Универсальный индикатор

рН	Окраска
1,0	малиновая
2,0	розово-оранжевая
3,0	оранжевая
4,0	желто-оранжевая
5,0	желтая
6,0	зеленовато-желтая
7,0	желто-зеленая
8,0	зеленая
9,0	сине-зеленая
10,0	серовато-синяя

Ход работы

1. Взять в пробирку 1-2 мл исследуемой жидкости.

1. Добавить индикатор, с помощью которого можно установить щелочная или кислая среда.

2. Взять в пробирку 1-2 мл исследуемой жидкости, добавляя нужные индикаторы, установить точно рН раствора.

3. Проверить рН исследуемой жидкости на рН-метре.

Вопросы

1 .Объясните влияние водородного показателя рН на коррозию металлов.

2.Какую реакцию на лакмус можно ожидать в растворах следующих солей: NaClO; NaClO₂; NaClO₃; NaClO₄.

3.Какой индикатор можно использовать при титровании йодной кислоты H₅IO₆, если константа диссоциации первой ступени K₁ = 10^-3, К₂ = 10^-8 и К₃ = 10^-10.

4.Сформулируйте отличительные признаки сильной и слабой кислоты.

5.Опишите два метода изменения рН раствора с указанием их ожидаемой точности.

6.Объясните, почему гидроокись железа значительно более растворима в кислом растворе, чем в щелочном?

Лабораторная работа № 2 Коррозия металлов

На практике при эксплуатации изделий из металлов и их сплавов приходится сталкиваться с явлением разрушения их под действием внешней среды. Разрушение металлов и сплавов вследствие взаимодействия их с окружающей средой называется коррозией.

Коррозия металлов – это химический процесс окисления, в результате чего металлы из чистого состояния переходят в соединения. Продуктами коррозии могут быть оксиды, сульфиды, карбонаты, сульфаты и т.д., которые обладают существенно другими физическими свойствами, что ведет за собой изменения в физических свойствах металлов (таких как упругость, пластичность, электропроводность, магнитные свойства и т.д.)

Коррозия металлов наносит большой экономический ущерб. В результате коррозии металлов выходят из строя машины, оборудование, механизмы, разрушаются металлические конструкции.

Коррозионное разрушение может затрагивать всю поверхность металла – сплошная, или общая коррозия, и отдельные участки – местная, или локальная коррозия. В зависимости от механизма процесса различают химическую, электрохимическую и биохимическую коррозии.

Скорость коррозии выражается несколькими способами. Наиболее часто пользуются весовым и токовым показателями коррозии. Первый из них дает потерю веса (в граммах или килограммах) за единицу времени (секунду, час, сутки, год), отнесенную к единице площади (квадратный сантиметр, квадратный метр) испытуемого образца. Если эта величина не превышает 0,1 г/м², металл считается коррозионостойким, если же она достигает 3 г/м² и больше – малостойким. Металлы, теряющие с 1м² поверхности более 10 г в час, называются нестойкими. Во втором случае скорость коррозии выражается силой тока (в амперах или миллиамперах), приходящейся на единицу площади образца.

За коррозией следует эрозия - разрушение металлических изделий в результате механических воздействий, после чего металл уже непригоден.

Химическая коррозия. Химическая коррозия развивается при контакте металла с растворами неэлектролитов или с газами при высоких температурах (ее называют также газовой коррозией). При химической коррозии происходит непосредственное окисление металла окислителями-компонентами окружающей среды.

Наиболее опасны и для металлов компонентами газовой среды являются кислород O₂, пары воды Н₂O, оксид углерода (IV) СO₂, оксид серы (IV) SO₂. Коррозионное разрушение железа и его сплавов в атмосфере кислорода обусловлено протеканием реакции:

4Fe + 3O₂= 2 Fe₂O₃

С повышением температуры скорость газовой коррозии возрастает.

В результате химической коррозии на поверхности металла образуется пленка соответствующего соединения (А1₂O₃, ZnO, NiO, Cr₂О₃, FeCl, AgI и т.п.). Различают визуально невидимые пленки (< 4 нм), цвета побежалости (40-500 нм) и видимые пленки (>500 нм). Обычно чем больше электросопротивление пленки, тем меньше ее коррозионное сопротивление.

Электрохимическая коррозия. Часто коррозия металла развивается при контакте его с растворами электролитов. На практике этот случай имеет место при погружении металлических изделий в водные растворы, морскую воду, в почву с протекающими грунтовыми водами, при конденсации на металле влаги из атмосферы. Такая коррозия протекает, как правило, по электрохимическому механизму.

При электрохимической коррозии на металле протекают одновременно два процесса: окисление металла М (анодный процесс)

М - zе^- = M^z+

и восстановление окислителей – компонентов среды Ох (катодный процесс)

Ox + ze^- = Red,

где Ох – окислитель, Red – восстановитель.

В результате окисления металла происходит его растворение. Как правило, в качестве окислителя в водных растворах в кислой среде выступают ионы водорода Н⁺ или растворенный в воде кислород воздуха. Так, коррозия в кислой среде сопровождается следующим катодным процессом:

2Н⁺ +2е^- = Н₂

Катодный процесс при коррозии с участием кислорода протекает по уравнению:

O₂ + 2Н₂O → 4е^- = 4OН^-

Рассмотрим в качестве примера реакции, протекающие при электрохимической коррозии железа. Если коррозия протекает в растворе кислоты (рН<7), то происходят следующие реакции:

Fe - 2e- = Fe2+	1
2Н+ + 2е- = Н2	1
Fe + 2Н+ = Fe2+ + Н2

Коррозия железа в нейтральной или щелочной среде характеризуется следующими реакциями:

Fe - 2e- = Fe2+	2
O2 + 2Н2O + 4е- = 4OН-	1
2Fe + O2 + 2Н2O = 2Fe(OH)2

Образующийся гидроксид железа (П) легко окисляется кислородом воздуха:

4Fe(ОН)₂ + O₂ + 2Н₂O = 4Fe(OH)₃

Продукт коррозии железа - бурая ржавчина представляет собой сложную смесь гидроксидов железа (II) и железа (III), продуктов их разложения и взаимодействия с диоксидом углерода и другими веществами окружающей среды.

Металлы, имеющие положительный стандартный электродный потенциал, например, Сu²⁺, Hg²⁺, подвергаются коррозии только с участием кислорода во всех средах. Например, процесс коррозии меди в среде любой кислотности протекает в соответствии с уравнениями:

Сu - 2e- = Сu2+	2
O2 + 2Н2O + 4е- = 4OН-	1
2Cu + O2 + 2Н2O = 2Cu(OH)2

Электрохимическая коррозия имеет много разновидностей:

а) атмосферная коррозия, протекающая на поверхности металла под действием сконденсированной влаги (эта влага растворяет примеси из воздуха: оксиды азота, оксид серы (IV), хлороводород и др., которые ускоряют коррозию);

б) почвенная коррозия, протекающая при контакте металлов с грунтовыми водами (трубопроводы, кабели, рельсы); глинистые почвы, имеющие слабощелочную реакцию, тормозят коррозионный процесс.

в) морская коррозия, протекающая при контакте металлов с морской водой (обшивка судов, оборудование, применяемое в портах).

В зависимости от характера разрушений, сопровождающих процесс электрохимической коррозии, различают сплошную коррозию, захватывающую всю поверхность металла, и местную, локализующуюся на определенных участках. Очаги разрушения в случае местной коррозии могут иметь вид пятен (пятнистая коррозия) или точек (питтинговая коррозия). Они могут захватывать зерна только одного из компонентов металлического сплава (избирательная коррозия), проходить через все зерна в виде узких трещин (транскристаллитная коррозия) или, наконец, сосредоточиваться по границам зерен (интеркристаллитная коррозия).

Биохимическая коррозия, или биокоррозия, вызывается жизнедеятельностью различных микроорганизмов, использующих металл как питательную среду или выделяющих продукты, действующие разрушающе на металл. Биокоррозия обычно накладывается на другие виды коррозии. Для ее развития наиболее благоприятны почвы определенных составов, застойные воды и некоторые органические продукты.

Ход работы

Опыт 1. Изучение влияния образования гальванической пары на процесс коррозии металла.

В пробирку налить 2-3 мл раствора 2н серной кислоты H₂SO₄ и опустите кусочек цинка. На основании наблюдений напишите уравнения происходящей реакции.

Погрузите в эту же пробирку в кислоту, не касаясь цинка, медную пластину (или проволоку). Выделяется ли водород на меди?

Коснитесь в пробирке медной пластинкой (проволокой) цинка. Как меняется интенсивность выделения водорода, и на каком из металлов он выделится?

Отнимите медь от цинка и убедитесь, что интенсивность водорода снова изменилась.

Объясните наблюдаемые явления, учитывая, что Cu и Zn образуют гальваническую пару.

Составьте схему действия этой гальванической пары, укажите направление перехода электронов в паре цинк-медь. Какой металл будет анодом, какой - катодом? Напишите соответствующие реакции на аноде и на катоде.

Опыт 2. Изучение влияния гидролиза соли на коррозию металла.

В пробирку налейте 3-5 мл 6н раствора хлорида аммония NH₄Cl, опустите цинковую пластинку (или кусочек цинка), и слегка нагрейте пробирку на спиртовке. Что наблюдаете? Объясните наблюдаемые явления, учитывая, что хлорид аммония при нагревании гидролизуется в значительной степени, образуя HCl.

Напишите уравнения всех происходящих реакций.

Опыт 3. Изучение влияния неоднородной поверхности металла на его коррозию.

Сделайте напильником царапину (надрез) на чистом железном гвозде. Поместите гвоздь в пробирку и залейте раствором для коррозионных испытаний (раствор NaCl или Na₂SO₄,K₃[Fe(CN)₆]).

Имейте ввиду, что в присутствии ионов железа Fe²⁺ появляется синее окрашивание, вследствие их реакции с К₃[Fе(СN)₆]. Обратите внимание, где наблюдается изменение окрашивания. Почему?

Какой участок гвоздя играет роль анода, а какой - катода? Напишите уравнения реакций, происходящих на аноде и катоде.