
- •Часть I
- •Предисловие
- •Работа №1 Определение молекулярной массы газообразных веществ.
- •Определение эквивалентов.
- •Энергетика химических реакций
- •Скорость химических реакций
- •Химическое равновесие. Смещение химического равновесия.
- •Бесцветный малиновый
- •Растворимость веществ. Концентрация растворов. Приготовление растворов различной концентрации.
- •1. Процентную концентрацию растворов
- •2. Молярную концентрацию раствора
- •3. Нормальную (эквивалентную) концентрацию раствора
- •4. Моляльную концентрацию раствора
- •5. Титр раствора
- •6. Мольную долю растворенного вещества и растворителя в растворе
- •Работа № 7
- •Электролитическая диссоциация.
- •Криоскопическое определение молекулярной массы
- •И степени диссоциации.
- •Водородный показатель среды рН.
- •Гидролиз солей
- •Коллоидные растворы
- •Реакции в растворах электролитов. Произведение растворимости.
- •Комплексные соединения.
- •Окислительно-восстановительные реакции.
- •Электрохимические процессы.
- •Коррозия металлов
- •Значение защитных пленок в процессе коррозии.
- •Определение жесткости и умягчения воды.
- •Химические реакции между веществами в твердой фазе. Изучение мешающего влияния ионов.
- •Металлы побочных подгрупп.
- •Экспериментальная часть.
- •Элементы групп III – VII главных подгрупп.
Коррозия металлов
Цель работы: изучить процесс коррозии и факторы, влияющие на скорость коррозии, способы защиты.
Коррозией называют разрушение металла в результате химического или электрохимического взаимодействия металла с окружающей средой. Скорость коррозии выражают либо через потерю массы образца в единицу времени на единицу площади поверхности, либо через уменьшение толщины металла в единицу времени.
В результате коррозии металлы становятся менее прочными, изменяются размеры изделий, увеличивается работа трения между деталями машины. Народному хозяйству коррозия причиняет значительный ущерб.
Различают два вида коррозии – химическую и электрохимическую. Если окисление металла происходит как обычная химическая реакция (соединение железа с кислородом при высокой температуре с образованием окалины), то коррозию называют химической. Химическая коррозия характерна для сред, не проводящих электрический ток. В процессе химической коррозии происходит прямое взаимодействие металла с окислителем.
Электрохимическая коррозия металлов наблюдается при соприкосновении металлов с водой, растворами электролитов, атмосферным воздухом или другими влажными газами. В этих случаях процесс коррозии сопровождается перемещением электронов с одних участков металла к другим, т.е. появлением электрического тока. Наиболее распространенными окислителями в коррозионном процессе служат ионы водорода и молекулы кислорода.
В качестве примера электрохимической коррозии рассмотрим действие H2SO4 на технический цинк, содержащий примесь железа. На поверхности такого цинка возникает множество микроскопических гальванических элементов
Zn | H2SO4 | H2 | Fe,
в котором цинк служит анодом, а железо – катодом. На цинке протекает анодный процесс
Zn0 – 2e → Zn2+ (окисление)
а на железе – катодный процесс
2H+ + 2e → H2 (восстановление).
Таким образом, электрохимическая коррозия металлов – это результат деятельности микрогальванических элементов на их поверхности.
При описании коррозионных явлений, так же как и гальванических элементов, окисляющийся металл называют анодом, а процесс окисления – анодным. Металл, на котором электроны переходят к окислителю, называют катодом, а процесс восстановления – катодным.
При контакте двух металлов анодом становится металл, электродный потенциал которого более отрицателен.
Скорость коррозии зависит от различных факторов: от природы металла и вида поверхности, от рН и температуры раствора, с которым реагирует металл.
Большое значение процессов коррозии имеет поляризация электродов, образование пленок на металлах, перенапряжение водорода.
Если бы в коррозионных гальванических элементов не происходило поляризации электродов, то процессы коррозии протекали бы с такой скоростью, что железо и ряд других металлов потеряли бы свое значение в технике.
Механизм коррозии в кислой и нейтральной средах различен. Особенности электрохимической коррозии в кислой среде были рассмотрены выше (на примере технического цинка).
Если среда нейтральная, окислителями являются не ионы водорода, а молекулы кислорода, растворенного в воде, которые на катоде превращаются в ионы ОН-:
O2 + 2 H2O + 4e = 4OH-.
Примером может служить коррозия технического железа на воздухе, когда оно покрыто влажной пленкой или же находится в растворе электролитов с незначительной концентрацией Н+. Таким образом, электрохимическая коррозия в нейтральной среде происходит с поглощением кислорода:
Анод: 2Fe0 – 4e → 2Fe2+ Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2
Катод: O2 + 2H2O + 4e → 4OH- 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3
в растворе
Коррозия с поглощением кислорода возможна, если потенциал кислородного электрода положительнее потенциала металла. В некоторых случаях коррозия лимитируется анодными реакциями. Обычно это наблюдается у металлов, способных к пассивации, таких как алюминий, титан, хром, никель, тантал и другие. Пассивация обычно обусловлена образованием на поверхности металла защитных пленок.
Существуют различные способы уменьшения коррозии металлов: пассивация поверхности металла, изменение потенциала, уменьшение концентрации окислителя, изоляция поверхности металла от окислителя, изменение состава металла.
Экспериментальная часть
Опыт 1. Коррозия, возникающая при контакте двух различных металлов
В стеклянную трубку, согнутую под углом, налейте 0,01 н раствор серной кислоты. В одно колено трубки введите полоску цинка и наблюдайте медленное выделение водорода. В другое колено введите медную проволоку, не доводя ее до соприкосновения с цинком. Наблюдается ли выделение водорода на меди? Погрузите медную проволоку глубже, так чтобы она контактировала с цинком. Объясните выделение водорода на меди в этом случае. Составьте схему действия образовавшейся гальванической пары. Как повлиял контакт с медью на коррозию цинка?
Опыт 2. Коррозия вследствие образования микрогальванических пар.
1. В две пробирки налейте по 2 - 3 мл 2 н серной кислоты и опустите равные кусочки химически чистого цинка. При этом водород выделяется слабо.
2. В одну из пробирок прибавьте 3 - 4 капли раствора сульфата цинка меди, объясните, почему изменяется скорость выделения водорода, и какие процессы при этом происходят?
Опыт 3. Влияние природы контактирующих металлов на скорость коррозии железа.
В опыте изучается коррозия стали в паре с различными металлами. В первой части опыта железо находится в паре с никелем и медью, во второй части опыта – в паре со свинцом или кадмием. В стеклянную трубку, согнутую под углом (см. опыт 1) налейте половину объема 0,1 М раствора H2SO4. Металлические стержни тщательно зачистите наждачной бумагой и промойте проточной водой. В одно колено трубки поместите стальную пластинку, во второе – никелевую (или медную). С помощью милливольтметра определите напряжение элемента.
Повторите опыт с кадмиевым или свинцовым стержнем.
При оформлении результатов опыта запишите: уравнение анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение реакции. Приведите схему коррозионного элемента.
Рассчитайте потенциал катодной реакции и объясните влияние природы использованных металлов на скорость коррозии и напряжение коррозионного элемента.
Опыт 4. Активирующие действия ионов хлора
В две пробирки налейте (1/2 объема) раствор сульфата меди, подкисленный серной кислотой. В одну из пробирок добавьте хлорид натрия. Затем в обе пробирки поместите алюминиевую проволоку. Наблюдайте, в какой из пробирок интенсивнее выделится газ. Запишите уравнение анодного, катодного и суммарного процессов, приведите схему коррозионного элемента. Объясните механизм влияния ионов хлора на скорость реакции.