- •Введение
- •1. Растворы электролитов
- •1.1. Основные положения теории электролитической диссоциации с.Аррениуса
- •1.2. Механизмы образования растворов электролитов
- •1.3. Электропроводность растворов электролита
- •1.4. Электродный потенциал и его возникновение
- •Контрольные вопросы
- •Примеры решения задач
- •Задачи для самостоятельной работы:
- •2. Гальванический элемент
- •2.1. Общие понятия о работе гальванического элемента
- •2.2. Стандартный электродный потенциал
- •2.3. Ряд стандартных электродных потенциалов металлов
- •2.4. Поляризация и перенапряжение
- •2.5. Термодинамика обратимых электрохимических систем
- •2.6. Классификация электродов
- •2.7. Электрохимические цепи
- •Контрольные вопросы
- •Примеры решения задач
- •Задачи для самостоятельной работы:
- •3. Электролиз
- •3.1. Сущность электролиза
- •3.2. Электрохимическая система (ячейка)
- •3.3. Электролиз водных растворов
- •3.4. Поляризация электродов в процессе электролиза
- •3.5. Напряжение разложения. Явление перенапряжения
- •3.6. Электролиз органических соединений
- •3.7. Законы электролиза. Выход по току
- •3.8. Применение электролиза
- •Контрольные вопросы
- •Примеры решения задач
- •Задачи для самостоятельной работы:
- •4. Коррозия металлов
- •4.1. Классификации коррозионных процессов
- •4.2. Химическая коррозия
- •4.2.1. Взаимодействие с кислородом
- •4.2.2. Факторы, влияющие на скорость химической коррозии
- •4.2.3. Коррозия металлов в жидкостях – неэлектролитах
- •4.2.4. Сероводородная коррозия
- •Водородное охрупчивание металла
- •4.3. Электрохимическая коррозия (микрогальванокоррозия)
- •4.3.1. Условия протекания электрохимической коррозии
- •4.3.2. Диаграмма Пурбэ
- •4.3.3. Атмосферная коррозия металлов
- •4.3.4. Коррозия в морской воде
- •4.3.5. Подземная коррозия трубопроводов
- •4.4. Биохимическая коррозия
- •4.5. Коррозия блуждающими токами
- •4.6. Поляризация электродных процессов при коррозии
- •4.7. Защита металлов от коррозии
- •4.7.1. Легирование
- •4.7.2. Защитные покрытия
- •Методы борьбы с подземной коррозией
- •4.7.3. Металлические защитные покрытия
- •4.7.4. Электрохимическая защита
- •Методы борьбы с блуждающими токами
- •4.7.5. Ингибиторы коррозии металлов
- •4.7.6. Способы защиты от коррозии в морской воде
- •Контрольные вопросы
- •Примеры решения задач
- •Задачи для самостоятельной работы:
- •Тесты для самостоятельного решения
- •Перенапряжение катодного восстановления водорода и некоторых металлов из водных растворов при 25 0с
- •Значения фактора Пиллинга-Бэдвордса для некоторых металлов
Задачи для самостоятельной работы:
1. Исходя из величины ΔG0298, определите, какие из приведенных ниже металлов будут корродировать во влажном воздухе по уравнению
Me + H2O + O2 → Me(OH)2; (Me – Mg, Cu, Au).
2. Алюминий склепан с медью. Какой из металлов будет подвергаться коррозии, если эти металлы попадут в кислотную среду? Составьте схему гальванического элемента, образующегося при этом. Рассчитайте ЭДС и ΔG0298этого элемента для стандартных условий.
3. При работе гальванического элемента
-
Θ 4Al/4Al3+/H2O, O2/(Cr)12OH¯/6H2O, 3O2 ,
образовавшегося при коррозии алюминия, который находится в контакте с хромом, за 1 мин 20 с его работы на хромовом катоде восстановилось 0,034 л кислорода. Определите, на сколько уменьшилась при этом масса алюминиевого электрода и чему равна сила тока, протекшего во внешней цепи гальванического элемента.
4. Гальванический элемент
-
Θ 2Cr/2Cr3+/H2SO4/(Pb)3H2/6H+ ,
образовавшийся при коррозии хрома, спаянного со свинцом, дает ток силой 6 А. Какая масса хрома окислится и сколько литров водорода выделится за 55 с работы этого элемента?
Тесты для самостоятельного решения
Билет № 1
1. Для гальванического элемента Zn|ZnSO4||Pb(NO3)2|Pb составить
уравнения анодной и катодной реакций, суммарное уравнение.
ЭДС в стандартных условиях равна:
Ответы: 1) 1,268; 2) –1,268; 3) +0,634; 4) –0,634; 5) 6,34.
2. Металлы находятся в тесном соприкосновении и погружены в раствор поваренной соли. Пара, где будет корродировать хром:
Ответы: 1) Cr/Mg; 2) Cr/Fe; 3) Cr/Al; 4) Cr/Ca; 5) Cr/Mn.
3. Напишите уравнения электродных процессов и суммарное уравнение электролиза водного раствора Na2CO3. На электродах разряжаются ионы:
Ответы: 1) Na+ и CO32-; 2) H+ и OH-; 3) H+ и CO32-; 4) Na+ и OH-; 5) Na+, H+ и OH-.
Билет № 2
1. Для гальванического элемента Fe|FeCl2||NiSO4|Ni составить уравнения анодной и катодной реакций, суммарное уравнение. ЭДС в стандартных условиях равна:
Ответы: 1) –0,19; 2) 0,19; 3) –0,38; 4) 0,38; 5) 3,8.
2. Следующие пары металлов, находящиеся в тесном контакте, погружены в раствор серной кислоты. Пара, где цинк не будет разрушаться:
Ответы: 1) Zn/Ag; 2) Zn/Cu; 3) Zn/Al; 4) Zn/Fe; 5) Zn/Sn.
3. Напишите схему электролиза расплава хлорида натрия. Если подвергнуть электролизу 1 моль расплава хлорида натрия, на аноде образуется продукт в количестве, моль:
Ответы: 1) 0,5; 2) 1; 3) 2; 4) 3; 5) 4.
Билет № 3
1. Для гальванического элемента Co|CoSO4||CuSO4|Cu составить уравнения анодной и катодной реакций, суммарное уравнение. ЭДС в стандартных условиях равна:
Ответы: 1) 6,17; 2) –0,617; 3) 0,617; 4) 1,34; 5) –1,34.
2. Следующие пары металлов находятся в тесном контакте и погружены в раствор серной кислоты. Пара, где не будет разрушаться железо:
Ответы: 1) Fe/Cu; 2) Fe/Ag; 3) Fe/Zn; 4) Fe/Au; 5) Fe/Pt.
3. Составьте схему электролиза раствора нитрата серебра. На катоде восстанавливается ион:
Ответы: 1) Ag+; 2) NO3-; 3) H+; 4) OH-; 5) N5+.
Билет № 4
1. Для гальванического элемента Mg|MgCl2||FeSO4|Fe составить уравнения анодной и катодной реакций, суммарное уравнение. ЭДС в стандартных условиях равна:
Ответы: 1) 1,923; 2) –1,923; 3) 0,34; 4) –0,34; 5) 0,54.
2. Следующие пары металлов, находящиеся в контакте, погружены в водный раствор поваренной соли. Железо не будет корродировать в паре:
Ответы: 1) Fe/Cu; 2) Fe/Sn; 3) Fe/Al; 4) Fe/Co; 5) Fe/Ag.
3. Напишите схему электролиза расплава гидроксида калия. Масса (г) металла, выделяющегося при электролизе 56 г расплава гидроксида калия, равна:
Ответы: 1) 19; 2) 27; 3) 39; 4) 78; 5) 156.
Билет № 5
1. Для гальванического элемента Al|AlCl3||CoCl2|Co составить уравнения анодной и катодной реакций, суммарное уравнение. ЭДС в стандартных условиях равна:
Ответы: 1) 1,383; 2) –1,383; 3) 1,937; 4) –1,937; 5) 0,97.
2. Следующие пары металлов, находящиеся в контакте, погружены в водный раствор. Алюминий не будет корродировать в паре:
Ответы: 1) Al/Pb; 2) Al/Sn; 3) Al/Cu; 4) Al/Fe; 5) Al/Mg.
3. Напишите уравнения процессов, протекающих на катоде и на аноде при электролизе водного раствора бромида натрия; суммарное уравнение электролиза. На катоде и на аноде выделяются продукты:
Ответы: 1) H2 и O2; 2) H2 и Br2; 3) Na и O2; 4) Na и Br2; 5) O2 и Br2.
Билет № 6
1. Для гальванического элемента Ni|NiSO4||BiCl3|Bi составить уравнения анодной и катодной реакций, суммарное уравнение. ЭДС в стандартных условиях равна:
Ответы: 1) –0,05; 2) 0,05; 3) –0,45; 4) 0,45; 5) 0,90.
2. Следующие пары металлов, находящиеся в контакте, погружены в водный раствор. Олово не будет корродировать в паре:
Ответы: 1) Sn/Al; 2) Sn/Bi; 3) Sn/Cu; 4) Sn/Ag; 5) Sn/Au.
3. При электролизе водного раствора Na2SO4 на электродах выделяются:
Ответы: 1) Na и SO3; 2) H2 и SO3; 3) Na и O2; 4) H2 и O2; 5) Na и H2.
Билет № 7
1. Для гальванического элемента Mn|MnCl2||ZnSO4|Zn составить уравнения анодной и катодной реакций, суммарное уравнение. ЭДС в стандартных условиях равна:
Ответы: 1) 1,94; 2) –1,94; 3) 0,97; 4) 0,42; 5) –0,42.
2. Следующие пары металлов, находящиеся в контакте, погружены в водный раствор. Никель не будет корродировать в паре:
Ответы: 1) Ni/Sn; 2) Ni/Cu; 3) Ni/Bi; 4) Ni/Zn; 5) Ni/Ag.
3. При электролизе раствора сульфата меди (II) с медным анодом масса катода увеличилась на 3,2 г. С анода в раствор перешло ионов Сu2+, моль:
Ответы: 1) 0,1; 2) 0,01; 3) 0,5; 4) 0,05; 5) 20.
Билет № 8
1. Для гальванического элемента Cd|CdCl2||SnCl2|Sn составить уравнения анодной и катодной реакций, суммарное уравнение. ЭДС в стандартных условиях равна:
Ответы: 1) 0,539; 2) –0,267; 3) 0,267; 4) –0,539; 5) 1,78.
2. Следующие пары металлов, находящиеся в контакте, погружены в водный раствор. Бериллий не будет корродировать в паре:
Ответы: 1) Be/Zn; 2) Be/Mn; 3) Mg/Be; 4) Co/Be; 5) Be/Sn.
3. При электролизе не происходит выделения металла из раствора соли:
Ответы: 1) Ba(NO3)2; 2) AgNO3; 3) Bi(NO3)3; 4) Pb(NO3)2; 5) Hg(NO3)2.
Билет № 9
1. Для гальванического элемента Pb|Pb(NO3)2||CuSO4|Cu составить уравнения анодной и катодной реакций, суммарное уравнение. ЭДС в стандартных условиях равна:
Ответы: 1) 0,463; 2) –0,463; 3) 0,211; 4) –0,211; 5) 0,422.
2. Следующие пары металлов, находящиеся в контакте, погружены в водный раствор. Кобальт не будет корродировать в паре:
Ответы: 1) Co/Sn; 2) Co/Pb; 3) Co/Al; 4) Co/Bi; 5) Co/Ag.
3. При электролизе водного раствора нитрата алюминия на электродах выделяются:
Ответы: 1) Al и NO2; 2) Al и O2; 3) H2 и O2; 4) H2 и NO2; 5) Al и H2.
Билет № 10
1. Для гальванического элемента Cu|CuCl2||AgNO3|Ag составить уравнения анодной и катодной реакций, суммарное уравнение. ЭДС в стандартных условиях равна:
Ответы: 1) 1,136; 2) –1,136; 3) 0,674; 4) –0,462; 5) 0,462.
2. Следующие пары металлов, находящиеся в контакте, погружены в водный раствор. Марганец не будет корродировать в паре:
Ответы: 1) Mn/Mg; 2) Mn/Fe; 3) Mn/Cu; 4) Mn/Ag; 5) Mn/Sn.
3. По окончании электролиза водного раствора AgNO3 в растворе у анода содержится:
Ответы: 1) O2; 2) HNO3; 3) Ag2O; 4) Ag; 5) H2.
Билет № 11
1. Для гальванического элемента Ag|AgNO3||AuCl3|Au составить уравнения анодной и катодной реакций, суммарное уравнение. ЭДС в стандартных условиях равна:
Ответы: 1) 0,699; 2) –0,699; 3) 0,799; 4) –0,462; 5) 0,462.
2. Следующие пары металлов, находящиеся в контакте, погружены в водный раствор. Свинец не будет корродировать в паре:
Ответы: 1) Pb/Cu; 2) Pb/Fe; 3) Pb/Hg; 4) Pb/Bi; 5) Pb/Ag.
3. В какой последовательности будут восстанавливаться катионы при электролизе раствора, содержащего соли одинаковой концентрации
а) Cd2+; б) Hg2+; в) Ni2+; г) Cu2+; д) Sn2+. В ответе укажите последовательность буквенных обозначений катионов:
Ответы: 1) абвгд; 2) бгдва; 3) двгба; 4) абгдв; 5) бавгд.
Билет № 12
1. Для гальванического элемента (Pt)H2|HCl||AgNO3|Ag составить уравнения анодной и катодной реакций, суммарное уравнение. ЭДС в стандартных условиях равна:
Ответы: 1) 0,799; 2) –0,799; 3) 0; 4) 1,598; 5) –1,598.
2. Следующие пары металлов, находящиеся в контакте, погружены в водный раствор. Кадмий не будет корродировать в паре:
Ответы: 1) Cd/Mn; 2) Cd/Cu; 3) Cd/Sn; 4) Cd/Ni; 5) Cd/Pb.
3. Составьте схему электролиза раствора хлорида магния. Суммарный объем (л) газов, выделившихся (при н.у.) при электролизе соли массой 19 г, равен:
Ответы: 1) 13,44; 2) 8,96; 3) 4,48; 4) 2,24; 5) 11,2.
Билет № 13
1. Для гальванического элемента Mg|MgCl2||CuSO4|Cu составить уравнения анодной и катодной реакций, суммарное уравнение. ЭДС в стандартных условиях равна:
Ответы: 1) 2,026; 2) –2,026; 3) 2,7; 4) –2,7; 5) –2,363.
2. Следующие пары металлов, находящиеся в контакте, погружены в водный раствор. Медь не будет корродировать в паре:
Ответы: 1) Cu/Ag; 2) Cu/Au; 3) Cu/Pt; 4) Cu/Ni; 5) Cu/Hg.
3. Напишите уравнения электродных процессов и суммарное уравнение электролиза водного раствора, содержащего 166 г йодида калия. Масса (г) выделившегося йода равна:
Ответы: 1) 127; 2) 128; 3) 254; 4) 256; 5) 384.
Билет № 14
1. Для гальванического элемента Al|AlCl3||BiCl3|Bi составить уравнения анодной и катодной реакций, суммарное уравнение. ЭДС в стандартных условиях равна:
Ответы: 1) 1,862; 2) –1,8623; 3) 1,462; 4) –1,462; 5) 1,662.
2. Следующие пары металлов, находящиеся в контакте, погружены в водный раствор. Висмут не будет корродировать в паре:
Ответы: 1) Bi/Cu; 2) Bi/Hg; 3) Bi/Ag; 4) Bi/Au; 5) Bi/Sn.
3. При электролизе водного раствора NaOH на аноде выделилось 2,8 л кислорода (условия нормальные). Объем водорода, выделившегося на катоде, равен:
Ответы: 1) 2,8; 2) 5,6; 3) 8,96; 4) 11,2; 5) 22,4.
Билет № 15
1. Для гальванического элемента Zn|ZnSO4||H2SO4|H2(Pt) составить уравнения анодной и катодной реакций, суммарное уравнение. ЭДС в стандартных условиях равна:
Ответы: 1) 0; 2) 0,763; 3) –0,763; 4) 1,526; 5) –1,526.
2. Следующие пары металлов, находящиеся в контакте, погружены в водный раствор. Хром не будет корродировать в паре:
Ответы: 1) Cr/Mn; 2) Cr/Fe; 3) Cr/Sn; 4) Cr/Cu; 5) Cr/Pb`.
3. Напишите уравнения электродных процессов и суммарное уравнение электролиза водного раствора хлорида калия. На электродах выделятся:
Ответы: 1) K и O2; 2) K и Cl2; 3) H2 и Cl2; 4) H2 и O2; 5) K, H2 и Cl2.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Стандартные электродные потенциалы металлов
Электрод |
|
Электродная реакция |
|
|
φ0, В |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Li+/Li |
Окислительная (электронно-акцепторная) активность ионов возрастает |
Li+ + ē = Li |
очень активные |
Восстановительная (электронно-донорная) активность атома возрастает |
-3,045 |
Rb++/Rb |
Rb++ē = Rb |
-2,925 | |||
К+/К |
К+ + ē = К |
-2,924 | |||
Cs/Cs+ |
Cs+ + ē = Cs |
-2,923 | |||
Ва2+/Ва |
Ва2+ + 2 ē = Ba |
-2,905 | |||
Sr2+/Sr |
Sr2+ + 2 ē = Sr |
-2,888 | |||
Ca2+/Cа |
Са2+ + 2 ē = Са |
-2,866 | |||
Na+/Na |
Na++ē= Na |
активные |
-2,714 | ||
Ac3+/Ac |
Ac3+ + Зē = Ac |
-2,600 | |||
La3+/La |
La3+ + З ē = La |
-2,522 | |||
Y3+/Y |
Y3+ + 3 ē = Y |
-2,372 | |||
Mg2+/Mg |
Mg2++ 2 ē = Mg |
-2,363 | |||
Bе2+/Be |
|
Be2++ 2ē = Be |
|
|
-1,847 |
Hf4++/Hf |
Hf4+ + 4ē = Hf |
-1,700 | |||
A13+/A1 |
Al3+ +Зē = Al |
-1,663 | |||
Ti2+Ti |
Ti2+ + 2ē = Ti |
-1,603 | |||
Zr4+/Zr |
Zr4+ + 4ē = Zr |
-1,539 | |||
Mn2+/Mn |
Mn2++2ē = Mn |
-1,179 | |||
V2+/V |
V2+ + 2ē = V |
-1,175 | |||
Nb3+/Nb |
Nb3+ + Зē = Nb |
-1,100 | |||
Zn2+/Zn |
Zn2++2ē = Zn |
-0,763 | |||
Cr3+/Cr |
Cr3++ Зē = Cr |
-0,744 | |||
Ga3+/Ga |
Ga3+ + Зē = Ga |
-0,530 | |||
Fe2+/Fe |
Fe2++2ē = Fe |
-0,440 | |||
Cd2+/Cd |
Cd2+ + 2ē = Cd |
-0,403 | |||
In2+In |
|
In2+ + 2ē = In |
малоактивные |
|
-0,340 |
Tl+/Tl |
TI+ + ē = TI |
-0,336 | |||
Co2+/Co |
Co2++2ē = Co |
-0,277 | |||
Ni2+/Ni |
Ni2++ 2ē = Ni |
-0,250 | |||
Mo3+/Mo |
Mo3+ + Зē = Mo |
-0,200 | |||
Sn2+/Sn |
Sn2+ + 2ē = Sn |
-0,136 | |||
Pb2+/Pb |
Pb2++2ē = Pb |
-0,126 | |||
W3+/W |
W3++ē= W |
-0,050 | |||
Fe3+/Fe |
Fe3++3ē = Fe |
-0,040 | |||
H+/½H2 |
H++ē = ½H2 |
0 |
Продолжение приложения 1 | |||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Ge2+/Ge |
|
Ge2++ 2ē = Ge |
пассивные |
|
+0,050 |
Sb3+/Sb |
SbЗ+ + 3ē = Sb |
+0,150 | |||
Bi3+/Bi |
BiЗ+ + 3ē = Bi |
+0,215 | |||
Re3+/Re |
ReЗ+ + 3ē = Re |
+0,300 | |||
Cu2+/Cu |
Cu2++2ē = Cu |
+0,337 | |||
Tс2+/Tс |
Tс2++2ē = Tс |
+0,400 | |||
Ru2+/Ru |
Ru2++2ē = Ru |
+0,450 | |||
Rh2+/Rh |
Rh2++2ē = Rh |
+0,600 | |||
Hg22+/½Hg |
Hg2+ + 2ē = ½Hg |
+0,798 | |||
Ag+/Ag |
Ag+ + ē = Ag |
+0,799 | |||
Hg22+/Hg |
Hg2+ + 2ē = Hg |
+0,850 | |||
Os2+/ Os |
Os 2+ + 2ē = Os |
+0,850 | |||
Pd2+/ Pd |
Pd 2+ + 2ē = Pd |
+0,987 | |||
Ir3+/ Ir |
Ir З+ + 3ē = Ir |
+1,150 | |||
Pt2+/ Pt |
Pt 2+ + 2ē = Pt |
+1,188 | |||
Au3+/ Au |
Au З+ + 3ē = Au |
+1,498 | |||
Au+/Au |
Au+ + ē = Au |
+1,680 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2