Материал: 1594
Пример 3. Описать коррозионное поведение латуни (сплава цинка с медью) в кислой среде.
Решение. На поверхности этого сплава присутствуют атомы меди и
атомы цинка. |
Цинк имеет отрицательное значение |
потенциала |
φ0(Zn/Zn2+) = –0,763 В, легче окисляется и служит анодом в коррозионном |
||
С |
значение |
|
гальваническом |
элементе. Медь имеет положительное |
|
электродного потенциала φ0(Cu/Cu2+) = +0,337 В, на ее поверхности идет процесс восстановлен я какого-либо окислителя, содержащегося в
коррозионной среде. |
|
|
|
|
|
|
|
|
латуни |
|
|
|
|||||
Корроз я |
в к слой среде протекает по схеме |
|||||||
|
(–) Zn |
0 |
|Zn |
2+ |
|
+ |
0 |
) (+). |
|
|
|
|| H2SO4|| 2H | H2 |
(Cu |
||||
бА |
|
|||||||
В сокращенном в де |
(–) Zn0 |
|| H2SO4|| Cu0 |
(+). |
|
||||
Анодный процесс: Zn0 – 2ē → Zn2 (окисление).
Катодный процесс: 2H + 2ē → H20 (восстановление).
В кислых средах коррозионный процесс протекает с водородной деполяризацией, т.е. деполяризатором (окислителем), способным снимать электроны с катодных участков, служат ионы водорода. Суммарное уравнение процесса коррозии латуниДможно представить таким образом:
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2 .
Пример 4. Описать коррозионное поведениеИстали (сплав железа с углеродом) во влажной атмосфере воздуха.
Решение. На поверхности этого сплава присутствуют атомы железа и атомы углерода (точнее, соединение железа с углеродом Fe3C). Железо имеет отрицательное значение потенциала φ0(Fe/Fe2+) = –0,44 В, легче окисляется и служит анодом в коррозионных гальванических элементах. Углерод имеет положительное значение электродного потенциала, на его поверхности идет процесс восстановления какого-либо окислителя, содержащегося в коррозионной среде (во влажной атмосфере воздуха коррозионный процесс протекает с кислородной деполяризацией):
анод (–) Fe0 | Fe2+ || О2, H2O || C (+) катод.
66
Анодный процесс: |
2Fe0 – 4ē |
→ 2Fe2+ |
(окисление). |
|||||||
Катодный процесс: |
O2 |
+2H2O+4ē → 4OH– |
(восстановление). |
|||||||
|
уммарное уравнение2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2–продукт коррозии. |
|||||||||
Продукт коррозии Fe(OH)2 кислородом воздуха окисляется до |
||||||||||
Fe(OH)3: |
|
|
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3. |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
4 |
|
Fe(ОН)2 + ОН– + 1ē Fe(ОН)3 (окисление). |
|
|||||||
|
|
|||||||||
1 |
|
O2 + 2H2O + 4ē 4OH– |
(восстановление). |
|||||||
На |
воздухе |
з пленки гидроксида железа (III) частично испаряется |
||||||||
С |
|
|
|
|
|
|
||||
вода |
образуется рыхлый слоистый продукт – ржавчина – mFe2O3·nH2О. |
|||||||||
Пр мер |
5. |
|
Оп сать |
коррозионное поведение |
луженого и |
|||||
оцинкованного |
железа |
во влажной |
атмосфере |
воздуха. |
Какое железо |
|||||
(луженое ли оц нкованное) |
олее надежно защищено от коррозии? |
|||||||||
Решен . Железо, олово и цинк имеют следующие значения |
||||
и |
|
|
||
стандартных электродных потенциалов: –0,44 В; –0,14 В и –0,76 В |
||||
соответственно. По сравнению с железом олово является менее активным |
||||
металлом и |
служить катодным покрытием, т.е. надежно защищать |
|||
металл в случаебудетотсутствия пор или повреждений. При повреждении |
||||
покрытия железо, являясь анодом, будет окисляться, а на поверхности |
||||
катода (олова) будет протекать процесс восстановления (кислородная |
||||
деполяризация): |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
||
|
анодА(–) Fe || O2,H2O || Sn (+) катод. |
|||
Анодный процесс: |
2Fe0 – 4ē 2Fe2+ |
(окисление). |
||
Катодный процесс: |
O2 + 2H2O + 4ē 4OH– (восстановление). |
|||
Продукт |
коррозии Fe(OH)2 |
кислородом |
воздуха окисляется до |
|
Fe(OH)3: |
|
|
Д |
|
|
|
|
|
|
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3.
Цинк является металлом анодного покрытия, т.к. имеет меньшее (более отрицательное) значение электродного потенциала, чем значение
потенциала защищаемого |
металла; железо является в этом случае |
катодом и не корродирует: |
И |
анод (–) |
Zn0 || O2,H2O || Fe0 (+) катод. |
Анодный процесс: |
2Zn0 – 4ē 2Zn2+ (окисление). |
Катодный процесс: |
O2 + 2H2O + 4ē 4OH– (восстановление). |
Продукт коррозии: |
Zn2+ + 2OH– Zn(OH)2. |
67
Таким образом, катодные покрытия могут защищать металл в отсутствии пор или повреждений, а анодные всегда надежно защищают металл, так как окисляются сами.
С |
Лабораторная работа № 7 |
|
|
||
|
Коррозия металлов |
|
капли |
|
|
Цель работы: |
зучить электрохимическую коррозию металлов в |
|
кислой среде электрол та. |
|
|
Опыт 1. Электрохимическая коррозия оцинкованного и |
||
бА |
||
луженого железа. |
|
|
В проб рку налейте 4…6 капель раствора соли железа (II) FеSO4, |
||
добавьте 1…2 |
раствора K3 |
[Fe(CN)6] – красная кровяная соль – |
качественная реакц я на ионы |
Fе2+, наблюдайте появление синего |
|
окрашиван я вследств е о разования турнбулевой сини Fe3[Fe(CN)6]2. Налейте в чистую про ирку на 3/4 ее объема дистиллированной воды и
добавьте по 4…5 капель 2 н. серной кислоты и K3 [Fe(CN6)]. Раствор перемешайте, отлейте половину во вторую пробирку. В первую пробирку
опустите железную пластинку в контакте с оловом, во вторую – железную пластинку в контакте с цинком. В какой пробирке появилась синяя окраска? Почему? Наблюдается выделение газа. Какой это газ? С поверхности какого металла поднимается газ в луженом и оцинкованном железе? Составьте схему электрохимической коррозии. В каком случае будет проходить коррозия железа при нарушении защитного слоя? В каком случае будет разрушаться защитное покрытие?
Опыт 2. Влияние образования микрогальванических элементов на коррозию металлов.
Д И
а) В две пробирки вносите по 5…6 капель 2 н. серной кислоты и бросьте по кусочку цинка. В одну из пробирок добавьте одну каплю раствора сульфата меди. Наблюдайте более интенсивное выделение водорода в пробирке с добавлением CuSO4. Что появилось на поверхности цинка в присутствии CuSO4? Объясните различную интенсивность выделения водорода в двух пробирках, учитывая, что цинк с медью образуют микрогальванический элемент. Укажите анод и катод в
68
образовавшейся гальванической паре. Напишите уравнения соответствующих реакций.
б) В пробирку внесите 5…6 капель 2 н. серной кислоты и кусочек цинка, опустите туда же медную проволоку так, чтобы она не касалась цинка. Наблюдайте слабое выделение водорода на цинке и отсутствие его на медной проволоке. Приведите медную проволоку в соприкосновение с цинком и наблюдайте интенсивное выделение водорода. Обратите
С |
|
|
||
Опыт 3. Акт ваторы коррозии. |
||||
В две проб рки порознь налейте по 7…8 капель сульфата и хлорида |
||||
меди (одной концентрац ) и внесите в пробирки одинаковые кусочки |
||||
алюминия. |
Сравн те скорость выделения меди на кусочках алюминия в |
|||
обеих проб рках. В про |
|
с раствором CuSO4 добавьте кристаллик |
||
ирку |
|
|||
NаСl. Объясн те, какой ион ускоряет коррозию алюминия. Напишите |
||||
уравнен я реакц й. |
|
|
||
|
Вопросы и задания для защиты лабораторной работы |
|||
|
|
|
«Коррозия металлов» |
|
1. |
Сформулируйте понятие «коррозия металлов». |
|||
2. |
Какие виды коррозионных повреждений вы знаете? |
|||
3. |
|
бА |
||
Расскажите о классификации процессов коррозии. |
||||
4. |
Какие методы защиты металлов от коррозии вы знаете? |
|||
5. |
Как протекает электрохимическая коррозия металлов в кислой |
|||
среде электролита? Приведите пример. |
||||
6. |
Как |
протекает |
электрохимическаяДкоррозия металлов в |
|
внимание, на каком з металлов выделится водород. Объясните, какова роль медной проволоки, в присутствии которой водород выделяется интенсивнее.
нейтральной среде электролита? Приведите примерИ.
8. ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ
Природная вода, содержащая в своём составе большое количество солей кальция и магния, называется жёсткой [1, 2].
Жёсткость подразделяется на карбонатную (временную) и некарбонатную (постоянную).
69
Карбонатная жёсткость (устранимая или временная) обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция, магния и реже железа:
Са(НСО3)2, Mg(HCO3)2, Fе(НСО3)2.
Карбонатная жёсткость легко устраняется кипячением. Некарбонатная жёсткость (постоянная) обусловлена присутствием
в воде раствор мых хлор дов и сульфатов магния и кальция:
С |
СаСl2, MgCl2, MgSO4, CaSO4. |
|
|
умма карбонатной некар онатной жёсткости составляет общую |
|
жёсткость воды.
Кол чественно жёсткость выражают числом миллиэквивалентов
ионов кальц я |
магн я в 1 дм3 воды. |
|
|
1 м л экв |
валент онов кальция составляет |
20,04 мг; |
|
и |
12,16 мг. |
||
1 м л экв валент онов магния |
|||
|
Ж = (nЭ(Са+2) + nЭ(Mg+2))·1000/V(Н2О) |
(ммоль/дм3). |
|
|
|
Ж = (m(соли)·1000)/(Э(соли)·V(Н2О)). |
|
По значению величин о щей жёсткости природные воды делятся на |
|||
следующие группы: |
|
||
1. |
Очень мягкая – до 1,5 ммоль/дм3. |
|
|
2. |
бА3 |
||
Мягкая – 1,5…3,0 ммоль/дм . |
|
||
3. |
Средняя – 3,0…5,4 ммоль/дм3. |
|
|
4. |
Жёсткая – 5,4…10,7 ммоль/дм3. |
|
|
5. |
Очень жёсткая – более 10,7 ммоль/дм3. |
|
|
Д Наиболее мягкая атмосферная вода (дождьИ, снег), она содержит
лишь 0,07…0,1 ммоль/дм3 солей кальция и магния.
Методы устранения жесткости
Карбонатную жёсткость устраняют следующими методами: 1. Термическим – кипячением:
Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 + H2O;
Mg(HCO3)2 = Mg(OH)2 + 2CO2.
70