14.4 Задания для самоконтроля

1. Сколько времени продолжался электролиз сульфата железа (III) при силе тока 2,5 А, если масса катода увеличилась на 4 г, а выход по току составил 73%? Запишите схему электролиза водного раствора сульфата железа (III) с угольными электродами.

2. Какое время понадобится для нанесения цинкового покрытия толщиной 10^-3м при силе тока 20А и выходе по току 85%? Плотность цинка 7×10³ кг/м³.

3. При электролизе водного раствора CrCl₃ за 15 часов на поверхности катода площадью 1,5×10^-2м² образовался слой металла толщиной 1,5×10^-3м и выделился водород объемом 10 литров. Плотность хрома 7,14×10³ кг/м³. Рассчитайте силу тока в цепи и выход хрома по току.

4. Рассмотрите электродные процессы на примерах электролиза водного раствора сульфата меди: а) с медным; б) с нерастворимым анодом и электролиза водного раствора сульфата цинка а) с цинковым; б) с нерастворимым анодом.

5. При электролизе водного раствора сульфата цинка с нерастворимыми электродами на катоде в течение 2 ч выделилось 0,235 г цинка. Ток в цепи 1, 34 А. Рассчитайте выход цинка по току.

Лабораторная работа № 15 Тема: Коррозия металлов. Защита металлов от коррозии

Цель: изучение условий возникновения коррозионных микроэлементов, их моделей, а так же влияния различных факторов на скорость электрохимической коррозии металлов.

Оборудование: металлические пластины – стальная, свинцовая, медная, цинковая, алюминиевая, нержавеющей стали; ферроксилининдикатор, бумажный фильтр, наждачная бумага, U-образная трубка, милливольтметр, хлорид натрия (кристаллический), 0,1 М раствор H₂SO₄, раствор сульфата меди (II), раствор K₃[Fe(CN)₆], конц. HNO₃, 2н раствор HCI, 0,4 М раствор уксусной кислоты, раствор иодида калия, раствор 3% NaCI, раствор для воронения (на 1 литр 600 г NaOH и 60 г NaNO₂), пробирки, дистиллированная вода.

15.1 Теоретические пояснения

Коррозией называют процесс разрушения металла в результате химического или электрохимического воздействия окружающей среды. Скорость коррозии выражают либо через потерю массы образца в единицу времени на единицу площади поверхности, либо через уменьшение толщины металла в единицу времени.

По характеру разрушения металла различают равномерную и местную коррозию. Равномерная коррозия распределяется по всей поверхности металла, а местная коррозия сосредоточена на отдельных участках

По механизму коррозионного процесса различают химическую или электрохимическую коррозию. Химическая коррозия характерна для сред не проводящих электрический ток. В процессе химической коррозии происходит прямое взаимодействие металла с окислителем.

Электрохимическая коррозия возникает в средах, обладающих ионной проводимостью. В этом случае процесс коррозии является анодным растворением металла под влиянием катодного восстановления окислителя. Наиболее распространенными окислителями в коррозионном процессе являются ионы водорода и молекулы кислорода. Коррозия с участием ионов водорода называется коррозией с выделением водорода или коррозией с водородной деполяризацией. В наиболее простом виде электродные процессы могут быть представлены уравнениями:

Me - ne^- → Meⁿ⁺

2H⁺ +2e → H₂

Коррозия с выделением водорода возможна, если потенциал водородного электрода положительнее потенциала металла. Скорость коррозии в этом случае определяется скоростью реакции выделения водорода, зависящей от природы металла и вида поверхности, на которой выделяется водород. Скорость коррозии зависит так же от рН и температуры раствора, с которым реагирует металл

Коррозия с участием кислорода называется коррозией с поглощением кислорода или коррозией с кислородной деполяризацией. В наиболее простом виде электродные процессы могут быть представлены уравнениями:

Me - ne^- → Meⁿ⁺

O₂ + 2H₂O + 4e^- → 4OH^–

Коррозия с поглощением кислорода возможна, если потенциал кислородного электрода положительнее потенциала металла. Скорость коррозии в этом случае обычно определяется скоростью диффузии кислорода и возрастает при перемешивании раствора и увеличении концентрации растворенного кислорода.

На основе понимания механизма электрохимической коррозии разработаны разнообразные способы борьбы с ней.

Легирование – это введение в состав сплава компонентов, повышающих устойчивость металлов к коррозии. Например, в качестве легирующих добавок к железу применяют никель и хром (нержавеющая сталь).

В некоторых случаях скорость коррозии лимитируется анодными реакциями. Обычно это наблюдается у металлов способных к пассивации, таких как алюминий, титан, хром, никель, тантал и др. Пассивностью металла называют состояние повышенной коррозионной устойчивости, вызываемое торможением анодного процесса. Пассивация обычно обусловлена образованием на поверхности металла защитных пленок.

Поверхность металла можно защитить покрытиями, которые бывают нескольких видов:

• неметаллические покрытия (лаки, краски, эмали);

• покрытия, образующиеся в результате химической обработки поверхности металла (например, воронение стали);

• металлические покрытия, которые подразделяются на анодные (покрытие более активным металлом, образующим устойчивые к коррозии оксидные пленки) и катодные (покрытие менее активным металлом).

При повреждении анодного покрытия будет анодно растворяться само покрытие, а не основной металл. При повреждении катодного покрытия растворяется основной металл, а не металл покрытия.

В некоторых случаях в коррозионную среду вводят ингибиторы (замедлители) коррозии.

Электрохимическая защита применяется в средах с хорошей ионной проводимостью, например, морская вода, почва. Существует несколько видов электрохимической защиты:

• протекторная защита – присоединение к защищаемому изделию большого листа из более активного металла, который выступает в качестве анода и окисляется, материал изделия выступает в роли катода, он защищен от коррозии;

• катодная защита – защищаемая деталь присоединяется к отрицательному полюсу внешнего источника тока и становится катодом, в качестве анода используются куски железа, которые присоединяются к положительному полюсу источника тока, при этом подвергаясь анодному окислению;

• анодная защита – защищаемое изделие подключается к положительному полюсу внешнего источника тока, при этом происходит пассивация защищаемого металла.