Лабораторная работа № 4 Катодная и анодная защита.

Для предупреждения коррозии используется комплекс противокоррозионных мероприятий, включающий защиту металлических поверхностей различными методами, применение специальных сплавов с повышенной коррозионной стойкостью, обработку рабочей среды веществами, снижающими ее коррозионную активность.

Металлические защитные покрытия могут быть анодные и катодные.

Анодные покрытия имеют электродный потенциал более отрицательный, чем потенциал защищаемого металла (например, цинковое покрытие на железе Е°Zn²⁺/Zn=-0,763 В, Е°Fe²⁺/Fe=-0,44 В). При нарушении анодного покрытия разрушения основного металла не происходит, так как он является катодом коррозионного элемента. Схема работы коррозионного элемента в этом случае может быть представлена в виде:

(анод) (-) Zn | раствор | Fe (+) (катод)

Катодное покрытие - это такое покрытие, которое имеет в данной среде положительный электродный потенциал больше, чем потенциал основного металла. Например, никель (олово или медь) на железе. При нарушении покрытия возникает гальванический элемент, в котором защищаемый металл становится анодом, а покрытие – катодом:

(анод) (-) Fe | раствор | Ni (+) (катод)

В данном случае коррозирует основной металл – железо.

Электрохимические методы защиты. Для защиты металлических конструкций от морской и почвенной коррозии к ним присоединяют протекторы - более активные металлы (т.е. металлы с более отрицательным значением Е°). Это так называемая протекторная защита. При таком способе защиты два металла образуют электрохимическую цепь: металл основного оборудования защищен за счет процесса окисления (растворения) протектора. Например, изделия из железа и его сплавов можно защитить протекторами из цинка или магния.

Ход работы

Опыт 1. Протекторная защита.

В два стакана налить по 15-20 мл 0,2н серной кислоты и по 2 капли 0,5н раствора феррицианида калия – «красной кровяной соли»- К₃[Fе(СN)₆].

В один стакан поместите пластинку железа и цинковую пластинку так, чтобы они не касались друг друга.

В другой стакан поместите такие же пластинки, но соединенные друг с другом верхними частями, т.е. внешней цепью.

Вопросы

В каком стакане происходит коррозия железа?

Чем объясняется отсутствие коррозия железа?

Чем объясняется отсутствие коррозии железа в другом стакане. Какой металл играет роль протектора?

Что является катодом и анодом в том случае, когда идет коррозия железа?

Напишите уравнения происходящих реакций на катоде и на аноде.

Опыт 2. «Золочение» железной пластины.

В химический стакан налейте 200 мл концентрированного (лучше насыщенного) раствора медного купороса и подкислите его 1 мл серной кислоты. Хорошо почистите железную платину наждачной бумагой (после чего не дотрагивайтесь до поверхности металла руками). Опустите пластину на несколько секунд в раствор медного купороса, затем выньте ее, быстро сполосните водой и сейчас же насухо протрите кусочком ткани. Пластина становится «золотой» – она покрылась ровным блестящим слоем меди.

Напишите уравнения происходящих реакций.

Опыт 3. «Серебрение» медной пластинки

Медную пластинку хорошо очистите наждачной бумагой. В химический стакан налейте немного раствора (1-2 мл) нитрата ртути (П) и погрузите туда медную пластику. Через 1-2 минуты выньте пластинку из раствора тигельными щипцами или пинцетом (брать пластинку руками нельзя – соли ртути ядовиты!) и тщательно промойте водой из-под крана. Протрите пластинку кусочком ткани или фильтровальной бумаги. Пластинка стала «серебряной», так как на ней осел слой металлической ртути, раствор в стаканчике приобретает голубоватую окраску (цвет гидратированных ионов меди).

Напишите уравнения происходящих реакций.

Опыт 4. Контакты металлов в кислой среде.

Согнутую под углом 70-90° стеклянную трубочку наполнить 0,2н раствором серной кислоты. В одно колено трубочки поместить цинковую пластинку. Наблюдаем выделение водорода, но очень медленное. Во второе колено трубочки введите медную проволочку так, чтобы она соприкасалась с цинковой. Тотчас же начинается энергичное выделение водорода с поверхности медной проволочки.

Если вместо медной проволочки вставить алюминиевую, то водород начнет выделяться с цинковой полоски, но энергичнее, чем в первом случае. При замене алюминиевой проволочки на медную водород опять начнет выделяться с меди. Если же убрать цинковую полоску, то выделение водорода с меди прекращается.

Вопросы

Чем объяснить, что при контакте цинка с медью водород выделяется на медной проволоке?

Какой металл является анодом, а какой катодом в образовавшейся гальванической паре?

Что происходит с анодом и катодом при их контакте в кислой среде?

Какая гальваническая пара образовалась во втором случае, и какой металл является анодом?

Составьте схемы гальванических пар и электронные уравнения процессов на аноде и катоде.