ЛР БТС / 0501_ЛР7-отчет_Конунников
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра физической химии
ОТЧЕТ по лабораторной работе №7
по дисциплине «Химия» Тема: Коррозия и защита металлов
Студент гр. 0501 |
|
Конунников Г.А. |
|
Преподаватель доц., к. х. н. |
|
|
Рахимова О.В. |
Санкт-Петербург
2020
2
Цель работы: Изучение влияния некоторых факторов на протекание процессов химической и электрохимической коррозии и методов защиты металлов от коррозии.
Основные теоретические положения
Коррозия это – процесс самопроизвольного разрушения металлов и их сплавов под влиянием внешней среды.
Химическая коррозия – результат протекания таких химических реакций, в которых после разрушения металлической связи, атомы металла и атомы, входящие в состав окислителей, образуют химическую связь.
Электрохимическая коррозия – процесс взаимодействия металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала.
Металл (или участок металла) с более отрицательным электродным потенциалом выступает в качестве анода. На аноде протекает процесс окисления металла, который можно записать: Me0 – nē Men+
Менее активный металл (участок металла) является катодом. На катоде протекает процесс восстановления. Катодные процессы протекают с участием молекул и ионов среды, и отличаются в зависимости от среды, в которой протекает коррозия:
–в кислой среде: 2H+ + 2e → H2
–в близкой к нейтральной среде: 2H2О + 2e → H2 + 2ОН-
–в присутствии кислорода: О2 + 2H2О + 4e → 4ОН
Основные методы защиты от коррозии: покрытиями (например,
анодирование, оксидирование, цинкованние, кадмирование, красочное покрытие, полимерное покрытие и эмалирование), создание сплавов с антикоррозионными свойствами (добавление к стали Si,Ni,Co,Cu),
электрохимические методы, изменение состава среды. Анодирование,
3
оксидирование, цинкованние, кадмирование, красочное покрытие, полимерное покрытие и эмалирование и т.д.
4
5
6
Обработка результатов
Опыт 14.2. Коррозия двух контактирующих металлов
14.2.1
Zn |
Cu |
Наблюдение: при реакции с цинковой пластиной идет |
|
выделение водорода, а с медной пластиной ничего не
происходит.
Протекает реакция:
H2SO4 + Zn → ZnSO4 + H2
Окисление: Zn0 - 2ē → Zn2+ Восстановление: 2Н+ + 2ē → H2
Объяснение: Цинк вытесняет водород из раствора, т.к. находится левее в ряду активности металлов.
Не протекает реакция:
H2SO4 + Cu ≠
Объяснение:
Реакция не проходит, т.к. медь не активный метал и в ряду активности стоит после водорода, поэтому не вытесняет его их раствора.
|
|
14.2.2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Наблюдение: Выделение водорода на медной пластине. |
||||
Zn |
Cu |
Образование черного налета на цинковой пластине. |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Протекает реакция: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
А(Zn): Zn0 - 2ē → Zn2+ |
|
|
||
|
|
|
|
|
К(Cu): 2Н+ + 2ē → H2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
Объяснение: |
В |
результате |
контакта |
возникает |
короткозамкнутый гальванический элемент между цинком и медью, где медь является катодом, на котором происходит восстановление катионов водорода с выделением H2.
7
Опыт 14.3.
коррозию.
Раствор: |
|
|
H2O |
1 |
|
|
||
|
|
|
NaCl |
|
|
K3[Fe(CN)6] |
|
|
фенолфталеин |
|
|
Влияние механических напряжений в металле на его
Наблюдения:
1 – на изогнутых участках – синий цвет
2 – на прямых участках – розовый цвет
2
Процессы коррозии:
А(Fe): Fe0 – 2ē →Fe2+
К(Fe): 2H2O + 2ē →H2 + 2OH
Качественные реакции:
3Fe2+ + 2Fe(CN6)3- → Fe3[Fe(CN6)]2
Объяснение: Под влиянием механических напряжений меняется структура поверхностного слоя металла, что может вызвать изменение потенциала на его отдельных участках, разрушение защитных пленок, что в свою очередь влияет на изменение скорости коррозии.
Опыт 14.4. Влияние неравномерной аэрации на процесс коррозии
Раствор:
H2O
NaCl
K3[Fe(CN)6]
фенолфталеин
Наблюдения:
1 – на погруженном участке вокруг пластины
2 раствор окрашивается в синий
2 – у поверхности – розовый
1
Процессы коррозии:
А(Fe): Fe0 – 2ē →Fe2+
К(Fe): O2 + 2H2O + 4ē→ 4OH
Качественные реакции:
3Fe2+ + 2Fe(CN6) 3- → Fe3[Fe(CN6)]2
Объяснение: На участке, соприкасающемся с атмосферой образуется катод, т.к. в воздухе присутствуют молекулы кислорода, что меняет среду взаимодействия. В погружённой части образуется анод.
8
Опыт 14.5. Действие стимулятора коррозии
Раствор: Раствор:
CuSO4 CuCl2
1 |
2 |
Наблюдения: В первом случае вытеснение меди идет медленно, а во втором случает идет активное вытеснение меди.
Реакции (в молекулярном, полном и сокращенном ионно-молекулярном виде): 1. В растворе CuSO4
3CuSO4 + 2Al → Al2(SO4)3 + 3Cu
3Cu2+ + 3SO42- + 2Al0 → 2Al3+ + 3SO42- + 3Cu0 3Cu2+ + 2Al0 → 2Al3+ + 3Cu
Окисление: Al0 – 3e → Al3+ Восстановление: Cu 2+ + 2e → Cu0
2. В растворе CuCl2
3CuCl2 + 2Al → 2AlCl3 + 3Cu
2Al0 + 3Cu2+ + 6Cl- → 2Al3+ + 6Cl- + 3Cu0 3Cu2+ + 2Al0 → 2Al3+ + 3Cu0
Окисление: Al0 – 3e → Al3+ Восстановление: Cu2+ + 2e → Cu0
В (водном) растворе CuCl2 идет побочная реакция алюминия с водой с выделением водорода:
Al + 6H2O → Al(OH)3 + 3H2↑
Окисление: Al0 + 3OH- – 3e → Al3+ Восстановление: 2H2O + 2e → H2↑ + 2OH-
Объяснение: Алюминий начинает взаимодействовать с водой т.к. хлорид-ионы разрушают оксидную плёнку. В первом случае защитная плёнка Al2O3 препятствует коррозии. Вытеснение меди идёт быстрее, т.к. ионы хлора являются активаторами и препятствуют образованию защитной оксидной плёнки.
9
Опыт 14.6. Защитное действие оксидной пленки
|
|
|
|
|
1. Образование жидкого сплава ртути и |
|
|
|
|
|
|
алюминия – амальгамы алюминия: |
|
1. |
|
|
|
|
Наблюдения: образование рыхлого слоя |
|
|
|
|
|
Реакция: 2Al + 3Hg(NO3)2 → 2Al(NO3)3 + 3Hg |
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
|
Наблюдения: Выделение газа |
|
2. |
|
|
|
|
Реакция: 2Al + 3H2O → Al2(OH)3 + 3H2 |
|
|
|
|
|
окисление: Al0 - 3e → Al3+ |
||
|
|
|
|
|
восстановление: 2H2O + 2e → H2 + 2OH- |
|
|
|
|
|
|
Объяснение: Реакция протекает только в месте |
|
|
|
|
|
|
образования амальгамы алюминия, потому что |
|
|
|
|
|
|
на её месте отсутствует тонкий слой из оксида |
|
|
|
|
|
|
алюминия, в то время как на всей оставшейся |
|
|
|
|
|
|
пластине он есть. |
|
Опыт 14.8. Анодное и катодное покрытия |
||||||
1. |
|
2. |
Наблюдения: |
|
||
оценкованное |
луженое |
Появление синей окраски наблюдается на |
||||
железо |
железо |
луженой пластине. |
||||
Fe/Zn |
Fe/Sn |
Процессы коррозии: |
||||
|
|
|
|
|
||
|
Раствор: |
|
|
Оцинкованное железо: |
||
|
|
|
|
|
||
|
|
H2O |
|
|
0 |
+2 |
|
|
NaCl |
|
|
1. А(Zn): Zn |
- 2ē → Zn |
|
|
|
|
К(Fe):2Н2O + 2ē → H2 + 2OH- |
||
|
|
K3[Fe(CN)6] |
|
|||
Луженое железо:
2. А(Fe): Fe0 – 2ē → Fe2+
К(Sn): 2H2O + 2ē → H2 + 2OH-
Качественная реакция:
3Fe + [Fe(CN6)]2 → Fe3[Fe(CN6)]2
Объяснение: Анодное цинковое покрытие защищает металл от коррозии. Катодное оловянное покрытие защищает слабо соответственно металл раньше подвергается коррозии, на поверхности появляется синяя
10
окраска.
Опыт 14.9. Протекторная защита
1.
Раствор:
CH3COOH
KI
2.Наблюдения:
1. На пластине свинца появляется желтая окраска.
2. Реакция протекает медленно.
Реакции и процессы коррозии:
1. Pb + CH3COOH → (CH3COO)2Pb + H2
PbO + 2CH3COOH → (CH3COO)2Pb + H2O (CH3COO)2Pb + 2KI → 2CH3COOK + PbI2
окисление: Pb0 – 2e → Pb2+ восстановление: 2Н+ + 2ē → H2
Качественная реакция: Pb2+ + 2I- → PbI2↓
2.Zn + 2CH3COOH → (CH3COO)2Zn + H2 А(Zn): Zn0 – 2e → Zn2+
К(Pb): 2Н+ + 2ē → H2
Объяснение: Сущность протекторной защиты заключается в том, что конструкцию соединяют с протектором – более активным металлом. В процессе коррозии протектор служит анодом и разрушается, защищая от разрушения конструкцию.
Опыт 14.10. Влияние ингибитора на коррозию металла
1. |
|
2. |
|
||
H2SO4 |
|
|
|
H2SO4 |
|
K3[Fe(CN) |
6] |
|
уротропин |
||
|
|
K3[Fe(CN)6 |
] |
||
|
|
||||
|
|
|
|
||
Наблюдения: В пробирке без уротропина идет окрашивание в синий цвет выделение газа Реакция:
H2SO4 + Fe → FeSO4 + H2↑
окисление: Fe0 – 2ē →Fe2+ восстановление: 2Н+ + 2ē → 2H0
Качественная реакция:
3Fe2+ + 2Fe(CN6) 3- → Fe3[Fe(CN6)]2