Проблемно-деловая игра на тему «Коррозия металлов». Работа №55380

ФГБОУ ВПО «КГТУ»

Федеральное агентство по рыболовству

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Калининградский государственный технический университет»

 

Астраух О.О.– доцент, кандидат технических наук кафедры Химии, ФГБОУ ВПО «КГТУ» в г. Калининграде.

Литвинова Л.А. – преподаватель кафедры боевых средств флота, филиал ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия» в г. Калининграде.

Аннотация. Проблемно-деловая игра является одним из методов развития у курсантов и студентов самостоятельного и творческого мышления. Сценарий игры создает определенные условия для активизации творческой познавательной деятельности курсантов, повышая интерес к предмету.

В данной статье представлена разработка сценария проблемно-деловой игры на тему «Коррозия металлов».

Ключевые слова: коррозия, защита металлов от коррозии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проблемно-деловая игра на тему «Коррозия металлов».

Проблемно-деловая игра является одним из методов развития у курсантов и студентов самостоятельного и творческого мышления. Сценарий игры создает определенные условия для активизации творческой познавательной деятельности курсантов, повышая интерес к предмету. Участие в игре обеспечивает курсанту умение выбрать и применить на практике полученные знания, а преподавателю дает возможность легко и быстро контролировать и корректировать работу курсантов поэтапно и в целом.

Целью проблемно-деловой игры на тему «Коррозия металлов» является формирование знаний у курсантов о видах коррозии и способах защиты металлов от коррозии.

Проблемно-деловая игра преследует следующие задачи:

-Общеобразовательные: 1. Рассмотреть виды коррозии металлов. 2. Способы защиты металлов от коррозии.

-Развивающие: 1. Способствовать развитию у курсантов познавательной активности, логического мышления, умения анализировать, сравнивать, делать выводы, привлечь необходимые знания для разрешения проблемной ситуации. 2. Формировать практические навыки при проведении эксперимента.

-Воспитательные: 1. Формирование навыков принятия и эффективного исполнения деловых ролей; 2. Обучение взаимодействию и сплоченности участия в выработке коллективных решений.

Средства обучения: карты занятий для групп, рабочий лист, Периодическая система элементов Д.И. Менделеева, ряд напряжений металлов.

Актуальность темы рассматривается на ситуации коррозионного разрушения элементов корпуса, конструкций и механизмов морских судов.

Мы видим мрачную картину:

Вот ржавый гвоздь и ржавая труба,

И даже новую машину за год буквально съела ржа.

Ползет она, как змей ужасный,

И вглубь, и вширь, и поперек.

Корабль, краскою блестевший,

С дырой в боку ко дну идет.

Ржавеет все – троса, лебедка,

Опоры зданий и мостов,

И даже руль подводной лодки

Всегда к ржавлению готов.

И где же выход из проблемы,

И в чем причина бедствх?

Найдем ответ мы непременно,

Пусть нам сопутствует успех!

Коррозия –это процесс самопроизвольного разрушения материалов под воздействием окружающей среды. Подвергаются коррозии металлы, бетоны, пластмасса, и среди них, как конструкционный материал, выделяется железо. Ржавление – это коррозия железа и его сплавов.

«Коррозия – рыжая крыса грызет металлический лом»

Правила проблемно- ролевой игры: учебная группа делится на команды:

информационную, экспериментальную и экспертную.

Представители информационной команды излагают теоретическую часть темы с использованием исторических фактов.

Представители экспериментальной команды выполняют экспериментальную часть, анализируют и обобщают полученные результаты. На данном этапе участие в обсуждении результатов принимают представители всех команд.

Представители экспертной команды оценивают деятельность всех участников деловой игры, деятельность команд и распределяют места между экспериментальными командами.

Руководителем игры является преподаватель, который должен пожелать курсантам, чтобы участие в игре принесло им удовлетворение от того, что они уже многому научились, но и заставило бы их подумать о своих пробелах в изученном материале.

 

Деятельность информационной команды.

1 этап: Механизм коррозии.

 

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ

 

По виду

коррозионной среды

 

По характеру разрушения

По механизму

протекания коррозии

газовая

жидкостная

атмосферная

почвенная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

равномерная

 

 

неравномерная

 

химическая

 

электрохимическая

 

2 этап: Краткая характеристика химической и электрохимической коррозии.

 

Химическая коррозия

Электрохимическая коррозия

 

Обусловлена взаимодействием металлов с сухими газами при повышенных температурах или с жидкостями– неэлектролитами.

Осуществляется за счёт электрохимических реакций, происходящих на поверхности металла, находящегося в контакте с раствором электролита и сопровождается возникновением электрического тока

 

Сущность процессов химической коррозии сводится к взаимодействию металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента среды протекают единовременно в одном акте. Продукты взаимодействия пространственно не разделены.

2Cu + O2 = 2CuO

4Al + 3O2 = 2Al2O3

При этом образуются оксидные плёнки различного характера: прочные (Al2O3, ZnO, NiO, Cr2O3, TiO2) и рыхлые (FeO, Fe2O3, Fe3O4)

Скорость химической коррозии определяется прежде всего свойствами возникающей при коррозии плёнки на поверхности металла, характер которой определяется природой металла и коррозионной среды, а также температурой.

Электрохимическая коррозия протекает через сопряжённые процессы анодного растворения металла и катодного восстановления окислителя, обычно молекул кислорода или ионов водорода в зависимости от характера среды (рН). Коррозия с участием кислорода называется коррозией с кислородной деполяризацией и протекает в щелочной или нейтральной среде рН ≥ 7:

O2 + 2H2O +4ē = 4 OH-

Коррозия с участием ионов водорода называется коррозией с водородной деполяризацией и протекает в кислой среде рН < 7:

2H+ + 2ē = H2

Кроме анодных и катодных реакций при электрохимической коррозии происходит движение электронов в металле и ионов в электролите. Электролитами могут быть растворы солей, кислот и оснований, морская вода, почвенная вода и вода атмосферы.

 

3 этап: Защита металлов от коррозии.

Человечество несет огромные материальные потери в результате коррозии. Коррозия приводит к уменьшению надежности морских судов:

- коррозия сварных швов в подводной части корабля;

- в районе грузовых люков коррозирует стальная палуба;

- у бортов корабля в местах скопления воды и грязи наблюдается износ палубного настила;

- коррозируют заклепки наружной обшивки в подводной части корпуса корабля;

- коррозируют трущиеся поверхности гребных валов.

В настоящее время изыскание новых и совершенствование старых способов защиты от коррозии является важнейшей проблемой.

 

 

Виды защиты металлов от коррозии

Физические

Физико-химические

Химические

Механические

покрытия

Протекторная

защита

Легирование

Гальванические

покрытия

Пассивация металлов

Ингибирование

 

Деятельность экспериментальной команды.

1 этап: Команде предлагается провести и объяснить опыты.

 

№ опыта

Реактивы

1.Коррозия оцинкованного железа

Fe/Zn (оцинкованное железо) + H2SO4 + K3[Fe (CN)6]

2.Коррозия луженого железа

Fe/Sn (луженое железо) + H2SO4 + K3[Fe (CN)6]

3. Коррозия как результат различного доступа кислорода

Fe + H2O + NaCl + K3[Fe (CN)6] + фенолфталеин

 

Вопросы: 1. Какой металл разрушается – защищаемый или покрытие (опыты 1 и 2)? Какое из покрытий является анодным, а какое – катодным? 2. Чем объясняется появление по окружности капли розового окрашивания, а в ее центре – синего (опыт 3)?

2 этап: Команде предлагается провести и объяснить опыт «Влияние ионов хлора на скорость коррозии.

 

№ пробирки

Реактивы

1

Al + CuSO4

2

Al + CuSO4 + NaCl (кристаллический)

 

Вопросы: 1. Как влияют ионы хлора на интенсивность коррозии и почему?

 

Деятельность информационной группы.

СПРАВКА

В Дели (Индия) стоит колонна 1500 лет. Высота – 7,3 м, вес – 5 тонн, диаметр у основания _ 42 см, вверху – 30 см.

Состав: Fe (чистое) – 99.72%; примеси: Р – 0,1%, менее 0.1% Si и С.

Есть предположение, что колонна изготовлена из самородного железа (космическое, метеоритное) Наземная часть не имеет признаков коррозии, но образцы, привезенные из Дели в Лондон заржавели, значит колонна неоднородна. Секрет такой обработки металла до сих пор не разгадан.

 

 

СПРАВКА

Луженое железо идет на изготовление тары для хранения продуктов.

Патент на способ хранения пищевых продуктов в жестяных банках был выдан парижскому повару Апперу в 1810 году. Он запаивал продукты в банках из белой жести, затем нагревал в кипящей соленой воде.

СПРАВКА

Символом Парижа является Эйфелева башня. Башня неизлечима больна, ржавеет и разрушается. Её красили 18 раз, отчего её масса (9000 т), каждый раз увеличивается на 70 т. Вопрос: какой вид защиты башни от коррозии?

СПРАВКА

Во время строительства метромоста и станции «Ленинские горы» в Москве в бетон добавили большое количество хлорида натрия, чтобы не допустить замерзания еще не схватившегося бетона. Станция была сооружена всего за 15 месяцев и открыта 12 января 1959 года. Однако, станцию вскоре закрыли на реконструкцию, которая длилась 10 лет. В чем причина? (Наличие хлорида натрия в бетоне вызвало разрушение стальной арматуры. Коррозии оказались подвергнуты 60% железобетонных конструкций).

Итоги проблемно-деловой игры подводит команда экспертов:

- оценивает деятельность каждого участника игры в соответствии с разработанными критериями;

- готовит заключение по оценке деятельности команд;

- докладывает результаты оценки деятельности команд;

- распределяет места между командами.

Критерии оценки деятельности команд:

Оценка «5» ставится, если ответ дан

строго по существу, обоснован и

лаконичен.

За дополнение и уточнение проблемы ставится 1-2 балла.

ЖЕЛАЕМ успеха в проведении проблемно-деловой игры, который зависит от инициативы и интереса курсантов, а также от творчества и мастерства преподавателя.

 

ЛИТЕРАТУРА

Глинка Н.Л. Общая химия.

Учебное пособие /

М.:

Высш

. обр., 2010,

886 с.

Фролов В.И.,

Курохтина

Т.М. Практикум по общей и неорганической химии.

Учебное пособие для вузов / М.: Дрофа, 2002,

304 с.

Коровин Н.В. Общая химия. Общая химия. Учебное пособие дл

я вузов /

М.:

Высш

.

шк

.,

2014

,

559

с.

Коровин Н.В. Лабораторные работы по химии.

Учебное пособие для вузов / М.:

Высш

.

шк

., 1998,

294 с.