Вариант 10

1. Приведите пример протекторной защиты никеля в электролите, содержащем соляную кислоту. Составьте электродные реакции уравнения анодного и катодного процессов.

2. Вычислите ЭДС коррозионного элемента, наблюдаемого при контакте марганца с чистой водой.

Вариант 11

1. На основной материал конструкции – высокоуглеродистую сталь (Е ⁰ = –0,15 В) – нанесли цинковое покрытие. Какое это покрытие и какой из металлов будет корродировать в случае нарушения целостности покрытия?

2. При электрохимической коррозии стального (железного) изделия с поглощением кислорода и без выделения водорода за 2 мин работы коррозионного элемента образовалось 0,225 г Fe(OH)₂. Вычислите объём кислорода при нормальных условиях, израсходованного на коррозию железа, коррозионный ток и массу растворенного металла.

Вариант 12

1. Вычислите ЭДС коррозионного элемента, наблюдаемого при контакте магния с железом в чистой воде, если наблюдается водородная деполяризация.

2. В результате 20-летних испытаний образцов никеля оказалось, что средняя скорость их атмосферной коррозии составила 0,037 мм/год для городской атмосферы и 0,0020 мм/год для сельской атмосферы. Рассчитайте скорость коррозии в г/(м²·сут). ρ_Ni = 8,91 г/см³.

Вариант 13

1. Какие из металлов (кадмий, золото, медь) могут быть окислены хлором при стандартных состояниях всех веществ и температуре 298 К.

2. Стальное изделие имеет цинковое покрытие. Какой из металлов будет окисляться при коррозии, если эта пара металлов попадет в кислую среду с рН = 3? Подсчитайте ЭДС коррозионного элемента для стандартных состояний.

Вариант 14

1. На основной материал конструкции – низкоуглеродистую сталь (Е ⁰ = –0,35 В) – нанесли свинцовое покрытие. Какое это покрытие и какой из металлов будет корродировать в случае нарушения целостности покрытия?

2. В раствор соляной кислоты погружены две одинаковые цинковые пластинки, одна из которых частично покрыта никелем. В каком случае процесс коррозии цинка протекает интенсивнее? Ответ мотивируйте, составив уравнения соответствующих процессов.

Вариант 15

1. Найдите объем водорода, который выделится при коррозии железной пластинки в 0,5 М растворе серной кислоты, если в течение 1 ч масса пластинки уменьшилась на 0,01 г. Физические условия в лаборатории: температура 22 °С, давление 1,01 атм.

2. Вычислите ЭДС коррозионного элемента, наблюдаемого при контакте кобальта с оловом в 0,1 М растворе серной кислоты.

Работа 5

Определение электропроводимости раствора уксусной кислоты

Цель работы: познакомиться с понятиями удельная и эквивалентная электропроводимость, сформировать навыки определения электропроводимости водных растворов.

Основные теоретические положения

Электрическая проводимость является основным физико-химическим свойством растворов электролитов. Различают две основные формы проводимости электричества в проводниках: электронную и ионную. Электронной проводимостью обладают метал­лы (проводники I рода), а ионной – расплавы и растворы электролитов (проводники II рода). В первом случае перенос электричества осущест­вляется за счет перемещения электронов, а во втором случае – за счет перемеще­ния ионов. Количественной характеристикой способности раствора (расплава) переносить электрический ток является электропроводимость.

Электропроводимость K – это величина обратная сопротивлению, которое в свою очередь зависит от длины проводника, площади его поперечного сечения и удельного сопротивления. Таким образом, электропроводимость можно вычислить по формуле

,

где R – сопротивление, Ом; l – длина проводника, м (или см); S – площадь поперечного сечения проводника, м² (или см²); ρ – удельное сопротивление, Омм (или Омсм).

Различают удельную и эквивалентную электропроводимости. Удельной электропроводимостью æ называется электропроводимость столба жидкости, заключенного между двумя электродами площадью в 1 см² каждый, которые расположены на расстоянии 1 см друг от друга. Численно æ равна обратному удельному сопротивлению

æ , Ом^-1см^-1.

Единица измерения «Ом^-1» также обозначается «См» и называется «сименс», поэтому единицы измерния удельной электропроводимости можно записать так: См/м (или См/см).

Удельная электропроводимость электролитов зависит от концентрации ионов в растворе, заряда ионов и скорости их перемещения. Для простейшего электролита, распадающегося при диссоциации на два иона с единичными зарядами по уравнению

КtАn  Кt ⁺ + Аn^–

зависимость æ от выше перечисленных факторов имеет вид

æ = , (15)

где α – степень диссоциации электролита; F – постоянная Фарадея, Кл/моль; С_Н – молярная эквивалентная концентрация электролита, моль/дм³ (иначе моль/1000 см³); U_К, U_А – абсолютные скорости движения катиона и аниона, см²/(сВ).

Зависимость удельной электропро­водимости от концентрации для большинства электролитов имеет вид плавной кривой, проходящей через максимум (см. рис. 4). При повышении концентрации электролита удельная электропроводимость сначала возрастает, т.к. увеличивается число ионов в растворе, а затем уменьшается, поскольку рост числа ионов уменьшает скорость их перемещения и степень диссоциации электролита.

Абсолютной скоростью движения иона U называют ско­рость движения иона, отнесенная к градиенту потенциала 1 В/см. Скорость движения большинства ионов в растворе не велика и не превышает значения 110^–3 см²/(Вс) (исключение составляют  весьма подвижные ионы Н⁺ и ОН^–). В связи с этим чаще пользуются понятием "подвижность иона"  , которая равна произведению абсолютной скорости иона на постоянную Фарадея

₊ = U_К  F; _– = U_А  F (16)

где ₊, _– – подвижности катиона и аниона, Ом^–1см²моль^–1. Значения подвижностей большинства ионов имеются в справочной литературе (см. прил. 4).

Подвижность иона в значительной мере определяется его размерами, зарядом и пространственным строением. Например, в бесконечно разбавленных растворах при 25°С подвижности ионов Li⁺ и К⁺ равны соответственно 38,6 Ом^–1см²моль^–1 и 73,5 Ом^–1см²моль^–1. Эти различия обусловлены уменьшением радиуса гидратированного иона при переходе от иона Li⁺ к иону К⁺ (ион лития удерживает вокруг себя около 12 молекул воды, а ион К⁺ – около 8 молекул Н₂О). Увеличение заряда иона повышает его подвижность. Так, для ионов Na⁺, Mg²⁺ и А1³⁺ подвижности соответствуют величинам 50,1; 53,0 и 63,0 Ом^–1см²моль^–1 соответственно.

Увеличение концентрации раствора электролита уменьшает подвижности ионов. Это связано с возрастающим влиянием ионной атмосферы. Поэто­му, с целью сравнения, вместо удельной электропроводимости удобнее пользоваться эквивалентной электропроводимостью.

æ,

Ом^-1см^-1

80

60

H₂SO₄

40

KOH

20

LiCl

СН₃СООН

С, моль/дм³

5 10 15

Рис. 4. Зависимость удельной электропроводимости

от концентрации электролита

Эквивалентной электропроводимостью λ называется проводимость системы электродов, расположенных на расстоянии 1 см и заключающих между собой 1 моль эквивалентов электролита.

Удельная и эквивалентная электропроводимости связаны соотношением

, см² моль^–1 Ом^–1 . (17)

Для бинарного электролита с единичными зарядами ионов эквивалентную электропроводимость можно вычислить по формуле

. (18)

Эквивалентная электропроводимость растворов зависит от концентрации. При разбавлении раствора она увеличивается, стремясь к некоторой максимальной постоянной величине λ_о при α1. Разбавление раствора, при котором достигается максимальное значение эквивалентной электропроводимости, условно называется бесконечным разведением, а соответствующая ему электропроводи­мость λ_о называется эквивалентной электропроводимостью при бесконечном разведении. Из формулы (18) при α1 следует, что

. (19)

Согласно теории электролитической диссоциации эквивалентная электропроводимость связана со степенью диссоциации электролита выражением

. (20)

Для бинарного электролита закон разбавления Оствальда имеет вид

, (21)

где С_М – молярная концентрация электролита, моль/дм³.

Если в формулу (20) вместо  подставить выражение (19), то полу­чим

. (22)