- •Федеральное агентство по образованию
- •Программа дисциплины
- •2.3. Кинетическая сторона химических реакций
- •3. Растворы. Электрохимические процессы
- •3.1. Растворы
- •3.2. Окислительно-восстановительные процессы. Электрохимия
- •3.3. Коррозия и защита металлов и сплавов от коррозии.
- •5. Химия и охрана окружающей среды
- •Ионно-молекулярные (ионные) реакции обмена
- •В кислой среде и.
- •Гидролиз соли, образованной сильной кислотой и слабым основанием.
- •Жёсткость природных вод и её устранение.
- •Примеры решения типовых задач.
- •Задача. Сколько граммов содержится в воды, если жесткость, обусловленная присутствием этой соли, равна ?
- •1.2. Окислительно-восстановительные реакции
- •Примеры решения типовых задач.
- •Задача. Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции между перманганатом калия и сульфитом натрия в среде серной кислоты.
- •Переходим к молекулярной форме уравнения:
- •1.3. Электрохимические процессы
- •Определить абсолютные значения электродных потенциалов невозможно. Их можно только сравнивать.
- •Электролиз
- •Для расчетов используют математическое выражение обобщенного закона Фарадея:
- •Примеры решения типовых задач.
- •Коррозия и защита металлов и сплавов от коррозии
- •Примеры решения типовых задач
- •1.5. Комплексные соединения
- •Примеры решения типовых задач.
- •1.6. Задачи
- •Определите рН 0,001 м раствора кон, считая диссоциацию полной.
- •Подберите по два уравнения в молекулярном виде к каждому из кратких ионных уравнений:
- •При сливании растворов иобразуется осадок гидроксида хрома (III). Объясните причину этого явления и напишите соответствующие уравнения в молекулярном и ионном виде.
- •Водородный показатель (рН) 0,003н раствора гипохлорита калия равен 9,5. Вычислите степень гидролиза этой соли и напишите уравнения реакций гидролиза в молекулярном и ионном виде.
- •Определите степень гидролиза (для первой ступени) и рН в 0,001м растворе и. Напишите уравнения реакций в молекулярном и ионном виде.
- •II. Варианты контрольной работы № 2
- •Продолжение
- •III. Приложение
- •IV. Содержание
Примеры решения типовых задач
Пример 1. Описание процесса коррозии металла и составление схемы гальванического элемента.
Задача 1. Опишите процесс коррозии железной пластинки с включениями меди, опущенной в раствор соляной кислоты. Приведите схему образующегося при этом гальванического элемента.
Решение. Исходя из положений металлов в ряду напряжений или по таблице сравнивая величины стандартных электродных потенциалов, видим, что железо является более активным металлом (= –0,44 В) и в образующейся гальванической паре железо будет анодом. Медь является катодом (=+0,337 В). Железный анод растворяется, железо окисляется, а на медном катоде выделяется водород; , следовательно, процесс протекает самопроизвольно.
Схема работающего при коррозии гальванического элемента:
(-) Feo /Fe2+ || HCl || (Cu) H2 /2H+ (+)
Анодный процесс: Feo – 2е Fe2+;
Катодный процесс: 2 H+ + 2е H2.
Задача 2. Хром находится в контакте с медью. Какой из металлов будет окисляться при коррозии, если пара металлов находится в кислой среде (в соляной кислоте). Приведите схему образующегося при этом гальванического элемента.
Решение. Исходя из положений металлов в ряду напряжений или по таблице сравнивая величины стандартных электродных потенциалов, видим, что хром является более активным металлом (= –0,744 В), и в образующейся гальванической паре хром будет анодом. Медь является катодом (=+0,337 В). Хромовый анод растворяется, а на медном катоде выделяется водород.
Схема работающего при коррозии гальванического элемента
(-) 2Cro /2Cr3+ || HCl || (Cu) 3H2 /6H+ (+)
Анодный процесс: Cro – 3е Cr3+
Катодный процесс: 2 H+ + 2е H2
Следовательно, окисляется хром.
Задача 3. Опишите коррозионное поведения латуни (сплава цинка с медью) в кислой среде.
Решение. На поверхности этого сплава присутствуют атомы меди и атомы цинка. Цинк имеет отрицательное значение потенциала = – 0,763 В), легче окисляется и служит анодом в коррозионном гальваническом элементе. Медь имеет положительное значение электродного потенциала (=+0,337 В), на ее поверхности идет процесс восстановления какого-либо окислителя, содержащегося в коррозионной среде.
Коррозия латуни в кислой среде протекает по схеме:
(-) Zno /Zn2+ || H2SO4|| (Cu) H2 /2H+ (+)
Анодный процесс: Zn – 2e Zn (окисление);
Катодный процесс: 2H+ 2e H2 (восстановление).
В кислых средах коррозионный процесс протекает с водородной деполяризацией, то есть деполяризатором (окислителем), способным снимать электроны с катодных участков, служат ионы водорода. Суммарное уравнение процесса коррозии латуни можно представить таким образом:
Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2 (ZnSO4) - продукт коррозии.
Задача 4. Опишите коррозионное поведение стали (сплав железа с углеродом) во влажной атмосфере воздуха.
Решение. На поверхности этого сплава присутствуют атомы железа и атомы углерода (точнее соединение железа с углеродом Fe3C)
Железо имеет отрицательное значение потенциала (= –0,44 В), легче окисляется и служит анодом в коррозионных гальванических элементах. Углерод имеет положительное значение электродного потенциала, на его поверхности идет процесс восстановления какого-либо окислителя, содержащегося в коррозионной среде (во влажной атмосфере воздуха коррозионный процесс протекает с кислородной деполяризацией):
анод (-) Feo /Fe2+ || O2 , H2O || C (+) катод
Анодный процесс: 2Feo – 4е 2Fe2+(окисление);
Катодный процесс: O2 +2H2O+4e = 4OH– (восстановление).
Суммарное уравнение: 2Fe + O2 +2H2O = 2Fe(OH)2 – продукт коррозии.
Продукт коррозии Fe(OH)2 кислородом воздуха окисляется до Fe(OH)3:
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
4 Fe(ОН)2 + ОН– +1e Fe(ОН)3 (окисление);
1 O2 +2H2O+4e 4OH– (восстановление).
На воздухе из пленки гидроксида железа (III) частично испаряется вода и образуется рыхлый слоистый продукт – ржавчина: mFe2O3 .nH2О.
Пример 2. Определение катодного и анодного типа защиты металла от коррозии.
Задача. Опишите коррозионное поведение луженого и оцинкованного железа во влажной атмосфере воздуха. Какое железо (луженое или оцинкованное) более надежно защищено от коррозии.
Решение. Железо, олово и цинк имеют следующие значения стандартных электродных потенциалов: –0,44 В, –0,14 В и –0,76 В соответственно. По сравнению с железом олово является менее активным металлом и будет служить катодным покрытием, т.е. надежно защищать металл в случае отсутствия пор или повреждений. При повреждении покрытия железо, являясь анодом, будет окисляться, а на поверхности катода (олова) будет протекать процесс восстановления (кислородная деполяризация):
анод (-)Feo /Fe2+ || O2, H2O || Sn/Sn2+ (+) катод
Анодный процесс: 2Feo – 4е 2Fe2+(окисление);
Катодный процесс: O2 +2H2O+4e 4OH– (восстановление).
Продукт коррозии Fe(OH)2 кислородом воздуха окисляется до Fe(OH)3:
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
Цинк является металлом анодного покрытия, т.к. имеет меньшее (более отрицательное) значение потенциала, чем потенциал защищаемого металла; железо является в этом случае катодом и не коррозирует:
анод (-) Zno /Zn2+ || O2, H2O || Fe/Fe2+ (+) катод
Анодный процесс: 2Zn – 4e 2Zn (окисление);
Катодный процесс: O2 +2H2O+4e 4OH– (восстановление).
Продукт коррозии – Zn (OH)2 .
Таким образом, катодные покрытия могут защищать металл в отсутствии пор или повреждений, а анодные надежно защищают металл, так как сами окисляются.