1 семестр ФИБС / Химия Яльмяшева / ЛР7
.pdf
11
Обработка результатов
Опыт 14.2. Коррозия двух контактирующих металлов
14.2.1 Записать уравнения возможных реакций, полуреакции окисления и
восстановления. Объяснить, почему реакция цинка с кислотой протекает, а с
медью – нет.
Zn |
Cu |
Наблюдение: на пластине из цинка выделяются пузырьки |
||
|
||||
|
|
|
|
газа, на медной пластине ничего не происходит |
Протекает реакция:
H2SO4 + Zn = ZnSO4 + H2
Окисление: Zn0 - 2 e- → Zn2+ Восстановление: 2 H+ + 2 e- → H2
Объяснение: цинк восстанавливает водород из кислоты, образуя соль в результате реакции замещения, т.к. в электрохимическом ряду напряжений цинк находится перед водородом, значит обладает большей активностью.
Не протекает реакция:
H2SO4 + Cu ≠
Объяснение: медь не способна восстанавливать водород из кислоты, т.к. стоит правее него в электрохимическом ряду напряжений, а значит менее активна.
14.2.2 Записать уравнения возможных реакций при контакте пластин цинка и
меди, указать какой металл является анодом, а какой катодом, расписать анодный и катодный процессы. Объяснить, почему выделение водорода
наблюдается и на медной пластине, а также, почему процесс выделения водорода
интенсифицируется.
Zn Cu
Наблюдение: выделение пузырьков газа на медной пластине
Протекает реакция:
CuSO +H SO+Zn=Cu+ZnSO+H
12
А(Zn): Zn0 - 2ē = Zn2+
К(Cu): 2Н+ + 2ē = H2
Объяснение: в результате соприкосновения пластин, образуется гальваническая пара, цинк растворяется и катионы Zn2+ переходят в раствор, а за счёт разности потенциалов на пластинах электроны переходят на медь, где их присоединяют ионы водорода из кислоты. Цинк становится анодом, а медь катодом.
Опыт 14.3. Влияние механических напряжений в металле на его коррозию.
Записать катодный и анодный процессы, отметить на каком участке
проволоки какой процесс протекает (подтвердить качественной реакцией на ионы Fe2+ и ионы OH ). Объяснить, почему процесс окисления железа активнее
протекает на деформированных участках.
|
|
|
Наблюдения: |
|
|
|
|
1 |
– на изогнутых участках – наблюдается синее |
Раствор: |
|
|
окрашивание |
|
H2O |
1 |
2 |
2 |
– на прямых участках – наблюдается |
|
|
|||
NaCl |
|
малиновое окрашивание |
||
K3[Fe(CN)6] |
|
|
||
|
|
|
||
фенолфталеин |
Процессы коррозии: |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А(_1_): Fe0 – 2ē = Fe2+ |
|
|
|
|
К(_2_): 2Н+ + 2ē = H2 |
|
|
|
|
Качественные реакции: |
|
|
|
|
Fe2+ + [Fe(CN) ]³ = Fe[Fe(CN) ] ↓(синий) |
|
|
|
|
OH+ ф/ф = розовое окрашивание |
|
|
|
|
Объяснение: В изогнутых изделиях, |
|
|
|
|
гальванические элементы возникают в |
|
|
|
|
результате образования разных потенциалов на |
|
|
|
|
их выпуклой и вогнутой сторонах. |
|
|
|
|
При этом анодом служит выпуклая часть, |
|
|
|
|
катодом – её вогнутая часть. Продукт коррозии |
|
|
|
|
будет располагаться только на вогнутой |
|
|
|
|
(катодной) части. |
13
В одинаковых условиях скорость коррозионного процесса в случае полированной поверхности металла гораздо ниже, чем скорость коррозии шероховатой поверхности того же металла или деформированного металла. Это связано с более низким значением ЭДС микрогальванических пар. Кроме того, катодные участки полированной поверхности металла способны покрываться более сплошным слоем продукта коррозии, что затрудняет доступ к ним окислителя среды.
Опыт 14.4. Влияние неравномерной аэрации на процесс коррозии
Записать катодный и анодный процессы, отметить на каком участке пластины какой процесс протекает (подтвердить качественной реакцией на ионы Fe2+ и ионы
OH ). Объяснить, почему процесс окисления железа протекает на погруженном в
раствор участке, а процесс восстановления у поверхности.
Раствор:
H2O
NaCl
K3[Fe(CN)6]
фенолфталеин
2
1
Наблюдения:
1 – на погруженном участке синее окрашивание
2 – у поверхности розовое окрашивание
Процессы коррозии:
А(1): Fe0 – 2ē = Fe2
К(2):O + 2H O + 4ē = 4OH
Качественные реакции:
Fe2+ + [Fe(CN) ]³ = Fe[Fe(CN) ] ↓(синий)
OH+ ф/ф = розовое окрашивание
Объяснение: при неравномерной аэрации металла осуществляется пространственное разделение окислительно-восстановительной реакции восстановление кислорода протекает на более аэрируемых участках, а окисление металла — на менее аэрируемых участках поверхности.
14
Опыт 14.5. Действие стимулятора коррозии
Записать уравнения химических реакций, полу реакции окисления и
восстановления. Объяснить, почему вытеснение меди из раствора CuCl2
протекает быстрее, чем из раствора CuSO4.
Раствор: |
Раствор: |
Наблюдения: реакция CuSO4 + Al протекает |
||||||||||||
|
CuSO4 |
|
|
CuCl2 |
медленно, а CuCl2 + Al быстро, наблюдается |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вытеснение меди |
|
|
||
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Реакции (в молекулярном, полном и |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сокращенном ионно-молекулярном виде): |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. В растворе CuSO4 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3CuSO4 + 2Al = Al2(SO4)3 + 3Cu |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окисление: 2Al0 - 6e- → 2Al³+ |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Восстановление: 3Cu+ + 6e- → 3Cu0 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. В растворе CuCl2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3CuCl2 + 2Al = Al2Cl3 + 3Cu |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окисление: 2Al0 - 6e- → 2Al³+ ________ |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Восстановление: 3Cu+ + 6e- → 3Cu0 __ |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В (водном) растворе CuCl2 идет побочная |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
реакция алюминия с водой с выделением |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
водорода: |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2Al + 6H O = 2Al(OH) + 3H . |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окисление: 2Al0 - 6e- → 2Al³+ |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Восстановление: 6H+ + 6e- → 6H0 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Объяснение: вытеснение меди из раствора |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CuCl2 протекает быстрее, чем из раствора |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CuSO4, т.к. хлор - это катализатор коррозии, |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
способствующий разрушению пассивирующих |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(оксидных) пленок. |
||||
Опыт 14.6. Защитное действие оксидной пленки
Записать уравнение образования жидкого сплава ртути и алюминия –
амальгамы алюминия.
15
Записать уравнение реакции алюминия с водой, полуреакции окисления и
восстановления. Объяснить, почему реакция протекает только в месте
образования амальгамы алюминия и не протекает на всей поверхности
алюминиевой пластины.
1. |
|
1. Образование жидкого сплава ртути и |
|
алюминия – амальгамы алюминия: |
|
|
|
|
|
|
Наблюдения: образовался рыхлый слой на |
|
|
пластине |
2. |
|
Реакция: 5Al + 3Hg(NO3)2 = 2Al(NO3)3 +3AlHg |
|
|
2. |
|
|
Наблюдения: в воде образуются пузырьки, на воздухе образуется рыхлый слой
Реакция: 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2
окисление: Al – 3ē = Al³ восстановление: 2Н2O + 2ē = H2 + 2OH
Объяснение: B обычных условиях алюминий покрыт пленкой гидроксида, предохраняющей его от дальнейшего окисления. Амальгамированный алюминий легко подвергается коррозии. При этом алюминий как металл с более отрицательной величиной Е° будет окисляться, а на поверхности ртути будет восстанавливаться растворенный в пленке влаги кислород. Так как восстановление кислорода идет преимущественно на ртути, образование гидроксида алюминия происходит в объеме электролита, и образующаяся рыхлая пленка Аl(ОН)3 не предохраняет алюминий от дальнейшей коррозии.
Опыт 14.8. Анодное и катодное покрытия Для каждой пластины указать какой металл является анодом, а какой
катодом, расписать анодный и катодный процессы. Записать качественную
16
реакцию на ионы Fe2+. Какое покрытие является катодным, какое – анодным?
Какое покрытие продолжает защищать металл при нарушении целостности?
1. |
2. |
оценкованное |
луженое |
железо |
железо |
Fe/Zn |
Fe/Sn |
Раствор:
H2O
NaCl
K3[Fe(CN)6]
Наблюдения:
Появление синей окраски наблюдается на луженой пластине.
Процессы коррозии:
Оцинкованное железо:
1.А(Zn): Zn0 - 2ē = Zn2+
К(Fe): 2Н2O + 2ē = H2 + 2OH-
Луженое железо:
2.А(Fe): Fe0 – 2ē = Fe2+
К(Sn): 2H2O + 2ē = H2 + 2OH-
Качественная реакция:
Fe2+ + [Fe(CN) ]³ = Fe[Fe(CN) ] ↓(синий)
Объяснение: цинковое покрытие – анодное, оловянное – катодное. Цинковое покрытие продолжает защищать металл от коррозии при нарушении целостности.
Опыт 14.9. Протекторная защита
Для свинцовой пластины: запишите уравнение химической реакции,
полуреакции окисления и восстановления; качественную реакцию на ионы Pb2+.
Для пары пластин: запишите уравнение химической реакции, определите
какой металл является анодом, а какой – катодом и напишите анодный и
катодный процессы.
Объясните суть протекторной защиты.
1. Pb+Zn |
2. Pb Наблюдения: |
||||
|
Раствор: |
|
|
1. Желтый осадок не образуется |
|
|
|
|
2. Выпадение желтого осадка |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3COOH |
|
|
|
|
|
KI |
|
|
Реакции и процессы коррозии: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Pb + 2CH3COOH → (CH3COO)2Pb + H2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
окисление: Pb0 - 2ē = Pb+2 |
|
|
|
|
|
восстановление: 2Н+ + 2ē = H2 |
17
Качественная реакция: Pb + 2I =PbI↓(Жёлтый)
2.Zn + 2CH3COOH → (CH3COO)2Pb + H2
А(Zn): Zn0 - 2ē = Zn2+
К(Pb):2Н+ + 2ē = H2
Объяснение: При контакте между металлами они оказывают друг на друга поляризующее действие. Свинец поляризуется катодно, а цинк анодно. В результате процесс восстановления окислителя присутствующего в растворе, а цинк окисляется. Сущность протекторной защиты заключается в том, что защищаемый от коррозии металл соединяют с протектором – более активным металлом.
Опыт 14.10. Влияние ингибитора на коррозию металла
Запишите уравнение химической реакции, полуреакции окисления и восстановления; качественную реакцию на ионы Fe2+. Объясните, почему в
присутствии уротропина реакция протекает менее активно.
1. 2.
H2SO4 |
H2SO4 |
уротропин
K3[Fe(CN)6] K3[Fe(CN)6]
Наблюдения: В 1 пробирке реакция проходит быстро, появляется синее окрашивание, во 2 пробирке реакция замедляется Реакция:
Fe + H SO = FeSO + H2
окисление: Fe0 – 2ē = Fe2+ восстановление: 2Н+ + 2ē = H2
Качественная реакция:
Fe2+ + [Fe(CN) ]³ = Fe[Fe(CN) ] ↓(синий)
Объяснение: в пробирке с уротропином не наблюдалось выделение пузырьков газа, т. к. уротропин является ингибитором, т. е. замедляет скорость реакции кислот с металлами.
18
Выводы: в результате лабораторной работы были изучены влияния некоторых факторов на протекание процессов химической и электрохимической коррозии и методов защиты металлов от коррозии, а именно: влияние механических напряжений в металле на его коррозию, влияние неравномерной аэрации, действие стимулятора коррозии, защитное действие оксидной пленки,
анодное и катодное покрытие, протекторная защита и влияние ингибитора на коррозию металла.