6.2 Примеры решения задач

Пример 1. Рассчитать установившийся потенциал железного электрода, работающего в качестве катода в коррозионном процессе, в растворе с рН = 9,2 и катодной плотности тока i_к=0,1 А/м². Температура раствора 293 К. Процесс протекает с кислородной деполяризацией. Принять P_O₂= 1 атм, коэффициенты в уравнении Тафеля а =1,075 В, b = 0,045 В.

Решение.

В результате поляризации катодного процесса потенциал электрода смещается в отрицательную сторону относительно обратимого потенциала на величину Е_k, и установившийся его значение определяется из уравнения

Е_к = (Е_k)_р – Е_k. Катодный процесс идет с кислородной деполяризацией по реакции О₂+Н₂О+4е↔4ОН^–, поэтому– .

При Т = 293 К ионное произведение воды К_В= 0,68·10^–14 (Приложение Г).

Т.к. рН = 9,2, то = 10^–9,2 = 6,31·10^–10 и с учетом того, что , получаем а_ОН–=0,68·10^–14/6,31·10^–10=0,108·10^–5. Подставляя полученные значения в уравнение, вычисляем обратимый потенциал катодного процесса:

(Е_k)_р=0,401+[(8,314·293)/(4·96500)]ln(1/1,36·10^–24)=0,747 В.

В соответствии с уравнением Тафеля В.

Тогда установившийся потенциал железного электрода

В.

Пример 2. Определить электрохимическую поляризацию катода при коррозии цинка с водородной деполяризацией в неподвижном 0,1 m растворе HCI при 298К и катодной плотности тока 50 А/м², если известно, что плотность тока обмена катодной реакции i_o = 10^-6 А/м², коэффициент перехода α = 1/2. Как изменится величина электрохимической поляризации при перемешивании раствора?

Решение.

Электрохимическую поляризацию катода определим по уравнению

Найдем коэффициент а по формуле (6.9):

При перемешивании раствора тонкий слой электролита вблизи поверхности металла остается неподвижным. Следовательно, характеристики электрохимической реакции восстановления водорода, в том числе и поляризация при заданной скорости процесса останутся постоянными.

Пример 3. Элемент металлической конструкции состоит из участка поверхности цинка, в котором сделано отверстие и запрессована медная заклепка радиусом 8,03 мм. Рассчитать максимальную силу локального тока пара Сu-Zn в охлаждающем рассоле на основе водного 0,5н раствора NaCl при 293К если концентрация кислорода С = 2,25^.10^-7 г∙моль/см³, коэффициент диффузии кислорода в данном растворе =1,95^.10^-5 см²/с, толщина диффузионного слоя δ_d= 0,075 см. Сопоставить полученную величину с экспериментальным значением I = 52 мкА.

Решение.

В паре Сu-Zn медь является катодом, а цинк – анодом. Коррозионный ток локального элемента контролируется подводом кислорода к катоду. Согласно уравнению (6.23) значение силы тока равно:

Сравним полученное расчетное значение с экспериментальным: ^.100 = ^.100 ≈ 1,6 %. Таким образом, расчетное значение локального тока пары практически совпадает с измеренной величиной.

Пример 4. Установить контролирующий фактор и дать его количественную характеристику для коррозии железа в 0,5 m водном растворе Na₂SO₄ (рН = 7) при 293К, если измеренный стационарный потенциал железа в этом растворе Е_ст = –0,3 В. В процессе коррозии образуется труднорастворимое соединение Fe(OH)₂, произведение растворимости которого ПР ≈10^–15.