Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая химия. Часть I. Учебное пособие для самостоятельной подготовки студентов
.pdf
161
276. Через раствор СuSO4 при силе тока 2 А прошло 48250 Кл электри-
чества. Сколько граммов меди выделилось на электроде?
(АСu = 64 г)?
А 16/3; Б 32/2; В 32/3; Г 32; Д 64.
277. Через раствор АgNО3 пропускался ток силой 2 А в течение 48250 с.
Сколько граммов серебра выделилось на электроде?
А 216; Б 108; В 54; Г 27; Д 14,5.
278. Через раствор СuSO4 пропускали ток силой 0,5 А в течение
193000с. Сколько граммов меди выделилось на электроде (АСu = 64 г)?
А 64; Б 32; В 16; Г 128; Д 256.
279. При электролизе раствора СuSO4 на аноде выделилось 168 см3 кислорода (н. у.). Сколько граммов меди выделилось на катоде?
280. Сколько граммов воды разложилось при электролизе раствора
Nа2SО4 при силе тока 7 А в течение 5 ч?
281. Электролиз раствора нитрата серебра проводили при силе тока 2 А
в течение 4 ч. Сколько граммов серебра выделилось на катоде?
282 Электролиз раствора сульфата некоторого металла проводили при
силе тока 6 А в течение 45 мин, в результате чего на катоде выделилось 5,49 г
металла. Вычислите молярную массу эквивалента металла.
283. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих
на электродах при электролизе раствора Аℓ2(SО4 )3 в случае угольного анода;
в случае алюминиевого анода.
284. При электролизе раствора AgNО3 масса серебряного анода уменьшилась на 5,4 г. Сколько кулонов электричества израсходовано на этот процесс?
285. Какие вещества и в каком количестве выделяются на угольных
электродах при электролизе раствора КВr в течение 1ч 35 мин. при силе тока
15 А?
162
286. При электролизе раствора хлорида двухвалентного металла на ано-
де выделилось 560 мл газа (условия нормальные), а на катоде за это же
время – 1,6 г металла. Какой это металл?
287. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих
на электродах при электролизе раствора СuСℓ2 , если анод медный, если анод
угольный.
288. В каком случае при электролизе водного раствора соли не происходит выделение металла:
1) АgNO3; 2) СuSO4; 3) NаNО3; 4) ZnСℓ2; 5) МgSO4.
289. Какой из предложенных металлов: свинец, медь, никель, натрий
или литий – первым осадится на катоде при электролизе водных растворов
смеси солей:
Pb(NO3 )2 , Cu(NO3 )2 , Ni(NO3 )2 , NaNO3 , LiNO3 ?
а) Na; б) Ni; в) Li; г) Cu; д) Pb.
290. В какой последовательности будут выделяться металлы при элек-
тролизе раствора, содержащего в одинаковой концентрации сульфаты никеля,
серебра и меди?
а) Ni → Ag → Cu;
б) Cu → Ni → Ag;
в) Ag → Ni → Cu;
г) Ni → Cu → Ag;
д) Ag → Cu → Ni.
291. Какое вещество содержится в водном растворе у анода по окончании электролиза AgNO3 ?
а) NO3¯ – ионы;
б) ионы Ag+ ;
в) ОН¯ – ионы;
г) ионы Н+ .
163
292. При электролизе водного раствора соли значение рН в приэлек-
тродном пространстве одного из электродов возросло. Раствор какой соли
подвергся электролизу:
а) КСℓ; б) СuСℓ2 ; в) Cu(NO3 )2 ?
293. При электролизе водного раствора NaОН на аноде выделилось 2,8 л
О2 (объем измерен при нормальных условиях). Сколько водорода выделилось
на катоде:
а) 2,8 л; б) 5,6 л; в) 11,2 л; г) 22,4 л?
294. Какой процесс протекает при электролизе водного раствора хлорида олова (II) на оловянном аноде:
а) Sn → Sn2+ + 2ē ;
б) 2Cℓ¯ → Cℓ2 + 2ē ;
в) 2Н2О → О2 + 4Н+ +4ē ?
295. Через раствор AgNО3 пропускали ток силой 2 А в течение 48250 с.
Сколько серебра выделилось на электроде (ААg = 108 г) ?
а) 216 г; б) 108 г; в) 54 г; г) 27 г; д) 14,5 г ?
296. Через раствор СuSО4 пропускали ток силой 2 А в течение 193000 с.
Сколько меди выделилось на электроде (АСu = 64 г) ?
а) 128 г; б) 64 г; в) 32 г; г) 16 г; д) 8 г ?
297. Вычислите массу серебра (г), выделившегося на катоде при пропускании тока силой 4 А через раствор нитрата серебра в течение 48250 с:
а) 108; б) 216; в) 96500; г) 54; д) 27?
298. Вычислите массу магния, г, выделившегося на катоде при электро-
лизе расплава МgСℓ2 при силе тока 2 А в течение 96500 с (АМg = 24,3 г):
а) 12,15; б) 1,215; в) 24,30; г) 96500; д) 243?
299. Вычислите массу марганца, г, выделяющегося на катоде при элек-
тролизе водного раствора соли МnSO4 при силе тока 10 А в течение 24125 с
(АМn = 54,9 г):
а) 10; б) 6,875; в) 137,50; г) 13,75; д) 68,75.
164
РАЗДЕЛ 10. КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И МЕТОДЫ
ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ
При изучении данного раздела рекомендуется использовать литературу
[1, с. 310-337, 2, с. 134-213, 3, с. 223-258].
Вопросы, рассматриваемые в данном разделе:
1. Коррозия металлов. Виды коррозии.
2. Химическая или газовая коррозия.
3. Электрохимическая коррозия. Первичные и вторичные продукты
электрохимической коррозии железа.
4. Морская вода как агрессивная коррозионная среда.
5. Коррозия под действием блуждающих токов.
6. Биокоррозия.
7. Методы защиты от коррозии. Покрытия катодные и анодные.
8. Электрохимическая защита судов от коррозии – катодная и протек-
торная.
9. Лакокрасочные материалы.
Введение
Коррозией называется процесс самопроизвольного разрушения металлов под влиянием внешней среды. Различают коррозию химическую, элек-
трохимическую, биохимическую. Химическая или газовая коррозия обусловлена взаимодействием металлов с сухими газами или жидкостями, не проводящими электрического тока. Электрохимической коррозией называется разрушение металлов при соприкосновении с жидкостью электролитом с возникновением в системе электрического тока. В атмосферных условиях роль
электролита выполняет водная пленка на металлической поверхности, в которой растворены электропроводящие примеси. Согласно теории электрохимической коррозии при соприкосновении металла с электролитом на его поверхности образуется множество микрогальванических элементов. При этом
165
анодами являются частицы металла, катодами – загрязнения, примеси и во-
Fe/Fe
2
Cu/uC
2
(–) анод : Fе – 2ē = Fе2+
Fе
(+) катод : О2 + 2Н2О + 4ē = 4ОН–
(Сu)
(первичные продукты реакции).
Fе2+ + 2ОН– = Fе(OH)2
4Fе(OH)2 + О2 + 2Н2О = 4Fе(OH)3
(вторичные продукты реакции).
обще участки металла, имеющие более положительный потенциал, чем потенциал основного металла. Аноды растворяются (окисляются)
(Ме – nē = Меn+), а на катодах происходит восстановление водорода в кислой
среде (2Н+ +2ē = Н2), а в щелочной среде восстановление кислорода, раство-
ренного в электролите (так называемая кислородная деполяризация катода):
О2 + 4ē + 2Н2О = 4ОН– .
При электрохимической коррозии поток электронов направлен от более
активного металла к менее активному металлу и более активный металл корродирует. Скорость коррозии тем выше, чем дальше отстоят металлы друг
от друга в ряду напряжений, из которых образовалась гальваническая пара.
Сильно возрастает коррозия с ростом температуры.
Интенсивная коррозия протекает в случае соприкосновения металлов
различной активности. Возникающие при этом коррозийные пары называют
макрогальваническими, а такую коррозию – контактной. При контакте двух
металлов анодом будет металл, имеющий наименьшее значение стандартного
электродного потенциала φº. Например, при контакте двух деталей, изготовленных из железа и меди, около мест соединения корродирует железо.
Во влажном воздухе эта система представляет собой гальванический элемент,
во внутренней цепи которого железо является анодом (
медь – катодом (
В растворе складывается такая ситуация:
= –0,44 В), а
= +0,34 В).
166
Fе(OH)3 = FеO(OH) + Н2О
(ржавчина)
Коррозия металла возможна и при отсутствии в нем примесей, если наблюдается доступ различных количеств кислорода к отдельным участкам его
поверхности. Такой процесс носит название коррозия при неравномерной
аэрации. Гальваническую пару в этом случае образуют разные участки по-
верхности одного и того же металла. Окисление металла происходит на менее
аэрируемых участках поверхности, а восстановление кислорода – на более
аэрируемых участках. Этот вид коррозии представляет особую опасность для
обшивки судов.
Морская вода выступает в качестве сильной корродирующей среды, так
как она содержит большое количество различных солей. Кроме того, в морской воде присутствует значительное количество растворенного кислорода
(вследствие хорошего естественного перемешивания и большой площади
соприкосновения с атмосферой). Особенность морской воды как коррозионной среды заключается в одновременном присутствии окислителя (О2 ) и высокой концентрации хлорид-иона (Сℓ– ). Роль хлорид-иона сводится к разрушению защитной пленки, присутствующей на поверхности металла, поэтому
установление пассивного состояния в морской воде для многих металлов является невозможным.
Скорость равномерной коррозии выражают в разных единицах, чаще
всего в миллиметрах в год (мм/год) или в граммах на квадратный метр за сутки [г/(м2 сутки)]. Эти единицы характеризуют глубину разрушения или потерю массы металла. Например, сталь в морской воде корродирует с приблизительно постоянной скоростью (0,13 мм/год или 2,5 г/(м2 сутки).
Биохимическая коррозия (биокоррозия) протекает под влиянием жизне-
деятельности микроорганизмов, использующих металл как питательную среду или выделяющих вещества, разрушающие металл.
167
Для защиты металлов от коррозии применяют различные металлические
Fe/Fe
2
Zn/Zn
2
Fe/Fe
2
Sn/Sn
2
покрытия, позволяющие изолировать металл от агрессивной среды. Если металл покрытия более активен, чем защищаемый металл, то покрытие назы-
вают анодным. Например, покрытие железа (
(
= –0,76 В) является анодным. Катодное покрытие – это покрытие
менее активным металлом, например, покрытие железа (
оловом (
= –0,136 В).
= –0,44 В) цинком
= –0,44 В)
В тех случаях, когда защищаемая конструкция (например, корпус судна)
находится в среде электролита (в морской или речной воде), нередко используют протекторную защиту. При этом к борту судна по периметру прикрепляют пластины металла (протекторы), у которых величина электродного потенциала меньше электродного потенциала металла основной конструкции.
При этой ситуации образуется гальваническая пара, в которой корпус судна
представляет собой катод, а протекторы выступают в качестве анода. В результате происходит растворение протекторов, а корпус судна не разрушается. В качестве протекторов в судостроении применяют изделия из сплавов
алюминия, цинка, магния.
Контрольные вопросы
1. Что такое коррозия металлов, на какие виды она разделяется?
2. Каков механизм химической или газовой коррозии?
3. Каков механизм электрохимической коррозия?
4. Почему морская вода является более агрессивной коррозионной сре-
дой, чем пресная?
5. Каков механизм биокоррозии?
6. Какие методы защиты от коррозии Вы знаете?
7. В чем различие катодных и анодных покрытий?
8. Охарактеризуйте электрохимические методы защита судов от корро-
зии – катодную и протекторную.
168
9. В чем специфика атмосферной коррозии и коррозии в воде?
10. Будет ли активно корродировать железо в воде, не содержащей рас-
творенного кислорода, или в масле, насыщенном кислородом?
11. К какому виду коррозии относится образование на поверхности же-
леза оксидов при нагревании и ржавчины на воздухе?
12. Одинаково ли отношение к коррозии технического и химически чис-
того металла? Чем вызывается коррозия обычной стали?
13. Какое железо корродирует быстрее – находящееся в контакте с оло-
вом или медью? Объясните.
14. Как протекает коррозия в случае повреждения поверхностного слоя
оцинкованного и никелированного железа, при их контакте с водой?
15. Совпадает ли сравнительная оценка способности к коррозии железа
и алюминия по значению их стандартных электродных потенциалов и по их
поведению в контакте с водой?
16. С одинаковой ли скоростью будет покрываться ржавчиной железный
предмет в пресной и морской воде?
17. Почему железо слабо корродирует в растворах, для которых значение
рН больше 10?
Примеры решения задач
1. Почему в конструкциях, омываемых морской водой, не следует одно-
временно применять детали из железа и алюминиевых сплавов? Приведите
схему коррозии в случае небрежной эксплуатации таких деталей:
Решение
В случае небрежной эксплуатации деталей из железа и алюминиевых
сплавов (царапины, другие повреждения поверхности) под действием морской
воды, содержащей большое количество солей и сильного окислителя-кислорода
(О2 ) и Сℓ––ионов, разрушающих защитную пленку оксида алюминия (Аℓ2О3 )
на Аℓ, в системе образуется множество микрогальванических элементов
Fе–Аℓ, в которых Аℓ, имеющий меньший стандартный электродный потенциал
169
(
A/A
3
Fe/Fe
2
Аℓ
анод (–)
:
Аℓ – 3ē = Аℓ3+
(коррозия алюминия)
Fе
катод (+)
:
О2 + 2Н2О + 4ē = 4ОН–
(кислородная деполяризация катода)
Zn/Zn
2
Sn/Sn
2
Zn
анод (–)
:
Zn – 2ē = Zn2+
(коррозия цинка)
Sn
катод (+)
:
О2 + 2Н2О + 4ē = 4ОН–
(кислородная деполяризация катода)
= –1,66 В), чем стандартный электродный потенциал
Fе (
= –0,44 В), выступает в качестве анода (–), а Fе выступает в качест-
ве катода (+). Алюминий корродирует или разрушается, или окисляется, а
на железе протекают процессы восстановления:
2. Конденсаторные трубы, изготовленные из латуни (сплава меди с цин-
ком), для защиты от коррозии лудят, т. е. покрывают оловом. Составьте уравнения процессов, происходящих в случае нарушения целостности такого покрытия в морской воде:
Решение
При нарушении целостности покрытия из олова в агрессивной влажной
среде на поверхности конденсаторных труб образуется множество микрогальванических элементов состава Zn – Sn (цинк – один из компонентов латуни). Цинк (Zn), имеющий меньший стандартный электродный потенциал
(
= –0,76 В), чем стандартный электродный потенциал олова
(
= –0,137 В), будет выступает в качестве анода (–), а олово (Sn) –
в качестве катода (+). Цинк будет корродировать, разрушается или окисляется, а на олове будут протекать процессы восстановления:
3. Почему такие металлы, как Cr, Aℓ, Ni обладают повышенной корро-
зийной устойчивостью:
170
Решение
Fe/Fe
2
Fe
анод (–)
:
Fe – 2ē = Fe2+
(коррозия железа)
(примеси Fe, обладающие
Me/Me
n
>
Fe/Fe
2
)
:
О2 + 2Н2О + 4ē = 4ОН–
(кислородная деполяризация катода)
Поверхность таких металлов, как Cr, Aℓ, Ni покрыта сплошной прочной
пленкой оксидов этих металлов, которая предохраняет эти металлы от коррозии. Поэтому такие металлы, как Cr, Aℓ, Ni обладают повышенной коррозийной устойчивостью.
4. С одинаковой ли скоростью будет покрываться железный предмет
ржавчиной в пресной и морской воде:
Решение
Морская вода более агрессивная, чем пресная вода, поскольку в своем
составе содержит много солей и сильный окислитель (О2). Сℓ– – ионы способны разрушать защитные оксидные пленки металлов, а О2 действует как
окислитель. Поэтому в морской воде коррозия железных предметов будет
протекать с большей скоростью, чем в пресной воде. В системе будет образовываться множество микрогальванических элементов, в которых основной
металл (Fе) будет выступать в качестве анода (–), а примеси, присутствующие
в железе, обладающие более высоким стандартным электродным потенциа-
лом, чем стандартный электродный потенциал железа (
будут выступать в качестве катода (+). Железо будет корродировать, разрушаться или окисляться, а на примесях в железе будут протекать процессы
восстановления:
5. Какое железо является более стойким к коррозии: техническое железо
или «химически чистое железо»?
Решение
Более стойким к коррозии является «химически чистое железо», поскольку при контакте с агрессивной средой (влажная атмосфера, Н2О и др.)
в системе будет создаваться мало микрогальванических элементов и значи-
= –0,44 В),
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]