3.2 Экспериментальная часть

Цель работы: смоделировать в лабораторных условиях процессы электрохимической коррозии металлических изделий и методы защиты металлов от коррозийных разрушений.

Оборудование и реактивы: пробирки; штатив для пробирок; наждачная бумага; фильтровальная бумага, пластинки: цинка, алюминия, оцинкованного железа, луженого железа; медный стержень; стальные гвозди; железные стружки; уротропин; 2%-ные растворы: сульфата меди (CuSO₄), нитрата ртути (I) (Hg₂(NO₃)₂), нитрата ртути (II) (Hg(NO₃)₂),гидроксида натрия (NaOH); растворы: серной кислоты (H₂SO₄), разб.; азотной кислоты (HNO₃), конц.; красной кровяной соли (K₃[Fe(CN)₆]), 1M.

ОПЫТ 1. Коррозия при контакте двух различных металлов

В пробирку поместить цинковую пластинку. Прилить разбавленной серной кислоты. Отметить выделение водорода и объяснить возможность протекания реакции с помощью значения стандартного электродного потенциала (см. приложение В).

Ввести в раствор кислоты медный стержень, не доводя его до соприкосновения с цинковой пластинкой. Наблюдается ли выделение водорода на меди? Прикоснуться медным стержнем цинковой пластинки. На каком металле будет наблюдаться выделение водорода? Записать схему коррозийного медно-цинкового гальванического элемента с водородной деполяризацией на катоде. Как повлиял контакт с медью на коррозию цинка?

ОПЫТ 2. Влияние гальванопары, возникающей в результате химической реакции, на процесс растворения металла

В две пробирки налить по 2 мл разбавленной серной кислоты и внести по одной пластинке цинка. Наблюдать медленное выделение водорода в пробирках. В одну из пробирок добавить 1 мл раствора сульфата меди. Что наблюдается? Почему возросла скорость выделения водорода при добавлении раствора сульфата меди? Объяснить результаты опыта.

ОПЫТ 3. Коррозия алюминия на воздухе и в воде

Алюминий способен проявлять высокую химическую активность, если с его поверхности снять защитную оксидную пленку. Для удаления оксидной пленки, опустить две алюминиевые пластинки в раствор щелочи на 1-2 минуты, промыть водой и осушить фильтровальной бумагой. Опустить обе пластинки в раствор Hg₂(NO₃)₂ на 1-2 минуты. Вынув алюминиевые пластинки из пробирки, осушить фильтровальной бумагой и одну пластинку оставить на воздухе, сделав 2-3 царапины на поверхности металла. Что происходит с алюминиевой пластинкой на воздухе? Каков состав белого порошка, которым обрастает пластинка?

Другую пластинку поместить в дистиллированную воду. Какой газ выделяется при опускании алюминиевой пластинки в воду? Если выделение газа незначительно, осторожно потереть поверхность пластинки стеклянной палочкой. Записать схемы гальванических элементов и уравнения анодного и катодного процессов, протекающих в первом и втором случаях.

ОПЫТ 4. Пассивация металлов и роль защитных пленок в процессе коррозии (опыт а – демонстрационный).

а) Очистить наждачной бумагой два стальных гвоздя. Один гвоздь пассивировать, опустив его в пробирку с концентрированным раствором азотной кислоты на 1-2 минуты. Обработка в кислоте проводится под тягой! Записать свои наблюдения. Ополоснуть гвоздь водой и опустить в пробирку с разбавленным раствором серной кислоты. Отметить скорость выделения водорода.

Для сравнения опустить в раствор серной кислоты необработанный гвоздь. Написать уравнения анодных и катодных процессов, протекающих при коррозии железа в серной кислоте. На каком образце скорее выделяется водород? Отметить роль оксидной пленки, образованной на металле при обработке концентрированной азотной кислотой, по отношению к коррозии.

б) Для удаления оксидной пленки опустить пластинку алюминия в раствор щелочи, промыть водой и осушить фильтровальной бумагой. Затем поместить на 1 минуту в раствор соли ртути (II) и вновь промыть пластинку водой. При этом идет реакция:

2Al + 3Hg²⁺ = 2Al³⁺ + 3Hg

и на поверхности алюминия образуется амальгама – его раствор в металлической ртути. На амальгамированном алюминии оксидная пленка не удерживается и поверхность металла на воздухе быстро покрывается хлопьями. Снять хлопья фильтровальной бумагой и поместить пластинку в пробирку с водой. Написать соответствующие уравнения реакций.

Ускоряющее влияние на коррозию алюминия оказывает возникающая гальванопара Al – Hg. Написать схему ее действия.

ОПЫТ 5. Катодные и анодные защитные покрытия

В две пробирки налить (1/2 объема) воды и добавить в каждую пробирку по 1-2 мл H₂SO₄ и по 2-4 капли раствора красной кровяной соли K₃[Fe(CN)₆]. В одну пробирку поместить оцинкованное железо, а в другую – луженое. Отметить изменение цвета раствора в пробирках. Учесть, что красная кровяная соль образует с ионами Fe²⁺ соединение синего цвета.

Объяснить наблюдения, записать уравнения анодных и катодных процессов и привести схемы работы коррозийных гальванопар. В каком случае корродирует железо? Указать, какое из изученных покрытий было анодным, а какое – катодным.

ОПЫТ 6. Влияние ингибитора на скорость коррозии

Налить в 3 пробирки (до 1/4 объема) раствор соляной кислоты. В одну из пробирок поместить пластинку цинка, во вторую – железные стружки и в третью – пластинку алюминия. Наблюдать выделение водорода. Затем добавить в каждую из пробирок немного уротропина. Какой наблюдается эффект?