                 Виконання лабораторної роботи (для виконання лабораторної роботи розподіляємось на групи, кожна група виконує індивідуальне завдання ).

·                                            Інструктаж з безпеки життєдіяльності учнів під час роботи  з розчинами кислот та лугів.

·                                            Інструктаж щодо виконання лабораторних дослідів

·                                            Лабораторний дослід № 1 «Визначення іонів Гідрогену та гідроксид-іонів у розчинах кислот і основ.» (виконання роботи за інструкцією).

·                                            Оформлення результатів роботи, формулювання висновків.

3.                  Висновки.(обговорення результатів роботи).

При виконання роботи звертаємо увагу на такі питання:

·                    Як відбувається зміна кольору індикаторів у розчині кислот, лугів?

·                    Чому індикатори змінюють свій колір у розчині розчиненої речовини?

·                    Яка заряджена частинка визначає зміну кольору індикатора?

·                    Як впливає наявність йонів на властивості розчинів речовин?

На основі проведених дослідів робимо висновок, що наявність іонів Гідрогену зумовлює кислотні властивості середовища, а наявність гідроксид-іонів — основні властивості середовища. Учні роблять висновок про дію іонів Гідрогену та гідроксид-іонів на індикатори і про можливість визначення цих іонів за допомогою індикаторів.

(Цікава хвилинка). «Індикатори. Вплив середовища на забарвлення індикатору» (доповідь учня)

VІ. Узагальнення й систематизація знань. (бесіда, робота з таблицею, виконання вправ).

1.                Бесіда:

·                    Дайте визначення кислот, основ і солей з точки зору електролітичної дисоціації.

·                    Яким індикатором ви зможете довести наявність іонів гідрогену і гідроксид-іонів у розчині?

·                    Які йоні  умовлюють лужне середовище?

·                    Які йоні створюють кислотне середовище?

2.                Заповніть таблицю «Дисоціація кислот, основ, солей у водних розчинах»( графи 4,5 заповнити вдома).

Клас речовин	Характерні йони	Характерні властивості	Приклад рівнянь дисоціації	Визначення з погляду теорії електролітичної дисоціації
1	2	3	4	5
Кислоти
Основи
Солі
Висновок

3.     Виконайте творчі завдання. Поміркуйте

·                                При рентгеноскопії шлунку пацієнтові дають випити суспензію барій сульфату. Поясните, чому чистий барій сульфат не викликає отруєнь, в той час, як відомі випадки смертельного результату при вживанні барій сульфату з домішками барій хлориду.

·                                Як визначити, кисле чи ні яблуко, не пробуючи його на смак?

·                                У хімічну лабораторію поступило три склянки з розчинами без етикеток. Лаборанти дізналися, що є розчини хлоридної кислоти, натрій гідроксиду і натрій хлориду. Допоможіть правильно наклеїти етикетки, запропонувавши план визначення кожної речовини.

VІІ. Підсумки уроку ( аналіз діяльності учнів на уроці, оцінювання).

1.                Рефлексія:

·                   Чому ви навчились на уроці?

·                   Що вам сподобалося на уроці? Чому?

·                   Який матеріал викликав труднощі?

2.     Оцінювання ( виставлення оцінок, коментування досягнень учнів).

VІІІ. Домашнє завдання (інструктаж щодо виконання домашнього завдання).

·       Прочитати текст підручника §8 (Попель П.П., Крикля Л.С. Хімія: підручник для 9 класу ЗНЗ (К. ІЦ  « Академія», 2009.-248 с.:іл.).

·       Вчити визначення кислот, основ, солей з точки зору ТЕД.

·       Записати рівняння дисоціації наступних сполук: фосфатна кислота, літій гідроксид, купрум (ІІ) сульфат, карбонатна кислота, барій гідроксид, алюміній хлорид.

·       Заповніть таблицю «Дисоціація кислот, основ, солей у водних розчинах»  (

·       Розглянути питання «Ступінчаста дисоціація основ та кислот». Записати рівняння ступінчастої дисоціації карбонатної кислоти, барій гідроксиду ( для учнів з високим рівнем навчання).

*******

Урок химии 7 класс

Количественный  состав раствора.

Массовая доля растворенного вещества.

 Приготовление раствора.

Цель: сформировать понятие о количественном составе растворов; ознакомить с массовой долей растворенного вещества в растворе; научить применять полученные знания на практике.

Задачи:

·        обучающие:

ознакомить с количественным составом растворов, с понятием «массовая доля растворенного вещества в растворе,

формировать навыки экспериментальной работы с лабораторным оборудованием, химическими веществами.

·        развивающие:

развивать познавательный интерес к предмету через решение  расчетных и экспериментальных  задач, которые имеют практическое значение;

развивать межпредметные умения и навыки, связанные с применением понятия «доля» ( математика), умения работы с лабораторным оборудованием на примере взвешивания (физика),

развивать умения работать в группе, применять на практике полученные знания.

·        воспитывающие:

воспитывать дисциплинированность, внимательность, аккуратность при выполнении химических опытов,  умение рационально использовать время, быстро и сосредоточенно работать над заданием

·        формировать компетентности:

социальные - применение полученных теоретических знаний в повседневной жизни, коммуникативные – умение работать в группе,  обсуждать результаты работы, высказывать свои мысли, давать оценку деятельности на уроке;

здоровьесберегающие- соблюдение правил безопасности жизнедеятельности при выполнение лабораторного опыта.

Ожидаемые результаты

Ученик:

·        приводит примеры водных растворов, применяемых в повседневной жизни,

·        различает растворитель и растворимое вещество,

·        вычисляет массовую долю, массу раствора, массу растворенного вещества в растворе,

·        готовит раствор с определенной массовой долей растворенного вещества в растворе,

·        применяет полученные знания и навыки в быту.

Демонстрация: приготовление растворов.

Лабораторный опыт: приготовление растворов с заданными массовыми долями растворимых веществ.

Домашний эксперимент: приготовление водных растворов кухонной соли

Расчетные задачи: вычисление массовой доли, массы растворителя и массы растворенного вещества в растворе.

Тип урока: усвоение новых знаний.

Форма проведения: урок-практикум.

Формы, методы и приемы: индивидуальная и групповая работа, лабораторная работа. демонстрационный эксперимент, постановка проблемного вопроса, обсуждение, беседа, самоконтроль, приемы «незаконченное предложение», «найди пару».

Оборудование: раздаточный материал ( лист самоконтроля, инструкция к лабораторной работе, карточка –задание для работы над терминами и понятиями, памятка по правилам безопасности при работе с химическими веществами);

набор реактивов и химической посуды для выполнения лабораторной работы и демонстрационного эксперимента;

набор флаконов с этикетками (раствор йода 5%,  раствор бриллиантового зеленого 1 %, раствор уксусной кислоты 9%, раствор перекиси водорода 3%)

Девиз урока: Час работы научит больше, чем день объяснения. ( Жан Жак Руссо)

Структура урока

1. Организационный этап: создание позитивного микроклимата (приветствие, проверка готовности класса к уроку).

Добрый день! Сегодня урок химии мы проведем в химической лаборатории. Занимайте места за лабораторными столами, приготовьте необходимые принадлежности к уроку. Рассмотрите химическое оборудование и реактивы, находящиеся на вашем столе.

2. Актуализация опорных знаний: подготовка учащихся к активному и сознательному усвоению учебного материала.

Ребята! Для чего нам нужны знания по химии? Где в повседневной жизни мы используем химические вещества? В каком виде чаще всего вещества применяются?  Какие растворы наиболее часто мы употребляем? Назовите профессии, где необходимы знания о растворах? (фронтальная беседа)

Какие сведения о растворах  вам известны? Выполним небольшое упражнение, предложенное вам в карточках -заданиях. ( работа с терминами, обсуждение результатов)  приложение №1

3. Мотивация учебной деятельности: постановка проблемы, сообщение темы, формулирование целей и задач совместно с учениками.

Итак, мы с вами выяснили, что человек в повседневной жизни применяет различные растворы. Чтобы использовать раствор, нам нужно научиться их готовить. Достаточно ли нам только смешивать необходимые вещества? Почему? Что для этого нужно знать?  В каких случаях необходимо  знать количественное содержание компонентов раствора?   Приведите примеры.

Рассмотрите флаконы с этикетками, находящиеся  на ваших столах. Внимательно изучите этикетки. Прочитайте названия растворов. Как вы думаете, что означают цифры, указанные на этикетке? (обсуждение)

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод. Для того, чтобы  приготовить раствор, нам нужны его  количественные характеристики.  Поэтому сегодня на уроке мы обсудим тему   «Количественный  состав раствора.

Массовая доля растворенного вещества. Приготовление раствора.»

Как  вы считаете, какие задачи стоят перед нами, что мы должны узнать и чему должны научиться на этом уроке? (формулирование задач урока )

4. Основной этап: изучение нового материала.

4.1. Усвоение первичных знаний  (теоретическая часть ) - разбор и решение задач

А) Массовая доля растворенного вещества в растворе (объяснение с элементами беседы)

Итак, в ходе обсуждения,  мы выяснили, что важной характеристикой раствора является концентрация или массовая доля растворённого вещества в растворе. Давайте, вспомним из курса математики, что такое доля ? Как ее можно вычислить? Можно ли такую формулу применить к растворам? Подумайте,  какая величина будет в числителе, а какая в знаменателе?  

Запишем математическое выражение для вычисления массовой доли растворенного вещества в растворе   

           m _{растворенного вещества}

ω=  -------------------------   * 100;

                m_{раствора}

m _{раствора =} m _{растворенного вещества  +}  m _{растворителя}

Отсюда,  зная  массовую долю и массу раствора можно вычислить необходимые массы растворенного вещества и растворителя.

                                                     ω* m_{раствора}

m _{растворенного вещества  =}  --------------------

                                                          100                                    

Б) Решим задачу, используя полученные формулы.

Задача: Для засолки огурцов применяют раствор поваренной соли, с массовой долей соли  9 %. Сколько нужно взять соли и воды для приготовления 500 г такого раствора?

!!!  Запомните алгоритм решения задачи:

·        записать  данные из условия;

·        записать  необходимые формулы для вычисления;

·        рассчитать массу соли и массу  воды по формулам;

·        записать  ответ.

(комментарии учителя, запись решения задачи на доске и в тетрадях)

Физ. пауза (выполнение упражнения на снятие  общей усталости) приложение №2

4.2. Применение полученных знаний (практическая часть) – лабораторная работа

Ребята! Я хочу обратить ваше внимание на слова французского философа Жан Жака Руссо «Час работы научит больше, чем день объяснения.»

Поэтому предлагаю вам занять места за лабораторными столами и, превратившись в химиков-лаборантов, приготовить растворы с определенной  концентрацией.

А) Демонстрационный эксперимент. Посмотрите, как это делается (выполнение демонстрационного эксперимента  и комментарии учителя).

Что нужно помнить, начиная работу с химическими веществами? Какие правила безопасности необходимо соблюдать? ( работа с памяткой по БЖ, инструктаж перед началом работы).  приложение №3

Б) Лабораторная работа (выполнение лабораторного опыта, консультации учителя)

(класс делится на группы по 4-5 человек, каждая группа получает индивидуальное задание и инструкцию по его выполнению) приложение №4,5

5. Заключительный этап: презентация и обсуждение результатов работы

Завершив работу, каждая группа предоставит   нам свои результаты и расскажет, где можно применить приготовленный ими раствор.

6.Подведение итогов урока: рефлексия- анализ деятельности на уроке, оценивание результатов работы

Настало время подвести итоги нашей работы на уроке.

6.1. Оцените свою деятельность, заполнив лист самоконтроля.  приложение № 6

6.2. Выскажите свое мнение, дополнив одно из  предложений:

За этот урок я научился……………………………………………………..

Больше всего мне понравилось…………………………………………….

Меня удивило…………………………………………………………………

Мне захотелось……………………………………………………………….

Мне было сложно……………………………………………………………

На уроке мне было скучно, так как…………………………………………

Теперь я могу………………………………………………………………..

Самым интересным во время урока……………………………………….

7. Домашнее задание: (инструктаж по выполнению домашнего задания)

На следующем уроке мы отработаем умения решать расчетные задачи с применением понятия «массовая доля». Для этого вам необходимо еще раз повторить такие понятия как «раствор». «растворимое вещество», «растворитель», «массовая доля  растворенного вещества в растворе», запомнить формулу, по которой вычисляется массовая доля, повторить алгоритм решения задач. В этом вам поможет материал параграфа 27 вашего учебника. А для закрепления умений готовить растворы, предлагаю поэкспериментировать дома и приготовить раствор поваренной соли в соответствии с инструкцией на стр.161. Результаты работы оформите в тетради.

Творческое задание: пользуясь интернет- ресурсами , подготовьте информацию о растворах, применяемых человеком в повседневной жизни (в быту, медицине, сельском хозяйстве, пищевой промышленности). Придумайте задачи на приготовление таких растворов.

Урок окончен. Спасибо за совместную деятельность.

Литература

1.    Державний стандарт базової і повної загальної середньої освіти // Освіта України. – 2004. – №5.

2.   Навчальні програми для загальноосвітніх навчальних закладів,7-9 класи. Київ. Видавничий дім «Освіта», 2013

3.   Попель П.П.,Крикля Л.С. Хімія, підручник ля 7 класу

4. Шарко В.Д. Сучасний урок: технологічний аспект. Посібник для вчителів і студентів. – К.: СПД Богданова А.М., 2000

5.   Юзбашева Г.С.,Глазунов М.М. Організація навчального процесу. Навчально-методичний посібник. Бібліотека журналу»Хімія». Випуск 4(136). Харків. Видавнича група «Основа», 2014

6.   www.chemistry.narod.ru    сайт «Мир химии»

7.    http:/ chemistry.com.ua    Украинский химический портал

Приложение №1

Выполните упражнение. Найдите пару ( стрелочками укажите соответствие )

А) раствор	1) вещество, которое находится в таком же агрегатном состоянии,  что и раствор
Б) компоненты раствора	2) вода
В) рас творитель	3) однородная  система, состоящая  из двух или нескольких компонентов
Г) растворенное вещество	4)  растворенное вещество и растворитель
Д) важнейший растворитель	5) вещество, которое растворяется, находиться в любом агрегатном состоянии, может

Приложение №2

Физ. пауза

1.     Вращательные движения головы.

2.     Вращательные движения рук (кулак).

3.     Наклониться вперед и стараться свести вместе плечи, затем широко расправить плечи и прогнуть спину.

4.     Вытянуть руки вперед и хорошо потянуться.

Приложение №3

Памятка –инструктаж при работе с химическими веществами

При выполнении работы запрещается:

ü Брать вещества руками

ü Оставлять открытой посуду с реактивами

ü Пробовать вещества на вкус

ü Высыпать и выливать остатки реактивов в баночки, из которых их брали

ü Самовольно сливать и смешивать реактивы

ü Оставлять неубранными рассыпанные или разлитые реактивы

Помните:

ü во время работы в химической лаборатории не касайтесь  руками частей тела, наиболее чувствительных к действию химических веществ ( нос, губы, глаза)

ü строго соблюдайте дисциплину, не перемещайтесь по классу, не мешайте другим ученикам

ü опыты можно выполнять только с разрешения учителя и в соответствии с инструкцией

Приложение №4

Задания к лабораторной работе

1 группа

1.     Раствор борной кислоты используют в медицине как дезинфицирующее средство.
В лаборатории он хранится в аптечке для промывания глаз в случае попадания в них щелочи. Определите массы воды и борной кислоты, необходимые для приготовления 50 г раствора с массовой долей кислоты 2%.

2 группа

1.     Для обработки кожного покрова в случае попадания на него кислоты применяют раствор питьевой соды – гидрокарбоната натрия  Какие массы гидрокарбоната натрия и воды надо взять, чтобы приготовить раствор массой 50 г с массовой долей соли 10%?

3 группа 

1.     Раствор безводного сульфата меди используют для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур. Рассчитайте массы воды и безводного сульфата меди необходимые для приготовления 500 г раствора, содержащего 8% соли.

4 группа

1.     Чтобы продлить жизнь гвоздикам  иногда используют 5 %  раствор сахара. Рассчитайте массу сахара и воды, которые нужны для приготовления 150 г такого раствора.

5 группа

1.     В медицине как противомикробный  раствор для орошения инфицированных ран, для промывания горла при ангинах применяют  9 % раствор фурациллина. Вычислите массу фурациллина  и воды,  необходимые  для приготовления 250 г такого раствора.

6 группа

1.     Для улучшения свертываемости крови в медицине используют 5%  раствор кальций хлорида. Какие массы кальций хлорида и воды необходимы для приготовления 50 г такого раствора?

Приложение 5

Инструкция к лабораторной работе

1.     Рассчитайте массу растворенного вещества и массу воды по формулам:

                                                  ω* m _{раствора}

m _{растворенного вещества  =}  ---------------

                                                             100                                    

m _{растворителя =} m _{раствора -} m _{растворенного вещества}

2.     Приготовьте предложенный раствор

·        Взвесьте на весах ____ г растворенного вещества.

·        Насыпьте отмеренное вещество в химический стакан или колбу.

·        Отмерьте с помощью мерного цилиндра необходимое количество воды_____ мл. 

(Помните, что плотность воды составляет   1 г/ мл).

·        Вылейте воду в химический стакан с растворенным веществом.

·        Осторожно содержимое стакана перемешайте стеклянной палочкой до полного растворения.

·        Вылейте раствор в заранее подготовленную посуду. Оформите и наклейте этикетку.

3.     Уберите свое рабочее место

Приложение №6

Заполните лист самоконтроля

( оцените  каждый вид работы в баллах 0-2: «0» - не знаю; «1»-знаю, но недостаточно; «2»-знаю хорошо)

Ф.И. Класс Дата	Работа с понятиями	Выполнение лабораторной работы			Активность на уроке, участие в обсуждениях	Итоговая оценка
		Знание и выполнение правил безопасности при работе с реактивами и оборудованием	Решение задачи	Приготовление раствора (взвешивание, измерение объема воды цилиндром, перемешивание раствора)
ученик
учитель

*******

Материалы к уроку "Коррозия металлов"   

Высокая цель человека науки –

проникать в самую сущность

наблюдаемых явлений,

постичь их сокровенные силы,

их законы и течения,

чтобы управлять ими

Р. Роллан

Коррозия металлов

Опорный конспект

Примерно 20% железа, ежегодно выплавляемого в мире, разрушается от коррозии.

Ø 31 января 1951 г. обрушился железнодорожный мост в Квебеке (Канада ), введенный в эксплуатацию в 1947 г.

Ø В1964 г. рухнуло одно из самых высотных сооружений в мире – 400-метровая антенная мачта в Гренландии.

Ø В 20-е годы ХХ в. с одним американским миллионером произошла неприятная история. По его заказу была построена роскошная яхта “Зов моря”. Для обшивки корпуса яхты использовался сплав никеля с медью, известный под названием монель-металл. Этот сплав отличался чрезвычайно высокой стойкостью во многих агрессивных средах, в том числе и в морской воде. Другие детали корпуса судна были изготовлены из специальных нержавеющих сталей, т.е. материалов, содержащих железо. Но когда яхту спустили на воду, она полностью вышла из строя.

 Коррозия (от лат. Corrosio - разъедает) - процесс самостоятельного разрушения металла под воздействием окружающей среды. 

В зависимости от вызываемых коррозией повреждений поверхности металлов различают следующие ее виды:

·                     равномерную (сплошную),

·                     язвенную,

·                     точечную (питтинг).

По механизму протекания коррозия делиться на два вида: химическую и электро-химическую.
Химическая коррозия Это вид коррозии протекает в средах, непроводящих электрический ток (газ, нефть, керосин ) или при высоких температурах, когда невозможна конденсация воды.В результате химической коррозии происходит переход электронов от восстановителя к окислителю. Если прокалить медную проволоку в пламени, образуется серый налет, это и будет оксид меди. При химической коррозии происходит взаимодействие металла с газами, находящимися в составе среды. Чаще всего это кислород. Металл окисляется, и на его поверхности образуются различные соединения:

4Fe⁰ + 3O_{2 —>} 2Fe⁺³₂O₃

2Fe⁰ + 3O₂ + 3SO_{2 —>} Fe₂⁺³(SO₄)₃

2Zn⁰ + O_{2 —>} 2Zn⁺²O

Большинство металлов окисляется кислородом воздуха, образуя на поверхности оксидные пленки, Если эта пленка прочная, плотная, хорошо связана с металлом, то она защищает металл от дальнейшего разрушения. Такие защитные пленки появляются у Zn, Al, Cr, Ni, Sn, Pb, Nb и др. У железа она рыхлая, пористая, легко отделяется от поверхности металла и не способна защитить его от дальнейшего разрушения

Электрохимическая коррозия  Этот вид коррозии протекает в среде электролита. Если в среде электролита находится контактная пара металлов (Cu  – Fe ), то ионы более активного металла – железа переходят в раствор, при этом поверхность железа заряжается положительно, выполняя роль анода. Электроны с поверхности железа переходят на поверхность более электроположительного металла – меди. В результате она заряжается отрицательно, выполняя роль катода. На поверхности меди восстанавливаются ионы водорода, образуя газообразный водород. Это пример коррозии, протекающей в кислой среде.
Но на поверхности металлических изделий, находящихся в атмосферных условиях, всегда конденсируется влага. Капля воды играет роль электролита, в ней растворен кислород из воздуха. Кислород восстанавливается до гидроксид-ионов, а железо окисляется, переходя в гидроксид железа (II) и гидроксид железа (III). Смесь этих гидроксидов и есть ржавчина

Защита от коррозия.

Зная механизм протекания коррозии и причины ее возникновения, человек научился защищать металлы от коррозии .

ü Крашение;

ü Эмалирование (не металлическое покрытие);

ü Металлопокрытие;

ü Легирование – введение в сплав добавки, в результате образуются коррозийно-стойкие сплавы;

ü Введение в среду ингибитора – специального вещества, замедляющего скорость коррозии;Ингибиторы коррозии (нитрит натрия, хромат и дихромат калия, фосфаты натрия и другие). Защитное действие этих веществ обусловлено тем, что они адсорбируются на поверхности металла и каталитически снижают скорость коррозии, а некоторые из них (хроматы и дихроматы) переводят металл в пассивное состояние.

ü Удаление растворенного в воде кислорода (деаэрация).

ü Протекторная защита – присоединение к защищаемому металлу более активного. Протекторная (анодная) – к защищаемой металлической конструкции, присоединяют кусок более активного металла (протектор), который служит анодом и разрушается в присутствии электролита, В качестве протектора при защите корпусов судов, трубопроводов, кабелей и других металлических изделий используют магний, алюминий, цинк.

ü Катодная защита – металлоконструкцию подсоединяют к катоду внешнего источника тока. Происходит электрозащита – нейтрализация тока, возникающего при коррозии, постоянным током, пропускаемым в противоположном направлении.

Рассмотрим в качестве примера коррозию Железа в растворе соляной кислоты в контакте с медью.

При этом возникает гальванический элемент. Более активный металл – железо окисляется и переходит в раствор  в виде ионов Fe²⁺

Fe⁰ – 2 e →Fe²⁺

Железо и медь контактируют друг с другом, и электроны, выделяющиеся при окислении железа, перемещаются на медь, где их и получает ион водорода. Т.е возникает движение электронов, а это и есть электрический ток.

 Ионы же водорода двигаются к меди (катоду), где, принимая электроны,  восстанавливаются:

2H⁺ +2e → H₂⁰

Если электролит имеет нейтральную или щелочную среду, тогда на катоде протекает процесс восстановления  кислорода, растворенного в электролите:

O₂+ 2 H₂O +4e→4OH^- в этом случае образовавшиеся ионы ОН^- соединяются с перешедшими в раствор ионами железа

 Fe²⁺+ 2OH^- →Fe(OH)₂↓

Fe(OH)₂  в присутствии воды и кислорода превращается в Fe(OH)₃, который частично отщепляет воду и образующееся вещество отвечает по составу бурой ржавчине  yFe₂O₃* xH₂O 

Тест

1. Слово “коррозия” в переводе с латинского означает:

и) разрушать; п) окислять; к) разъедать; р) ржаветь.

2. Питтинг - это: ж) электрохимическая коррозия; н) язвенная коррозия; о) точечная коррозия; р) сплошная коррозия.

3. Окисление металла в среде неэлектролита: а) электрохимическая коррозия; г) язвенная коррозия; о) точечная коррозия; р) химическая коррозия.

4. Разрушение металла, находящегося в контакте с другим металлом в присутствии водного раствора электролита: в) газовая коррозия; и) химическая коррозия; т) сплошная; р) электрохимическая коррозия;

5. Эмалирование это: б) способ предания красоты металлическому изделию; е) электрохимический метод защиты металлов от коррозии; о) защитное неметаллическое покрытие металла; ч) защитное металлическое покрытие металла.

6. Легирование это: з) специальное введение в сплав элементов, замедляющих процесс коррозии; и) покрытие железного листа слоем олова; к) создание контакта с более активным металлом; т) покрытие металла краской.,

7. Вещества, замедляющие процесс коррозии называются: и) ингибиторы; о) электроды; н) протекторы; т) краски.

8. Присоединение к защищаемому металлу другого, более активного металла называется: а) металлопокрытие; о) контактная защита; р) легирование; я) протекторная защита.

1	2	3	4	5	6	7	8

  

Ответьте на вопросы:

   На стальной крышке поставлена медная заклепка. Что разрушится раньше – крышка или заклепка? Почему?

   Почему луженный (покрытый оловом) железный бак на месте повреждения защитного слоя быстро разрушается?

   Требуется скрепить железные детали. Какими заклепками следует пользоваться медными или цинковыми, чтобы замедлить коррозию железа? Ответ обоснуйте.

   Лист железа, покрытый цинком, и лист железа, покрытый оловом, процарапали до железа. Будет ли подвергаться коррозии железо в обоих случаях?

   Почему интенсивнее коррозируют автомобили в зимнее время года в городских условиях?

   Почему сейчас коррозия протекает более интенсивно, чем раньше, например, в средневековье?

   Сантехника попросили поставить водопроводный кран, на стальную трубу. В наличии оказались хромированный и медный краны. Какой кран лучше выбрать? Аргументируйте ответ.

   Человек поставил на зуб золотую коронку, по истечении некоторого времени возникла необходимость в еще одной коронке, но средств на коронку у него нет. Возможен ли вариант, чтобы поставить на зуб стальную коронку? Что Вы можете предложить в решении данной проблемы?

Решите задачи:

Задача 1.
 Уже полтора тысячелетия стоит на одной из площадей Дели железная колонна высотой 8 метров, диаметром 65 см, весом 6.5 тонн. И, несмотря на жаркий климат Индии, на ней нет ни единого ржавого пятнышка. Чем это можно объяснить?
Задача 2.
 В 20-е годы ХХ в. с одним американским миллионером произошла неприятная история. По его заказу была построена роскошная яхта “Зов моря”. Для обшивки корпуса яхты использовался сплав никеля с медью, известный под названием монель-металл. Этот сплав отличался чрезвычайно высокой стойкостью во многих агрессивных средах, в том числе и в морской воде. Другие детали корпуса судна были изготовлены из специальных нержавеющих сталей, т.е. материалов, содержащих железо. Но когда яхту спустили на воду, она полностью вышла из строя. Объясните, что послужило причиной гибели яхты.
Задача 3. 
В III до нашей эры на острове Родос был построен маяк в виде огромной статуи Гелиоса. Колосс Родосский считался одним из семи чудес света, однако просуществовал всего 66 лет и рухнул во время землетрясения. Чем это можно объяснить?

Задача 4.

Трюмы норвежского  грузового  судна «Анатина», направлявшегося к берегам Японии, были заполнены медным концентратом. Корпус судна сделан был из стали. Внезапно судно дало течь. Объясните, что произошло.

Проведите эксперимент

1.    Приготовьте пять пронумерованных стаканов.

№1.  Поместите  железный гвоздь в воду

№2.  Поместите железный гвоздь в   раствор хлорида натрия.

№3.   К железному гвоздю прикрепите  медную проволоку и поместите  в раствор хлорида натрия.

№4. К железному гвоздю прикрепите  цинковую пластинку и поместите  в раствор хлорида натрия.

№5.  Поместите железный гвоздь в раствор  хлорида и гидроксида натрия.

2.    Опишите свои наблюдения.

3.    Объясните процессы, происходящие в каждом стакане.

4.    Результаты наблюдений и выводы  занесите в  таблицу:

№ опыта	Что делали?	Что наблюдали?	Выводы

Это интересно

Кутубова колонна

Всего в получасе езды от центра индийской столицы, на одной из площадей, стоит железная колонна возрастом более полутора тысяч лет.

С давних времен стекались к ней толпы богомольцев - считалось, что кто прислонится спиной к колонне и обхватит ее руками, тот будет счастлив.

Колонна была воздвигнута в 415 г. в честь царя Чандрагупты II, скончавшегося в 413 г. Первоначально она находилась на востоке страны, была увенчана изображением священной птицы Гаруды и стояла перед храмом. В 1050 г. царь Ананг Пола перевез ее в Дели.

Колонна весит около 6,5 т, высота ее 7,3 м, диаметр у основания 41,6 см, у верха 29,5 см. Она изготовлена почти из чистого железа (99,720 % железа) и содержит лишь незначительные примеси, чем и объясняется ее коррозионная стойкость.

Гиды часто рассказывают легенды о ее исключительности. По одной из них для создания этого памятника была использована нержавеющая сталь. Однако анализ, сделанный индийским ученым Чедари, показывает, что делийская колонна не содержит легирующих элементов, приводящих к повышенной коррозионной стойкости.

Химический состав материала колонны:

Углерод - 0,08                                               

Кремний - 0,046

Сера - 0,006

Фосфор - 0,114

Азот - 0,032

Железо - 99,722

Ученые из Технологического института Канпур обнаружили, что колонна содержит неожиданно много фосфора, который, реагируя с железом, водой и кислородом, создал своего рода защитный антикоррозийный поверхностный слой. Ученые считают, что древние кузнецы не обладали уникальными знаниями химии сплавов, а подбирали состав железа опытным путем.

Древняя Индия вообще славилась искусством своих металлургов. Во многих древних храмах встречаются железные балки длиной до 6 м. Историки сообщают, что применявшиеся при сооружении египетских пирамид орудия из железа для обработки камня изготовляли в Южной Индии, которая вела оживленную торговлю с Римом, Египтом и Грецией. Индия настолько была известна на Востоке своими изделиями из стали, что у персов в разговоре о чем-нибудь излишнем и ненужном бытовала поговорка: «В Индию сталь возить».

Как же была изготовлена эта колонна?

Некоторые даже говорят, что современные металлурги до сих пор не научились делать ничего подобного. Это не так. В наши дни научились делать и нержавеющую сталь, и железо такой чистоты, какая и не снилась древним металлургам. И все-таки искусство древних мастеров достойно восхищения.

По вопросу о способе изготовления знаменитой колонны до сих пор нет единого мнения. Некоторые авторы заявляют, что она была отлита, что менее всего вероятно. Другие считают, что при выплавке «на глазок», как это бывало в древности, возможны очень большие отклонения в качестве металла. Вот, дескать, одним из таких исключений и могла быть колонна. Третьи предполагают, что колонна изготовлена путем сварки отдельных криц массой по 36 кг и последующей их проковки.

По мнению одного автора, древние металлурги для получения чистого железа растирали губку сварочного железа в порошок и просеивали его. А потом полученный чистый порошок железа нагревали до красного каления и под ударами молота его частицы слипались в одно целое — сейчас это называется методом порошковой металлургии. Из таких кусков железа, возможно, и слепили огромную колонну в Дели.