Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Органическая и физколлоидная химия. Практикум
.pdf
участках сболее положительным потенциалом — процесс восстановления окислителя (коррозионной среды).
Наиболее часто встречаются окислители (деполяри-
заторы):
– ионы водорода (коррозия сводородной деполяриза-
цией); уравнение восстановительного процесса:
2Н+ + 2ē = Н2 (вкислой среде);
2 H2O + 2ē = Н2 + 2OH– (внейтральной ищелочной сре-
дах);
– молекулы кислорода, растворенные вразличных сре-
дах; уравнение восстановительного процесса:
O2 + 4ē + 4Н+ = 2H2O (вкислой среде);
O2 + 4ē + 2H2O = 4OH– (внейтральной ищелочной сре-
дах).
Методика рассмотрения работы гальванопары
при электрохимической коррозии.
1. Составляют схему гальванопары:
Me1 / среда / Me2.
2. Выписывают стандартные потенциалы металлов
иокислителей коррозионной среды (таблица прил. 4),
определяют восстановитель (меньший потенциал), окислитель (больший потенциал).
3. Записывают уравнения процессов окисления ивосстановления исуммарное уравнение окислительно-восстановительной реакции, протекающей при гальванокоррозии.
4. Указывают направление движения электронов.
111
Лабораторная работа № 5. КОРРОЗИЯ
Коррозия– процесс самопроизвольного, нежелательного разрушения изделия из металлов (аиногда других
материалов) под воздействием окружающей среды.
Цель работы: экспериментальное изучение процессов, протекающих при химической иэлектрохимической
коррозии. Знакомство сразличными методами защиты
от коррозии.
Опыт 1. Взаимодействие цинка ссерной кислотой вотсутствии ипри наличии меди
В фарфоровую чашку налить 2–3 мл раствора серной
кислоты иопустить кусочек чистого цинка. Происходит
ли выделение водорода? Прикоснуться кповерхности
цинка медной проволокой инаблюдать интенсивное выделение водорода. Вынуть медную проволоку из раствора иубедиться вуменьшении интенсивности выделения
водорода. Объяснить причину различной интенсивности
выделения водорода, учитывая, что цинк смедью образует гальванический элемент. Написать реакцию взаимодействия цинка с серной кислотой. Составить схему
коррозийного гальванического элемента (ГЭ); реакции,
протекающие на электродах.
Опыт 2. Активаторы коррозии
В две пробирки налить 1/3 ее объема раствора сульфата меди (CuSO4), добавить 3–4 капли серной кислоты
(H2SO4). Вобе пробирки опустить алюминиевую проволоку, очищенную наждачной бумагой. Водну из пробирок
добавить хлорид натрия. Что наблюдается? Какие анионы являются энергичными активаторами, вызывающими
разрушение оксидной пленки на поверхности алюминия?
Вкакой из пробирок происходит вытеснение меди алюминием?
112
Написать молекулярные иионные уравнения реак-
ции.
Составить схему коррозийного ГЭ; реакций, протека-
ющих на электродах.
Опыт 3. Коррозия на контакте железо– медь
1. Качественная реакция на ионы Fe 2+.
В пробирку налить 5 мл дистиллированной воды, добавить 2–3 капли раствора K3[Fe(CN)6] истолько же раствора
FeSO4. Образуется осадок турнбулевой сини Fe3[Fe(CN)6]2,
свидетельствующий оналичии врастворе ионов Fe 2+. Составить уравнение реакций.
2. Впробирку налить ½ объема дистиллированной
воды. Добавить по три капли раствора хлорида натрия
истолько же раствора K3 [Fe(CN)6]. Перемешать растворы
стеклянной палочкой. Железный гвоздь очистить наждачной бумагой, обмотать медной проволокой иопустить
впробирку. Что происходит впробирке через несколько
минут? Описать наблюдаемые явления. Составить схему
коррозийного ГЭ, анодный икатодный процессы.
Опыт 4. Коррозийная устойчивость оксидной пленки же-
леза
Тонкую стальную пластинку очистить наждачной бумагой. Один конец пластинки зажать деревянной держалкой, адругой нагреть пламенем горелки. По мере нагревания наблюдают изменение цвета пластинки. Прекратить
нагревание пластинки. После охлаждения нанести через
2см по капле раствора сульфата меди (II).
Отметить различную скорость появление медного
пятна. Сделать вывод о защитных свойствах оксидной
пленки, образовавшейся на различных участках пластинки, имея ввиду, что строение итолщина оксидной пленки
на поверхности металла зависят от температуры.
113
Решение типовых задач
Пример 1. Склепаны два металла. Укажите, какой из
металлов подвергается коррозии:
а) Mn– Al; б) Sn– Bi.
Решение.
а) Al вряду напряжений находится перед марганцем
и имеет более отрицательное значение стандартного
электродного потенциала, поэтому при контакте этих
двух металлов Al будет анодом, аMn– катодом. Окисляться, т. е. подвергаться коррозии, будет алюминий;
б) вэтом случае корродировать будет олово, т. к.
вряду напряжений оно расположено впереди висмута
и, следовательно, является электрохимически более активным.
Ответ: Al, Sn.
Пример 2. Какие из нижеперечисленных металлов
выполняют для свинца роль анодного покрытия: Pt, Al,
Cu, Hg?
Решение. Анодное покрытие– это нанесение на защищаемое изделие электрохимически более активного
металла. Из перечисленных металлов электрохимически
более активным (по сравнению со свинцом) является
алюминий (см. ряд напряжений металлов).
Ответ: Al.
Пример 3. Какие из нижеперечисленных металлов
выполняют для свинца роль катодного покрытия: Ti, Mn,
Ag, Cr?
Решение. Катодное покрытие– это нанесение на защищаемое изделие электрохимически менее активного
металла. Из перечисленных металлов электрохимически
менее активным (посравнению со свинцом) является серебро (см. ряд напряжений металлов).
Ответ: Ag.
114
Пример 4. Укажите продукт коррозии при контакте
Zn– Ni внейтральной среде.
Решение. При контакте двух металлов различной электрохимической активности возникает гальванический
элемент. Внейтральной среде его схема выглядит следующим образом:
А (–) Zn| H2O, O2 | Ni (+) K
Так как цинк электрохимически более активен, он
будет окисляться (корродировать). На никеле будет протекать восстановительный процесс (внейтральной среде– кислородная деполяризация):
А (–): Zn– 2ē = Zn
2+
K (+): 2H2O + O2 + 4ē = 4OH–
Общая реакция коррозии:
2Zn + 2H2O + O2 = 2Zn
2+
2Zn + 2H2O + O2 = Zn (OH)
+ 4OH
2
–
Ответ: Zn (OH)2.
Пример 5. Укажите продукт коррозии при контакте
Zn– Ni вкислой среде (HCl).
Решение. При контакте двух металлов различной электрохимической активности возникает гальванический
элемент. Его схема для кислой среды раствора:
A (–) Zn|HCl| Ni (+) K
Так как цинк электрохимически более активен, он
будет окисляться (корродировать). На никеле будет протекать восстановительный процесс (вкислой среде– водородная деполяризация):
А (–): Zn– 2ē = Zn 2+,
K (+): 2H+ + 2ē = H2.
Общая реакция коррозии: Zn + 2H+ = Zn
Zn + 2HCl = ZnCl
+ H2.
2
2+
+ H2,
Ответ: ZnCl2, H2.
115
! Задачи для самостоятельной работы
При решении задач используйте прил. 4.
1. Железная пластинка, склепанная смедью, погружена вразбавленную H2SO4. На какой пластинке будет выделяться водород? Происходящие электродные процессы
отобразите электронными уравнениями.
2. Приведите пример анодного икатодного покрытия железа. Составьте электронные уравнения процессов,
протекающих при наружной целостности покрытия.
3. Какие процессы протекают при нарушении покрытия луженого иоцинкованного железа? Составьте электронное уравнение этих процессов.
4. Какие металлы могут быть защищены от коррозии
методом протекторов, если вкачестве протектора брать
цинк? Какую роль (катода или анода) играет цинк вэтом
виде защиты металлов от коррозии?
5. Изделие из железа содержит примеси свинца. Объясните, почему коррозия железа будет идти быстрей, чем
вотсутствии примеси свинца. Какие процессы идут при
коррозии?
6. Пластины из магния имарганца соединены алюминиевой заклепкой. Какие процессы в присутствии
электролита будут идти: а) в месте контакта Мg-Мn;
б) около заклепки?
7. Контакт меди со свинцом находится врастворе HCl.
Как будет идти процесс коррозии ина каком из металлов
будет выделяться водород?
8. Цинковое изделие содержит примеси алюминия
иолова. Какая из этих примесей «вреднее» сточки зрения коррозии цинкового изделия? Опишите возможные
процессы втом изделии.
9. Протектором из какого металла можно защитить
железо-никелевый сплав? Опишите процессы коррозии
вотсутствии ивприсутствии протектора.
116
10. Никелевая пластинка покрыта сначала тонким
слоем цинка, аповерх цинка– тонким слоем марганца.
Составьте схему коррозии:
а) при нарушении слоя марганца;
б) при нарушении второго защитного слоя, цинкового.
11. Свинцовый кабель, лежащий вземле, подвергается
коррозии блуждающим током силой 50А.Кабель выйдет
из строя, когда растворится 2,5 кг свинца. Сколько времени сможет работать кабель?
12. Медная шина защищена цинковым протектором.
Сколько времени будет работать протектор массой 15кг,
если сила коррозийного тока составляет 0,04А? Приведите схему процессов коррозии.
13. Вкачестве протектора для защиты медной шины
использована болванка массой 25кг. Сколько времени
будет работать протектор, если сила коррозийного тока
составляет 0,03А? Составьте схему процесса коррозии.
14. Трамвайный рельс подвергается коррозии блуждающим током силой 22А.Через какое количество времени
придется менять рельс, если потеря массы при этом составляет 12кг?
15. За сколько времени полностью разрушится за счет
коррозии выброшенная консервная банка (Fe-Sn), если
масса железа составляет 45г (массой олова пренебречь),
асила коррозийного тока будет 0,01А?
16. Сколько времени будет работать цинковое покрытие на оцинкованном листе кровельного железа, если защищающая масса цинка 0,4 кг, асила коррозийного тока
0,015 А?
17. Оцинкованное железо при нарушении цинкового
покрытия начинает разрушаться само после растворения
40 % площади покрытия. Сколько времени будет осуществляться защита действий цинкового покрытия, если исходная масса покрытия 400г, асила коррозийного тока 0,02А?
117
18. Сплав Сu-Pb подвергается коррозии блуждающим
током силой 120А. За сколько времени полностью растворится 18кг этого сплава (содержит 15 % Pb)?
19. Пластины из меди иникеля соединены алюминиевыми заклепками. Опишите процессы коррозии, идущие:
а) на границе медь-никель;
б) на контактах Сu-Al иNi-Al.
20. Какая из примесей более опасна для железа как
конструкционного материала– медь или магний? Опишите коррозийные процессы, идущие втом и вдругом
случаях.
118
РАЗДЕЛ 3. КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ
Коллоидная химия– наука, изучающая физико-химические свойства гетерогенных, высокодисперсных
систем, атакже растворов высокомолекулярных соединений.
Тема 16. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ.
АДСОРБЦИЯ
Фаза– это часть гетерогенной системы, однородная
по химическому составу ифизическим свойствам иограниченная от остальной системы границей раздела. Явления, происходящие на границе раздела двух фаз, называются поверхностными явлениями. На границе раздела
фаз каждая из граничащих фаз имеет избыток потенциальной энергии, который называется поверхностной
энергией Gs.
Стремление вещества уменьшить поверхностную
энергию называется поверхностным натяжением. Поверхностное натяжение σ– стремление вещества (жидкости или твердой фазы) уменьшить избыток своей
поверхностной энергии на границе раздела сдругой
фазой. Стремление вещества уменьшить эту величину
приводит ксамопроизвольному сокращению границы
раздела фаз, например: круглая форма капли жидкости; σ– отношение поверхностной энергии кплощади поверхности раздела фаз: σ = Gs/S, Дж/м 2. Величина
поверхностного натяжения зависит только от природы
обеих фаз.
Вследствие наличия поверхностной энергии на границе раздела фаз происходит накопление тех или иных
частиц. Сорбция – поглощение каким-либо веществом
других веществ. Если вещество поглощается всем объ-
119
емом другого, то происходит абсорбция, если вещество
концентрируется на поверхности раздела фаз, то имеет
место адсорбция. Вещество, способное поглощать, адсорбировать другое, называется адсорбентом, вещество,
которое может адсорбироваться– адсорбтивом, аадсорбированное вещество адсорбатом. Процесс, обратный
адсорбции, называется десорбцией.
Физическая адсорбция возникает за счет ван-дерваальсовых взаимодействий. Она характеризуется обратимостью иуменьшением адсорбции при повышении
температуры, т. е. экзотермичностью.
Химическая адсорбция (хемосорбция) осуществляется путем химического взаимодействия молекул адсорбента иадсорбата. Хемосорбция обычно необратима; химическая адсорбция, вотличие от физической,
является локализованной, т. е. молекулы адсорбата не
могут перемещаться по поверхности адсорбента. Так как
хемосорбция является химическим процессом, требующим энергии активации порядка 40–120 кДж/моль,
повышение температуры способствует её протеканию.
Примером химической адсорбции является адсорбция
кислорода на вольфраме или серебре при высоких температурах.
В жидких растворах поверхностное натяжение σ является функцией от концентрации растворенного вещества.
На рис.2 представлены три возможных зависимости поверхностного натяжения от концентрации раствора (изотермы поверхностного натяжения). Вещества, добавление которых крастворителю уменьшает поверхностное
натяжение, называют поверхностно-активными (ПАВ),
вещества, добавление которых увеличивает или не изменяет поверхностное натяжение– поверхностно-инактивными (ПИАВ).
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]