
- •Утверждаю
- •1. Электрохимические системы. Химические источники тока. Коррозия металлов
- •1.1. Предмет электрохимии
- •1.2. Электродные потенциалы. Уравнение Нернста
- •1.3. Гальванические элементы и их роль в электрохимической коррозии металлов
- •1.4. Задачи для самостоятельной работы
- •Предлагаемые варианты задач
- •Задачи повышенной сложности
- •1.5. Лабораторная работа № 1 Коррозия и защита металлов
- •Опыт 1. Влияние образования гальванических элементов на коррозию металлов
- •Опыт 2. Коррозия железа в результате различного доступа кислорода
- •Опыт 3. Влияние хлорид - ионов на коррозию алюминия
- •Опыт 4. Коррозия луженого и оцинкованного железа
- •Стандартные потенциалы металлических, водородного и кислородного электродов (при парциальных давлениях водорода и кислорода 1 атм), измеренные относительно стандартного водородного электрода
- •2. Равновесная термодинамика. Химические и фазовые равновесия в одно- и многокомпонентных системах
- •2.1. Химический потенциал. Правило фаз
- •2.2. Фазовые равновесия в однокомпонентных системах
- •2.3. Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах
- •2.3.1. Равновесие между жидкой и твердой фазой. Эвтектические смеси
- •2.3.2. Равновесие между жидкостью и паром. Азеотропные смеси. Законы Коновалова
- •2.4. Примеры решения задач и задачи для самостоятельной работы Примеры решения задач
- •Задачи для самостоятельной работы
- •3. Поверхностные явления. Адсорбция
- •3.1. Движущие силы адсорбции
- •3.2. Адсорбция на границе раздела жидкой и газообразной фаз. Поверхностно-активные вещества (пав)
- •3.3. Адсорбция на границе раздела твердой и жидкой (газообразной) фаз
- •3.3.1. Теория мономолекулярной адсорбции
- •3.3.2. Хроматография
- •3.3.3. Ионообменная адсорбция и хроматография
- •3.4. Примеры решения задач и задачи для самостоятельной работы Примеры решения задач
- •Задача для самостоятельной работы
- •3.5. Лабораторная работа № 2. Адсорбция уксусной кислоты из водного раствора на активированном угле
- •Реактивы и посуда
- •Методика выполнения работы
- •Расчеты и обработка результатов
- •4. Кинетика и катализ
- •4.1. Теория абсолютных скоростей химических реакций [4]
- •4.2. Кинетика каталитических реакций
- •4.3. Принцип линейных соотношений свободных энергий (лссэ)
- •4.4. Задачи для самостоятельной работы
- •5. Макрокинетика
- •Вопросы для подготовки к устному экзамену по курсу физической химии ( III семестр)
- •1. Химические источники тока. Коррозия металлов
- •2. Адсорбция и хроматография
- •3. Фазовые равновесия
- •5. Макрокинетика
- •Литература
1.4. Задачи для самостоятельной работы
Задачи
1 - 7.
Вычислите электродный потенциал металла
(),
находящегося в растворе соли данного
металла с заданной концентрацией
(моль/л). На какую величину увеличится
или уменьшится этот потенциал, если
увеличить концентрацию раствора соли
в 10 раз? Как это отразится на активности
металла как восстановителя? Как при
этом изменяется окислительная активность
ионов металла?
Задача № |
Металл |
Соль в растворе |
Концентрация соли, моль/л |
1 |
Mn |
MnCl2 |
0,01 |
2 |
Zn |
ZnSO4 |
0,1 |
3 |
Ni |
Ni(NO3)2 |
0,001 |
4 |
Cr |
Cr2(SO4)2 |
0,05 |
5 |
Cu |
CuSO4 |
0,01 |
6 |
Fe |
FeSO4 |
0,1 |
7 |
Ag |
AgNO3 |
0,001 |
Задачи 8 - 11. Вычислите потенциал газового электрода при температуре 25 оС и парциальном давлении газа 1 атм в растворе с концентрацией ионов водорода [H+], моль/л. Как и на какую величину изменится потенциал этого электрода при уменьшении концентрации ионов водорода в 10 раз? Какие металлы подвергаются коррозии (окисляются) в данных условиях?
Задача № |
[H+], моль/л |
Электрод |
8 |
10-1 |
Кислородный |
9 |
10-7 |
Кислородный |
10 |
10-3 |
Водородный |
11 |
10-7 |
Водородный |
Задачи
12 – 15.
Имеются два металла (Ме1
и Ме2),
каждый из которых находится в растворе
соли, содержащем собственные ионы
(Ме1/Ме1n+,
Ме2/Ме2n+),
при стандартных условиях. Каковы значения
их потенциалов? Вычислите, какой должна
быть концентрация ионов металла [Ме1n+],
чтобы электродный потенциал первого
металла
стал равен стандартному электродному
потенциалу второго металла
.
№ задачи |
Электрод 1 Ме1/Ме1n+ |
Электрод 2 Ме2/Ме2n+ |
12 |
Sn / Sn2+ |
Ni / Ni2+ |
13 |
Au / Au+ |
Au / Au3+ |
14 |
Cd / Cd2+ |
Fe / Fe2+ |
15 |
Fe / Fe3+ |
Pb / Pb2+ |
Задачи 16 - 21. Напишите уравнения электродных реакций, протекающих в процессе работы данного гальванического элемента, вычислите его максимальную электродвижущую силу и укажите направление движения электронов во внешней цепи.
16. Sn/Sn2+ (0,01моль/л) II (0,1моль/л) Sn2+/ Sn
17. Cu/Cu2+ (1 моль/л) II (0,01моль/л) Cu2+/Cu
18. Cr/Cr3+ (0,1 моль/л) II (0,01 моль/л) Fe2+/Fe
19. Al/Al3+ (0,1 моль/л) II (0,01 моль/л) Mg2+/Mg
20. Ni/Ni2+ (0,01 моль/л) II ( 0,01 моль/л) Sn2+/Sn
21. Au/Au3+ (1 моль/л) II ( 0,1 моль/л) Cu2+/Cu
Задачи 22 – 26. Какие окислительно-восстановительные процессы протекают на электродах данных гальванических элементов? На основании стандартных электродных потенциалов выберите гальванический элемент с наибольшей электродвижущей силой и рассчитайте ее величину.
22. Cu/Cu(NO3)2 II Pb(NO3)2/Pb; Cr/CrCl3 II CuCl2/Cu
Ni/NiCl2 II AlCl3/Al ; Fe/FeSO4 II AlCl3/Al
23. Ni/NiCl2 II AlCl3/Al ; Co/CoCl2 II AlCl3/Al ;
Zn/ZnCl2 II AlCl3/Al ; Cu/Cu(NO3)2 II AlCl3/Al
24. Cr/CrCl3 II NiCl2/Ni ; Cr/CrCl3 II CoCl2 Co ;
Cr/CrCl3 II CuCl2/Cu ; Cr/CrCl3 II Pb(NO3)2/Pb
25. Zn/Zn(NO3)2 II AgNO3/Ag ; Zn/Zn(NO3)2 II Cu(NO3)2/Cu ;
Zn/Zn(NO3)2 II Ni(NO3)2/Ni ; Zn/Zn(NO3)2 II MnSO4/Mn
26. Pb/Pb(NO3)2 II Fe(NO3)2/Fe ; Pb/Pb(NO3)2 II Ni(NO3)2/Ni ;
Pb/Pb(NO3)2 II AgNO3/Ag ; Pb/Pb(NO3)2 II Al(NO3)3
Задачи 27 - 30. Какие окислительно-восстановительные процессы протекают на электродах предложенных гальванических элементов? Какой из них является поляризующимся?
27. Zn/H2SO4 II CuSO4/Cu ; Zn/ZnSO4 II CuSO4/Cu;
Zn/ZnSO4 II Fe SO4/Fe
28. Ni/NiSO4 II CuSO4/Cu ; Ni/H2SO4 II CuSO4/Cu ;
Ni/NiSO4 II H2SO4/Cu
29. Ni/NiCl2 II HCl/Sn ; Ni/HCl II CuCl2/Cu ; Ni/NiCl2 II SnCl2/Sn;
30. Fe/FeCl2 II CuCl2/Cu ; Fe/HCl II CuCl2/Cu ; Fe/FeCl2 II HCl/Cu.
Задачи 31 – 40. Какие окислительно-восстановительные процессы происходят при контакте железного изделия с другими металлами? Какой металл при этом окисляется? Составьте схемы работы гальванических элементов, образующихся при коррозии металлов в данных условиях.
-
№
задачи
Металлы, контактирующие
с железным изделием
Среда
31
Zn, Cr
раствор H2SO4
32
Zn, Cu
влажная атмосфера (Н2О + О2)
33
Ni, Cr
влажная промышленная атмосфера (H2O, SO2, HCl, CO2 )
34
Sn, Al
пресная вода
35
Ag, Cr
pН <7 (отсутствие кислорода)
36
Co, Mg
влажная атмосфера
37
Zn, Sn
морская вода
38
Cd, Ni
раствор электролита (рН > 7)
39
Mg, Sn
влажная промышленная атмосфера (H2O, SO2, HCl, CO2 )
40
Pb, Cd
влажная атмосфера
Задачи 41 - 45. Железо имеет покрытие из другого металла. Какой из металлов (железо или покрытие) будет корродировать в случае наружения поверхностного слоя покрытия? Укажите, какое покрытие для железа является анодным и какое — катодным? Составьте схемы процессов, происходящих на электродах образующихся гальванических элементов в указанных средах.
-
№
задачи
Металл покрытия
Среда
41
Cu, Mg
пресная вода
42
Zn, Sn
морская вода (Cl-)
43
Sn, Al
кислая среда
44
Ag, Zn
влажная атмосфера (Н2О + О2)
45
Ni, Ag
влажная промышленная атмосфера (H2O, SO2, HCl, CO2 )
Задачи 46 - 50. Металл склепан с другим металлом. Какой из металлов будет подвергаться электрохимической коррозии? Составьте схему гальванического элемента при погружении этой пары металлов в указанную среду. Рассчитайте ЭДС данного гальванического элемента с учетом того, что электродный потенциал катода зависит от рН среды (уравнения (4) и (6)).
-
№
задачи
Ме1/Ме2
Среда
46
Al / Cu
чистая влажная атмосфера, рН=5.5
47
Al / Cu
кислый водный раствор c рН=4 (предполагается отсутствие О2)
48
Sn / Fe
влажная промышленная атмосфера (H2O, SO2, HCl, CO2 ), рН=3
49
Sn / Fe
чистая влажная атмосфера, рН=5.5
50
Cu / Zn
морская вода, рН=7
Задачи 51 – 54. Приведите пример металла, который может служить протектором для защиты изделия от коррозии в водных растворах в контакте с воздухом. Напишитеуравнения электродных процессов и схемы образующихся гальванических элементов.
-
№
задачи
Изделие
№
задачи
Изделие
51
Fe
53
Zn
52
Sn
54
Ni
Задачи 55 – 58. Рассмотрите коррозию изделия, погруженного в электролит, содержащий кислоту. Приведите уравнения электродных процессов и схемы образующихся микрогальванических элементов.
-
№
задачи
Изделие
№
задачи
Изделие
55
оловянистая бронза (Cu / 8-10% Sn)
57
cплав Sn / Ag
56
сплав Ni / Сu
58
луженое железо (Fe / Sn)
Задачи 59 – 60. Рассмотрите коррозию изделия в чистой влажной атмосфере (рН=5.5). Приведите уравнения протекающих электродных процессов и схемы образующихся коррозионных микрогальванических элементов. Начнет ли окисляться в этой атмосфере второй металл и когда, если это возможно? Ответ подтвердите расчетом.
-
№
задачи
Изделие
№
задачи
изделие
59
Латунь
(сплав Cu / Zn)
60
алюминиевая бронза (Cu / Al)