Проведения лекционного занятия

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

Проведения лекционного занятия

по дисциплине «Химия»

для курсантов 1 курса по специальности 280705.65 –

«Пожарная безопасность»

 

РАЗДЕЛ I

ВВЕДЕНИЕ В ОБЩУЮ ХИМИЮ

ТЕМА 1.6

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

ЗАНЯТИЕ №1.6.1

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ

Обсуждена на заседании

кафедры гуманитарных и социально-экономических дисциплин

протокол №__ от «___»________2013г.

 

Владивосток

2013 г.

I. Цели занятия

Учебные: изучить окислительно-восстановительные реакции как основу электрохимических процессов; особое внимание обратить на пожарную опасность процессов коррозии процесса горения и большого числа производственных процессов, таких как гальваностегия, гальванопластика

Воспитательная: воспитывать у обучаемых ответственность за подготовку к практической деятельности.

II. Расчет учебного времени

Содержание и порядок проведения занятия	Время, мин	Примечание
ВВОДНАЯ ЧАСТЬ
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Учебные вопросы
1. Электродные потенциалы
2. Гальванические элементы и их классификация
3. Коррозия и способы защиты от коррозии
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

 

III. Литература

Основная

1. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов/ Под ред. А.И. Ермакова. – изд. 30-е, исправленное-М.: Интеграл-Пресс, 2007.-728 с.

Е.Г. Коробейникова, А.П. Чуприян, В.Р. Малинин, Г.К. Ивахнюк,

Н.Ю. Кожевникова. Химия. Курс лекций. Учебное пособие по спец. 280104.65 –Пож. безопасность /Под. Ред. Проф. В.С. Артамонова/. СПб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2008. – 425 с.

3. Некрасов Б.В. Основы общей химии. – 4-е изд.,- СПб: Изд-во «Лань», 2003. – 656 с.

Нормативно-правовые документы

4. СП 13130.2009. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности.

IV. Учебно-материальное обеспечение

1.Технические средства обучения: компьютерная техника (РМП, П), интерактивная доска.

2. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева, демонстрационные плакаты, схемы.

 

 

V. Текст лекции

Тема 12. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ

 

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ (3 мин.)

Преподаватель проверяет наличие слушателей (курсантов), объявляет тему, учебные цели и вопросы занятия.

 

Среди научных идей, оказавших огромное влияние на развитие человеческого общества, важное место занимает идея взаимосвязи электрических и химических явлений. Впервые эта идея была высказана 250 лет назад М.В. Ломоносовым. Итальянские ученые Гальвани и Вольта воплотили эту идею в жизнь.

Электрохимия представляет собой область химии, которая изучает реакции, связанные с процессами взаимного превращения химической и электрохимической форм энергии. Такие процессы называются электрохимическими.

Электрохимия рассматривает две группы процессов, тесно связанных между собой:

1. Процессы возникновения разности потенциалов и, следовательно, электрического тока в результате протекания химических реакций, например, в гальванических элементах.

2. Обратные им химические процессы, которые протекают при прохождении электрического тока через электролит. Процесс превращения электрической энергии в химическую называется

электролизом.

Открытие, сделанное 200 лет назад анатомом из Болоньи Луиджи Гальвани (1737-1798), позволило установить взаимосвязьи электрических и химических явлений. Эксперимент заключался в следующем: ученый положил препарированную лягушку на железную пластинку и стал прижимать к ней вставленный в спинной мозг медный крючок. При этом происходили энергичные мышечные сокращения. Однако верно истолковать эксперимент Гальвани не удалось: он посчитал, что источником электричества является сама лягушка, и решил, что открыл новый вид электричества, назвав его “животным”.

Простой и гениальный вывод из опытов Гальвани суждено было сделать его соотечественнику Александро Вольта (1745-1827). Вольта утверждал, что следует говорить не о “животном” электричестве, а о электричестве “металлическом”. В 1799 году Вольта создает источник электрического тока из двух разнородных металлов, разделенных “влажным телом”. Вольтов столб складывался из элементов, а каждый элемент состоял из медного и цинкового дисков, проложенных кружком из пористого материала, пропитанного солевым раствором. Несколько элементов ставились друг на друга- получался столб. При прикосновении к самому нижнему и самому верхнему диску ощущался электрический удар.

 

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ (85 мин)

Способы защиты от коррозии.

Все методы защиты от коррозии условно можно разделить на следующие группы:

а) легирование металлов; б) защитные покрытия (металлические и неметаллические); в) электрохимическая защита; г) изменение свойств коррозионной среды; д) рациональное конструирование изделий.

Легирование металлов – эффективный (хотя и дорогой) метод повышения коррозионной стойкости металлов. При легировании в состав сплава вводят компоненты, вызывающие пассивацию металла. В качестве таких компонентов применяют хром, никель, вольфрам и др. Легирование металлов – основной способ защиты от газовой коррозии.

Слои, искусственно создаваемые на поверхности металлических изделий и сооружений для предохранения их от коррозии, называются защитными покрытиями.

Неметаллические покрытия. 1. Металлические изделия смазывают неокисляющимися маслами. Масла хорошо смачивают металл при повышенной температуре

в жидком виде и при застывании образуют на поверхности слой, изолирующий металл от окружающей среды.

2. Наибольшее распространение получили различные лакокрасочные покрытия.

Краски (эмали) представляют собой смесь нерастворимых частиц пигмента, взвешенных в однородном органическом связующем. Пигменты обычно представляют собой неорганические соединения ZnO, TiO₂, Cr₂O₃, Fe₂O₃, ZnCrO₄, PbSO₄ и т.п. Связующими могут быть растительные масла.

Лаки обычно состоят из смеси смолы или высыхающего масла в летучем растворителе. После испарения растворителя на поверх-ности металла остается полимерная пленка, которая преграждает доступ окислителей к металлу

3. Фосфатные покрытия на стали получают из растворов ортофосфорной кислоты и ортофосфатов марганца или цинка (например, ZnHPO₄ + H₃PO₄). При фосфатировании на поверхности образуется пористый кристаллический фосфат металла. Такое покрытие используют как подложку под краску, лак, масло, воск..

4. На поверхности металла создают слой оксида, через который кислород воздуха почти не диффундирует. Такой процесс называется оксидированием. Оксидированная сталь носит название вороненой.

Металлические покрытия. Материалами для металлических защитных покрытий могут быть как чистые металлы (цинк, серебро, кадмий, алюминий, никель, хром, медь, серебро и др.), так и их сплавы (бронза, латунь).

По характеру поведения металлические покрытия можно разделить на катодные и анодные.

К катодным покрытиям относят покрытия, электродный потенциал которых выше потенциала защищаемого металла. Для стали катодными покрытиями будут Cu, Ni, Ag, Sn. При повреждении покрытия возникает коррозионный элемент, в котором основной материал будет анодом и растворяется, а материал покрытия – катодом, на котором будут восстанавливаться водород или поглощаться кислород. Например, для луженого железа само железо будет анодом, а олово – катодом. При нарушении покрытия будут протекать следующие реакции:

А: Fe - 2e^— ® Fe²⁺

К: O₂ + 2H₂O + 4e^— ® 4OH^—

 

Анодные покрытия имеют потенциал более низкий, чем потенциал защищаемого металла. Примером анодного покрытия может служить оцинкованное железо или сталь. В этом случае основной металл будет катодом и корродировать не будет, а растворяться будет материал покрытия.

К: O₂ + 2H₂O + 4e^— ® 4OH^—

А: Zn⁰ - 2e^— ® Zn²⁺

 

Метод электрохимической защиты основан на торможении анодных и катодных реакций коррозионного процесса. К этому типу коррозионной защиты относят протекторную и катодную защиту.

Протекторная защита состоит в следующем. К изделию, подвергающемуся электрохимической коррозии, присоединяют деталь- протектор из более активного металла, чем металлы изделия: протектор будет разрушаться, а изделие останется неизменным. Для изготовления протекторов большей частью используют магний и его сплавы, алюминий, цинк. С помощью протекторов защищают, например, подводные части судов.

Для защиты от коррозии подземных трубопроводов, кабелей, шлюзовых ворот, подводных лодок, водных резервуаров, оборудования химических заводов используют катодную защиту. Защищаемое изделие подключается к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока и в этом случае оно становится катодом. Анодом служит вспомогательный электрод, который и растворяется, а на защищаемом изделии выделяется водород.

Изменение свойств коррозионной среды достигают при использовании ингибиторов коррозии. Ингибиторами коррозии чаще служат органические соединения, содержащие азот, например, уротропин C₆H₁₂N₄. Такие соединения адсорбируются на поверхности металла, изолируют ее от окружающей среды и замедляют процесс коррозии. Ингибиторы широко используют при транспортировке кислот в стальных цистернах.

Рациональное конструирование изделия должно исключать наличие или уменьшать число и размеры наиболее подверженных коррозии участков (сварных швов, узких щелей, контакта разнородных металлов). Металлические изделия должны быть без трещин и хорошо отшлифованы. В этом случае влага не будет задерживаться, и это увеличит их коррозионную стойкость.

(Все определения, формулы, графики и уравнения реакций даются под запись.)

 

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ (2 мин.)

Преподаватель отвечает на вопросы обучаемых, приводит список литературы, рекомендуемый для самостоятельного углубленного изучения темы.

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

проведения лекционного занятия

по дисциплине «Химия»

для курсантов 1 курса по специальности 280705.65 –

«Пожарная безопасность»

 

РАЗДЕЛ I

ВВЕДЕНИЕ В ОБЩУЮ ХИМИЮ

ТЕМА 1.6

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

ЗАНЯТИЕ №1.6.1

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ

Обсуждена на заседании

кафедры гуманитарных и социально-экономических дисциплин

протокол №__ от «___»________2013г.

 

Владивосток

2013 г.

I. Цели занятия

Учебные: изучить окислительно-восстановительные реакции как основу электрохимических процессов; особое внимание обратить на пожарную опасность процессов коррозии процесса горения и большого числа производственных процессов, таких как гальваностегия, гальванопластика

Воспитательная: воспитывать у обучаемых ответственность за подготовку к практической деятельности.

II. Расчет учебного времени

Содержание и порядок проведения занятия	Время, мин	Примечание
ВВОДНАЯ ЧАСТЬ
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Учебные вопросы
1. Электродные потенциалы
2. Гальванические элементы и их классификация
3. Коррозия и способы защиты от коррозии
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

 

III. Литература

Основная

1. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов/ Под ред. А.И. Ермакова. – изд. 30-е, исправленное-М.: Интеграл-Пресс, 2007.-728 с.