Пассивное состояние металлов
Некоторые металлы ( Al, Fe, Cr, Ti) вопреки своему положению в ряду напряжений оказываются стойкими, т. к. Покрыты защитными плёнками, например Al - плёнкой Al2O3. Такие металлы называются пассивирующимися, а явление торможения окисления металла, обусловленное наличием на его поверхности защитных плёнок, - п а с с и в н о с т ь ю. Установлено, что пассивность металла наступает в результате взаимодействия его поверхности с кислородом воздуха или в агрессивной среде. Пассивированием объясняется коррозионная стойкость нержавеющих сталей и сплавов.
Классификация методов защиты от коррозии
Методы защиты металлов от коррозии сводятся к трём группам:
-
правильному выбору металла;
2) уменьшению окислительной способности среды;
3) изоляции металла от окислителя.
Изоляция металлических покрытий .
Металлические покрытия - один из наиболее распространённых методов защиты металлов. Существует два вида металлических покрытий.
-
Покрывающий (защитный) металл может быть электрохимически более активным, чем защищаемый. В этом случае при нарушении сплошности покрытия корродировать будет металл с более отрицательным потенциалом (металл покрытия). Такое покрытие называется анодным, например оцинкованное железо.
Zn0 = - 0,76 B
Zn
Fe Fe0 = -0,44 B
-
Покрывающий (защищающий) металл может быть электрохимически менее активным, чем защищаемый. В этом случае при нарушении сплошности корродирует основной (защищаемый) металл. Покрытие в этом случае называется катодным, например белая жесть.
Sn Sn0 = -0,14 B
Fe Fe0 = -0,44 B
В отличии от катодного анодного покрытие продолжает защищать металл и при нарушении сплошности.
Наиболее удачным является контакт металла с электрохимически более активным (анодные покрытия, протекторная защита). В этом случае защищаемый металл катодно поляризует и скорость коррозии его уменьшается.
Пример 8. Пластинка из Hg, покрытая Ag, опущена в концентрированную серную кислоту. Определить вид покрытия. Нарушена сплошность. Написать уравнение реакции и анодные и катодные процессы, протекающие при коррозии.
Решение .
Hg Hg0 = +0,85 B
Ag Ag0 = +0,8 B
Так как потенциал Hg более положительный, чем потенциал Ag, то покрытие является катодным. В случае возможного контакта с кислотой при нарушении сплошности пластинки коррозии будет подвергаться металл с меньшим потенциалом, т. е. Ag. Таким образом, на аноде будет происходить окисление серебра : Ag - e = Ag+ (анод), а на катоде - восстановление окислителя агрессивной среды, т. е. H2SO4. При взаимодействии Ag с концентрированной H2SO4 продуктом восстановления будет SO2, т. к. Серебро по значению потенциала в ряду напряжений относится к неактивным металлам ( табл. 1)
А: 2Ag
- 2e = 2 Ag+
К: SO42- + 2e + 4H+ = SO2 + 2H2O
2Ag + H2SO4 = Ag2SO4 +SO2 + H2O
Пример 9. Пластинка из Cd, покрытая Zn, опущена в концентрированную HNO3. Нарушена сплошность. Определить вид покрытия, написать уравнение реакции и анодные и катодные процессы, протекающие при коррозии, в случае контакта с кислотой.
Решение .
Zn Zn0 = -0,76 B
Cd Cd0 = -0,4 B
Так как потенциал покрывающего металла имеет более отрицательное значение, то это покрытие - анодное.
При нарушении сплошности пластинки коррозии будет подвергаться цинк. По положению в ряду напряжений цинк относится к активным металлам, поэтому продуктом восстановления азотной кислоты будет N2 (табл. 1).
5Zn +12HNO3 = 5Zn(NO3)2 + N2 +6H2O
A: 5
Zn - 2e = Zn2+
K: 1 2NO3- +10e + 12H+ + 6H2O
С п и с о к л и т е р а т у р ы
1, Суворов А.В. Никольский А.Б, Общая химия, СПб, Химиздат,2000 г.
2. Коровин В.Н. Общей химия, М. Высшая школа, 2000 г.
3. Г л и н к а Н. Л. Общая химия. - Л.: Химия, 1985.
4. Г л и н к а Н. Л. Задачи и упражнения по общей химии. - Л.: Химия, 1980.
5. Коррозия металлов: Метод. указ. к лаб. работе / Сост. Ю. П. Абакумова, Д. Н. Леонтьева. - Л.: ЛИИЖТ, 1988.
6. Основы электрохимии: Тренажёр для самостоятельной работы студентов всех форм обучения / Каф. « Химия». - Л.: ЛИИЖТ, 1988.
ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНОГО ЗАДАНИЯ
|
|
Написать уравнения окислительно - восстановительных реакций, протекающих на электродах в гальваническом элементе, и вычислить его ЭДС.
|
Написать уравнения анодного и катодного процессов при электролизе водного раствора соли (гр. 5) с инертным и растворимым анодом из металла (гр. 6). Какие вещества и в каком количестве выделяется на катоде и инертном аноде при электролизе данного водного раствора соли при I =… A и t = … ч. |
Написать уравнение реакции и процессы, протекающие при коррозии на аноде и катоде в растворе (гр. 11) пластинки из металла (гр. 9), покрытой другим металлом (гр. 10), если нарушена сплошность покрытия и возможен контакт с кислотой. Определить вид покрытия (анодное или катодное). |
||||||||||
|
Номер варианта |
Гальванический элемент |
Концентрация, моль/л |
Раствор электролита |
Материал анода |
Сила тока, А |
Время, ч |
Покрываемый металл |
Металл покрытия |
Раствор кислоты |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|||
|
91 |
Al/Al3+// H+/H2 |
[Al3+] = 10-2 |
[H+]=10-2 |
NiSO4 |
Никель |
13,4 |
2 |
Железо |
Цинк |
HCl (к) |
|||
|
92 |
Zn/Zn2+// Cu2+/Cu |
[Zn2+] = 10-1 |
[Cu2+]= 10-2 |
CuCl2 |
Медь |
6,7 |
8 |
Железо |
Алюми-ний |
HNO3 (р) |
|||
|
93 |
Zn/Zn2+//Cu2+/Cu |
[Zn2+]= 10-2 |
[Cu2+]= 10-2 |
Cu(NO3)2 |
Медь |
13,4 |
1 |
Железо |
Олово |
H2SO4 (к) |
|||
|
94 |
Mg/Mg2+// Ag+/Ag |
[Mg2+]= 10-3 |
[Ag+]=10-1 |
HgJ2 |
Ртуть |
6,7 |
4 |
Железо |
Медь |
HNO3 (к) |
|||
|
95 |
Cr/Cr3+// Cu2+/Cu |
[Cr3+]= 10-1 |
[Cu2+]= 10-1 |
ZnSO4 |
Цинк |
26,8 |
2 |
Железо |
Серебро |
H2SO4 (к) |
|||
|
96 |
Mg/Mg2+// Ag+/Ag |
[Mg2+]= 10-2 |
[Ag+]= 10-2 |
ZnCl2 |
Цинк |
13,4 |
2 |
Железо |
Ртуть |
HNO3 (р) |
|||
|
97 |
Ni/Ni2+//Ni2+/Ni |
[Ni2+]= 10-4 |
[Ni2+]= 10-1 |
NiCO3 |
Никель |
26,8 |
4 |
Медь |
Цинк |
H2SO4 (р) |
|||
|
98 |
Cr/Cr3+// Cu2+/Cu |
[Cr3+]= 10-3 |
[Cu2+]= 10-2 |
NiSO4 |
Никель |
26,8 |
1 |
Медь |
Серебро |
HNO3 (к) |
|||
|
99 |
Ni/Ni2+//H+/H2 |
[ Ni2+]= 10-2 |
[H+]=10-2 |
Pb(NO3)2 |
Свинец |
13,4 |
2 |
Медь |
Никель |
H2SO4 (р) |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|||
|
100 |
Ni/Ni2+//Ag+/Ag |
[Ni2+]= 10-1 |
[Ag+]= 10-3 |
CuBr2 |
Медь |
6,7 |
6 |
Медь |
Алюми-ний |
HNO3 (р) |
|||
|
101 |
Fe/Fe2+//Cu2+/Cu |
[Fe2+]= 10-4 |
[Cu2+]= 10-1 |
PbJ2 |
Свинец |
4,0 |
26,8 |
Медь |
Ртуть |
H2SO4 (к) |
|||
|
102 |
Fe/Fe2+//H+/H2 |
[Fe2+]= 10-4 |
[H+]= 10-1 |
SnSO4 |
Олово |
2,0 |
26,8 |
Железо |
Хром |
HNO3 (к) |
|||
|
103 |
Cd/Cd2+//Ag+/Ag |
[Cd2+]= 10-1 |
[Ag+]= 10-2 |
SnCl2 |
Олово |
8,0 |
6,7 |
Железо |
Никель |
HNO3 (р) |
|||
|
104 |
Zn/Zn2+//H+/H2 |
[Zn2+]= 10-4 |
[H+]= 10-4 |
Cr(NO3)3 |
Хром |
6,0 |
13,4 |
Медь |
Хром |
HNO3 (к) |
|||
|
105 |
Mg/Mg2+//H+/H2 |
[Mg2+]=10-2 |
[H+]=10-2 |
CrCl3 |
Хром |
12,0 |
3,35 |
Серебро |
Золото |
H2SO4 (к) |
|||
|
106 |
Cd/Cd2+//Ag+/Ag |
[Cd2+]=10-3 |
[Ag+]=10-1 |
Ag(No3)2 |
Серебро |
53,6 |
0,5 |
Медь |
Золото |
HNO3 (р) |
|||
|
107 |
H2/H+//Ag+/Ag |
[H+]=10-4 |
[Ag+]=10-2 |
CuCl2 |
Медь |
13,4 |
2,0 |
Никель |
Серебро |
H2SO4 (к) |
|||
|
108 |
H2/H+//Cu2+/Cu |
[H+]=10-2 |
[Cu2+]= 10-2 |
HgJ2 |
Ртуть |
6,7 |
8,0 |
Железо |
Свинец |
HNO3 (р) |
|||
|
109 |
Cr/Cr3+//H+/H2 |
[Cr3+]= 10-3 |
[H+]=10-1 |
ZnCl2 |
Цинк |
13,4 |
1,0 |
Алюми-ний |
Серебро |
HNO3 (к) |
|||
|
110 |
Fe/Fe2+//Ag+/Ag |
[Fe2+]= 10-2 |
[Ag+]=10-2 |
NiSO4 |
Никель |
6,7 |
4,0 |
Алюми-ний |
Хром |
H2SO4 (к) |
|||
|
111 |
Cr/Cr3+//H+/H2 |
[Cr3+]= 10-2 |
[H+]=10-2 |
SnSO4 |
Олово |
13,4 |
2,0 |
Медь |
Никель |
HNO3 (к) |
|||
|
112 |
Fe/Fe2+//Fe2+/Fe |
[Fe2+]= 10-6 |
[Fe2+]= 10-1 |
CrCl3 |
Хром |
6,7 |
6,0 |
Хром |
Медь |
H2SO4 (к) |
|||
|
113 |
Mg/Mg2+// Ni2+/Ni |
[Mg2+]= 10-3 |
[Ni2+]= 10-1 |
AgJ2 |
Серебро |
26,8 |
1,0 |
Цинк |
Хром |
HCl (к) |
|||
|
114 |
Zn/Zn2+// Cd2+/Cd |
[Zn2+]= 10-6 |
[Cd2+]= 10-1 |
NiCO3 |
Никель |
4,0 |
26,8 |
Железо |
Свинец |
HNO3 (р) |
|||
|
115 |
Cu/Cu2+// Ag+/Ag |
[Cu2+]= 10-1 |
[Ag+]=10-1 |
ZnSO4 |
Цинк |
8,0 |
6,7 |
Олово |
Цинк |
HNO3 (к) |
|||
|
116 |
Cu/Cu2+// Ag+/Ag |
[Cu2+]= 10-4 |
[Ag+]=10-1 |
CuBr2 |
Медь |
6,0 |
13,4 |
Олово |
Медь |
H2SO4 (к) |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|||
|
117 |
Al/Al3+/ /Cu2+/Cu |
[Al3+]= 10-3 |
[Cu2+]= 10-2 |
Cr(NO3)3 |
Хром |
12,0 |
3,35 |
Хром |
Олово |
HNO3 (р) |
|||
|
118 |
Al/Al3+// Cu2+/Cu |
[Al3+]= 10-1 |
[Cu2+]= 10-1 |
Ag(NO3)3 |
Серебро |
53,6 |
0,5 |
Олово |
Никель |
HCl (к) |
|||
|
119 |
Al/Al3+//H+/H2 |
[Al3+]= 10-1 |
[H+]=10-1 |
CuSO4 |
Медь |
2,0 |
26,8 |
Олово |
Ртуть |
H2SO4 (к) |
|||
|
120 |
Al/Al3+//H+/H2 |
[Al3+]= 10-3 |
[H+]=10-3 |
PbJ2 |
Свинец |
6,0 |
13,4 |
Ртуть |
Свинец |
HNO3(р) |
|||
Примечание: р - разбавленная кислота; к - концентрированная кислота
Таблица вариантов контрольной работы
|
Номер вари- анта |
Номера задач, относящихся к данному заданию |
Номер вари- анта |
Номера задач, относящихся к данному заданию |
|
1 |
1 31 61 91 |
51 |
21 51 81 111 |
|
2 |
2 32 62 92 |
52 |
22 52 82 112 |
|
3 |
3 33 63 93 |
53 |
23 53 83 113 |
|
4 |
4 34 64 94 |
54 |
24 54 84 114 |
|
5 |
5 35 65 95 |
55 |
25 55 85 115 |
|
6 |
6 36 66 96 |
56 |
26 56 86 116 |
|
7 |
7 37 67 97 |
57 |
27 57 87 117 |
|
8 |
8 38 68 98 |
58 |
28 58 88 118 |
|
9 |
9 39 69 99 |
59 |
29 59 89 119 |
|
10 |
10 40 70 100 |
60 |
30 60 90 120 |
|
11 |
11 41 71 101 |
61 |
1 31 61 91 |
|
12 |
12 42 72 102 |
62 |
2 32 62 92 |
|
13 |
13 43 73 103 |
63 |
3 33 63 93 |
|
14 |
14 44 74 104 |
64 |
4 34 64 94 |
|
15 |
15 45 75 105 |
65 |
5 35 65 95 |
|
16 |
16 46 76 106 |
66 |
6 36 66 96 |
|
17 |
17 47 77 107 |
67 |
7 37 67 97 |
|
18 |
18 48 78 108 |
68 |
8 38 68 98 |
|
19 |
19 49 79 109 |
69 |
9 39 69 99 |
|
20 |
20 50 80 110 |
70 |
10 40 70 100 |
|
21 |
21 51 81 111 |
71 |
11 41 71 101 |
|
22 |
22 52 82 112 |
72 |
12 42 72 102 |
|
23 |
23 53 83 113 |
73 |
13 43 73 103 |
|
24 |
24 54 84 114 |
74 |
14 44 74 104 |
|
25 |
25 55 85 115 |
75 |
15 45 75 105 |
|
26 |
26 56 86 116 |
76 |
16 46 76 106 |
|
27 |
27 57 87 117 |
77 |
17 47 77 107 |
|
28 |
28 58 88 118 |
78 |
18 48 78 108 |
|
29 |
29 59 89 119 |
79 |
19 49 79 109 |
|
30 |
30 60 90 120 |
80 |
20 50 80 110 |
|
31 |
1 31 61 91 |
81 |
21 51 81 111 |
|
32 |
2 32 62 92 |
82 |
22 52 82 112 |
|
33 |
3 33 63 93 |
83 |
23 53 83 113 |
|
34 |
4 34 64 94 |
84 |
24 54 84 114 |
|
35 |
5 35 65 95 |
85 |
25 55 85 115 |
|
36 |
6 36 66 96 |
86 |
26 56 86 116 |
|
37 |
7 37 67 97 |
87 |
27 57 87 117 |
|
38 |
8 38 68 98 |
88 |
28 58 88 118 |
|
39 |
9 39 69 99 |
89 |
29 59 89 119 |
|
40 |
10 40 70 100 |
90 |
30 60 90 120 |
|
41 |
11 41 71 101 |
91 |
1 31 61 91 |
|
42 |
12 42 72 102 |
92 |
2 32 62 92 |
|
43 |
13 43 73 103 |
93 |
3 33 63 93 |
|
44 |
14 44 74 104 |
94 |
4 34 64 94 |
|
45 |
15 45 75 105 |
95 |
5 35 65 95 |
|
46 |
16 46 76 106 |
96 |
6 36 66 96 |
|
47 |
17 47 77 107 |
97 |
7 37 67 97 |
|
48 |
18 48 78 108 |
98 |
8 38 68 98 |
|
49 |
19 49 79 109 |
99 |
9 39 69 99 |
|
50 |
20 50 80 110 |
100 |
10 40 70 100 |
ПРИЛОЖЕНИЕ I