Реактивы и оборудование

1. Электролизер (U-образная трубка).

2. Графитовые стержни.

3. Внешний источник тока.

4. Потенциометр или амперметр.

5. Соединительные проводники.

6. Набор растворов электролитов.

Экспериментальная часть

Для проведения электролиза растворов электролитов необходимо собрать установку, схема которой приведена на рис. 1. Для этого в U-образную трубку (электролизер) наливают раствор исследуемого электролита, выданного преподавателем. В раствор помещают угольные электроды, один из которых служит анодом (А), а другой катодом (К). Концы электродов должны быть погружены в раствор электролита на 4…5 см. Электроды необходимо соединить проводниками с источником постоянного тока, последовательно соединив с амперметром. Составленную схему установки необходимо показать преподавателю или лаборанту.

После подключения источника тока необходимо замерить силу тока (А) и пропускать его через исследуемый раствор электролита в течение времени, указанного преподавателем. Студенту следует описать явления, наблюдаемые на электродах, и составить схему электролиза (уравнения реакций, протекающих на электродах, и суммарный процесс электролиза).

Используя законы Фарадея, рассчитать массу веществ, образующихся на электродах, по формуле (2):

,

где – масса образовавшегося на электроде вещества, г; – химический эквивалент вещества, г/моль; – число Фарадея (96500 Кл/моль);

– сила тока в цепи, А; – время прохождения тока, с.

После проведения расчетов сделайте выводы, в которых дайте определение процесса электролиза, и покажите, какие продукты и в каком количестве образуются в результате электролиза для исследуемого раствора электролита.

Вопросы для самоконтроля и повторения

1. Дать определение процессу электролиза. Каково устройство электролизера?

2. В чем отличие процессов в гальваническом элементе и электролизере?

3. Какие продукты на аноде и катоде образуются при электролизе раствора NaOH, CaCl₂, ZnSO₄, AgNO₃? Поясните ответ.

4. Дайте определение I, II и объединенного законов Фарадея.

5. Напишите химические уравнения, соответствующие зарядке и разрядке свинцового кислотного аккумулятора.

Лабораторная работа № 15 Коррозия металлов и защита от коррозии Цель работы

1. Ознакомиться с явлениями коррозии металлов и их сплавов.

2. Исследовать процесс коррозии материала лесосушильной камеры в растворе

уксусной кислоты и измерить электродный потенциал взятого металла.

3. Написать схему работы коррозионных гальванических элементов.

4. Ознакомиться с методами защиты металлов и их сплавов от коррозии.

5. Исследовать процесс оксидирования стали. Сделать вывод об изменении ЭДС коррозионного элемента и написать его схему.

6. ^{Исследовать влияние ингибитора на скорость коррозии цинка в соляной кислоте.}

7. Рассчитать ингибиторный эффект и степень защиты от коррозии

металлической поверхности.

Теоретическая часть

Для получения металлов из их природных соединений требуется большая затрата энергии (за исключением химически стойких металлов: золота, платины, серебра, ртути). Энергия, затраченная на получение металлов, накапливается в них как свободная энергия Гиббса и делает их химически активными веществами, переходящими в результате взаимодействия с окружающей средой в состояние положительно заряженных ионов.

Например, в металлургическом процессе происходит восстановление ионов до атомарного состояния

.

В процессе использования металлов, при котором необходимым условием является контакт металла с окружающей средой, происходит окисление металлов, т.е. происходят коррозионные процессы, связанные с разрушением

.

Коррозионные процессы протекают необратимо, самопроизвольно (G<0), сопровождаются выделением энергии (H<0), энтропия при этих процессах растет (S>0).

Коррозия наносит большой ущерб всем отраслям промышленности, которые связаны с использованием металлов, сплавов или изделий из них. Наибольшие потери от коррозии металлических изделий имеет топливно-энергетический комплекс – 29 %, сельское и лесное хозяйство – 20 %, химическая и нефтехимическая промышленность – 15 %, металлообработка – 52 %, прочие отрасли – 30 %.

Имеются два механизма коррозии: химическая и электрохимическая. Химическая коррозия протекает в отсутствие электролитов при температурах, исключающих возможность образования насыщенного пара воды. К ней относятся высокотемпературная (или газовая) коррозия и коррозия в неэлектролитах. Примером газовой коррозии является окисление металлических поверхностей кислородом воздуха при высоких температурах. Например, химической коррозии подвержены детали и узлы машин, работающие при высоких температурах – двигатели поршневого и турбинного типов, ракетные двигатели. Коррозия в органических жидкостях также относится к химической коррозии. Химическая коррозия - это взаимодействие окислителя с металлической поверхностью, не приводящее к образованию гальванических пар, генерирующих электрический ток.

Электрохимическая коррозия протекает в электролите и характеризуется действием макро- и микрогальванических пар, в результате которого между анодными и катодными участками протекает электрический ток. Примером электрохимической коррозии является коррозия в растворах кислот, щелочей, солей, атмосферная коррозия, коррозия в речной и морской воде. Примером электрохимической коррозии также является разрушение кузова автомобиля, металлических поверхностей машин и механизмов, работающих в атмосферных условиях, а также коррозия внутренних поверхностей сушильных камер при сушке древесины.

Скорость коррозии () может измеряться толщиной слоя растворенного металла (h) за единицу времени (t) по формуле

. (1)

 выражают в мм/час, мм/год. Это глубинный показатель коррозии.

Кроме этого, скорость коррозии (V_к) может быть выражена как изменение массы металла m за определенное время ( ) на определенной площади поверхности (S) по формуле

. (2)

V_к выражают в г/м²ч. Это весовой показатель коррозии.

Влажность атмосферы и рН имеют большое значение для коррозионных процессов. Например, при увеличении влажности понижается рН среды в сушильных камерах, как показано в табл. 1. Водородный показатель является одним из факторов, влияющих на коррозию металлов. При понижении рН скорость соответственно увеличивается.

Таблица 1

Величина pH в сушильных камерах в зависимости от породы деревьев,

начальной влажности древесины (W_нач, %) и режима сушки

Wнач., %	Режим	Порода
		Сосна, ель	Береза
100	Мягкий Нормальный Высокотемпературный	4,1 3,9 3,4	3,7 3,3 3,5
40	Мягкий Нормальный Высокотемпературный	3,9 4,2 3,8	4,1 3,8 3,4

В табл. 2 приведена десятибалльная шкала коррозионной стойкости по ГОСТ 5272-68.

Устойчивость различных типов сталей и сплавов представлена в табл. 3.

Таблица 2