10 Ч, если выход по току составил 100%?

Дано:	Решение: Так как по условиям задачи выход по току равен 100%, выделением водорода можно пренебречь. Суммарно: Ответ:

№ 133.

Объясните сущность катодной защиты и катодных покрытий. В каких

случаях они применяются? Приведите конкретные примеры и запишите уравне-

ния соответствующих процессов в условиях щелочной среды (pH=10) и сво-

бодном доступе кислорода.

При катодной защите защищаемую конструкцию подключают к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а к положительному полюсу - вспомогательный электрод, любой по активности. При этом создается электролизная система, в которой защищаемая конструкция служит катодом, а на положительном вспомогательном электроде - аноде - идут процессы окисления: самого анода (электрод растворимый) или восстановителя окружающей среды (электрод инертный). Электрозащиту используют в условиях плохо проводящей среды.

Пример – катодная защита железного оборудования:

Оборудование подключается к отрицательному полюсу внешнего источника тока, а вспомогательный электрод (можно использовать отходы Fe) - к положительному. В результате возникает электролизная система, электролитом в которой, исходя из условий задачи, являются Н₂O, OH^-, O₂ (рН = 10):

Катодное покрытие - металл покрытия менее активный, чем изделие. В случае повреждении катодного покрытия коррозии металлическою изделия усиливается, так как изделие является анодом и окисляется (корродирует).

Пример катодного покрытия – железо, покрытое никелем:

№ 150.

Резервные гальванические элементы: схема, уравнения процессов, осо-

бенности их использования.

Резервные гальванические элементы заливаются электролитом и приводятся в действие непосредственно перед использованием. Резервные элементы должны иметь длительный срок хранения, быстро приводиться в действие и обладать достаточно высокими удельными характеристиками. Незначительное время нахождения резервных элементов в активном состоянии во многих случаях позволяет пренебречь процессом саморазряда и использовать более активные материалы, применение которых в обычных элементах длительного действия весьма затруднительно.

Резервные элементы разделяют на элементы с жидким электролитом и элементы, активируемые газами. Наиболее разработаны элементы первой группы.

Примеры резервных гальванических элементов:

1) Хлористосеребряно-магниевый (серебряно-магниевый, смэ):

Схема:

Суммарная реакция:

В спиральной конструкции оба электрода - фольговые и имеют толщину порядка 0,1 мм, причем серебряная фольга с обеих сторон покрыта электролитическим способом хлоридом серебра. Толщина покрытия обычно не превышает 25 мкм. Фольговые электроды свернуты в виде рулона с прокладкой из пористой бумаги. СМЭ спиральной конструкции предназначены для разряда короткими режимами (до 30 мин).

В элементах пластинчатой конструкции, применяемых в батареях напряжения с малыми токами разряда, положительные электроды состоят из серебряных сеток, покрытых слоем хлорида серебра; отрицательные электроды представляют собой магниевые пластинки или магниевую ленту. Сепараторы сделаны из бумаги, ваты или какого-либо иного пористого материала.

В обоих случаях блок электродов помещают в специальный контейнер, обычно пластмассовый, и перед употреблением пропитывают водой. Электропроводность воды быстро возрастает благодаря образованию хлорида магния. Характеристики этой системы могут быть значительно повышены путем введения добавки персульфата калия или натрия в активную массу катода.

Батареи из СМЭ хорошо работают при низких температурах. Они находят применение в качестве аварийных источников тока.

2) Хлористомедно-магниевый (медно-магниевый, ММЭ):

Схема:

Суммарная реакция:

Аналог СМЭ, в котором катодным активным материалом служит хлорид меди(I). Конструктивно эта система оформлена в виде галетных элементов, хорошо работающих при низких температурах и высоких плотностях тока. Для активизации достаточно на короткий срок окунуть их в воду (морскую или пресную). Преимущество данной системы состоит в применении меди (вместо серебра), недостаток системы - меньше удельная энергия, что вызвано сниженным на 0,1 В значением э. д. с.

3) Свинцово-цинковый (СвЦЭ):

Схема:

Суммарная реакция:

Было сделано множество попыток использовать данную систему в качестве аккумулятора, однако высокий саморазряд цинкового электрода и его недостаточная обратимость привели к тому, что она нашла практическое применение только в виде мощных наливных элементов. СвЦЭ могут быть использованы и многократно, но каждый раз необходимо применять новый цинковый электрод. Оба электрода могут быть изготовлены из фольги толщиной 0,02-0,05 мм. В других вариантах СвЦЭ в качестве положительного применяется намазной РbO₂-электрод, а отрицательный представляет собой тонкие вальцованные листы амальгамированного цинка.

Скорость саморазряда цинкового электрода заметно уменьшается после обработки его в подкисленном растворе сульфата ртути вследствие повышения водородного перенапряжения. Дальнейшее увеличение водородного перенапряжения на цинке (амальгамированном и неамальгамированном) возможно путем введения в электролит эффективных ингибиторов, например сульфата тетрабутиламмония, вератрина и др. Применяя для изготовления решеток положительных электродов бессурьмянистые сплавы, например свинцово-кальциевые, и повышая содержание ингибитора, можно увеличить время хранения СвЦЭ в залитом состоянии до 15 суток.

Недостаток СвЦЭ - плохая работоспособность при низких температурах. С увеличением концентрации электролита удельные характеристики СвЦЭ улучшаются, но одновременно повышается нижний температурный предел применимости данного источника тока.