Эффективное применение химического эксперимента при изучении коррозионных процессов на занятиях по УД "Физическая химия"

О. А. Антипина

ГАПОУ ИО БрИМТ, г. Братск

Эффективность применения химического эксперимента при изучении коррозионных процессов на занятиях по УД «Физическая химия»

Химические эксперименты, которые проводятся на занятиях учебной дисциплины «Физическая химия», не всегда приближенны к реальным условиям. Поэтому у некоторых обучающихся изучение данной дисциплины связывается с представлением объектов, которые не имеют практического применения. Следствием вышеуказанного становится неумение объяснять бытовые явления, а также использовать полученные теоретические знания на практике. Формируется негативное восприятие к науке и химическим производствам, которые порождают большое количество проблем экологического и технологического плана.

Хотелось бы сделать изучение УД «Физическая химия» практико-ориентированным, однако химический эксперимент остается в классическом варианте. Достаточным подтверждением этого случит тема «Коррозия металлов». Методические описания опытов по коррозии металла требуют большого количества времени. Продолжительность опыта по изучению коррозии железа в присутствии различных веществ составляет около недели.

Для изучения данной темы предложить химический эксперимент, который проводится на одном уроке в виде демонстрации или лабораторной работы.

Занятие лучше разделить на несколько этапов. На первом этапе определить, условия протекания коррозии металла, эксперимент провести в форме демонстрационного опыта. На втором этапе экспериментальным путем доказать образование двухвалентного соединения железа, выяснить условия замедления и ускорения коррозионного процесса. Эту часть работы обучающиеся выполняют в виде лабораторного опыта. На третьем этапе опыт проводит преподаватель, объясняя энергетику коррозионного процесса.

Демонстрационный опыт 1 «Определение условий коррозии железа»

Для проведения опыта используют прибор для демонстрации зависимости скорости химической реакции от различных условий. В манометрические трубки прибора наливают подкрашенную воду. Сосуды Ландольта заменяют на две колбы вместимостью 50-100 мл. Их предварительно заполняют кислородом. В обе колбы насыпают по 2-3 г порошка восстановленного железа и первую из них присоединяют к манометрической трубке. Во вторую колбу приливают около 1 мл воды, быстро присоединяют ее к манометрической трубке и встряхивают для того, чтобы влажные частички железа попали на ее стенки. Сразу же наблюдается движение жидкости в манометрической трубке, присоединенной ко второй колбе: происходит окисление железа, уменьшается объем кислорода. В первой колбе, содержащей железо и кислород, изменений не происходит. Следовательно, не наблюдётся движение жидкости в манометрической трубке. Опыт доказывает, что необходимые условия коррозии – присутствие кислорода и воды. На этом этапе химизм коррозионного процесса не рассматривается.

Лабораторный опыт «Коррозия железа. Образование гальванических пар»

1 часть. В четыре стакана насыпают по 2 г порошка железа. В первый стакан добавляют несколько кусочков очищенной медной проволоки, во второй 5-8 блестящих гранул цинка. В третьем стакане находится только железо, а в четвертый добавляют несколько кристаллов хлорида натрия. В каждый стакан приливают по 1 мл дистиллированной воды. Вода должна пропитать порошок железа, но не полностью его закрыт, т.е. должен быть контакт железа с воздухом. Оставляют содержимое стаканов на 10 минут. В это время готовят штатив, куда помещают четыре пробирки с воронками для фильтрования и фильтрата.

2 Часть. Через 10 минут в стакан приливают по 2 мл дистиллированной воды, тщательно перемешивают и фильтруют содержимое в пробирки. Убирают воронки и в каждую пробирку добавляют по капле 0,25% раствора гексацианоферрата (III) калия и 2 капли соляной кислоты, разбавленной водой 1:1. Через 5-7 мин в растворах происходит изменение окраски. Наиболее интенсивное окрашивание наблюдается в воде, контактировавшей с железом и медью, и в воде, в которой железо контактировало с хлоридом натрия. Менее интенсивная окраска у воды с порошком железа. В воде, контактировавшей с железом и цинком, нет окрашивания. Удобно поставить в штатив еще одну пробирку для сравнения. В нее нужно добавить такой же объем дистиллированной воды, каплю раствора гексацианоферрата (III) калия и 2 капли соляной кислоты. Полученные результаты обучающиеся заносят в таблицу.

Демонстрационный опыт 2 «Определение теплового эффекта реакции окисления железа»

Для многих обучающихся вопрос об энергетике процесса окисления достаточно определенный: окисление железа кислородом – экзотермический процесс. При этом чаще всего они вспоминают опыт, демонстрирующий горение железа в кислороде. Меняется ли что-то в этом процессе с добавлением воды? Обучающиеся затрудняются ответить - коррозия экзотермический или эндотермический процесс?

Простой опыт позволяет объяснить сторону реакции. В фарфоровой чашке смешивают 10 г порошкообразного восстановленного железа с 2-3 г кусочков или порошка меди. Можно не добавлять в смесь медь, но тогда процесс окисления будет идти медленнее. К смеси металлов добавляют трехкратный объем мелко нарезанной стекловаты. В полученную смесь наливают около 2 мл воды. Тщательно перемешивают. Рыхлую массу помещают в демонстрационную пробирку, в которую предварительно опускают газоотводную трубку для подведения кислорода и датчик температуры. Измеряют начальную температуру смеси. Затем в пробирку пропускают слабый ток кислорода из газометра. Температура смеси начинает повышаться. Фиксировать изменения температуры можно при помощи лабораторного термометра. Обычно температура поднимается на 4-6 0С. Под действием кислорода на поверхности железа в присутствии воды протекает процесс окисления, который можно описать уравнением:

4Fe+3O2+6H2O=4Fe(OH)3 + Q

Экспериментальное построение занятия дает возможность экспериментально выявить различные стороны процесса коррозии железа.

Литература

Белик В.В., Киенская К.И. Физическая и коллоидная химия: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. – 7-е изд., стер.- М.: Издательский центр «академия». 2012.

Строкатова С.Ф., Лавникова И.В. Коррозия металлов: теория и практика// Химия в школе – 2011. – 31.- С.50-56.