7.2.3 Опыт №3. Коррозия железа при контакте с цинком и оловом

В железную скрепку для бумаги вставить кусочек цинка, в другую скрепку – такой же кусочек олова. В две пробирки прилить по 2 – 3 мл воды, по 2 – 3 капли разбавленной серной кислоты и раствора гексацианоферрата(III) калия K₃Fe(CN)₆ (красной кровяной соли), разбавленного до слабой желтоватой окраски. Раствор красной кровяной соли является реактивом на катионы Fe²⁺, при этом образуется соединение синего цвета. Скрепки поместить в приготовленные растворы.

Какую окраску приобретает жидкость в пробирке, в которой находится скрепка с оловом? Какие ионы появились в растворе? На что это указывает? Наблюдается ли окрашивание раствора в другой пробирке?

Разобрать протекающие процессы, исходя из величин стандартных электродных потенциалов железа, цинка и олова. Записать схемы коррозии оцинкованного и луженого железа, указав катодные и анодные процессы. Выводы оформить в виде таблицы 7.1.

Таблица 7.1 – Выводы из опыта №3

	Что является катодом	Что является анодом	Электронные уравнения катодных процессов	Электронные уравнения анодных процессов
Оцинкованное железо
Луженое железо

7.3 Примеры решения задач

Пример 1

Гальванический элемент составлен из свинцовых пластинок, контактирующих с растворами нитрата свинца (II) различных концентраций: 10^–1 моль/л и 10^–4 моль/л. Принимается, что степень электролитической диссоциации нитрата свинца равна 100%, температура 298 К. Определите потенциалы электродов. Какой из них является катодом, какой – анодом? Запишите схему гальванического элемента, вычислите его ЭДС.

Решение

Определить потенциалы электродов в условиях, отличных от стандартных, можно в соответствии с уравнением Нернста:

.

Стандартный электродный потенциал свинца 0,126 В; n=2, так как в процессе Pb²⁺+ 2е^- =Pb участвуют два электрона.

Вычислим потенциал первого электрода, погруженного в раствор нитрата свинца концентрацией 10 ^–1моль/л. Так как диссоциация соли считается полной, то концентрация нитрата свинца равна концентрации катионов свинца в растворе, и тогда

.

Вычислим потенциал второго электрода, погруженного в раствор нитрата свинца концентрацией 10 ^–4моль/л:

.

В гальваническом элементе катодом является электрод с большим значением электродного потенциала, а анодом – с меньшим значением. Следовательно, та свинцовая пластинка, которая погружена в 0,1 М раствор нитрата свинца, является катодом, а та, которая находится в 0,0001 М растворе – анодом.

Схема гальванического элемента:

(-) Pb/Pb²⁺(0,0001 М)//Pb²⁺(0,1 М)/Pb (+).

В схеме одинарной чертой показана граница раздела между проводниками первого и второго рода (металл – раствор электролита), а двойной чертой – граница между проводниками второго рода (растворы электролита различной концентрации).

ЭДС гальванического элемента вычисляется как разность потенциалов катода и анода:

ЭДС=₁ – ₂ =-0,156 – (-0,244)=0,088 (В).

Пример2

Какие процессы протекают при атмосферной коррозии железа, содержащего примеси серебра?

Решение

При повышенной влажности поверхность металла покрыта тонкой пленкой воды, в которой растворены соли, атмосферный кислород, углекислый газ, оксиды серы, азота и другие атмосферные примеси. Такая пленка представляет собой раствор электролита. В подобной среде в железе, содержащем примеси серебра, образуются микрогальванические пары. Через толщу металла электроны будут переходить от железа, потенциал которого меньше, к серебру, потенциал которого больше. На серебре возникнет избыток электронов. За счет этого на нем будут протекать процессы восстановления. Серебро выполняет функции катода. Анодом будет являться железо, на нем будут идти процессы окисления.

А нодный процесс на железе: Fe⁰ – 2e ^- Fe²⁺

Железо окисляется. Железное изделие разрушается.

К атодный процесс на серебре: О₂ + 2Н₂О + 4е ^- 4ОН ^–.

Наиболее часто в нейтральной среде наблюдается восстановление растворенного в воде кислорода (коррозия с кислородной деполяризацией).

В результате коррозии железа образуется ржавчина – гидратированные формы оксида железа с переменным содержанием воды: Fe_xO_y n H₂O.