Общие свойства металлов. Коррозия металлов

 

 

 

 

Общие свойства металлов.    Коррозия металлов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Это заключительный урок по данной теме, и к нему для повторения задан  следующий материал:

1. Положение металлов в периодической системе Д.И. Менделеева.
2. Металлы в природе, общие способы их получения.
3. Характеристика общих физических свойств металлов на основе особенностей строения кристаллической решетки металлов.
4. Характеристика общих химических свойств металлов на основе строения атома. Взаимодействие с простыми и сложными веществами.
5. Электрохимический ряд напряжения металлов.
6. Коррозия металлов. Сущность электрохимической коррозии.
7. Условия, влияющие на скорость коррозии.
8. Меры борьбы с коррозией.

Цели. Систематизировать знания о физических и химических свойствах металлов на основе учений о строении атома, о видах коррозии и способах защиты от неё; показать сущность физических и химических свойств металлов, видов коррозии, вред, приносимый коррозией народному хозяйству, и значение мер её предупреждения.

 

                                          Ход и содержание урока

 

В начале урока проводится химический диктант – выясняется уровень  знаний об общих химических свойствах металлов. Дается 2 варианта работы, выполняемой в тетрадях для контрольных работ.

Пример: продолжить запись и рассмотреть с точки зрения электронных представлений следующие уравнения реакции:

Вариант 1.  Al + HCl       ; K + H₂O        ; S + Zn        ; AgNO₃ + Pb        .

Вариант 2. Al + H₂SO₄            ; Li + H₂O         ; S + Fe       ; CuSO₄ + Fe         .

Диктант проверяется после уроков.

Во время урока используется опорная схема (см. приложение). Деление элементов на металлы и неметаллы определяется в конечном итоге особенностями строения электронных оболочек атома и величиной его радиуса. Большинство металлов на внешнем электронном уровне имеет от одного до  трех валентных электронов. У металлов меньше заряд ядра и больше размер атома по сравнению с неметаллами, расположенными в том же периоде, поэтому связь валентных электронов с ядром слабее, чем у неметаллов. В связи с этим валентные электроны слабо притягиваются к ядру. Металлы могут лишь отдавать электроны и переходить в положительно заряженные ионы, т. е. они являются восстановителями.

Даются определения металлам и  неметаллам с точки зрения строения атома. Отмечается, что четко провести границу между металлами и неметаллами невозможно, что существуют переходные элементы, обладающие амфотерными свойствами. Определяется их место в периодической системе. Если разделить таблицу периодической системы по диагонали Be – At на две части, то видно, что левую нижнюю часть занимают металлы, а в верхней правой части, исключая металлы побочных подгрупп, находятся металлы. Металлов в четыре раза больше, чем неметаллов.

Для выяснения причины местоположения металлов в периодической системе  рассматривается изменение металлических  свойств элементов-металлов в одном  и том же периоде по сравнению  с элементами-неметаллами сначала  в малых, а затем в больших  периодах. Обращается внимание на различие в заполнении электронных оболочек элементов-металлов малых и больших  периодов. Рассматривается проявление металлических свойств у элементов  главных подгрупп.

Насколько глубоко поняли ребята материал, можно проверить с помощью  вопросов: каковы степени окисления у металлов главных подгрупп? Почему? Какие степени окисления свойственны металлам побочных подгрупп? Почему? Почему так много металлов среди химических элементов?

Вспоминаем, в виде каких соединений металлы находятся в природе  и способы переработки этих соединений в металлы (восстановление оксидов  металлов углеродом, оксидом углерода, водородом, металлотермия, электролиз).

Перечисляются физические свойства металлов и объясняется сущность электрической  проводимости, теплопроводности, плотности, твердости, пластичности и др. Общие физические свойства у различных металлов проявляются по-разному. Приводятся примеры.

Из химических свойств металлов обращаем внимание на их взаимодействие с неметаллами, водой, кислотами, солями. Металлы взаимодействуют с такими неметаллами, как кислород, сера, галогены. С кислородом металлы образуют оксиды, характер которых определяется радиусом иона металла и степенью окисления: чем больше радиус иона и меньше степень окисления, тем сильнее проявляются основные свойства оксида, и, наоборот, чем меньше радиус иона металла и больше степень окисления, тем более свойственны оксиду кислотные свойства.

Школьникам предлагается решить, какими свойствами будут обладать оксиды хрома: CrO, Cr₂O и CrO_3, если радиусы их ионов соответственно равны 0,083, 0,064 и 0,035 нм. Они отвечают, что между оксидом CrO с основными свойствами и оксидом CrO₃ c кислотными свойствами есть оксид Cr₂O с амфотерными свойствами. Обращается внимание на то, что кислоты, образованные металлами с переменной валентностью, отличаются меньшей химической активностью и прочностью по сравнению с кислотами, образованными типичными неметаллами. Пример: к металлам с переменной валентностью относятся ванадий, хром, молибден, вольфрам, марганец и другие.

Все металлы по химической активности можно расположить в ряд, которым  пользуются для предсказания результатов реакции. На основании электрохимического ряда напряжений металлов определяют, будет ли металл взаимодействовать с водой, кислотами, растворами солей.

Ученикам дается задание: определить, какой из предложенных металлов будет  взаимодействовать с солями, кислотами, водой.

Вариант 1. Железо, калий, серебро и сульфат меди.

Вариант 2. Магний, ртуть и серная кислота.

Вариант 3. Кальций, медь и вода.

Составляются уравнения реакций.

Затем переходят к обобщению  знаний о коррозии металлов и борьбе с ней. Дается определение коррозии как самопроизвольного процесса разрушения металлов или их сплавов  под воздействием окружающей среды, в ходе которого осуществляется переход  металла из свободного состояния  в химически связанное и происходит потеря присущих ему свойств. Коррозия – это окислительно-восстановительный  процесс. Причиной электрохимической коррозии могут быть, например, соприкосновение металлов, обладающих разной активностью, загрязнения, примеси при наличии электролита. В этих случаях на поверхности металлов возникает большое количество гальванических пар. Анодами являются частицы металла, катодами – примеси. На них выделяется водород. На скорость коррозии металлов разной химической активности, находящихся в контакте, влияют сила электролита, присутствие ингибиторов.

Чистые металлы имеют ограниченное применение. Чаще всего используют металлические сплавы, которые по многим физико-техническим показателям превосходят металлы. Они, как и металлы, подвергаются коррозии и нуждаются в защите от нее. Металлы и сплавы можно защищать от коррозии двумя путями: изоляция поверхности металла от среды (хромирование, никелирование, смазка, покрытие лаками, красками) и искусственное повышение коррозийной стойкости путем замедления процессов коррозии (ингибиторы, легирование поверхностных слоев и др.).

В конце урока дается задание  на дом:

1. С помощью каких реакций можно осуществить следующие превращения:

     _{1                      2                      3                               4                          5}

Fe         Fe₂O₃         FeCl₃          Fe(OH)₃            Fe₂O₃             Fe.

2. Определите массу алюминия, вступившего в реакцию с водой, если при этом выделилось 33,6 л водорода.
3. Вычислите объем водорода, выделившего при взаимодействии 0,25 моль калия с водой.
4. Почему скорость коррозии увеличивается, если в металле присутствуют примеси.

 

 

 

 

 

Приложение

 

ОПОРНАЯ СХЕМА

Положение в периодической системе  Д. И. Менделеева

 

Переходные элементы                  М – е – М⁺.                                                         Восстановители

 

                                              Нахождение в природе                                          Изменение восстановительных свойств

                                                     (МО, МS, МЭО)                                                   в периодах

                                       Общие способы переработки

                                                                                                                                    г

            МО            МS + O₂          MO     Электролиз МЭО: М⁺ + е      М⁰             р

                                                                                                                                    у

                               Восстановление:                                                                     п

                               МО + С        ?                                                                              п

                               МО + СО       ?          М + …                                                       а

                               МО + Н₂           ?                                                                             х

Металлотермия  -  МО + М¹         ?                    

Физические свойства                                                         Химические свойства

Металлическая        Металлическая

решетка                      связь                                          Реакции                       Реакции                             Коррозия:

                                                                                          с простыми                 со сложными                   1) химическая

1. Металлический блеск                                            веществами                веществами                     2)электро-

2. Электропроводность                                                                                                                                    химическая

3. Теплопроводность                                                     Ca + Cl₂ = ?                   Na + H₂O – ?                      М⁰ – е – М⁺

4. Плотность (> 5 г/см³)                                                 Mg + O₂ = ?                  Zn + HCl – ?

6. Температура плавления (> 1000 ⁰С)                      Na + S = ?                      Zn + CuSO₄ – ?

 

                                                                                                                     Условия, влияющие на скорость коррозии:

1. Расположение М в электрохимическом ряду напряжения.
2. Сила электролита.
3. Температура
4. Ингибиторы.

                                                                  

                                                         Защита от коррозии

 

Изоляция поверхности (хромирование,                                                     Замедление в процессе коррозии

никелирование, смазка, покрытие лаком, краской и др.)                     в присутствии ингибиторов