Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая химия. Часть I. Учебное пособие для самостоятельной подготовки студентов
.pdf
171
тельно будут выведены из строя как анодные, так и катодные процессы. При
Fe/Fe
2
Fe
анод (–)
:
Fe – 2ē = Fe2+
(коррозия железа)
(примеси Fe, имеющие
Me/Me
n
>
Fe/Fe
2
(–0,44 В)
:
О2 + 2Н2О + 4ē = 4ОН–
(кислородная деполяризация катода)
Zn/Zn
2
Fe/Fe
2
контакте с агрессивной средой технического железа в системе будет образовываться множество микрогальванических элементов, в которых основной
металл (Fе) будет выступать в качестве анода (–), а примеси в железе, имеющие более высокий стандартный электродный потенциал, чем железо
(
= –0,44 В), будут выступать в качестве катода (+). Железо будет кор-
родировать, разрушаться или окисляться, а на примесях в железе имеющих
более высокий стандартный электродный потенциал, чем стандартный потенциал железа, будут протекать процессы восстановления:
6. Коррозия железа в контакте с цинком. Написать уравнение реакций,
протекающих на электродах в кислой и нейтральных средах.
Решение
Если железо, контактирующее с цинком, или оцинкованное железо, целостность покрытия которого нарушена, находится в агрессивной среде (нейтральный водный раствор или раствор кислоты), то в системе будет образовываться множество микрогальванических элементов, в которых основной
металл (Fе) будет являться катодом (+), а цинк или цинковое покрытие будет
являться анодом (–). Поскольку цинк, имеющий более низкий стандартный
электродный потенциал (
будет корродировать или разрушаться или окисляться, а на железе будут протекать процессы восстановления. Восстановительные процессы на катодах
зависят от состава агрессивной среды. Уравнения реакций, протекающих
на электродах следующие:
= –0,76 В), чем железо (
= –0,44 В),
172
а) нейтральная водная среда
анод (–)
Zn
:
Zn – 2ē = Zn2+
катод (+)
Fe
:
О2 + 4ē + 2Н2О = 4ОН–
(кислородная деполяризация катода)
анод (–)
Zn
:
Zn – 2ē = Zn2+
катод (+)
Fe
:
2Н+ + 2ē = Н2
(процесс восстановления ионов Н+ )
Fe/Fe
2
Sn/Sn
2
анод (–)
Fe
:
Fe – 2ē = Fe2+
первичные
продукты
коррозии
катод (+)
Sn
:
О2 + 4ē + 2Н2О = 4ОН–
(кислородная деполяризация катода)
б) кислая среда
7. Коррозия железа в контакте с оловом. Написать уравнение реакций,
протекающих на электродах в кислой и нейтральных средах.
Решение
Если железо, контактирующее с оловом, или луженое железо, целостность покрытия которого нарушена, находятся в агрессивной коррозионной
среде (нейтральный водный раствор или раствор кислоты), то в системе будет
образовываться множество микрогальванических элементов, в которых основной металл (Fе) будет являться анодом (–), а олово или оловянное покрытие катодом (+). Поскольку железо, имеющее более низкий стандартный
электродный потенциал (
будет корродировать или разрушаться, или окисляться, а на олове будут протекать процессы восстановления. Восстановительные процессы на катодах
зависят от состава агрессивной среды. Уравнения реакций, протекающих
на электродах следующие:
а) нейтральная водная среда
= –0,44 В), чем олово (
= –0,13 В),
173
б) кислая среда
анод (–)
Fe
:
Fe – 2ē = Fe2+
первичные
продукты
коррозии
катод (+)
Sn
:
2Н+ + 2ē = Н2
(процесс восстановления ионов Н+ )
Fе2+ + 2ОН– = Fе(OH)2
4Fе(OH)2 + О2 + 2Н2О = 4Fе(OH)3
Fе(OH)3 = FеO(OH) + Н2О
(ржавчина)
(вторичные
продукты
реакции).
Fe/Fe
2
Me/Me
n
Fе
(анод (–)
поврежденная поверхность корпуса судна)
Н2О
Ме
(катод (+) примеси
с
Me/Me
n
> –0,44 В)
Процесс коррозии железа продолжается и дальше:
8. На окрашенной поверхности корпуса судна, имеющей дефекты в по-
крытии, коррозионный ток сосредоточен на поврежденных участках. Составьте схему развития коррозии, а также рассчитайте потерю металла (железа) за месяц, если сила коррозионного тока, с учетом зоны действия, составляет 0,05 А.
Решение
При контакте поврежденных участков поверхности корпуса судна с агрессивной средой (речная или морская вода) в системе образуется множество
микрогальванических элементов, в которых основной металл железо (
= –0,44 В) вступает в качестве анода (–), а примеси в металле или загрязнения
в агрессивной среде, имеющие более высокий стандартный электродный по-
тенциал (
> –0,44 В), чем железо играют роль катода (+).
Схема гальванического элемента:
Железо корродирует, разрушается или окисляется, а на примесях металла или загрязнениях агрессивной среды протекают процессы восстановления:
174
(анод (–)
Fе
поврежденные участки поверхности
корпуса судна)
Fe – 2ē = Fe2+
(катод (+)
примеси в металле и загрязнения
агрессивной среды с
Me/Me
n
> –0,44 В)
О2 + 4ē + 2Н2О = 4ОН–
(кислородная деполяризация катода)
Потери металла, mFe, г при коррозии вычисляются по формуле (30), как
F
IM
ЭFe
n
A
Fe
2
56
96500
6060243005,028
и преведении электролиза:
где М
mFe (г) =
– молярная масса электрохимического эквивалента железа, г;
ЭFe
,
I – сила коррозионного тока, А;
τ – время коррозии, с;
F – число Фарадея (количество электричества, необходимое для электрохи-
мического превращения (окисления или восстановления) 1 мольэквивалента вещества), равное 96500 кулонов.
Молярная масса электрохимического эквивалента железа, М
вычис-
Э/Fe
ляется по формуле:
М
Э/Fe
=
,
где АFe – атомная масса железа, г;
n – число отдаваемых железом электронов при коррозии, 2ē
М
=
Э (Fe)
= 28 г/моль.
Подставляем данные задачи в формулу (30) для вычисления потери массы железа при коррозии в течение 1 месяца (время переводим в секунды);
mFe (г) =
= 37,6 г
175
9. В мировой практике для борьбы с коррозией внутренней поверхности
Fe/Fe
2
Zn/Zn
2
Fе
(катод (+),
внутренняя поверхность танков
нефтеналивных судов)
Н2О
Zn
(анод (–) протектор)
Zn
анод (–)
:
Zn – 2ē = Zn2+
Fe
катод (+)
:
О2 + 4ē + 2Н2О = 4ОН–
(кислородная деполяризация катода)
F
IM
ZnЭ
танков нефтеналивных судов применяют протекторную защиту. Вычислите,
сколько должен весить цинковый протектор, рассчитанный на год работы.
Зона его защитного действия составляет 6 м2, а защитная плотность тока,
возникающего при образовании гальванической пары «протектор-корпус судна», равна 0,03 А/м2. Приведите схему коррозии.
Решение
Внутренняя поверхность танков нефтеналивных судов (Fe) и протектор
(Zn) при контакте с агрессивной коррозионной средой образуют гальваниче-
ский элемент, в котором железо (
тода (+), протектор (Zn) (
= –0,76 В) играет роль анода (–):
= –0,44 В) выступает в качестве ка-
Окислительно-восстановительные процессы, протекающие при защите
от коррозии внутренней поверхности танков нефтеналивных судов:
Масса цинкового протектора, m
, г, используемого для защиты от кор-
Zn
розии внутренней поверхности танков нефтеналивных судов, вычисляется
по формуле (30), как и проведении электролиза:
mZn (г) =
,
где М
I – сила коррозионного тока, А;
– молярная масса электрохимического эквивалента цинка, г;
Э(Zn)
176
τ – время коррозионного разрушения, с;
n
A
Zn
2
65
96500
6060243012118,05,32
Fe/Fe
2
A/A
3
F – число Фарадея, равное 96500 кулонов.
Молярная масса электрохимического эквивалента цинка равна:
М
Э (Zn)
=
,
где АZn – атомная масса цинка, г;
n – количество электронов, отдаваемых цинком при работе гальванического
эквивалента «корпус судна – протектор», 2ē.
М
=
Э (Zn)
= 32,5 г/моль.
Сила коррозионного тока I определяется произведением плотности тока
I
на зону защитного действия (S – площадь):
тока
I = I
• S = 0,03 • 6 = 0,18 А.
тока
Находим массу цинкового протектора, подставляя данные задачи в формуле (30) (время – 1 год переводим в секунды):
mZn (г) =
= 1885,6 г
10. Подсчитайте, сколько должен весить алюминиевый протектор, рассчитанный на полгода работы, если зона его защитного действия составляет
6,5 м2 , а плотность тока, возникающего при образовании коррозионного
гальванического элемента «корпус судна – протектор», составляет 0,04 А/м2.
Приведите схему коррозии.
Решение
При контакте поверхности корпуса судна и алюминиевого протектора
с агрессивной коррозионной средой (речная, морская вода) возникает гальванический элемент, в котором корпус судна (Fe,
качестве катода (+), а алюминиевый протектор (
= –0,44 В) выступает в
= –1,66 В) играет
роль анода (–):
177
Fе
(катод (+),
корпус судна)
Н2О
Аℓ
(анод (–) протектор)
Окислительно-восстановительные процессы, протекающие при защите
анод (–)
(протектор)
:
Аℓ – 3ē = Аℓ3+
катод (+)
(корпус судна)
:
О2 + 4ē + 2Н2О = 4ОН–
(кислородная деполяризация катода)
F
IM
AЭ
n
A
A
3
27
96500
26,06060243069
корпуса судна от коррозии:
Масса алюминиевого протектора, mАℓ, г вычисляется по формуле (30),
как и проведении электролиза:
где М
mАℓ (г) =
– молярная масса электрохимического эквивалента алюминия, г;
Э(Аℓ)
,
I – сила коррозионного тока, А;
τ – время действия протектора, с;
F – число Фарадея, равное 96500 кулонов.
Молярная масса электрохимического эквивалента алюминия равна:
М
Э (Аℓ)
=
,
где ААℓ – атомная масса алюминия, г;
n – число отдаваемых электронов атомами алюминия при работе гальваниче-
ского эквивалента, 3ē
М
=
Э (Аℓ)
= 9 г/моль.
Сила коррозионного тока I вычисляется произведением плотности тока
I
на зону защитного действия (S – площадь):
тока
I = I
S = 0,04 А/м2 • 6м2 = 0,26 А.
тока
Находим массу алюминиевого протектора, подставляя данные задачи
в формуле (30) (время действия протектора переводим в секунды):
mАℓ (г) =
= 377,1 г
178
11. Как протекает атмосферная коррозия стальных деталей морских
Fe/Fe
2
Ni/Ni
2
Fе
анод (–)
Н2О
Ni
катод (+)
анод (–)
(стальные детали морских приборов)
:
Fe – 2ē = Fe2+
катод (+)
(никелевое покрытие)
:
О2 + 4ē + 2Н2О = 4ОН–
Fe/Fe
2
Zn/Zn
2
приборов, покрытых слоем никеля, если такое покрытие нарушено? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
Решение
Стальные детали морских приборов, покрытые никелем, при нарушении
целостности покрытия под действием атмосферы, содержащей кислород (О2 )
и влагу (Н2О), будут подвергаться атмосферной коррозии. В системе будет
образовываться множество микрогальванических элементов, в которых сталь-
ные детали, состоящие преимущественно из железа (Fе,
будут выступать в качестве анода (–), а никелевое покрытие (
= –0,44 В),
= –0,25 В)
будет играть роль катода (+):
Основной металл (Fе) будет разрушаться, корродировать или окисляться, а на никелевом покрытии будут протекать процессы восстановления:
12. Начиная с 1945 г. (впервые они появились в Канаде) широкое приме-
нение получили цинковые протекторы, используемые для защиты от коррозии подводных частей кораблей военно-морского флота. Однако протекторы
из технического цинка не смогли подавить коррозию. Почему не допустимы
примеси в протекторах?
Решение
Как известно, при протекторной защите от коррозии в агрессивной водной среде (речная, морская вода) корпус судна и протектор (Zn) образуют
множество микрогальванических элементов, в которых корпус судна (пре-
имущественно Fе,
тектор (Zn,
= –0,76 В) в качестве анода (–):
= –0,44 В) выступает в качестве катода (+), а про-
179
Fе
(катод (+),
корпус судна)
Н2О
Zn
(анод (–),
протектор)
В ходе процесса протектор (Zn) будет корродировать (разрушаться) или
Zn
(анод (–),
протектор)
:
Zn – 2ē = Zn2+
Fе
(катод (+),
корпус судна)
:
О2 + 4ē + 2Н2О = 4ОН–
Me/Me
n
окисляться, а на корпусе судна (Fе) будут протекать процессы восстановления:
При использовании протекторов из технического цинка процесс разрушения протекторов усиливается, поскольку при контакте с агрессивной водной средой примеси, содержащиеся в техническом цинке, имеющие стандартный электродный потенциал более положительный, чем стандартный
электродный потенциал цинка (
дут увеличивать разность электродных потенциалов или увеличивать ЭДС
(электродвижущую силу) работающих гальванических элементов.
> –0,76 В) своим присутствием бу-
180
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
300. Как происходит атмосферная коррозия луженого железа и луженой
меди при нарушении покрытия? Составьте электронные уравнения анодного
и катодного процессов.
301. В чем заключается сущность протекторной защиты металлов
от коррозии? Приведите пример протекторной защиты никеля в электролите,
содержащем растворенный кислород. Составьте электронные уравнения
анодного и катодного процессов.
302. Почему химически чистое железо является более стойким против
коррозии, чем техническое железо? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии технического железа во влажном воздухе и в сильнокислой среде.
303. Какое покрытие металла называется анодным и какое – катодным?
Назовите несколько металлов, которые могут служить для анодного и катодного покрытия железа. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии железа, покрытого медью
во влажном воздухе и в сильнокислой среде.
304. Железное изделие покрыли кадмием. Какое это покрытие – анодное
или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном
воздухе и в соляной кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом
и во втором случаях?
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]