Решение задачи

W + 3H₂O ↔ WO₃ + 3H₂ (1.1)

Условие протекания реакции в прямом направлении:

ΔG < 0

Энергию Гиббса можно определить из уравнения:

ΔG = -RT(ln(K_p) – ln(П)) (1.2)

Где П – произведение активностей.

Таким образом, константа равновесия должна быть больше произведения активностей.

(1.3)

Константу равновесия можно рассчитать из уравнения:

ΔG_т = -RTln(K_p) = M + NT (1.4)

Коэффициенты возьмем из учебного пособия «Расчеты по теории металлургических процессов» [6].

Для реакции:

W_т + 3/2O₂ = WO_3(т) (1.5)

M = -837821 Дж, N = 245,68 Дж/К (в пределах температур 298 – 1745 К).

Для реакции:

H₂ + 1/2O₂ = H₂O (1.6)

M = -246115 Дж, N = 54,12 Дж/К (в пределах температур 400 – 3000 К).

Тогда ΔG_т реакции окисления W водой будет равна разности ΔG_т реакций окисления W кислородом и окисления H₂ кислородом реакции 5 и 6 соответственно.

(1.7)

По уравнению 7 находим

Дж

K_p < П => ΔG > 0

Следовательно, реакция в прямом направлении протекать не будет. При заданных условиях протекать будет обратный процесс.

Задание 2

По данным, приведённым в таблице, установить закон роста оксидной плёнки на металле, и оценить время, необходимое для проникновения коррозии внутрь изделия на глубину 0,5 мм.

Коррозионная способность кобальта

Кобальт – металл серебристо-белого цвета, отличающийся высокими коррозионными свойствами. Желтоватый оттенок придает тонкий слой оксидов на его поверхности, образующихся в результате коррозии кобальта.

Температура плавления кобальта – 1494 °C.

Плотность кобальта – 8,9 г/см³.

Для процесса Co²⁺ + 2e → Co стандартный электродный потенциал металла составляет -0,277 В (близок к потенциалу никеля, поэтому их свойства похожи). Кобальт характеризуется высокой стойкостью в атмосфере, даже при повышенных температурах. На воздухе оксиды кобальта образуются при температуре выше 300 °С (металл окисляется). В условиях промышленной атмосферы (воздух с примесями сернистых соединений) металл отличается повышенной стойкостью к коррозии.

Оксиды кобальта восстанавливаются под воздействием водорода по реакции: Со₃О₄ + 4Н₂ → 3Со + 4Н₂О.

Коррозия кобальта, также как и никеля, наблюдается в окислительных кислотах, растворах солей (например, FeCl₃, HNO₃). Концентрированная HNO₃ пассивирует поверхность метала. Корродирует кобальт также при омывании аэрированными водными растворами аммиака. При этом образуются легкорастворимые комплексы (например, Co(NH₃)₆²⁺). В разбавленных серной, соляной кислотах коррозия кобальта проходит медленно, с выделением водорода. Образуются сульфат кобальта CoSO₄ и хлорид СоCl₂.

Коррозия кобальта не протекает в холодных и горячих щелочах. При таких условиях кобальт проявляет меньшую стойкость, чем никель. Щелочи осаждают из растворов солей Со²⁺ гидроксид Со(ОН)₂ синего цвета. При нахождении этого гидроксида на воздухе он окисляется до Со(ОН)₃, приобретая буроватую окраску Сплавы кобальта очень хорошо противостоят кавитационным разрушениям, фреттинг-коррозии, эрозии в быстро движущихся жидкостях.

Кобальт более дорогой и редкий металл, по сравнению с никелем, поэтому его применение ограничено. Используется, преимущественно, для изготовления изделий, подвергающихся воздействию механических нагрузок и агрессивной коррозионной среды.

Коррозия кобальта во многих средах весьма незначительна, поэтому легирование кобальтом сталей улучшает их механические свойства, повышает жаропрочность.