Методическая разработка урока "Понятие о коррозии металлов, способы защитыот коррозии" 11 класс

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ – СРЕДНЯЯ
ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №35
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА УРОКА ХИМИИ ПО ТЕМЕ:
«ПОНЯТИЕ О КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ, СПОСОБЫ
ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ»
(11 КЛАСС)
ЧЕРНЫХ В.Н.
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ХИМИИ
МОУ - СОШ №35
Г. БЕЛГОРОДА
2010
Цели учебного занятия:
- помочь формированию у учеников социальной, практической и личностной значимости
по теме: «Понятие о коррозии металлов. Способы защиты от коррозии»;
2
- создать условия (содержательные, организационные и методические) для формирования
у учеников образного представления об изучаемой теме.
Задачи учебного занятия. Образовательные: организовать деятельность учащихся по
изучению и первичному закреплению понятий о коррозии металлов, ее разновидностях,
факторах, способствующих данному процессу, последствиях этого процесса в различных
областях жизнедеятельности человека и путях защиты металлов от коррозии.
Воспитательные: продолжить формирование познавательного интереса к предмету через
использование нестандартных форм обучения и создание ситуации успеха.
Развивающие: способствовать развитию учебно-интеллектуального умения
анализировать, выделять главное и существенное, устанавливать причинно-следственные
связи (развивать логическое мышление); продолжить развитие учебно-организационных
умений, направленных на выполнение поставленной задачи, осуществление самоконтроля
и самоанализа учебной деятельности, развитие критического мышления.
Технология. Технология развития критического мышления через чтение и письмо.
Технологическая карта урока приведена в таблице (приложение 1)
Тип учебного занятия. Изучение и первичное закрепление нового материала
(по Т.М. Давыденко и Е.В. Тонкову)
Реактивы и оборудование. Заранее подготовленные (за 4-5 дней) образцы:
пробирка №1- раствор хлорида натрия + железный гвоздь
пробирка №2 – вода + железный гвоздь
пробирка №3 – раствор хлорида натрия + железный гвоздь, обвитый медной проволокой
пробирка №4 – раствор хлорида натрия + железный гвоздь + цинк
Ход урока
Подготовительный этап
Учитель сообщает тему и цели урока.
Стадия вызова
Наличие этой стадии позволяет:
• актуализировать и обобщить имеющиеся у ученика знания по данной теме и проблеме;
• вызвать устойчивый интерес к изучаемой теме, мотивировать ученика к активной
учебной деятельности на уроке и дома.
Используемый методический прием «Составление кластера»
Учитель. Ребята, напишите в центре страницы слово «коррозия». Какие ассоциации у
вас возникают при упоминании этого слова? Напишите в тетради, разместив вокруг этого
слова, понятия (в виде отдельных слов или словосочетаний), связанные с коррозией.
На эту работу отводится 2-3 мин. Далее учитель оформляет ответы учащихся на доске в
виде схемы, поочередно, спрашивая всех, следя за тем, чтобы не было повторов (схема):
металлы
разрушение влага
соли кислород
ржавчина кислоты (Слайд 6)
Учитель. Коррозия металлов – это процесс самопроизвольного разрушения металлов и
сплавов под влиянием условий внешней среды (от лат. сorrosio- разъедание ). Ребята,
коррозия
3
посмотрите на предложенную вами схему и выберите из нее предметы, подвергающиеся
коррозии, условия окружающей среды, способствующие коррозии и результаты коррозии.
Ученик. Предмет коррозии – металлы
Условия окружающей среды – влага, кислород, кислоты, соли
Результаты коррозии – ржавчина, разрушение
Учитель. Коррозия приводит к огромным безвозвратным потерям металлов. Ежегодно
полностью разрушается около 10% производимого железа. По данным института
физической химии РАН, каждая шестая домна в России работает впустую – весь
выплавляемый металл превращается в ржавчину. Разрушение металлических
конструкций, сельскохозяйственных и транспортных машин, промышленной аппаратуры
становится причиной простоев, аварий, ухудшения качества продукции. Поэтому важна
противокоррозийная защита металлических поверхностей. Чтобы ее грамотно обеспечить,
необходимо владеть полной информацией о процессе коррозии. На уроке нам предстоит
пополнить свои познания об этом негативном процессе. На какие вопросы вы хотели бы
найти ответы в ходе сегодняшнего урока?
Предполагаемые вопросы.
Какие факторы окружающей среды приводят к коррозии металлов? При каких условиях
окружающей среды коррозия усиливается? К каким последствиям приводит коррозия?
Как защитить металлические конструкции от коррозии?
Стадия осмысления
Эта стадия позволяет ученику получить новую информацию, осмыслить ее, соотнести с
уже имеющимися знаниями.
Работа с опорным конспектом лекции и с учебником чтение «со стопом». После каждого
предложенного фрагмента во время «стопа» идет обсуждение проблемного вопроса и
коллективный поиск ответа на основной вопрос темы.
Тема 1. Условия окружающей среды, вызывающие коррозию металлов. Виды
коррозии.
Учитель. Ребята, чтобы знать при каких условиях металлы и сплавы начинают
подвергаться коррозии и какие виды коррозии существуют необходимо поработать с
опорным конспектом по этому вопросу (приложение 2). Прочитанный материал
зафиксируйте в тетради в виде таблицы, используя прием «бортовой журнал».
Бортовой журнал
Что мне известно по данной теме?
Что нового я узнал из текста?
После выполнения предложенной работы учащимся предлагается ответить на вопрос
(слайд 7).
Вопрос 1. О каких еще незнакомых факторах внешней среды вызывающих коррозию
вы узнали?
Ответ.
Коррозия может возникать в присутствии газов, например, водорода. Водородное
насыщение стали снижает ее прочность, что может привести к разрыву.
Одной из причин коррозии могут быть блуждающие токи, которые появляются из-за
утечки части тока из электрических цепей в почву или водные растворы, где они
попадают на металлические конструкции и растворяют металл.
Коррозия может возникать и под влиянием радиационного излучения, а также
продуктов жизнедеятельности бактерий и других организмов.
Вопрос 2. Влияет ли температура окружающей среды на скорость протекания
коррозии?
4
Ответ.
При повышенных температурах коррозия металлов усиливается.
Вопрос 3. Какие факторы внешней среды приводят к химической коррозии?
Ответ.
Химическая коррозия металлов возникает во влажном воздухе, при контакте металлов
с сухими газами или жидкостями неэлектролитами (бензин, керосин и т.д.). Она может
наблюдаться в процессе обработки металлов при повышенных температурах. (Слайд
8)
Вопрос 4. Какое значение имеют оксидные пленки, появляющиеся на поверхностях
некоторых металлов?
Ответ.
Большинство металлов окисляются кислородом воздуха, образуя на поверхности
оксидные пленки. Если эта пленка прочная, плотная и хорошо связана с металлом, то
она защищает его от дальнейшей коррозии. Такие пленки появляются у цинка,
алюминия, хрома, никеля, олова, свинца и др.. К сожалению, у железа она рыхлая,
пористая, легко отделяющаяся от поверхности, поэтому не способна защищать.
Вопрос 5. Какие факторы внешней среды приводят к электрохимической коррозии?
Ответ.
Электрохимическая коррозия протекает в среде электролитов (растворов кислот,
щелочей, солей). Как правило, металлы и сплавы неоднородны, содержат включения
примесей. Поэтому в растворе электролита контактирующие металлы становятся
электродами. Более активные металлы играют роль анода и разрушаются в первую
очередь. лайд 9) Электрохимическая коррозия может возникнуть под действием
блуждающих токов.
Учитель. Ребята, я предлагаю посмотреть результаты эксперимента по коррозии
металлов и ответить на ряд вопросов (слайд 10,11). Заранее подготовленные (за 4-5 дней)
образцы:
пробирка №1- раствор хлорида натрия + железный гвоздь
пробирка №2 – вода + железный гвоздь
пробирка №3 – раствор хлорида натрия + железный гвоздь, обвитый медной проволокой
пробирка №4 – раствор хлорида натрия + железный гвоздь + цинк
Вопрос 6. Какие виды коррозии вы наблюдаете в каждой из пробирок?
Ответ.
В пробирке 2 коррозия химическая, во всех остальных электрохимическая.
Вопрос 7. Какой фактор окружающей среды способствует протеканию коррозии в
пробирке № 2?
Кислород воздуха усиливает коррозийное воздействие воды на железный гвоздь.
Вопрос 8. Сравните процессы в пробирках №1,3 и 4.
Ответ.
В пробирках № 1 и № 3 произошла коррозия железа и выпал бурый осадок ржавчины.
В пробирке № 3 бурого осадка выпало больше. Так как при контакте с менее активной
медью железо подверглось коррозии значительнее. В пробирке № 4 выпал белый
осадок гидроксида цинка, так как цинк активнее железа и в контакте с ним
разрушается в первую очередь.
Тема 2. Результаты коррозии.
Учитель. Коррозия металлов может привести к серьезным проблемам (слайд 12,13).
Вот пример одной из них. Во время строительства метромоста и станции «Ленинские
горы» в Москве в бетон добавляли большое количество хлорида натрия, чтобы не
допустить замерзания еще не схватившегося бетона. Станция была сооружена в
кратчайшие сроки (всего за 15 месяцев) и открыта 12 января 1959. Однако присутствие
5
хлорида натрия в бетоне вызвало разрушение стальной арматуры. Коррозии оказались
подвергнуты 60% железобетонных конструкций, поэтому станция была закрыта на
реконструкцию, продолжавшуюся почти 10 лет
Метромост на момент сдачи Части разрушенного моста
Тема 3. Защита металлов от коррозии.
Учитель. А теперь я предлагаю занести в «бортовой журнал» способы защиты
металлов от коррозии. Их вы выберите из § 18 учебника, с. 212 (слайд 14)
После прочтения фрагмента параграфа и заполнения бортового журнала ученикам
предлагаются несколько практических ситуаций, выход из которых их просят найти.
Учитель. Предложите возможные способы защиты поверхности стальной
конструкции от атмосферной коррозии.
Ученик. Защитить стальную конструкцию от атмосферной коррозии можно, если
нанести на ее поверхность защитное покрытие неметаллического происхождения
(лаки, краски, минеральные масла и смазку). Чтобы лакокрасочное покрытие было
более надежным, стальную поверхность предварительно очищают от грязи и
продуктов коррозии преобразователями ржавчины, содержащими ортофосфорную
кислоту и ее соли. Они растворяют остатки оксидов и формируют плотную и прочную
защитную пленку из фосфатов. Можно применить металлический способ защиты. Для
этого стальную поверхность покрывают другими металлами, на поверхности которых
под воздействием окислителей образуются устойчивые защитные пленки (цинкование,
лужение, никелирование).
Учитель. Как защитить подземный трубопровод от коррозии и удлинить срок его
эксплуатации?
Ученик. Можно применить протекторный способ защиты. К защищаемой
металлической конструкции присоединяют кусок более активного металла
(протектор), который служит анодом и разрушается в присутствии электролита. В
качестве протекторов стальных конструкций обычно используются металлы магний,
алюминий, цинк. Существует и другой вариант защиты. При этом
металлоконструкцию подключают к катоду внешнего источника тока, что исключает
возможность ее анодного разрушения
Учитель. Как защитить от коррозии металлические цистерны, в которых перевозят и
хранят, например, растворы соляной или серной кислот?
Ученик. Для этого в электролит добавляют вещество – ингибитор, который действует
на металл, делая его пассивным по отношению к среде, например к раствору кислоты
Стадия рефлексии
На этой стадии основным является:
• целостное осмысление, обобщение полученной информации;
6
• усвоение нового знания, новой информации учениками;
• формирование у каждого ученика собственного отношения к изучаемому материалу.
Большое значение на стадии рефлексии имеет прием «составление кластера». Это
исправление неверных предположений или их уточнение в «предварительном кластере».
Учитель. Посмотрите внимательно на составленный вначале урока кластер. Можем ли
мы теперь его пополнить новыми понятиями или уточнить?
Ученики предлагают объединить коррозийные факторы кислоты и соли под общим
названием электролиты, дополнив его еще щелочами. Объединить факторы влага и
кислород, так как при этом будет усиливаться коррозийный эффект. Объединить понятия
ржавление и разрушение, так как эти слова одинаковы по смыслу со словом коррозия.
Предлагается уточненный вариант кластера (слайд 15)
Электролиты Ингибиторная защита
Блуждающие токи Защитные покрытия
Влага + кислород Протекторная защита
Сухие газы Катодная защита
Неэлектролиты Создание новых материалов
Учитель подводит итоги урока, выставляет оценки ученикам.
Домашнее задание. [1] § 18, с.208-214, в.19-20 с.225
Список используемой литературы.
Коррозия
(разъедание,
разрушение,
ржавление)
7
1. Химия. 11класс. Базовый уровень. Учебник для общеобразовательных учреждений.
О.С. Габриелян.- М.: Дрофа, 2008
2. Химия. Методическое пособие. 11 класс. О.С. Габриелян, Г.Г. Лысова.- М.: Дрофа,
2005
3. Химия 11 класс. Составитель Л.М. Брайгер. - Волгоград, «учитель - Аст», 2001
4. Химия для школьников старших классов и поступающих в вузы. Н.Е. Кузьменко,
В.В. Еремин, В.А. Попков.-М.: Дрофа, 1995
5. Газета «Первое сентября». Химия, №6, 2008, с.35-41
6. Неорганическая химия. М.М. Петров, Л.А. Михилев, Ю.Н. Кукушкин.- Л.:
«Химия», 1976
7. Коррозия и борьба с ней. Г.Г. Улиг, Р.У. Реви.- Л.: «Химия», 1989
Приложение1
Технологическая карта урока «Понятие о коррозии металлов. Способы защиты от
коррозии» с использованием ТРКМ.
8
Стадия
(фаза)
Функция фазы
Задачи,
деятельность
учителя
Деятельность
учащихся
Возможные
приемы и
методы
Стадия
вызова
Мотивационная
(побуждение к работе с
новой информацией,
пробуждение интереса к
теме). Информационная
(вызов «на поверхность»
имеющихся знаний по
теме). Коммуникационная
(бесконфликтный обмен
мнениями)
Вызов уже
имеющихся
знаний о процессе
коррозия,
активизация
учащихся,
мотивация для
дальнейшей
работы
Ученик
«вспоминает», что
ему известно по
изучаемому
вопросу (делает
предположения),
систематизирует
информацию до ее
изучения
Прием
«составление
кластера»-
составление
списка
известной
информации по
ключевым
словам
Информация, полученная на первой стадии, выслушивается, записывается, обсуждается. Работа
ведется индивидуально.
Стадия
осмысления
Информационная
(получение новой
информации по теме).
Систематизационная
(классификация
полученной информации
по категориям знания)
Сохранение
интереса к теме
при
непосредственной
работе с новой
информацией,
постепенное
продвижение от
знания «старого»
к «новому»
Ученик читает
(слушает) текст,
ведет записи в
«бортовом
журнале» по мере
осмысления новой
информации
Методы
активного
чтения: чтение
со «стопами»,
лекция со
«стопами»;
ведение записей
в «бортовом
журнале», поиск
ответов на
поставленные в
первой части
урока вопросы.
Непосредственный контакт с новой информацией (текст, лекция, материал параграфа), работа ведется
индивидуально
Стадия
рефлексии
Коммуникационная (обмен
мнениями о новой
информации).
Информационная
(приобретение нового
знания). Мотивационная
(побуждение к
дальнейшему расширению
информационного поля).
Оценочная (соотнесение
новой информации и
имеющихся знаний,
выработка собственной
позиции, оценка процесса)
Вернуть
учащихся к
первоначальным
записям. Внести
изменения,
дополнения, дать
творческие,
исследовательски
е или
практические
задания на основе
изученной
информации
Учащиеся
соотносят
«новую»
информацию со
«старой»,
используя знания,
полученные на
стадии
осмысления.
Поиск
информации и
аргументирование
выбранного
материала
Обновление
первоначального
кластера с
учетом
полученной и
осмысленной
информации.
Ответы на
вопросы
Творческая переработка, анализ, интерпретация полученной информации, работа ведется
индивидуально и в группах
Приложение 2
Опорный конспект по теме «Условия окружающей среды, вызывающие
коррозию металлов. Виды коррозии».
9
Коррозией называют явление разрушения металлов при воздействии окружающей
среды. Слово коррозия происходит от латинского «corrodo» - «грызу» (позднелатинское
«corrosio» означает “разъедание»). Особенно подвержены этому процессу металлы,
расположенные в ряду напряжений левее водорода, в том числе железо.
В результате коррозии железо ржавеет. Этот процесс очень сложен и включает
несколько стадий. Его можно описать суммарным уравнением:
4Fe + 6 H2O(влага)+ 3О2 → 4Fe(OH)3
Гидроксид железа (III) очень неустойчив. Быстро теряет воду и превращается в оксид
железа (III). Это соединение не защищает поверхность железа от дальнейшего окисления.
В результате железный предмет может быть полностью разрушен.
Многие металлы, в том числе и активные при коррозии покрываются плотной,
хорошо скрепленной с металлами оксидной пленкой, которая не позволяет окислителям
проникнуть в более глубокие слои и потому предохраняет металл от коррозии. При
удалении этой пленки металл начинает взаимодействовать с влагой и кислородом воздуха.
Коррозию металлов могут вызвать сухие газы. Разрушение металлов в
присутствии водорода обнаружили в середине девятнадцатого века. французский инженер
Сент Клэр Девиль изучал причины неожиданных разрывов орудийных стволов. При их
химическом анализе он нашел в металле водород. Девиль решил, что именно водородное
насыщение явилось причиной внезапного падения прочности стали.
Детали и узлы двигателей, газовых турбин, ракетных установок,
находящиеся в контакте с жидкостями – неэлектролитами (бензин, керосин и др.) тоже
часто выходят из строя из-за коррозии.
Во всех этих случаях мы столкнулись с химической коррозией.
Химическая коррозия металлов это разрушение металлов в результате их
химического взаимодействия с веществами окружающей среды.
Наиболее распространена коррозия в средах электролитов. В некоторых технологических
процессах металлы контактируют с расплавами электролита. Однако чаще всего коррозия
протекает в растворах электролитов. Использование солей для удаления снега и льда с
дорог и тротуаров также приводит к ускоренному разрушению металлов. В средах
электролитов возможны не только химические, но и электрохимические взаимодействия,
а, следовательно, и новый вид коррозии - электрохимическая.
Электрохимическая коррозия металлов связана с появление в среде металл –
электролит электрического тока. Как правило, металлы и сплавы неоднородны, содержат
включения различных примесей. В среде электролита одни участки поверхности (более
активные металлы) начинают играть роль анода и разрушаются, теряя электроны.
Металлы – катоды при этом сохраняются, и на их поверхности появляется избыточный
отрицательный заряд. Поэтому электрохимическая коррозия сопровождается
окислительно-восстановительными процессами между контактирующими металлами в
среде электролита. Скорость коррозии тем больше, чем сильнее отличаются металлы по
активности, и чем выше температура. Электрохимическая коррозия может быть вызвана
блуждающими токами, которые появляются из-за утечки части тока из электрических
цепей в почву или водные растворы, где они попадают на металлические конструкции.
Приложение 3
Актуальность применения технологии критического мышления.
10
В образовании по-прежнему актуальным является вопрос применения современных
педагогических технологий. В настоящее время разные авторы выдвигают множество
позиций определения педагогической технологии. На мой взгляд, творческие способности
учеников можно развить, создав для этого благоприятные условия. Необходимо
постоянно создавать на уроках активные формы работы, при которых ученики
вовлекались бы в процессы поиска оригинальных решений известным проблемам.
Воспитывать личность, способную создавать, придумывать и высказывать свою точку
зрения по возникающим вопросам.
Современному человеку совершенно точно известно, что ни одна наука в одиночку не
даст ответа ни на один поставленный вопрос. Точно также нет универсальной
педагогической технологии, способной правильно ориентировать молодого человека на
самореализацию в современном мире. Именно поэтому учебной процесс должен
развивать склонности к критическому мышлению, к поиску наиболее правильного и
точного выхода из проблемной ситуации.
«Критическое мышление» - это педагогический подход, педагогическая технология
построения урока на базе критического отношения к тексту. Она способствует выработке
у учеников потребности самим задавать вопросы по изучаемой теме и участвовать в
самостоятельном поиске ответа на них. Технология «критического мышления» позволяет
активизировать интеллектуальную и эмоциональную деятельность ученика, вовлечь в
процесс обучения его личностное начало.
Технологию развития критического мышления предложили в середине XX века
американские педагоги Дж. Стил, К. Мередит, Ч. Темпл, как методику обучения,
способную ответить на вопрос как мыслить. А.. П. Чернявская в одной из своих работ
отмечает, что технология критического мышления – это разновидность личностно –
ориентированного обучения. «Разница лишь в том, что в данном варианте личностно
ориентированное обучение не останавливается на общих лозунгах, а достигает уровня
технологической проработки метода».
Технология развития критического мышления нацелена на индивидуальную работу
ученика и работу в группах. Она получила развитие в работах многих передовых
педагогов. На своем уроке я использовала подход, описанный С.И. Заир-Бек. Основа этого
подхода – трехфазный процесс: вызов→осмысление содержания→рефлексия
1 этап - "Вызов" (ликвидация чистого листа). Ребенок ставит перед собой вопрос "Что я
знаю?" по данной проблеме.
2 этап - "Осмысление" (реализация осмысления).
На данной стадии ребенок под руководством учителя и с помощью своих товарищей
ответит на те вопросы, которые сам поставил перед собой на первой стадии («Что хочу
знать).
3 этап - "Рефлексия" (размышление).
Размышление и обобщение того, “что узнал” ребенок на уроке по данной проблеме.
"Критическое мышление" можно смело отнести к инновационным технологиям, так как
она соответствует основным параметрам инновационного обучения.